Arak TH Tehnicki 4

• udžbenik s CD-om • radna bilježnica s radnim materijalom za vježbe i praktične radove • priručnik za učitelje s CD-om i prozirnice s planom ploče • razredni plakati

UDŽBENIK

3.1 Razmislite i pokušajte odgovoriti:

PASIVNI I AKTIVNI ELEKTRONIČKI ELEMENTI Kako se dijele materijali prema vodljivosti električne struje. Koji su elektronički elementi ugrađeni u radioaparat? Nabrojite elektroničke uređaje koje koristite.

Za bolje razumijevanje teme:

ENIAC  prvo elektroničko računalo opće namjene

Strujni krugovi u elektroničkim sklopovima i uređajima sastavljeni su od elektroničkih elementa. Oni omogućavaju promjenu jakosti i napona električne struje, pružaju različiti otpor protoku struje, stvaraju promjenljivo magnetsko polje, vrše razna pojačanja itd. U prvim elektroničkim uređajima prevladavale su elektronske cijevi. Njihov se rad temeljio na protoku slobodnih elektrona u zrakopraznom prostoru između dvije ili više elektroda. Elektronske cijevi zamijenjene su manjim i puno jeftinijim poluvodičkim diodama i tranzistorima, čime se veličina uređaja i potrošnja energije znatno smanjila.

Elektronički elementi PC (Osobno računalo)

Prijenosno računalo

Elektronički elementi podijeljeni su u dvije skupine i to na pasivne i aktivne. Pasivni elektronički elementi Pasivni elektronički elementi u strujnim krugovima ne djeluju ispravljački ni pojačivački. Tu spadaju otpornici, zavojnice i kondenzatori. Otpornici imaju zadaću da se u strujnim krugovima više ili manje opiru prolasku električne struje. To svojstvo naziva se električni otpor. Osnovna mjerna jedinica za električni otpor je ohm (W).  stalni otpornici, uz stalnu temperaturu imaju nepromjenjivi otpor

Otpornici

 polupromjenljivi (trimeri), otpornici za finu regulaciju električnog otpora  promjenljivi za regulaciju jakosti električne struje (reostati), za regulaciju električnog napona (potenciometri).

Simboli otpornika

Vrijednost otpornika označuje se pomoću broja i slova ili nizom raznobojnih prstena.

46

22

3. Energetika • 3.1. Pasivni i aktivni elektronički elementi

Otpornik s prstenima

Primjer očitavanja vrijednosti otpornika (24MW 10% tolerancija)

Otpornici označeni slovom, brojkom i prstenima

Zavojnice su vodiči savijeni u spiralu. Protokom električne struje kroz zavojnicu, oko nje se stvara magnetsko polje. Promjenom jakosti struje dolazi do promjene ukupnih magnetskih svojstava zavojnice  induktiviteta. Osnovna jedinica za induktivitet je henri (H).

Oznaka na otporniku

Vrijednost otpora u W

R47

0,47

4R7

4,7

Zavojnice se koriste u titrajnim krugovima odašiljača i prijemnika. Djeluju kao prigušnice u filtrima određenih frekvencija, za transformiranje izmjeničnih napona podizanjem na viši ili spuštanjem na niži napon. Zavojnice se upotrebljavaju i za gradnju raznih vrsta elektromagneta (na primjer kod releja).

100

100

100E

100

1K

1000

2,4M

2 400 000

Simboli zavojnice

Razne vrste kondenzatora

Razne vrste zavojnica

Kondenzatori primaju (akumuliraju, kondenziraju) određene količine električnih naboja. To svojstvo nazivamo električni kapacitet. Osnovna mjerna jedinica za kapacitet kondenzatora je farad (F). U praksi se koriste kondenzatori s mnogo manjim kapacitetom izraženim u milifaradima (mF), mikrofaradima (μF), nanofaradima (nF) i pikofaradima (pF). Izrađuju se od različitih materijala, a čine ih dvije pločice (obloge) nekog vodiča (staniol, aluminijska pločica ili folija) između kojih se nalazi izolator (zrak, voštani papir, plastična folija).

3. Energetika • 3.1. Pasivni i aktivni elektronički elementi

Simboli kondenzatora

23

47

Aktivni elektronički elementi U strujnim krugovima istosmjerne i izmjenične struje djeluju aktivno kao ispravljači ili pojačivači. Tu spadaju diode, tranzistori i integrirani krugovi.

