Elektronsko kolo

Elektronsko kolo je skup elektronskih komponenti međusobno povezanih žicama kroz koje teče električna struja. Kombinacija komponenti i žica omogućava izvođenje raznih jednostavnih i složenih operacija: signali se mogu pojačati, proračuni izvršiti, i podaci premeštati sa jednog mesta na drugo.

Elektronsko kolo sazdano na štampanoj ploči.

Uobičajene komponenete su otpornici, tranzistori, induktori i diode. Bitno je da žice povezuju komponente tako da struja može da protiče kroz njih i vrati se do izvora. Napajanje elektronskom kolu „daje život“. Kola jednosmerne struje se najčešće napajaju naponima između 3 i 12 volti. Napajanje se uključuje i isključuje pomoću prekidača i releja. Da biste u elektronici stvorili zvuk, možete koristiti sirene, alarme, zvučnike i druge komponente.

Integrisanjem elektronskih komponenti u kolo, dobija se integrisano kolo. Većina elektronskih kola na neki je način u interakciji sa spoljnim svetom. Na primer gitarsko pojačalo mora imati utičnicu da bi se mogla priključiti gitara.

Osnovni delovi

Prosto elektronsko kolo.

Kolo ima pet osnovnih delova:

• izvor napajanja
• komponente, kao što su otpornici i tranzistori
• žice koje povezuju sve elemente kola
• izlazni uređaj (koji se naziva i opterećenje), na primer zvučnik
• uzemljenje koje kompletira kolo.

Mnoga kola, ali ne sva, imaju i ulaz. Iako se električno kolo može napravi samo od baterije, žice i sijalice, u većini projekata koriste se i druge komponente, kao što su: otpornici, kondenzatori, diode, tranzistori i integrisana kola. Izbor komponenti i način njihova povezivanja određuje ulogu i rad električnog kola. Nekoliko otpornika, kondenzatora i tranzistora povezenih na jedan način, daće električnu sirenu. Iste komponente povezane na drugi način postaju semafor za maketu železnice.

Uloga prekidača

Jedno od najjednostavnijih kola sastoji se od sijalice i dve žice koje povezuju sijalicu i izvor napajanja. To kolo nije mnogo praktično, pošto je sijalica stalno uključena. Kolo će biti mnogo korisnije ako doda se prekidač, kojim se uključuje i isključuje sijalica. Kada je prekidač u zatvorenom položaju, kolo je zatvoreno i elektroni mogu slobodno da se kreću od negativnog pola baterije, kroz sijalicu, do pozitivnog pola baterije. U sijalici se nalazi vlakno koje se greje i emituje svetlost kada elektroni prolaze kroz njega. S druge strane, kada je prekidač u otvorenom položaju, kolo je otvoreno jer u njemu postoji prekid. Zbog toga električna struja ne može da teče, a bez struje nema ni svetla. Baterijska lampa radi na isti način. Kada uključite lampu, prekidač zatvara kolo koje čine sijalica i baterija i omogućava protok struje. Kada lampu isključite, otvarate kolo i nema protoka struje.

Uloga otpornika

Maketa kućice otpravnika vozova sa svetiljkom

Recimo da pravite model železnice i želite da prigušite svetio na staničnom peronu. Dovoljno je dodati otpornik u kolo. Dodavanjem otpornika smanjuje se broj elektrona koji protiču kroz kolo. Kada kroz vlakno sijalice protiče manje elektrona, on emituje manje svetlosti. Na osnovu Omovog zakona može se izračunati jačina struje (I) koja protiče kroz kolo pre i posle dodavanja otpornika. Ako je otpornost (R) sijalice 5 oma, a napon (U) baterije 3 volta, onda se jačina struje u amperima izračunava na sledeći način:

$I={\frac {U}{R}}={\frac {3V}{5\Omega }}=0,6A$

Kada u kolo doda se otpornik od 5 oma, ukupna otpornost kola postaje 10 oma, pa je tada jačina struje:

$I={\frac {U}{R}}={\frac {3V}{10\Omega }}=0,3A$

Otpornik upola smanjuje jačinu struje koja protiče kroz vlakno sijalice, a samim tim i jačinu svetla.

Povezivanje

Komponente u kolu mogu se povezati redno, tako da struja iste jačine protiče kroza sve komponente, ili paralelno, tako da jedan deo struje protiče kroz jednu komponentu, drugi deo kroz drugu, i tako dalje.

Redna veza

Šema rednog kola sa izvorom napona i 3 otpornika

Redna veza znači da struja redom protiče kroz komponente. Ukupnu otpornost kola ($R_{t}$) izračunačete sabiranjem otpornosti otpornika:

$R_{t}$ = 220 Ω + 33 Ω + 10 Ω + 330 Ω = 593 Ω

Tako dobijenu vrednost Rt možete, na osnovu Omovog zakona, upotrebiti za izračunavanje struje u kolu. Dakle, ako napon napajanja jeste 9 volti, sledi:

$I={\frac {9V}{593\Omega }}=0,015A$ (ili 15 miliampera)

Potrebno je voditi računa o jačini struje u kolu, iz dva razloga:

• Komponente mogu da podnesu samo određenu jačinu struje. Na primer, svetleća dioda će verovatno pregoreti ako kroz nju propustite više od 50 miliampera.
• Izvor napajanja može da obezbedi samo određenu jačinu struje. Da bi sve radilo kako treba, obezbedite izvor napajanja koji će dati onoliko struje koliko kolo zahteva.

