Guide

Guide: Elektronikkens verden - del 1

De som interesserer seg for enten casemodding eller overklokking vil før eller siden måtte ta loddebolten fatt for å leke seg litt med en komponent eller to. Den ultimale kreasjonen eller "overklokk" kan nemlig være avhenging av en enkel komponent for å oppnå et endelig mål av lys i en diode, eller høyere spenning til et skjermkort.

Det er derimot få som føler seg veldig komfortabel der de sitter med loddebolten i den ene hånden og en komponent man ikke kan navnet en gang på i den andre. Dette er noe vi håper denne guiden kan hjelpe deg litt på vei med.

Dette er ikke ment som en dyptgående guide for de som kan mye fra før, men som en introduksjon til elektronikkens verden. Artikkelen kommer til å ta for det aller mest grunnleggende innen lover og regler, samtidig som vi vil gå et lite utvalg av komponenter litt nærmere i sømmene. Det kan nemlig være greit å vite både hvilken komponent vi sitter med i handa, og hvordan den virker.

Om dere skulle lure på noen enkelte ord underveis, vil anbefale en titt på vår ordforklaringsguide. Denne tar for seg det meste av enkle ord og begreper som vil kunne dukke opp i denne guiden.

Ohms lov

På slutten av 1820-årene oppdaget Mr. Georg Ohm at det var en sammenheng mellom strøm, spenning og resistans. Ohms lov er grunnleggende innen all elektronikk, og du kommer absolutt ingen vei uten. Via Ohms lov kan man nemlig beregne motstand, energiforbruk, energitap, spenning og strøm ved hjelp av et par enkle formler.


  Enhet Symbol
U Spenning Trykk Volt V
I Strøm Mengde Amper A

R

Resistans Motstand Ohm Ω

Som vi ser ut av trekanten over, står spenningen øverst. Skal man finne en av faktorene under, resistans eller strøm, må man dividere spenningen med den gjenstående faktoren. Skal man derimot finne spenningen må man multiplisere strøm med resistans.

Hele loven brytes ganske enkelt ned i tre regnestykker:

Spenning = Strøm multiplisert med resistans (U= I*R)
Strøm = Spenning dividert med resistans (I=U/R)
Resistans = Spenning dividert med strøm(R= U/I)

La oss ta et par eksempeler for å illustrere bruken av disse formelene.

Motstand
I det første eksempelet skal vi vise deg hvordan man kan beregne størrelsen på en motstand.

For å gjøre dette kan vi ta for oss en meget enkel komponent som de fleste med interesse innen hobbyelektronikk har forståelse på, nemlig lysdioden.

Du ønsker å installere en lysdiode i datamaskinen din, men har kun et 5V uttak til disposisjon. Vi vil derfor regne oss frem til verdien på motstanden vi må bruke for å oppnå riktig spenning.

Lysdioden du har valgt har en driftspenning på 1,3 Volt. En generell regel for lysdioder mellom 3 og 5 mm, er at de lyser best fra 10 til 30 mA. Du velger selv hvor mye strøm du vil sende inn i dioden, men det er lurt å holde seg innenfor denne rammen.

Spenningen som ligger over motstanden blir 3,7V da vi tar tilgjengelig spenning minus driftspenning til dioden. (5V-1,3V).

Når vi kjenner til to av verdiene, kan vi regne oss frem til den manglende, i dette tilfellet resistansen på en motstand.

3,7(Volt) / 0,03(Amp) = 123 Ohm (R = U / I)

Regnestykket viser oss at en motstand på ca. 123 Ohm må stå i serie med dioden for at den ikke skal brenner opp.

Det er verdt å merke seg at motstander sjeldent kommer i så nøyaktige tall, så man velger ofte en tilnærmet verdi.

Spenning
Du har to motstander i serie, koblet til en spenningskilde på 12V. I kretsen går det en strøm på 15mA.


Får å finne ut hvor mye spenning det ligger over hver enkelt motstand bruker vi formelen U = I * R.