Razne vrste dioda

Diode propuštaju struju samo u jednom smjeru, dok joj u drugom smjeru pružaju veliki otpor. Zbog tog svojstva nazivaju se poluvodički elektronički elementi. Poluvodička dioda je sastavljena od dvije elektrode. Prva elektroda (anoda) je od P (pozitivno), a druga (katoda) od N (negativno) vodljivog poluvodičkog materijala. Ovakav se spoj naziva PN- spoj. Za protok istosmjerne struje je bitno da se anoda spoji na (+), a katoda na (-) pol izvora, jer u suprotnom struja neće prolaziti. Posebna vrsta dioda su LED diode ili svjetleće diode, koje pri prolasku struje svijetle. Koriste se za razne pokazivače, indikatore ili za postizanje vizualnih efekata.

Simboli dioda

Strujni krug s diodom

Razne vrste tranzistora

Tranzistori se u strujnim krugovima koriste za pojačavanje slabih električnih signala, te kao elektroničke sklopke. Napravljeni su od tri poluvodička sloja, koji se ponašaju isto kao elektrode diode. S obzirom na međusobni raspored P i N slojeva postoje dva tipa tranzistora PNP i NPN. Dijelovi tranzistora su baza (B), emiter (E) i kolektor (C).

Simboli tranzistora

Tiristor je poluvodički sklop sastavljen od 4 sloja silicija. Trijak se sastoji od 5 slojeva poluvodiča s posebno oblikovanim metalnim kontaktima. Dijak se koristi za generiranje pobudnog impulsa za rad tiristora i trijaka. Integrirani krugovi ili čipovi građeni su od velikog broja aktivnih i pasivnih elektroničkih elemenata. Složeni integrirani krugovi sadrže sve funkcije elektroničkog računala i nazivaju se mikroprocesori. Zahvaljujući mikroprocesorima mnogi elektronički uređaji sve su manji, troše manje energije, pa tako i kod računala gdje su hardverski dijelovi sve manji, a softverske mogućnosti sve veće.

Razne vrste integriranih krugova

48

24

3. Energetika • 3.1. Pasivni i aktivni elektronički elementi

Simbol integriranog kruga

3.3

IZRADA JEDNOSTAVNOG ELEKTRONIČKOG SKLOPA

3. Energetika • 3.3. Izrada jednostavnog elektroničkog sklopa

29

49

3.3 Razmislite i pokušajte odgovoriti:

IZRADA JEDNOSTAVNOG ELEKTRONIČKOG SKLOPA Nabrojite kućanske aparate koji za svoj rad koriste električnu energiju! U koju se skupinu uređaja ubrajaju računalo, televizor, mobitel i radioprijemnik? Od kojih se elemenata sastoji televizor?

Za bolje razumijevanje teme Okruženi smo brojnim uređajima koji koriste električnu energiju. Dio takvih uređaja pretvara električnu u toplinsku energiju, neki u mehaničku, dio njih u svjetlosnu, a neki u zvuk i sliku. Svaki uređaj sastoji se pored ostalog od električnih vodiča i izolatora, od elektroničkih elemenata i sklopova. O pojedinim dijelovima električnih i elektroničkih uređaja već ste učili u prethodnim temama. U sklopu ove teme i sami ćete izraditi najmanje jedan elektronički sklop.

Elektronički sklopovi Dva i više elektroničkih elemenata spojenih u funkcionalnu cjelinu nazivamo elektronički sklop. On ima određenu ulogu u elektroničkom uređaju. Postoji mnoštvo različitih elektroničkih sklopova, a najčešće se koriste ispravljački sklopovi (upoznali ste ih u prošloj temi), elektronički prekidači, razna pojačala, oscilatori i digitalni sklopovi. Sada ćete ukratko upoznati titrajni krug kao dio oscilatora, utjecaj otpornika i kondenzatora na vrijeme titranja (R-C vremenska konstanta) te punjenje i pražnjenje kondenzatora u elektroničkim sklopovima. Razni elektronički sklopovi