U kolima s rednom vezom ako jedna komponenta otkaže, ona prekida protok struje do svih ostalih komponenata u kolu. Znači, ako svetleća reklama za restoran ima dvesta redno vezanih sijalica, čim jedna od njih pregori, sve ostale će prestati da svetle.

Paralelna veza

Šema paralelnog kola sa izvorom napona i 3 otpornika

Kako ne bi došlo do kolapsa čitavog kola zbog jedne sijalice, komponente možete povezati paralelno. U kolu s paralelnom vezom, ako nekoliko sijalica u svetlećoj reklami pregori, ostale će nastaviti da svetle (naravno, to može neželjeno promeniti tekst reklame).

U paralelnom kolu, elektroni koji prolaze kroz jedan otpornik, ne prolaze kroz ostale. Na primer, ako u svetlećoj reklami ima dvesta paralelno vezanih sijalica i jedna od njih pregori, 199 preostalih i dalje svetli.

Ukupna otpornost ($R_{t}$) paralelnog kola sa četiri otpornika (vrednosti 220, 33, 10 i 330 oma), izračunava se jednačinom:

$R_{t}=\qquad {\dfrac {1}{{\dfrac {1}{220\Omega }}+{\dfrac {1}{33\Omega }}+{\dfrac {1}{10\Omega }}+{\dfrac {1}{330\Omega }}}}=7,2\Omega$

Kod redne veze, $R_{t}$ se izračunava kao zbir svih otpora u kolu. U paralelnom kolu, Rt ima manju vrednost od vrednosti otpornosti najmanjeg otpornika. Ukupnu jačinu struje koja protiče kroz ovo kolo izračunačete tako što ćete uneti vrednost $R_{t}$ u Omov zakon. Ako je i u ovom slučaju napon napajanja 9 volti, ukupna jačina struje iznosi 1,25 ampera:

$I={\frac {9V}{7,2\Omega }}=1,25A$

Ako biste ovde koristili baterije kao izvor napajanja, one bi se istrošile za vrlo kratko vreme. Na baterijama je navedena vrednost u ampersatima. Baterija od jednog ampersata traje samo jedan sat ako napaja kolo koje crpi struju jačine jedan amper. Zato prilikom izbora izvora napajanja morate uzeti u obzir i jačinu struje u kolu i to koliko dugo kolo mora da radi.

Šematski dijagram

Šema prostor elektronskog kola koje ima napajanje, LED i otpornik.

Elektronska šema ili šematski dijagram je nacrt elektronskog kola, koje čini osnovu svakog elektronskog uređaja. Šematski dijagram pokazuje kako su povezane komponente u kolu, i služi kao neka vrsta mape za pravljenje elektronskih kola. Na šemama su prikazani elektronski simboli koji predstavljaju komponente i linije koje predstavljaju način njihovog povezivanja. Sheme imaju dve osnovne svrhe:

• Pokazuju kako da reprodukujete kolo. Čitanjem šeme, prepoznavanjem simbola i praćenjem njihovih međusobnih veza, možete napraviti kolo prikazano na šemi.
• Omogućavaju da razumete kako kolo radi, kako bi se ono moglo popraviti ili zameniti neipravna komponenta.

Zaštita od statičkog elektriciteta

Veliku opasnost za elektronska kola predstavlja statički elektricitet. Pri elektrostatičkom pražnjenju javljaju se vrlo visoki naponi, uz ekstremno slabe struje. Češljajući kosu po veoma suvom vremenu, stvaramo nekoliko desetina hiljada volti statičkog elektriciteta, ali je jačina struje praktično zanemarljiva. Slaba struja sprečava da nas statičko pražnjenje povredi, pa osećamo samo neprijatno peckanje. Međutim, statički elektricitet od samo nekoliko hiljada volti, što kod čoveka izaziva peckanje, može izazvati velika oštećenja elektronskih komponenti.

Mnoge elektronske komponente, od jednostavnih tranzistora do složenih integrisanih kola, vrlo su osetljive čak i na slabo elektrostatičko pražnjenje. Tranzistori i integrisana kola posebno su osetljivi na visoke napone, bez obzira na jačinu struje. Medu njima je i većina računarskih mikroprocesora.

Zato je bitno preduzeti određene mere zaštite protiv elektrostatičkog pražnjenja:

• Koristite antistatičku podlogu. Antistatička podloga smanjuje ili potpuno otklanja gomilanje statičkog elektriciteta na radnom stolu i u vašem telu dok radite s elektronskim uređajem. Postoje stolne i podne antistatičke podloge.
• Koristite antistatičku narukvicu. Narukvica vas uzemljuje i sprečava gomilanje statičkog elektriciteta. Ona je jedno od najefikasnijih i najjeftinijih sredstava za eliminisanje elektrostatičkog pražnjenja.
• Izbor odeće utiče na količinu statičkog elektriciteta koji će se nakupiti u telu. Kad god je moguće, nosite odeću od prirodnih materijala, kao što su pamuk ili vuna. Izbegavajte odevne predmete od poliestera i acetata, jer se u njima stvara mnogo statičkog elektriciteta.

Literatura

• Gordon McComb i Earl Boysen, Elektronika za neupućene, Beograd, 2007.

Povezano

Elektronsko kolo na Wikimedijinoj ostavi

• Elektronske komponente
• Elektronska shema
• Integralno kolo