Podstawy elektroniki - niezbędnik każdego modera

Kondensatory.

Kondensatory, choć mają zdecydowanie mniej zastosowań jako samodzielne elementy, są obok rezystorów najczęściej stosowanymi komponentami elektronicznymi. Ze względu na budowę i właściwości można je podzielić na bardzo wiele podgrup, ale najistotniejszy jest podział na kondensatory elektrolityczne i tak zwane stałe.

Kondensatory stałe mają pojemność (mierzoną w Faradach - F) od kilku piko do kilku mikro Faradów (kolejny z wielkiego grona ludzi niewychodzących z domu). Nie są elementami biegunowymi podobnie jak rezystory, więc jest obojętne, którą nóżkę podłączamy do plusa, a którą do minusa, a co więcej mogą działać także na napięciu zmiennym. Każdy kondensator ma określone maksymalne napięcie, którego przekroczenie grozi przebiciem jego okładek. Typowo waha się ono w granicach od kilkudziesięciu do kilkuset Voltów.

Zastosowań mają wiele. Zazwyczaj umieszcza się kondensator stały o niewielkiej pojemności (np. 100nF) w obwodach zasilania równolegle do szyn zasilających (czyli po prostu jedna nóżka do + a druga do masy). Odfiltrowuje się dzięki temu część śmieci o wyższych częstotliwościach, które mogły przeniknąć z transformatora lub wyindukować się w przewodach ze wszechobecnego smogu elektromagnetycznego. Kiedyś zbudowałem niewielki wzmacniacz audio, sprawdzałem wszystko kilka razy, ale nie chciał działać. W końcu doszedłem do wniosku, że jedynym elementem, którego nie podłączyłem był kondensator w obwodzie zasilania. Uznałem, że nie jest on istotny w pierwszych próbach. J ak tylko go dolutowałem, wszystko zaczęło hulać jak złoto ;-).

Innym ciekawym zastosowaniem kondensatorów stałych są zasilacze beztransformatorowe. Otóż kondensator taki stanowi zwarcie, a w zasadzie opór (dla prądów zmiennych zwany impedancją). Dzięki temu można zbudować niewielki zasilacz o wydajności prądowej do 100mA, z kilku elementów, bez konieczności stosowania ciężkiego transformatora. Trzeba jednak pamiętać, że zasilacze takie są dość niebezpieczne i powinny być dokładnie zaizolowane, bo dotknięcie któregoś z elementów (nawet jego obudowy) może spowodować porażenie napięciem sieci!

Kondensatory elektrolityczne mają znacznie większe pojemności w stosunku do stałych, od jednego do kilkunastu tysięcy mikro Faradów (i więcej). Są to elementy biegunowe, to znaczy, że jedna nóżka podłączana jest do plusa zasilania, a druga do masy i nie można ich zamienić (niewłaściwa biegunowość może doprowadzić nawet do wybuchu kondensatora!). Kondensatory stałe mają postać małych "lizaczków" lub, przy większych pojemnościach, prostopadłościennych kostek, elektrolity natomiast prawie zawsze mają kształt walca z dwoma wyprowadzeniami. Nóżka "minusowa" zawsze oznaczona jest z boku paskiem lub ciągiem minusów.

Te elementy włącza się podobnie jak poprzednie do obwodów zasilania w celu odfiltrowania tętnień o niższych częstotliwościach - głównie brum sieciowy 50Hz i wyższe harmoniczne. Dzięki dużej pojemności są też przydatne w prostych układach opóźniających (np. do powolnego wyłączania jakiegoś źródła oświetlenia). Wszystkie typy kondensatorów są powszechnie stosowane w rozmaitych filtrach i układach czasowych (również cyfrowych o czym dalej), do wyznaczania częstotliwości, opóźnień itp.

Na zakończenie tematu kondensatorów powiem jeszcze troszkę o ich budowie. Najprościej jest sobie wyobrazić kondensator jako parę metalowych płytek między którymi jest dielektryk (izolator, np. powietrze). Kiedy przyłożymy napięcie do tych płytek, przez krótką chwilkę popłynie prąd, a następnie przestanie. Kondensator został naładowany, co oznacza, że na jego okładkach (czyli płytkach) zgromadziła się pewna ilość energii, którą można później jakoś spożytkować (choćby do zasilenia na chwilkę diody LED). Dodam jeszcze, że przy łączeniu kondensatorów stosujemy podobne wzory co przy rezystorach z tym, że dokładnie na odwrót.

Diody - potoku nie zawrócisz.

Pod pojęciem diody ukrywa się bardzo wiele elementów elektronicznych o rozmaitych zastosowaniach. Wymienię tu i opiszę tylko kilka z nich, tych najbardziej przydatnych w codziennym elektronicznym życiu.

