•   Piątek, 12 sierpnia 2022
Narzedzia Warsztatowe

Krótkie wprowadzenie do typowych komponentów elektronicznych

Popularność mikrokontrolerów Arduino i minikomputerów Raspberry Pi sprawiła, że więcej osób niż kiedykolwiek wcześniej stało się początkującymi hobbystami elektroniki.

Wiele osób kupuje Arduino lub Raspberry Pi, a potem zastanawia się nad tymi wszystkimi drobiazgami, które są dołączane do zestawów startowych i zestawów dla eksperymentatorów. Jasne, możesz poczekać, aż będziesz miał w ręku zestaw startowy, aby zacząć identyfikować wszystkie te komponenty, ale dlaczego nie wiedzieć, co to jest, zanim będziesz musiał?

Nawet jeśli nie jesteś zainteresowany rozpoczęciem pracy z projektami elektronicznymi lub mikrokontrolerami, wiedza na temat identyfikacji podstawowych komponentów elektronicznych może być przydatna.

Reklama googletag.cmd.push(function() { googletag.display("top-content-ad-slot"); });

To nie jest kompleksowy przewodnik, jest on po prostu oferowany jako elementarz wprowadzający.

mikrokontroler

Mikrokontroler Arduino

Technicznie rzecz biorąc, Arduino i produkty kompatybilne z Arduino, takie jak ta płytka Uno, nie są mikrokontrolerami, są to fizyczne platformy obliczeniowe. Opierają się na prostych mikrokontrolerach Atmel, przy czym platforma Arduino składa się z komponentów sprzętowych i programowych, które sprawiają, że mikrokontroler Atmel jest śmiesznie łatwy w użyciu i programowaniu.

W dzisiejszych czasach jest to standardowy współczynnik kształtu. Jest tam układ scalony mikrokontrolera - wielonożny element poniżej napisu Arduini Uno. Ten ma gniazdo IC (układ scalony) i wyjmowany układ scalony Atmel. Inne będą miały SMD (surface mount device) IC przylutowany bezpośrednio do płytki.

Do płytki przylutowana jest masa innych elementów, takich jak gniazdo USB, gniazdo zasilania, rzędy wyprowadzeń, które pozwalają na łatwe podłączenie do pinów wejściowych, wyjściowych, zasilających i komunikacyjnych układu scalonego, oraz kilka diod LED. Istnieją dodatkowe komponenty, ale nie będziemy się nimi teraz zajmować. Istnieją inne referencje, jeśli chcesz wiedzieć dokładnie co jest czym i co robi.

Asortyment zestawów startowych

Zestawy startowe zazwyczaj zawierają niewielki wybór komponentów potrzebnych do skompletowania produktów wstępnych.

Zazwyczaj otrzymasz:

  • Diody LED
  • Rezystory
  • Kondensatory
  • Silnik lub dwa
  • Serwomotor lub dwa
  • Czujniki
  • Przełączniki
  • Podstawowe elementy prototypowe i akcesoria

Zawartość zestawu zazwyczaj zależy od firmy. Na przykład, możesz otrzymać inny wybór komponentów, jeśli wybierzesz zestaw od Adafruit, Arduino, Maker Shed lub Sparkfun.

Czasami komponenty nie są najlepszej jakości, ale są użyteczne.

Diody LED

Diody LED to diody emitujące światło. Przyłóż małe napięcie i prąd, zazwyczaj z rezystorem w obwodzie, aby ograniczyć przepływ prądu, a diody będą emitować światło o określonym kolorze.

Istnieją diody jednokolorowe, dwukolorowe, diody z kanałami RGB (czerwony, zielony, niebieski) oraz diody z programowalnym wyjściem RGB.

Początkujący będą zazwyczaj pracować z jednokolorowymi diodami LED, z białymi, niebieskimi, czerwonymi, zielonymi i/lub żółtymi opcjami kolorystycznymi. Istnieją różne rozmiary, z 5mm diodami LED, które są najbardziej powszechne i praktyczne. Niektóre większe zestawy startowe będą również dostarczane z diodą LED RGB lub dwiema.

