W związku z licznymi zapytaniami i prośbami początkujących Światełkowców, postanowiłem napisać swego rodzaju ABC, czy też "oślą łączkę", przydatną dla latarkowców.
Na początek troszkę BHP
Napięcia bezpieczne!
Przyjmuje się, że napięciem bezpiecznym prądu przemiennego (50Hz, sieć) jest 24V, a prądu stałego 60V (jest kilka wariantów w zależności od warunków środowiskowych, ale na tym poprzestańmy).
Różnice dla napięcia stałego i przemiennego wynikają ze zróżnicowanego oddziaływania na organizm ludzki. Prąd przemienny przepływając przez organizm ludzki może doprowadzić do śmierci przez zatrzymanie akcji serca, powodując migotanie komór, prąd stały natomiast doprowadza do destrukcji tkanek przez elektrolizę płynów ustrojowych.
De facto, nie szkodzi nam samo napięcie, lecz prąd płynący przez organizm ludzki, który to został określony na 25mA, przy założeniu rezystancji ludzkiego ciała na poziomie 1000Ω. Tak więc np. porażenie napięciem 20 000V z cewki zapłonowej nie jest niebezpieczne, a tylko bardzo bolesne.
Teraz podstawy
1. Napięcie się utrzymuje, oznaczamy jako U a określamy w woltach [V]
2. Prąd płynie, oznaczamy I (duże i) a jego natężenie mierzymy w amperach [A]
Z powyższego wynikają podstawowe cechy obu parametrów. Napięcie występuje nawet na samej bateryjce, czy akumulatorze bądź zasilaczu i jest identyczne (nie biorąc pod uwagę przewodów połączeniowych) na wszystkich elementach obwodu połączonych równolegle.
Natomiast prąd płynie w obwodzie zamkniętym przez wszystkie elementy i jeśli jest to obwód pojedynczy (jak np.: bateria, wyłącznik i żarówka) to przez wszystkie elementy tego obwodu płynie ten sam prąd.
Rezystancja.
Parametr, wielu odbiorników, ale też źródeł napięcia, określany R i wyrażany w omach [Ω]
Jest on podstawową cechą rezystorów (oporników), ale również źródeł napięcia (opór wewnętrzny, określający spadek napięcia znamionowego pod obciążeniem, im mniejszy tym lepiej). Czasem jest pożądany (ograniczenie napięcia lub prądu w określonym celu), a czasem szkodliwy (wyłączniki, przewody... powoduje straty energii). Bywa też złudny. Pomiar rezystancji żarówki, daje nam tylko możliwość określenia czy jest sprawna, gdyż zimne włókno żarówki, ma dużo niższą rezystancję niż włókno gorące, czyli świecące. Warto o tym pamiętać, gdyż można się nieźle zamotać.....
Moc
Moc, oznaczamy P dla prądu stałego mierzymy w watach [W]
Moc jest parametrem prądu określanym przez iloczyn napięcia i prądu, tak więc zależy od obu wartości w równym stopniu i np.
2V x 8A = 8V x 2A = 4V x 4A = 16W
Pojemność ogniw
Parametr ten wyrażamy (w naszych zastosowaniach) w miliamperogodzinach [mAh]. Parametr ten określa nam ile prądu możemy z danego źródła pobrać w ciągu godziny, doprowadzając do wyczerpania energii.
Rozpatrzmy akumulator o pojemności 2000mAh
2000mAh określa nam, że:
akumulator przy poborze prądu przez odbiornik:
2A - rozładuje się przez 1 godzinę,
1A - rozładuje się przez 2 godziny,
0,5A - rozładuje się przez 4 godziny
Ważnym parametrem ogniw jest też energia, wyrażana w watogodzinach [Wh]
Weźmy na przykład dwa akumulatory NiMH 2000mAh i LiIon 2000mAh, wydawało by się, że z obu możemy wyciągnąć tyle samo energii, nic bardziej mylnego, otóż ma tu też znaczenie wartość napięcia. Akumulatory NiMH maja znamionowe napięcie 1,2V a LiIon 3,7V. Możemy więc, w przybliżeniu, powiedzieć, że z 1 ogniwa LiIon możemy dostarczyć tyle samo energii co z 3 ogniw NiMH.
Jest to ważny parametr, bo to on nam określa jak długo będzie nam latarka na danym ogniwie świecić.