Diody prostownicze - j est to najprostsza odmiana diod. Ich głównym zadaniem jest przepuszczanie prądu tylko w jednym kierunku . C o za tym idzie , używane są w układach prostowniczych gdzie trzeba zamienić prąd zmienny na stały. Wykorzystuje się je również, aby do jakiegoś punktu obwodu doprowadzić sygnały z kilku różnych miejsc, tak aby wzajemnie nie wpływały na siebie, ale to inna para kaloszy.

Diody mają różne obudowy w zależności od dopuszczalnej mocy. Np. dioda małej mocy typu 1N4148 (widoczna na zdjęciu) jest umieszczona w malutkiej szklanej obudowie, pod którą widać pomarańczowy walec i czarną kreskę bliżej jednego z wyprowadzeń.
Natomiast diody mocy (np. 1N4001...7) o prądzie do 1A i napięciu pracy od 50 do 1000V są produkowane w czarnej walcowej obudowie z białym paskiem.
Można uznać, że jest to ta sama kreska co na symbolu diody i oznacza katodę, czyli nóżkę "ujemną". Drugą nóżkę "dodatnią" nazywamy anodą.

Prąd płynie od plusa do minusa zatem, kiedy podłączymy plus do anody a za nią jakiś odbiornik prądu (zamkniemy obwód np. żaróweczką) to prąd popłynie. Przy odwrotnym włączeniu, dioda zostanie spolaryzowana zaporowo i prąd nie popłynie w obwodzie.

Diody Zenera (stabilizacyjne) - Stosuje się je do stabilizacji napięcia. Zazwyczaj wyglądają tak samo jak niewielkie diody prostownicze z tym, że widnieje na niej napis określający jej napięcie przebicia (np. oznaczenie C12V oznacza diodę Zenera o napięciu 12V). Diody takie zawsze włącza się w kierunku zaporowym, czyli dokładnie odwrotnie niż zwykłe diody. Kiedy napięcie zasilania przekroczy wartość podaną na diodzie, następuje w niej przebicie i płynie przez nią prąd, tym samym obniżając napięcie zasilania. Można założyć, że dzieje się tak w kółko i dzięki temu następuje stabilizacja. Diody Zenera typowo mają napięcia przebicia w zakresie od dwóch do kilkunastu - kilkudziesięciu Voltów i moc 0,3 - 1,5W (oczywiście są i większe).

Diody LED - Jest to najpopularniejszy typ diod używanych w moddingu. Ich zaletą jest niska cena, wybór kolorów, niskie napięcie zasilania i stosunkowo niewielki pobór prądu oraz spore , jak na ich rozmiary , generowane natężenie światła.

Diody LED jak każde inne posiadają dwie nóżki, czyli katodę (minus, najczęściej krótsze wyprowadzenie) i anodę (plus, najczęściej dłuższą). Mamy do wyboru sporo kształtów i rozmiarów. Od popularnych okrągłych o średnicy 3 i 5 mm, przez płaskie i kwadratowe, do walcowych i innych kształtów. Kolory: zielone, czerwone, pomarańczowe, żółte, ostatnio bardzo popularne niebieskie aż do ultrafioletowych, podczerwonych i białych. Diody mogą służyć zarówno za kontrolki różnych urządzeń jak i dobre źródła światła. Napięcie zasilania to około 2-4V (czerwone 2V; zielone i żółte 2,1V; niebieskie i białe 3,5V), ale o ile skutecznie ograniczymy prąd diody to może ona pracować przy typowych dla komputera napięciach 5V i 12V. Ograniczenie prądu jest niezbędne dla długotrwałej i prawidłowej pracy diody (zabezpiecza przed spaleniem i pozwala na regulację jasności). Ogólnie można przyjąć, że nie należy przekraczać na diodzie LED prądu 20-30 mA (mili Amperów). Prąd zależny będzie od napięcia na jakie planujemy włączyć diodę i od opornika ograniczającego prąd dla diody, który należy przylutować do dowolnej z nóżek i przepuścić odpowiedni biegun zasilania przez niego (czyli innymi słowy włączyć go z diodą w szereg). Wymaganą wartość opornika można łatwo wyliczyć ze wzoru:

Dla przykładu chcemy podłączyć czerwoną diodę do napięcia 12V tak żeby ładnie i jasno świeciła. Prąd zatem ustalamy na mniej więcej 20-25 mA i liczymy:

R = (12V - 10V) / 0,02A = 100om

Zatem należy użyć opornika 100om (wystarczy o mocy 1/4W), a dioda będzie długo pracować bez ryzyka spalenia.

NE555: Od siebie dodam, że swego czasu napisałem poradnik o diodach LED.