50

30

3. Energetika • 3.3. Izrada jednostavnog elektroničkog sklopa

Titranje je ponavljanje jednakog gibanja. Broj titraja u jedinici vremena (sekundi) naziva se frekvencija. Veću frekvenciju imaju tijela čije se čestice brže gibaju. Jedinica za izražavanje frekvencije je herc (Hz). U brojnim elektroničkim uređajima također se javlja titranje u titrajnom krugu. Titrajni krug je osnovni dio svakog oscilatora, a sastoji se od otpornika, zavojnice ili kondenzatora (stalni ili promjenjivi). Punjenjem i pražnjenjem kondenzatora električnim naponom stvara se električno i magnetsko polje određene frekvencije. Koristi se, između ostalog, u radioodašiljačima i televizijskim odašiljačima te prijemnicima za odašiljanje i prijem elektromagnetskih valova. Titrajni krug  a) punjenje, b) pražnjenje

Tranzistorsko treptalo ili multivibrator je oscilator koji služi za stvaranje električnih impulsa. Promjena brzine treptanja ili promjena frekvencije rada oscilatora određena je radom titrajnog kruga koji čine otpornik R2 i kondenzator C2 te otpornik R3 i kondenzator C1. Rad titrajnog kruga ovisi o vremenu punjenja i pražnjenja kondenzatora. To vrijeme ovisi o kapacitetu kondenzatora i otporu otpornika kojim se on puni pa ga nazivamo i R-C vremenska konstanta. Trajanje te konstante može se izračunati po formuli: T = 0,7 x R x C

Treptalo

Električna shema tranzistorskog treptala

Za sve frekvencije veće od 16 Hz vrijedi da ljudsko oko zbog svoje tromosti ne može primijetiti tako brze promjene pa izgleda da diode svijetle cijelo vrijeme. U tom slučaju umjesto diode mogu se spojiti zujalica ili mali zvučnik i slušati razlike u visini tona ovisno o promjeni frekvencije. Za 3. Energetika • 3.3. Izrada jednostavnog elektroničkog sklopa

31

51

praktičnu izradu elektroničkog sklopa potrebno je osigurati ili izraditi tiskanu pločicu i prikupiti sve potrebne elektroničke elemente. Na pripremljenu pločicu treba razmjestiti elektroničke elemente prema shemi, a zatim ih spojiti lemljenjem. Za izradu tiskanih pločica koriste se pertinaks koji može biti jednostrano ili dvostrano kaširan, tj. da imaju bakar nanesen sa jedne ili obje strane. Za izradu tiskanih pločica danas se najviše koristi fotopostupak. Tiskana pločica

SAŽETAK

PROVJERITE ŠTO STE NAUČILI

Ključni pojmovi:

1. Nabrojite nekoliko elektroničkih sklopova.

 Titrajni krug  dio oscilatora koji se sastoji od otpornika, zavojnice ili kondenzatora.

2. Navedite dijelove titrajnog kruga.

 Multivibrator  elektronički sklop koji proizvodi oscilacije određene frekvencije.  R-C vremenska konstanta  vrijeme punjenja i pražnjenja kondenzatora ovisno o vrijednosti otpora i kapaciteta.  Punjenje i pražnjenje kondenzatora  omogućava stvaranje elektromagnetskih titraja.

3. Opišite funkcioniranje titrajnog kruga. 4. Navedite od kojih se elektroničkih elemenata sastoji multivibrator. 5. Navedite koji se postupak koristi za izradu tiskane pločice.

Za one koji žele znati više Eksperimentalna pločica Za sastavljanje različitih elektroničkih sklopova moguće je koristiti eksperimentalnu (probnu) montažnu pločicu. Na toj pločici potrebno je samo utaknuti izvode elektroničkih elemenata u za to predviđene rupice. Pločica je izrađena od neprozirne plastične mase s pravilno raspoređenim rupicama u redove i stupce. Električni kontakti ostvareni su ispod rupica. Koristeći ugrađene unutarnje spojeve i povezivanje dijela elemenata tankim vodiča izvan pločice, moguće je sastaviti i ispitati svojstva brojnih elektroničkih sklopova. Ukoliko u školi posjedujete takve eksperimentalne pločice nađite vremena za dopunu znanja o elektroničkim sklopovima.

52

32

3. Energetika • 3.3. Izrada jednostavnog elektroničkog sklopa

VJEŽBA

RADNA BILJEŽNICA

IZRADA KUTIJICE

Zadatak: Prema slijedećim uputama izradite plastičnu kutiju za odlaganje sitnih predmeta (elektroničkih elemenata, čavlića…). Pazite na postupak savijanja i lijepljenja.