Diody LED są również spolaryzowane (kierunkowe), co oznacza, że pozwalają na przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Z tego powodu, diody LED często mają dłuższy przewód po stronie anody (+) i krótszy po stronie katody (-). Strona katodowa będzie miała zazwyczaj płaski punkt. W razie wątpliwości należy zapoznać się z arkuszem danych lub instrukcją obsługi dołączoną do komponentów.

Diody

Diody, które nie emitują światła również mogą być użyteczne. Istnieją inne rodzaje diod specjalnego przeznaczenia, ale zazwyczaj nie znajdziesz ich w zestawie startowym.

Diody, w tym diody LED, są elementami półprzewodnikowymi.

Rezystory

Oporniki to elementy, które stawiają opór przepływowi prądu. Są one używane do zmniejszenia przepływu prądu, a także do obniżenia poziomu napięcia w obwodzie. Istnieje kod kolorystyczny (Wiki), który pomaga odczytać wartości rezystorów.

Wartości rezystorów są mierzone w Ohmach. Warto również zapoznać się z prawem Ohma, które brzmi: V = IxR. Spadek napięcia na rezystorze jest równoważny przepływowi prądu razy wartość rezystancji. Możesz też rozważyć I = V/R, lub że przepływ prądu jest równoważny napięciu podzielonemu przez opór.

Załóżmy, że masz źródło baterii 6V i diodę LED o napięciu 3V i poborze prądu 20mA (miliamperów). Będziesz potrzebował rezystora 150 ohm, aby ograniczyć prąd, aby nie spalić diody LED. W tym przypadku V = (6V - 3V), I = 0.020 A, a R = V / I = 150 Ohm.

Napięcie na oporniku i prąd przez niego płynący są wprost proporcjonalne. Jeśli wiesz, jaki będzie spadek napięcia na rezystorze (6V - 3V = 3V w tym scenariuszu), możesz tak dobrać wartość rezystora, aby ograniczyć przepływ prądu. Ponieważ przepływ prądu przez obwód będzie taki sam dla elementów połączonych w układzie szeregowym (end-to-end), to przepływ prądu przez rezystor będzie określał przepływ prądu przez diodę LED.

Istnieje wiele kalkulatorów rezystorów ograniczających prąd LED i wiele dokładnych wyjaśnień, dlaczego należy używać rezystora z diodą LED.

Kondensatory

Kondensatory to specjalne elementy, które służą do przechowywania energii. Można o nich myśleć jak o małych, tymczasowych bateriach, ale ich funkcja nie jest tak prosta.

Istnieją różne rodzaje kondensatorów, ale często można spotkać kondensatory ceramiczne, które są małymi pomarańczowymi lub niebieskimi dyskami z przewodami, oraz kondensatory elektrolityczne, które są spolaryzowane. Kondensatory elektrolityczne często mają pasek do oznaczenia strony ujemnej lub (+) do oznaczenia strony dodatniej.

Wartości kondensatorów są mierzone w Faradach, z wartościami zazwyczaj w zakresie nanoFaradów (nF) i mikroFaradów (µF).

Potencjometry

Potencjometry, znane również jako reostaty, są elementami o zmiennej rezystancji. Istnieją różne style, w zależności od tego, jak dokonuje się regulacji. Ten jest potencjometrem obrotowym, który może być regulowany przez obracanie wałka. Można go również obracać za pomocą śrubokręta lub dołączyć pokrętło dla większej wygody obracania palcami.

Uwaga: Ben podniósł w komentarzach dobrą kwestię dotyczącą reostatów.

Istnieją również potencjometry suwakowe, w których regulacja odbywa się poprzez przesuwanie pokrętła lub trzpienia wzdłuż liniowej ścieżki.

Rezystancja w potencjometrze może zmieniać się liniowo, ale są też takie, które mają specjalne skale, np. do zastosowań audio i regulacji głośności.

