Elektroniske komponenter
Du skal kjenne til disse
| Navn | Bilde | Beskrivelse |
|---|---|---|
| Resistor | En passiv motstand | |
| Transistor | Elektronisk bryter | |
| Diode | Slipper strøm en vei | |
| Inductor | Spole | |
| Capacitor | Kapasitans | |
| LED | Light emitting diode |
Passive komponenter
Passive komponeneter er komponenter som ikke gir noen effektforsterkning, de opptrer ofte som hjelpekomponenter for halvlederkomponentene (transitorer og dioder).
Motstander (resistorer)
Hva brukes den til?
I elektroniske kretser brukes motstander bl.a. til å begrense strømmer og til å gi andre komponenter (f.eks. transistorer) riktige arbeidsbetingelser. Ofte brukes motstander også til å gjøre en strøm om til en spenning. Spenningspotensialet over en motstand vil variere i takt med strømmen gjennom den i overenstemmelse med Ohm’s lov. Slik virker motstanden I en elektrisk leder finnes mange frie ladninger (elektroner), som lett lar seg flytte av et elektrisk felt (se kapittel 3). I en motstand er elektronene tettere bundet til atomkjernene og lar seg ikke så lett flytte.
La oss ta utgangpunkt i en enkel elektrisk krets med et batteri, en motstand, R, og to ledninger. Batterispenningen er U, i følge Kirchoffs andre lov vil summen av potensialforskjellene (spenningsfeltet) langs en sluttet krets alltid være lik null. Mesteparten av spenningsfeltet blir derfor liggende over motstanden , mens en liten rest, U, ligger fordelt langs ledningene. En god elektrisk leder vil derfor så og si kortslutte det elektriske feltet. Figur 2.2 Fordeling av det elektriske feltet , U, i en enkel sluttet krets. Siden det er det elektriske feltet som driver elektronene framover, skulle en derfor tro at elektronene hadde problemer med å komme seg fram langs ledningene siden feltet i disse er så svakt, mens de i motstanden skulle få stor fart da feltet her er mye sterkere.
Dette er også riktig, men siden elektronene møter liten motstand i ledningene, vil de, på tross av at feltet er svakt, kunne akselerere over lengre strekninger uten sammenstøt. I en motstand derimot vil de møte større motstand og sammenstøtene vil være hyppige. På tross av at de stadig bremses opp på grunn av sammenstøt, vil de raskt gjenvinne stor hastighet på grunn av det sterke feltet. I sammenstøtene vil de avgi energi og motstanden blir varm.
En ekvivalent til strømmen i en elektrisk krets er vist i figur 2.3. Her er spenningen representert med tyngdekraften, elektronene med kuler og ledningene med renner. Motstanden er representert med sperrer som hindrer kulene i fallet. Kulene vil som elektronene, avgi energi i fallet. Motstander kan øve ulik motstand i kretsen avhengig av resistansen. En motstand med høy resistans vil øve stor motstand og strømmen vil bli liten. En motstand med lav resistans vil øve liten motstand og strømmen vil bli større.
Motstander i serie
Dersom du kobler flere motstander sammen i serie ( --A---B---C--), kan du beregne totalmotstanden ved å legge sammen A+B+C.
Egentlig så bidrar ledningene mellom resistor A,B,C med en liten motstand, men den er så liten at den vanligvis kan neglisjeres (ignoreres).
En liten selvtest:
Motstander i paralell
Dersom du kobler motstander sammen i paralell
kan du ikke bare legge sammen A+B+C. Du kan gjøre et raskt overslag over motstanden: den må være mindre enn den minste av A,B,C. Dersom de er like store (A=B=C) så er motstanden 1/3 (deler på antallet).
Den riktige måten å beregne motstanden for en slik krets - er å skifte til ledningsevne (som er 1/motstand). Ledningsevne kan du summere når de er i paralell og finne samla ledningsevne som (1/A + 1/B + 1/C). Nå har du ledningsevnen X for kretsen mellom (a) og (b) i skissen. Da må motstanden være 1/X.
Kondensatorer (capasitor)
Kondensatorer er to metall- eller folieplater som ligger tett inntil hverandre uten at de berører hverandre. Jo større platene er, jo større verdi har kondensatoren. Kondensatorers verdi måles i Farad (fork. F). Farad er imidlertid en meget stor måleenhet. Det er derfor vanlig å brukeF (mikroFarad), nF (nanoFarad) og pF (pikoFarad) når vi angir verdien til en kondensator. Kondensatorens verdi kalles også kapasitans. Kondensatorer angis med en betegnelse og en verdi (f.eks. C1 og 0,1 F). C’en forteller oss at denne komponenten er en Capasitor, indeksen 1 at det er kondensator nr. 1 som har verdien 0,1 micro F.
Hva brukes den til?
Kondensatorer har mange ulike anvendelser. Siden de slipper gjennom vekselspenning og sperrer for likespenning, brukes de ofte til å skille trinnene i en forsterker. Andre ganger brukes de til å kortslutte vekselspenning til jord, eller sørge for å jevne ut spenningen når en ønsker å omdanne vekselspenning til likespenning.
Aktive komponenter
Aktive komponeneter er komponenter som kan gi effektforsterkning, halvlederkomponenter (transitorer og dioder).
Dioden
Dioden har to terminaler (bein) som navnet sier (di betyr to), en katode og en anode.