0,015(Amp) * 600(Ohm) = 9V
0,015(Amp) * 200(Ohm) = 3V

Over motstanden på 600 Ω vil det ligge 9V, mens det kun ligger 3V over motstanden på 200 Ω.

Strøm
Du sitter med et lite kretskort, med et par motstander på til sammen 500Ω. Du vet at kretsen har en spenningskilde på 12V, men ønsker å vite hvor mye strøm det går ut fra spenningskilden uten å dra frem multimeteret.

For å finne ut dette kan man sette opp følgense regnestykke:

12(V) / 500(Ω) = 0,024 = 24mA (I = U / R)

Prøv litt selv, det er nemlig langt i fra så vanskelig som man skulle tro :)


Kirchhoffs 1. lov - Strømloven

"I et greinpunkt er summen av alle inngående strømmer lik summen av alle utgående strømmer"

I = I^1 + I^2 + I^3...

Dette er en regle som er god å ha i bakhodet når man jobber med parallellkoblinger.


Ta for eksempel et batteri som gir ut 9 Volt og 1 Ampere. Før strømkretsen når tilbake til batteriet igjen, splittes kretsen i en parallellkobling.

Når strømmen når veiskille (x) deler den seg i to, og siden det er like stor resistans begge veier, vil det gå 0,5A igjennom hver av lyspærene før de igjen møtes ved veiskillet (y). Derfra går det alltid 1 Ampere tilbake til batteriet.


Kirchhoffs 2. lov - Spenningsloven

"Summen av alle delspenninger i en seriekrets er lik spenningen som er tilkoblet kretsen".

Har du koblet flere motstander i serie vil alltid summen av spenningene du måler over hver enkelt motstand gi samme spenning som du i første omgang sendte inn i kretsen.

U= U^1 + U^2 + U^3....


Om du måler delspenningen over motstand R1 og R2, vil summen av disse spenningsverdiene utgjøre det samme som du i første omgang sendte ut fra spenningskilden. Hvis du titter litt tilbake i oppgaven hvor vi regnet spenningen over to motstander, vil du se at antall Volt som ligger over hver av motstandene tilsvarer det antallet du sente ut fra spenningskilden.

Motstander

En motstand er en enkelt komponent som skal lager en hindring i en strømkrets. Hvor stor hindringen er avhengig av resistansen på motstanden.

Motstander kan deles inn i 3 hovedtyper; Faste motstander, variable motstander og ulineære motstander.

Faste motstander


Faste motsander er kort og godt motstander som ikke kan påvirkes, verken fysisk eller naturlig. De finnes i flere typer, sortert etter konstruksjon.

Karbonsjiktmotstander er den mest kjente, og mest brukte motstanden innen for elektronikk. De er meget billige å produsere, og er laget fra noen få Ohm og opp til flere Mega Ohm. Karbonsjiktmotstander tåler sjeldent mer enn 3 Watt, men på en annen side har de et minimalt avvik fra den påstemplede verdien.

Karbonmotstander er en motstand hvor karbon er brukt som motstandsmateriale. De minste motstandene er ganske enkelt et keramisk rør som blir dekket av et tynt lag karbon. De litt kraftigere motstandene er som regel rent karbon tvers i gjennom. Det er tykkelsen på karbonlaget og lengden på selve motstanden som bestemmer hvor stor resistansen blir.

Høyeffekts motstander blir også kalt metallmotstander, da de kan bestå av enten en lang viklet metalltråd, eller et metallsjikt påført et keramikkrør.

Oksidmotstander er den siste motstandstypen vi skal skrive litt om, er som navnet tilsier en motstand hvor oksid er brukt som motstandsmateriale. På samme måte som karbonmotstander, er disse laget på keramisk materiale som blir påført et oksidsjikt. Disse tåler en høyere temperatur og større effekt en de fleste andre motstander.


Symbol for fast motstand.

Variable motstander
En variabel motstand er som navnet tilsier en motstand hvor resistansen kan endres manuelt. Disse er som oftest oppbygd ved at en glider dras over et uisolert motstandsmateriale. Du har kanskje sett volumknappen på kassettspilleren i bestemor sin gamle Volvo? Den gamle typen hvor man drar bryteren opp og ned. Dette er et godt eksempel på en variabel motstand.