Enkodery obrotowe wyglądają jak potencjometry, ale działają inaczej i wcale nie są rezystorami. Enkodery obrotowe muszą być zazwyczaj używane z mikrokontrolerem.

Specjalne oporniki

W przypadku potencjometru, rezystancja zmienia się na podstawie danych wprowadzonych przez użytkownika. Istnieją specjalne rezystory, których rezystancja może być określona przez czynniki środowiskowe. Oto kilka specjalnych oporników, które można znaleźć w zestawie startowym mikrokontrolera lub elektroniki.

Fotorezystory

Fotorezystory, lub fotokomórki, są rezystorami wrażliwymi na światło. Prawdopodobnie widziałeś je w lampkach nocnych, gdzie fotokomórki są używane jako czujniki określające, czy lampka nocna powinna się włączyć, czy nie.

Termistory

Termistory to rezystory wrażliwe na temperaturę. Mogą być używane jako czujniki, np. do wyzwalania zdarzenia wyłączenia, gdy osiągnięty zostanie próg temperatury, lub jako podstawa prostych termometrów.

Rezystory wrażliwe na siłę nacisku

Rezystory wrażliwe na siłę zmieniają swoją wartość rezystancji w zależności od siły nacisku na ich obszar detekcji. Im większa siła, tym mniejsza rezystancja. Rezystory te są często używane jako czujniki, które mogą informować o tym, czy są naciskane, czy nie.

Tranzystory

Podobnie jak diody, tranzystory są urządzeniami półprzewodnikowymi. Są one często używane do wzmacniania lub przełączania sygnałów elektronicznych i mocy.

Układy scalone

Układy scalone (ang. Integrated Circuits, IC) to małe, samosterujące się obwody o określonych funkcjach.

Jednym z bardziej popularnych układów, który możesz użyć z mikrokontrolerem jest 7805, który jest regulatorem napięcia 5V. Regulatory napięcia, tranzystory mocy i inne komponenty mogą czasami wymagać radiatorów, aby działać bezpiecznie i prawidłowo.

Sprostowanie: Jak zauważył Mike, 7805 i inne komponenty z serii 78XX są w rzeczywistości układami scalonymi w pakietach tranzystorowych. Pierwotnie oznaczyłem je jako tranzystory.

Innym popularnym układem scalonym dla początkujących projektów jest timer 555, który jak sama nazwa wskazuje zapewnia funkcje związane z odmierzaniem czasu.

Silniki i serwomechanizmy

Silniki prądu stałego

Zestaw dla początkujących nie byłby kompletny bez prostego silnika prądu stałego. Są to zazwyczaj silniki niskonapięciowe i o małej mocy.

Silniki o większej mocy to zazwyczaj więcej niż to, co Arduino, Raspberry Pi lub inna programowalna płytka all-in-one może obsłużyć sama. W takim przypadku zazwyczaj potrzebny jest mostek H lub inne obwody sterujące i zasilające silnik. Ale dla tych mniejszych silników, nic dodatkowego nie jest zazwyczaj potrzebne.

Serwomechanizmy

Serwomechanizmy są trochę inne. Mają trzy połączenia - dwa dla zasilania i jedno dla sygnału cyfrowego.

Serwomechanizmy zawierają małe silniki prądu stałego, przekładnie i obwody sterujące. Ich wałki wyjściowe są uzębione i zazwyczaj współpracują z plastikowymi (lub metalowymi) tubami serwomechanizmów lub innymi akcesoriami do serwomechanizmów.

Serwomechanizmy mają zazwyczaj ograniczony zakres obrotu, np. 90° w lewo i w prawo od punktu środkowego, chyba że zostały specjalnie zaprojektowane lub zmodyfikowane przez użytkownika.

Serwonapędów używa się, gdy potrzebna jest lepsza kontrola nad pozycjonowaniem kątowym. Sygnał wysyłany do serwonapędu określa kąt, o jaki obraca się napęd wyjściowy.