Dioden er en komponent som leder strøm den ene veien og omtrent ingen strøm den andre veien. Dersom vi kobler batteriets positive pol til anoden og negative pol til katoden, vil dioden lede strøm. Kobler vi batteriet omvendt vil det ikke gå strøm gjennom komponenten.
Hva brukes den til?
Dioder brukes for eksempel til å likerette vekselspenning. Spenningen slik vi får den levert fra strømnettet i stikkontanten, er en vekselspenning. Dersom vi måler polariteten til spenningen i stikkontakten, ville vi se at den endrer polaritet (retning) 100 ganger i sekundet. Eller den går fra å være positiv til være negativ og tilbake igjen 50 ganger i sekundet.
Når spenningen har samme retning hele tiden kaller vi den en likespenning. Når vi skal bruke elektriske spenninger til elektronikk, f.eks. i en radio, så trenger vi likespenning. Ved hjelp av dioder kan vi omforme en vekselspenning til en likespenning.
I riktig gamle dager, i radioens barndom, ble dioder brukt i krystallapparater for å motta AM-radio (AmplitudeModulerte signaler). Dioden er også senere vært en viktig komponent i radio- og kommunikasjonsteknikk.
Transistoren
Transistoren har tre tilkoblingsledninger (bein). Disse betegnes som henholdsvis: Base (b), emitter (e) og collector (c)3 .
Det er viktig at de forskjellige tilkoblingsledningene kobles riktig i kretsen ellers vil den ikke virke som den skal. Symbolet for transistoren gis en betegnelse og en typekode (f.eks. T1 og BC547C). T står for Transitor, indeksen 1 angir at det er transitor nr. 1 og BC547C er typen transistor.
Vi må passe på at vi ikke lar det gå for stor strøm gjennom transistorer, da vil de bli ødelagt.
Hva brukes den til?
Transistoren ble oppfunnet i 1947 av tre amerikanere. Siden den gang er den tatt i bruk på nær sagt alle områder. Vi finner flere millioner i en mobiltelefon. En moderne datamaskin inneholder flere milliarder transistorer. Videre finner vi transistorer i fjernsyn, radio, biler, videokamera, i leketøy, klokker, mp3-spillere osv.
Hva er det med transistoren som gjør den så anvendelig til så mange forskjellige ting?
Transistoren brukes hovedsakelig på to måter. Enten til å forsterke svake elektrisk signaler eller som elektrisk strømbryter. La oss først se på transistoren brukt som bryter.
Transistoren som bryter
Transistoren har tre terminaler (bein). Dersom vi tenker på transistoren som en bryter vil to av terminalene tilsvare de to strømførende ledningene til bryteren (figur 2.19 A). Lampa vil ikke lyse siden ingen trykker på knappen (b).
Vi bytter ut bryteren med en transistor (figur) og ser at pæra fortsatt ikke lyser. Dette skyldes at styreterminalen (basen) til transistoren ikke er tilkoblet. På figur 2.19 C har vi byttet ut tegningene av transistoren, lyspæra og batteriet med symboler. Vi ser at styreterminalen, basen, på transistoren ikke er tilkoblet noe sted og pæra lyser ikke. Transistoren oppfører seg som en åpen bryter som ikke leder strøm.
Hva får så pæra til å lyse? På figur A) kan vi trykket på bryteren slik at vi får en sluttet krets, dvs. at det kan gå strøm fra batteriet, gjennom bryteren, lyspæra og tilbake til batteriet, og lyspæra lyser.
På figur B) har vi byttet ut bryteren med en transistor. Vi kan da føre en ledning fra basen (styreterminalen) på transistoren opp til + polen på batteriet. Det som da skjer er at det går en liten strøm fra + polen på batteriet og inn i basen på transistoren. Denne strømmen gjør at transistor-”bryteren” åpner og leder den store strømmen som får lyspæra til å lyse. Vi har dessuten lagt inn en motstand i baseledningen for å begrense strømmen. Den som ser nøye på transistorsymbolet i figur C), ser at det sitter en liten diode mellom basen (b) og emitteren (e). Når vi legger basen til plusspolen på batteriet, begynner denne dioden å lede strøm. Dette medfører at transistor-”bryteren” åpner og den store strømmen begynner å gå mellom collectoren og emitteren. I datamaskiner brukes transistoren nesten utelukkende som bryter.
Transistoren som forsterker
Den andre viktige anvendelsen for transistorer er som signalforsterkere.
De fleste har brukt forsterkere i form av lydforsterkere (høttaleranlegg, stereoanlegg, CDspillere, MP3- spiller, tellefon osv.). Når vi snakker inn i en mikrofon, omdannes lydbølgene til små elektriske strømmer som varierer i takt med lydbølgene. Disse små strømmene føres gjennom ledninger til en elektronisk forsterker. Forsterkeren forsterker opp de små elektriske strømmene slik at de blir store nok til å drive en høyttaler
NPN transistoren
Den bipolare transistoren består av tre sjikt lagt ved
siden av hverandre. To N-dopet sjikt (N-sjikt) med et
tynt P-dopet sjikt (P-sjikt) i midten. Slike transitorer kalles derfor NPN-transistorer.
PNP transistoren
En kan også lage transistorer som består av to P-sjikt med et tynt N-sjikt mellom. Slike kalles derfor PNP-transistorer. Disse to typene transistorer fungerer omtrent på samme måte.
Årsaken til at begge typene tilbys, er at de i enkelte kretsløsninger utfyller hverandre. I fortsetningen skal vi stort sett bruke NPN-transistorer.