Strømmen går likt som i en fast motstand, inn ved kontakt punkt X, men ikke ut i den andre enden (Y) slik som det ville ha gjort i en fast motstand. Siden motstanden er uisolert bruker vi en glidepinne(V) til å hente ut spenningen på et angitt punkt i motstanden. Har man en motstand på 100 Ω kan man i teorien hente ut alle verdier mellom 1 og 100. Det er samme prinsippet vi finner i gammelt hifi-utstyr og rehostater.


Et potensiometer er et godt eksempel på en variabel motstand. Her er motstandsmaterialet lagt i en sirkel, men en glider som du vrir rundt. Når man vrir på potensiometeret, henter man spenningen fra det punktet glideren ligger på. Potensiometer, også kalt potmeter blir for eksempel bruk til voltmodding av hovedkort og skjermkort.


Ulineære motstander
Ulineære motstander er kort og godt motstander som kan påvirkes av naturlige faktorer. Du har kanskje lurt på hvorfor varmekablene i flisene slår seg automatisk på når det blir for kaldt? Eller hvordan utbelysningen slår seg på når mørket kommer snikende? Dette er gode eksempler på bruksområdet for ulineære motstander

NTC-motstand: NTC står for negative temperature coefficient. Dette er da en motstand som minker når temperaturen øker. For å måle disse kan man si at motstanden har en temperaturkoeffisient på 8 % per celsius grad. Øker temperaturen i rommet med 1 grad, minker motstanden med 8 %.


PTC motstand: PTC står for positive temperature coefficient. På samme måte som NTC motstanden varierer resistansen med temperaturen. En PTC-motstand øker derimot resistansen når temperaturen øker. Har PTC motstanden en koeffisient på 5 % pr celsius, øker motstanden med 5 % per celsius.


LD-motstand: LDR står for ligth dependent resistor, som logisk nok betyr at denne motstanden reagerer på lys. Disse motstandene er laget av kadmiumsulfid som er varmebehandlet og presset. Desto lysere det er, jo lavere resistans vil denne motstanden ha.


LDR-motstander er utrolig små, men kan ha stor innvirkning. De kan hjelpe til med å slukke gatelysene på morgenkvisten, måler turtallet på bilen din, til og med scroll-hjulet i datamusen din styres ofte av en LDR-motstand. Motstanden kan brukes innen logistikk, hovedsakelig til å telle varer, eller passe på at to pakker ikke kolliderer på et samlebånd.

Denne typen motstand takler minimalt med strøm, så den vil ikke kunne slå av og på for eksempel et gatelys av seg selv, men brukes til å styre andre komponenter som en transistor, som igjen styrer for eksempel et releè.

Motstander fort..

E12 / E24: For å holde orden på alle motstandsverdiene som finnes, settes de ofte opp i felles systemer. Det er hovedsakelig to kjente systemer, og disse går under navnene E12 og E24. E12 har 12 motstander mellom vært trinn alà 1 til 10, 10 til 100 osv. E24 har ikke uventet 24 motstander i vært trinn.

Du har sikkert sett store pakker med motstander, merker med "E10, E12 eller E24". Her er ofte hele serien med for eksempel 10 motstander av hver verdi.

Tallene i uthevet skrift tilhører E12-serien.