Wszystkie podane jednostki mogą posiadać przedrostki określające zmniejszenie, lub zwiększenie parametru.
p - piko (1/1 000 000 000 000)
n - nano, jedna miliardowa
μ - mikro, jedna milionowa
m - mili, jedna tysięczna
k - kilo, tysiąc
M - mega, milion
(zamiast µ można stosować literkę "u", np. w wielu programach z dziedziny elektroniki jest to normalna praktyka)
1A = 1 000mA = 1 000 000μA
1V = 1 000mV
1kV = 1 000V = 1 000 000mV
1MΩ = 1 000kΩ = 1 000 000Ω
Oto dalsza część serialu.
Oto są najczęściej spotykane symbole podstawowych elementów elektronicznych.
Rezystory, zwane też opornikami stosowane są np. do ograniczenia prądu płynącego przez jakiś odbiornik. Można spotkać opisane w różnoraki sposób (poza oczywiście kodem z kolorowych pasków)
Przykłady:
R22 = 0,22Ω
0R1 = 0,10Ω;
1R2 = 1,2Ω; lub 1Ω2
22R = 22Ω
100R lub k100 = 100Ω
4k7 = 4 700Ω
33k = 33 000Ω
100k lub M100 = 100 000Ω
Elementy SMD są opisywane inaczej. Pierwsze dwie cyfry oznaczają wartość charakterystyczną a trzecia określa ile „zer” trzeba dodać, jeśli występują cztery cyfry w opisie, to pierwsze trzy oznaczają wartość charakterystyczną, a czwarta ilość zer.
0R1 = 0,1Ω
1R2 = 1,2Ω
100 = 10Ω
101 = 100Ω
221 = 220Ω
302 = 3k, 3000Ω czyli 30 + 00
474 = 470k, 470 000Ω czyli 47 + 0000
1001 = 1k czyli 1 000, bo 100 + 0
3342 = 33,4k ; 33k4; 33 400Ω bo 334 + 00, czyli 33400
A tutaj strona do kalkulator kodów rezystorów SMD, podrzucona mi przez greg Dzięki
Prawda, że proste
Podobne oznaczenia występują na kondensatorach, lecz tutaj podstawową jednostka jest pF, czyli piko Farad (1/ 1 000 000 000 000)
102 = 1000pF = 1nF (nanoFarad)
223 = 22 000pF = 22nF
334 = 33 0 000pF = 330nF = u33
475 = 47 00 000pF = 4700nF = 4,7uF = 4u7
106 = 10uF bo 10 + 000 000
227 = 220uF bo 22 + 0 000 000
Diody, jak powszechnie wiadomo przewodzą prąd w jedną stronę, którą pokazuje strzałka, a prąd płynie od plusa baterii do minusa baterii.
Na elementach, kierunek przewodzenia prądu jest zaznaczony paskiem po jednej stronie obudowy, określający katodę. W diodach prąd płynie od anody do katody.. Podłączając diodę do plusa baterii, dołączamy stronę bez paska, a po stronie z paskiem mamy wtedy +.
LED również włączamy w kierunku przewodzenia, należy też zwrócić szczególną uwagę przy łączeniu szeregowym wielu LEDów, gdyż mają one stosunkowo niskie napięcie zaporowe, z reguły około 5V, wyższe napięcie przyłożone w odwrotnym kierunku może diodę nieodwracalnie zniszczyć!!!
W LEDach w obudowach 5mm i podobnych końcówka dołączana do plusa zasilania (anoda) jest dłuższa.
Trochę o terminologii. Gwoli ścisłości, bateria jest zestawem ogniw, czyli 2, 3, 4 lub więcej.
Rzecz popularnie zwana baterią (R6, AA, R14, czy R20) to ogniwo galwaniczne, tak samo jak pojedynczy element NiCd, NiMH czy LiIon to akumulator, a połączenie kilku sztuk daje baterię akumulatorów. Ale np.: popularna bateria płaska czy 9V, jest jak najbardziej baterią ogniw czyli 3R12 lub 6F22.
Wracając do diod, to jest wśród nich jedna "czarna owca" czyli dioda Zener’a, bo bazuje ona na zjawisku przebicia (powtarzalnego) warstwy zaporowej tzw. zjawisku Zenera, czyli pracuje ona w kierunku zaporowym. Jest jednak jeden pryszcz, niektóre diody o niskim napięciu pracy (z reguły 3,3V i mniej) pracują w kierunku przewodzenia, tak więc analizując schemat, należy przyjrzeć się typom zastosowanych elementów.
Następny rysunek to elementy aktywne:
Tranzystory bipolarne npn i pnp często wykorzystywane jako elementy pomocnicze lub sterujące.