Silniki wibracyjne

Silniki wibracyjne posiadają wały z małymi ciężarkami, które są poza ich wyważeniem. Rezultat jest dokładnie taki, jakiego można by się spodziewać - silniki te i to, do czego są zamontowane, wibrują. Ten ma wałek wyjściowy, inne są całkowicie niezależne.

Uchwyty na baterie

Uchwyty na baterie czasami są dostarczane z gołymi przewodami, innym razem z lutowalnymi złączami, niektóre są dostarczane z fabrycznie dołączonymi gniazdami baryłkowymi lub innymi złączami. Często mogą pracować z bateriami alkalicznymi lub akumulatorkami AA, AAA lub 9V. Większe zestawy baterii mieszczą baterie C lub D, są też mniejsze.

Tablice elektroniczne

Tablice poglądowe są używane do prototypowania obwodów i są nietrwałym sposobem łączenia elementów. Można ich używać z komponentami przelotowymi, małymi przewodami i płytkami typu breakout z męskimi nagłówkami lub pinami o rozstawie 0,1″.

Na płytce znajduje się wiele rzędów metalowych zacisków, które są połączone po obu stronach (+), (-) i rzędów numerowanych. Szyny napięciowe są po obu stronach nie są ze sobą połączone, ale zworka z jednej strony na drugą może to łatwo zmienić.

Wszystkie 5 otworów/receptur w każdym rzędzie są ze sobą połączone. Innymi słowy, w każdym numerowanym rzędzie, otwory od A do E są połączone, podobnie jak otwory od F do J. Ale żaden z pinów od A do E lub od F do J nie jest połączony.

Na przykład, element włożony do otworu 1-A będzie połączony przewodowo z elementem włożonym do otworu B, C, D lub E w rzędzie 1.

Powyższa płytka drukowana z przezroczystą obudową jest tym, co nazwałbym pełnowymiarową płytką drukowaną. Istnieją również pół-wielkie płytki i miniaturowe płytki, takie jak ta mała niebieska. Istnieją również większe i ogromne płytki, które są używane do niezwykle złożonych projektów.

Powyższa przezroczysta płytka ma 830 punktów połączeń - 630 w rzędach po 5, oraz 200 do połączeń szyn zasilania. Półwielkie płytki mają 400 punktów połączeń (300 w rzędach po 5, 100 dla połączeń z szynami zasilającymi), a te miniaturowe mają 170 punktów połączeń.

Niektóre breadboardy można łączyć za pomocą wcięć i kołków na bokach, a wiele z nich posiada samoprzylepne podkładki montażowe, dzięki którym można je przymocować do innych powierzchni roboczych lub prototypowych.

Zworki

Starszego typu zworki były sztywniejsze i miały połączenia pod kątem prostym, przez co wyglądały jak duże kolorowe zszywki. Te zworki są nadal dostępne, ale elastyczne zworki, takie jak te pokazane tutaj, stały się znacznie bardziej popularne.

Zestawy startowe będą często dostarczane z przewodami zworkowymi podstawowej jakości, a po drodze możesz kupić lepsze.

Rurki termokurczliwe

Rurki termokurczliwe są preferowaną alternatywą dla taśmy elektrycznej, gdy trzeba zamaskować małe połączenie lutowane, splot przewodów, zacisk szybkozłączki lub inny element okablowania.

Przełączniki

Przełączniki występują w bardzo wielu kształtach, rozmiarach i stylach. Wszystkie są mikroprzełącznikami, które można łatwo zamontować na płytce drukowanej. Mogą być również wlutowane w małe płytki PCB z układem pinów kompatybilnym z płytkami drukowanymi.

Nagłówki męskie z odłamywaną końcówką

Głowice męskie to małe odcinki przewodów, czasami krótsze lub dłuższe, po przeciwnych stronach plastikowej obudowy, które ułatwiają podłączenie małych płytek typu breakaway do breadboardu, PCB (płytki drukowanej) lub głowic żeńskich.