Ω
Mega Ω
1,0 10 100 1000 10000 0,1 1,0 10,0
1,1 11 110 1100 11000 0,11 1,1 11,0
1,2 12 120 1200 12000 0,12 1,2 12,0
1,3 13 130 1300 13000 0,13 1,3 13,0
1,5 15 150 1500 15000 0,15 1,5 15,0
1,6 16 160 1600 16000 0,16 1,6 16,0
1,8 18 180 1800 18000 0,18 1,8 18,0
2,0 20 200 2000 20000 0,20 2,0 20,0
2,2 22 220 2200 22000 0,22 2,2 22,0
2,4 24 240 2400 24000 0,24 2,4
-
2,7 27 270 2700 27000 0,27 2,7
-
3,0 30 300 3000 30000 0,30 3,0
-
3,3 33 330 3300 33000 0,33 3,3
-
3,6 36 360 3600 36000 0,36 3,6
-
3,9 39 390 3900 39000 0,39 3,9
-
4,3 43 430 4300 43000 0,43 4,3
-
4,7 47 470 4700 47000 0,47 4,7
-
5,1 51 510 5100 51000 0,51 5,1
-
5,6 5,6 560 5600 56000 0,56 5,6
-
6,2 62 620 6200 62000 0,62 6.2
-
6,8 68 680 6800 68000 0,68 6,8
-
7,5 75 750 7500 75000 0,75 7,5
-
8,2 82 820 8200 82000 0,82 8,2
-
9,1 91 910 9100 91000 0,91 9,1 <

Fargekoder
Du har sikkert sett en fast motstand før. Det oppmerksomme øyet vil se at motstanden er merket med en rekke fargede sirkler. Disse er der for å indikere resistansen på motstanden. Så klart, det letteste og mest nøyaktige er å dra frem et multimeter og måle, men ikke alle har tilgang til dette.


Vi vil gå igjennom to forskjellige fargekoder for å illustrere hvordan systemet fungere. Den samme metoden brukes for å regne ut alle motstander uansett antall fargestreker.

Først kan vi regne ut resistansen på den gule motstanden i bildet over.

Første strek er her gul, andre strek er blå, tredje oransje og den siste streken er gullfarget.

Følger vi tabellen kan disse fargekodene gjøre om til tall som vil oppgi motstandens verdi.

Gul = 4
Blå = 6
Orange = x1000
Gull = 5%

Huskereglen for 4 streker er som følger: Sett det første og andre tall sammen (46), multipliser så tallet med multiplikatoren (x1000), det tredje tallet. Dette gir oss selve verdien på motstanden. Siste streken var gullfarget, noe som forteller oss at motstandsverdien har en toleranse på 5 %.

Med andre ord har vi en motstand på 46000 Ω, eller 46 Kilo Ω med en toleranse på 5 %.

Den blå motstanden er ganske lik. Forskjellen er at den har 5 streker.

Grønn = 5
Brun = 1
Svart =0
Rød = x100
Brun = 1 %

Huskereglen for 5 streker er som følger: Sett de tre første tallene sammen (510), multipliser dette med fjerde tallet som blir multiplikatoren (x100), for så å oppnå motstandens verdi. Siste fargen var i dette tilfellet brun, noe som forteller oss at motstandsverdien har en toleranse på kun 1 %.

Med andre ord har vi en motstand på 51000 Ω, eller 51 Kilo Ω med en toleranse på 1 %.

For å ikke gjøre dette baklengs, vær oppmerksom på at streken som angir toleransen alltid vil ha et litt større mellomrom til streken ved siden av.

Ulempen med fargekoder er at enkelte farger virker veldig like. Rød og brun er det veldig liten forskjell på, spesielt hvis motstanden har mørk bakgrunn. Er man fargeblind blir dette bare verre. Å anskaffe deg et multimeter vil derfor ikke være dumt.

Dioder

En diode er en komponent som leder strøm en vei og sperrer den andre. Dioden har to tilkoblinger hvor den ene blir kalt katode og den andre anode. Hvis vi kobler den positive polariteten til anoden og negativ polariteten til katoden leder den strøm. Snur vi derimot dioden sperrer vi for strømgjennomgang.


Som nevnt sperrer dioden for all strømgjennomgang hvis den positive polariteten er koblet til katoden. En diode kan stoppe ganske mange Volt, men når den er koblet for å lede strøm tåler den ikke fult så mye. Ved hjelp av dette kan vi beskytte oss mot situasjoner som overslag, eller sende strømmen den retningen vi vil.