Tranzystory MOS, najczęściej pracują jako elementy wykonawcze mocy, przełączniki w układach PWM, stopnie mocy w przetwornicach, wyłączniki elektroniczne.
Niestety nie ma tutaj ustalonej kolejności wyprowadzeń, a tylko mnogość obudów i rozkładów elektrod, tak wiec po dane dotyczące konkretnego typu trzeba sięgnąć do datasheet'a.
Jako ostatnia pozycja jest symbol diody oraz odpowiadający jej rysunek obudowy najczęściej spotykanych typów. Bywają też diody SMD z zaznaczoną strzałką jak na symbolu.
A teraz zdjęcie rodzinne
Czerwona kreska - diody
Niebieska kreska LEDy
Zielona kreska - kondensatory
Fioletowa kreska - rezystory
Po środku tranzystory, ten 8 nóżkowy to też tranzystor, ale też w takich samych obudowach bywają układy scalone, np druga od dołu - w takiej obudowie występuje popularny AMC7135
Pomiary:
Do pomiarów używamy mierników:
Napięcie - woltomierze.
Prąd - amperomierze.
W praktyce korzystamy jednak z tzw. multimetrów (mierników uniwersalnych), które możemy przełączać pomiędzy możliwościami pomiarów różnych wielkości.
Oto przykłady różnych multimetrów:
Tutaj mamy przykład ustawienia mierników do pomiaru napięcia. kolorem niebieskim zaznaczono prawidłowe położenie pokrętła, a zielonym miejsce wpięcia przewodu pomiarowego, drugi przewód wkładamy w czarny otwór opisany COM.
Najprostszym pomiarem jest pomiar napięcia, gdyż możemy go dokonać metodą bezinwazyjną, czyli bez ingerencji w połączenia.
Miernik włączamy do obwodu "+" do "+" a "-" do "-"
Na miernikach minus oznaczany jest z reguły kolorem czarnym i opisany "COM" od common czyli wspólny, plus jest koloru czerwonego i oznaczony jest jednostkami mierzonymi (V, Ω)
Przy pomiarze napięcia LED, musi on świecić, jeśli zgaśnie przy pomiarze napięcia coś mamy nie tak (niewłaściwy zakres, zwarcie do obudowy itp.)
Przykład:
Tutaj pokazano jak wygląda pomiar napięcia (kiepskiej) baterii dwoma miernikami połączonymi równolegle.
A tutaj pomiar napięcia na LEDzie
Kolejnym jest pomiar prądu, tutaj już musimy ingerować w połączenia elektryczne, ale nie zawsze wiąże się to z używaniem lutownicy, najprostszym przykładem jest pomiar prądu pobieranego z akumulatora. Możemy go dokonać odkręcając wyłącznik (dupkę) i połączyć minus akumulatorka z obudową (UWAGA! Dotyczy to większości latarek, ale nie wszystkich).
Tak powinny być ustawione mierniki do pomiaru natężenia prądu.
Przy pomiarze prądu latarka musi świecić!
A oto przykład pomiaru prądu pobieranego przez latarkę.
A teraz trudniejsze zadanie, pomiar prądu płynącego przez LEDa.
Tutaj niestety nie obejdzie się bez lutownicy, gdyż musimy odlutować jeden z przewodów dochodzących do diody. Najlepiej dolutować w powstałe puste miejsce kawałek innego przewodu.
Oto jak powinno to wyglądać:
A teraz pomiar mocy pobieranej przez LEDa. Niezbędne do wykonania dokładnego pomiaru są tu dwa mierniki, przy czym jeden włączamy w obwód do pomiaru prądu, drugi do napięcia LEDa. Połączenia wykonujemy w następujący sposób:
+ amperomierza do + sterownika
- amperomierza do + LEDa
+ woltomierza do + LEDa
- woltomierza do - LEDa
(6,49mA i 2,52V)
A na koniec, ekwilibrystyka na najwyższym poziomie, pomiar mocy pobieranej z akumulatora.
Połączenia:
+ amperomierza do obudowy
- amperomierza do - aku
- woltomierza do - aku
+ woltomierza do + aku (czyli wkładamy pomiędzy aku a driver)
(0,19A i 3,914V)
W związku z otrzymaniem od Pikom linka do ciekawej stronki, umieszczam tutaj:
Kalkulator do przeliczania kandela x kąt na lumeny
Pozdrawiam
PS: Otwarty na uwagi
. W razie pytań nowych użytkowników pozostanie tylko link do tego tematu wkleić 
.