Radni postupak

Prikaz radnog postupka

Upute za rad

Mjerenje i ocrtavanje.

Na ploču nacrtajte pravokutnik dimenzija 140x80 i dva manja pravokutnika dimenzija 80x30.

Izrezivanje.

Pažljivo izrežite sva tri pravokutnika. Na većem pravokutniku označite mjesta savijanja (30 mm od rubova).

Zagrijavanje mjesta savijanja.

Zagrijte mjesta savijanja na uređaju koji posjeduje škola ili nekim drugim izvorom topline.

Savijanje.

Uz pravi kut (drvo, metal, škrip) pažljivo presavijte ploču uz pomoć komada drva ili metala.

Lijepljenje.

Manje pločice zalijepite na bočne strane. Brusnim papirom završno obradite rubove i mjesta spajanja.

Izgled gotovog predmeta

14

2. Materijali • 2.2. Savijanje, lijepljenje i zavarivanje plastike

53

VJEŽBA

ODREĐIVANJE VRIJED. OTPORNIKA OČITAVANJEM OZNAKA

Zadatak: Odredite vrijednost otpornika očitavanjem oznaka. Materijal: : • pet otpornika različitih vrijednosti • pet komadića čistog papira Uputa: • svaki otpornik pričvrstite na pripadajući mu komadić papira i napišite redne brojeve od 1 do 5 • pomoću tablice za određivanje vrijednosti otpornika očitajte vrijednost svih otpornika • u donju tablicu upišite rezultate očitavanja

Redni broj

Boje prstena redom od ruba prema sredini otpornika

1 2 3 4 5

54

22

3. Energetika • 3.1. Pasivni i aktivni elektronički elementi

Očitana vrijednost otpornika

VJEŽBA

STRUJNI KRUG S DIODOM I ŽARULJICOM

Za izvođenje vježbi iz elektronike koristite eksperimentalnu - montažnu pločicu. Pločica je izrađena od plastične mase (izolatora) u koju su izbušene rupice poredane u stupce i redove. Električni kontakti nalaze se ispod rupica u nekoliko stupaca, te u velikom broju redova. Postavljanjem elektroničkih elemenata u predviđene rupice i povezivanjem pomoću vodiča, ostvarit će se potrebne veze i spojevi. Prema vrsti ispitivanja za napajanje postavljenih elektroničkih elemenata može se koristiti napon iz baterije ili stabiliziranog ispravljača istosmjerne struje, te transformatora izmjenične struje sa sniženim naponom.

Zadatak: Prema donjim shemama načinite tehnički pokus te utvrdite: · strujni krug u kojem žaruljica svijetli Pribor: eksperimentalna pločica, izvor istosmjerne struje, žaruljica, dioda, nekoliko vodiča

Zaključak: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 24

3. Energetika • 3.2. Ispravljač izmjenične struje

55

VJEŽBA

TEHNIČKI CRTEŽ TLOCRTA TREPTALO UČIONICE

Od priloženih elektroničkih elemenata i tiskane pločice sastavite prema radnoj listi treptalo ili multivibrator. Radni postupak

56

Prikaz radnog postupka

Upute za rad

Odabir i provjera ispravnosti dijelova

Odaberite i po vrstama rasporedite sve dijelove za treptalo na radnu površinu.

Priprema dijelova za montažu

Pažljivo savinite kontaktne žice elektroničkih elemenata.

Razmještaj i lemljenje otpornika na tiskanu pločicu

Utaknite pripremljene otpornike na tiskanu pločicu, skratite kontakte i zalemite.

Razmještaj i lemljenje kondenzatora na tiskanu pločicu

Utaknite pripremljene kondenzatore na tiskanu pločicu, skratite kontakte i zalemite.

Razmještaj i lemljenje tranzistora na tiskanu pločicu

Utaknite pripremljene tranzistora na tiskanu pločicu, skratite kontakte i zalemite.

Razmještaj i lemljenje led dioda na tiskanu pločicu

Utaknite pripremljene led diode na tiskanu pločicu, skratite kontakte i zalemite.

Ispitivanje ispravnosti elektroničkog sklopa

Priključite elektronički sklop na izvor električne struje (baterija 4,5 V) i provjerite ispravnost.

3. Energetika • 3.3. Izrada jednostavnog elektroničkog sklopa

27