Siden en diode hovedsakelig består av silisium, vil ikke den begynne å lede strøm før den blir påtrykt en spenning på 0,6 til 0,8V. Dette betyr at dioden rett og slett "stjeler" spenning fra kretsen. Om du sender 9V inn over dioden, vil det legge seg 8,2 til 8,4 volt over de neste komponentene i kretsen.



Lysdioder
Lysdioden er nok den mest kjente dioden for de fleste. Ofte kalt LED, noe som er forkortelsen for det engelske ordet ligth emitting diode. Lysdioden er i bunn og grunn et lite lys, som ofte brukes som en indikator i elektriske apparater slik som datamaskiner, DVD-spillere og TV-apparater.


Hvilken farge lysdioden avgir avhenger av materiale den er laget av, samt avstanden mellom lederne inni lysdioden. I prinsippet er den lik en vanlig diode: Den har en anode og en katodetilkobling og for at dioden skal lyse, må den positive polariteten kobles til anoden og den negative polariteten kobles til katoden.

Transistoren


Den 23. Desember 1947 klart de amerikanske forskerne Bardeen, Shockly og Brattain klarte å konstruere en halvleder komponent som ble kalt transistoren, et navn som kommer av de to engelske ordene transfer og resistor. Takket være transistoren kunne man nå miniatyrisere elektrisk utstyr hvor radiorør var den dominerende komponenten.



N og P- materiale
Det mest brukte halvleder materialet er silisium. Som du kanskje husker fra en av dine tidligere naturfag timer, så "kjemper" alle atomer for få 8 elektroner i det ytterste skallet. Hvis vi ser på atomstrukturen til rent silisium ser vi at hvert eneste elektron blir brukt av to atomer. Det vil da si at når elektronene binder seg til to kjerner får hvert atom åtte valenselektroner. Hvis det rene silisiumet blir dopet med et annet materiale, arsen blir vårt eksempel, vil da det femte valenselektronet ikke få en dobbelt binding. Elektronet blir derfor løst bundet til atomet sitt.

Når vi da setter spenning på materialet vil de frie elektronene bevege seg mot den positive polen. For å fylle tomrommet elektronene etterlater seg vil det stadig komme en strøm av elektroner fra den negative polen. Disse elektronene har en negativ ladning - derfor kaller vi materialet for et N-materiale.

Hvis vi skulle finne på å dope silisiumet med et stoff som har 3 valenselektroner vil noen atomer mangle et elektron. Da vil atomet få en ledig elektronplass, også kalt hull. Disse hullene opptrer som positive ladningsbærere, derfor kaller vi materialet for et P-materiale.

PNP og NPN transistor


Transistorer er bygd opp av tre sjikt. Hvert enkelt sjikt er laget av et P eller N materiale. De settes sammen i forskjellige kombinasjoner, noe som utgjør to typer transistorer; PNP- og NPN-transistorer.

En transistor har på samme måte som en diode en PN-overgang. Som du ser på symbolene under, er det markert en diode mellom base og emitter. Hvilken vei denne er markert, angir om det er en PNP- eller NPN-transistor når du titter på kretsdiagrammet.


Litt mer teori
Vi kan for eksempel kan ta for oss en NPN-transistor. Prinsippet er at man sender en liten strøm inn i base, noe som åpner for en mye større gjennomgang av strøm mellom collector og emitter. I databladet for en transistor er det alltid en verdi som er merket "hFE". Dette er forsterkningsfaktoren til transistoren. Hvis hFE er markert som 100, betyr dette at forholdet mellom base-emitter og collector-emitter strømmen er 100. Sender vi en strøm på 1mA inn i base, vil dette åpne for 100mA fra collector til emitter.


Kort sagt fungerer en transistor som en bryter. Grunnen til at vi ikke velger en vanlig trykkknappbryter fremfor en transistor er enkel. For det første er at det vanskelig å slå en bryter av og på 3 millioner ganger i sekundet, men den andre vitale grunnen er at strømmen som går inn i basen er minimal i forhold til strømmen som går fra Collector til Emitter. Derfor kan man styre et mye større elektrisk anlegg med en liten transistor, fremfor å bruke en mye større bryter hvor all strømmen må passerer gjennom denne.