Płytki rozłączne to małe płytki PCB, które ułatwiają podłączenie małych układów scalonych lub innych samodzielnych obwodów do projektu lub prototypowej płytki breadboard.

Możesz również przylutować męskie nagłówki do płytki PCB, aby użyć ich z żeńskimi zworkami lub wtyczkami.

Nagłówki czasami są wstępnie przycięte, ale nagłówki odłamywane są bardziej elastyczne i czasami bardziej ekonomiczne, ponieważ pozwalają na odłamanie tylu lub tylu pinów, ile potrzebujesz do projektu.

Nagłówki żeńskie

Głowice żeńskie są przeznaczone do wlutowania w breadboard, gdzie zapewniają poręczne gniazda, do których można podłączyć przewody zworki, komponenty i głowice męskie.

Niektóre z nich mają krótkie przewody, do użycia z płytką PCB, inne mają dłuższe przewody, które przechodzą przez otwory w płytce PCB, co pozwala na użycie ich jako gniazda żeńskie i czołówki na jednym końcu, a na drugim jako czołówki męskie, które mogą być podłączone do innego obwodu.

ProtoBoards

Płyty ProtoBoards, które czasami noszą inne nazwy, są dostępne w szerokiej gamie rozmiarów i stylów. Pozwalają one na łatwe przeniesienie obwodu z tablicy do bardziej trwałej konfiguracji. Płyty te wymagają wlutowania komponentów na miejsce i czasami wymagają użycia zworki, aby pomóc stworzyć schludny i ciągły obwód.

Możesz również zaprojektować własne płytki PCB i zlecić ich wykonanie małemu producentowi, lub wyciąć własną płytkę przy pomocy małego frezarki CNC, ale wymaga to bardziej zaawansowanych umiejętności, doświadczenia, jak również odrobiny prób i błędów. ProtoBoards są po prostu łatwiejsze dla większości początkujących i średnio zaawansowanych hobbystów elektroniki i majsterkowiczów.

Wyświetlacze znaków LCD

Wyświetlacze znakowe LCD pomagają wizualizować wyjścia z mikrokontrolera. Często wymagają one wielu pinów cyfrowych, ale niektóre firmy produkują "plecaki", które pomagają zredukować liczbę wymaganych połączeń. Plecaki wyświetlaczy LCD, lub płytki typu breakout, często wykorzystują inne metody komunikacji cyfrowej. Istnieje wiele samouczków online i przewodników "na dobry początek", które pomogą Ci w nauce.

Wyświetlacze LCD są dostępne w wielu rozmiarach i stylach, a oprócz wyświetlaczy znaków, istnieją takie, które mogą być używane z wyjściami wideo, podobnie jak wyświetlacze komputerów i smartfonów. Możesz także wybrać spośród rosnącej liczby małych ekranów dotykowych, ale to już jest poza terytorium początkujących.

Głośniki

Głośniki do projektów elektronicznych są dostępne w wielu kształtach i rozmiarach, i są zazwyczaj używane do zastosowań audio o bardzo małej mocy. Większe głośniki wymagają oddzielnych obwodów zasilających i wzmacniających.

Czujniki pochylenia

Zestawy startowe czasami są dostarczane z dodatkowymi czujnikami do zabawy, czasami nie. Ten zawierał dwa czujniki pochylenia, które są prostymi i niedrogimi urządzeniami, które wyczuwają ruch.

Brzęczyk piezoelektryczny

Brzęczyki piezoelektryczne są urządzeniami, których używasz, gdy potrzebujesz prostego wskaźnika dźwiękowego jakiegoś rodzaju. Naklejka "usuń uszczelkę po umyciu" zasłania dziurę.

Jeszcze więcej komponentów elektronicznych

Pokazane i opisane tutaj komponenty to podstawowe elementy, których możesz potrzebować do swoich pierwszych układów elektronicznych. Istnieje o wiele więcej typów komponentów elektronicznych, które mogą Ci się przydać, a także o wiele więcej różnorodnych typów komponentów omówionych tutaj.

Zobacz również