Kondensator

Kondensatorens oppgave er å samle opp elektrisk strøm, for så å sende det ut igjen når spenningen forsvinner. Når du lader blitzen på et kamera hører du ofte en liten pipelyd som forsvinner omtrent samtidig som blitzen blir klar. I dette tilfellet lader kondensatoren seg opp fra den lave batterispenningen, opp til et mye høyere nivå som er nok til å drive en kraftig blitz i noen tidels sekunder. Med andre ord kan du bruke en kondensator til å samle opp strøm mens en komponent har spenning. Når spenningen forsvinner, kan kondensatorer holde komponenten aktiv en stund til, avhengig av størrelsen på selve kondensatoren.

Kondensatorer er veldig enkelt oppbygd. To metallplater som skilles av et tynt isolasjonsmateriale. Enheten(kapasiteten) kondensatorer måles i er farad, en ganske stor enhet. Derfor operer vi kun med micro, nano og pikofarad. Hvor stor kapasitans kondensatoren har, avhenger av arealet og mellomrommet mellom metallplatene.

Upolariserte kondensatorer
For en upolarisert kondensator har det ikke noe å si hvilken polaritet den er koblet til, heller ikke om du kobler den til veksel eller likestrøm. Upolariserte kondensatorer kommer i flere varianter, sortert etter konstruksjonsmetode.


Keramiske kondensatorer er laget av et tynt metallbelegg påført et keramisk materiale. Disse blir produsert fra noen få pikofarad opp til ca. 50 Nanofarad. De er små i størrelse og brukes ofte i høyfrekventkretser.

Plastkondensatorer er laget av metallfolier og plastmateriale som blir rullet sammen til en plastblokk. Hvis kondensatoren skal ha høy kapasitans og samtidig være liten må plastfolien være meget tynn, noe som tilsier at arbeidsspenningen er lav. Plastkondensatorer er å få fra noen pikofarad opp til flere microfarad.

Polariserte kondensatorer
I motsetning til upolariserte kondensatorer må polariserte kondensatorer kobles til en bestemt polaritet og kan derfor ikke brukes på vekselspenning.


I en elektrolyttkondensator er to metallfolier rullet sammen. For å isolere disse to fra hverandre brukes det et tynt oksidbelegg. Folien ligger lukket inne i en boks med væske eller pasta av elektrolytt. De minner ganske mye om en filmrull. Disse er å få fra noen få microfarad til over 30000mF, og har en arbeidsspenning på 2,5 til 500V.

Tantalkondensator er lik elektrolyttkondensatoren, bare i miniatyr. De lages i verdier opp til ca 1200 Microfarad. Arbeidsspenningen er også betraktelig lavere enn elektrolyttkondensatorer, 50 Volt.

Skulle du gjøre feilen å koble kondensator på feil polaritet vil den eksplodere. Dette resulterer i mye klin, og ikke minst er den en fare for deg og andre komponenter. Den ene polariteten vil derfor alltid være merket, i tilegg til at nyere kondensatorer har en ventil for å unngå dette.

Oppsumering

Etter mange sider med teori er vi ved veis ende for denne gangen. Selv om vi kunne ha gått noe mer i dybden innenfor hvert tema, skal dere nå inneha en grunnleggende forståelse av både Ohms lov og hvordan de mest brukte komponentene henger sammen.


Med andre ord er det bare for dere og modde i vei, og husk å gi oss tilbakemeldinger på fremdriften i vårt forum!

Norges beste mobilabonnement

April 2018

Kåret av Tek-redaksjonen

Jeg bruker lite data:

Komplett MiniFlex 1 GB


Jeg bruker middels mye data:

Komplett MedioFlex+ 6GB


Jeg bruker mye data:

Komplett MaxiFlex 12G


Jeg er superbruker:

Telipol Fri 30GB


Finn billigste abonnement i vår mobilkalkulator

Forsiden akkurat nå

Til toppen