Elektronika

Ta članek govori o področju elektrotehnike. Za glasbeno zvrst glej Elektronika (glasba).

Elektrónika je področje elektrotehnike, s poudarkom na električnih napravah, s katerimi krmilimo. Te naprave so sestavljene iz gradnikov, ki jim rečemo elektronski elementi: tranzistor, dioda, triak, elektronka, kondenzator, upor, dušilka, ... S povezovanjem elektronskih elementov dobimo elektronska vezja kot so: ojačevalnik, filter, multiplekser, flip flop, logična vrata,... Te naprave se delijo na analogne (nizkofrekvenčne in visokofrekvenčne) in digitalne.

Digitalna voltmetra

Zgodovina

Na začetku 20. stoletja so odkrili elektronko. Ena od elektronk se imenuje trioda. Bila je prvi elektronski element v zgodovini elektrotehnike, ki je omogočal ojačevanje. S tem je bil položen temelj za radio, televizijo in mnoge druge elektronske naprave. Elektronke so razmeroma energetsko razsipne, velike in kratkega veka. V petdesetih letih 20. stoletja so odkrili tranzistor. To je polprevodniški ojačevalni elektronski element. Tranzistor je v skoraj vseh ozirih boljši od elektronke, zato jo je izpodrinil. Danes lahko množico tranzistorjev združimo v enem ohišju - integrirano vezje ali čip.

Tehnika spajkanja

Spajkanje je tehnika spajanja elektronskih komponent z napravo za spajkanje. Spajkanje poteka z zlitino imenovano cin, ki ima tališče pri 350 °C. Poznamo tako imenovane THT (through hole technology) in SMD (surface mount device) komponente.

SMD

Za SMD (Surface Mount Device), tudi SMT (Surface Mount) komponente je posebno, da so izjemno majhne. Njih namreč poznamo veliko velikosti, kot so na primer:

SMD kondenzator

Ime
0201
0402
0603
0805
0804
1206

Imena so poimenovana po velikosti, čeprav nastane zmeda, ker so nekatera imena SMD komponent v milimetrih druga pa v inčih. Standard je inč. SMD komponente so direktno prispajkane na tiskano ploščo (PCB), kar pomeni, da lahko to delo opravljajo tudi t.i. pick and place naprave.

THT upori

THT

THT (Through hole technology) komponente prepoznamo po dolgih kovinskih konicah. Te komponente so navadno večje od SMD komponent, zato so veliko lažje za spajkanje.

Pomembne osebnosti

• Nikola Tesla
• Thomas Alva Edison

Napetosti

Standardna 18650 Litij ijonska baterija (Li-ion)

Standarizirane napetosti

Najbolj uporabljene napetosti ali tudi standarizirane napetosti so:

• 1.5V - AA, AAA baterije
• 3.3V - predvsem mikrokontrolerji (Arduino)
• 5V - mikrokontrolerji, USB naprave (telefoni)
• 12V - avtomobili, luči...
• 24V
• 110V AC - standard za vtičnice v Indiji
• 220V AC - standard za vtičnice v Evropi

Multimeter

Napetosti v baterijah

• 1.5V - AA, AAA, gumbne baterije...
• 3V - gumbne baterije
• 3.7V - LiPo in Li-ion baterije
• 4.5V - ploščata baterija (4.5V baterija)
• 6V AC - dinamo
• 9V - 9V baterija
• 12V - avtomobilska baterija

Multimeter

Multimeter je osnovno orodje vsakega elektronika. Meri lahko razne uporabne lastnosti stvari. Večina jih meri upornost (v ohmih), napetost (v voltih) in moč elektrike (v amperih).

Standardne komponente v elektroniki

Upori

Električni upor

Električni upori so pasivne komponente v elektroniki, ki omejujejo moč elektrike (amperi) in s tem posledično tudi napetost (v voltih). Izgubljeno energijo oddajajo v okolje v obliki vročine. Čim večji je upor, tem več toka lahko prenese, a zato je tudi manj učinkovit.

Georg Simon Ohm si je izmislil zakon, ki je v elektroniki eden izmed najosnovnejših - ohmov zakon, ki govori: $R=V/I$

LED dioda

Diode

LED diode

LED diode so diode, ki na določeni napetosti, ki je navadno do 5 voltov oddajajo svetlobo. So zelo varčne in majhne, navadno porabljajo do 2 mA. Navadno imajo daljšo konico, ki pa je vedno pozitivni pol.

SMD Schottky dioda

Schottky dioda

Schottky dioda je vrsta diod, ki omogoča hitro preklapljanje, podobno kot tranzistorji. Omogoča zaščito pred narobe obrnjeno polariteto. Uporablja se predvsem kot prej omenjeno zaščito in v transformatorjih iz AC v DC tok.

Zener dioda

Zener dioda je zelo podobna schottky diodi, ta omogoča varčnejše preklapljanje, a zato tudi manjši tok in moč.

Kondenzatorji

Kondenzator

Kondenzatorji so pomemben del in prav tako pasivne komponente. Uporabljajo se v veliki večini vezij, večinoma kot filtri. Shranjujejo le malo električne energije, a pri kratkem stiku naberejo veliko več moči, kot navadne baterije. Energija se meri v F (faradih), posledično pa lahko iz tega izračunamo tudi energijo v J (joulih). Poznamo keramične, elektrolitske in druge vrste kondenzatorjev.

Induktor

Induktorji

Induktorji ali tuljave (angleško Inductor ali coil, nemško Induktor) so pasivne komponente. Shranjujejo energijo v obliki magnetnega polja in jo tudi nazaj sproščajo. Uporabljajo se predvsem v transformatorjih, a so na splošno zelo uporaben element. Njihova energija se meri v H (henrijih).

SOC in Mikrokontrolerji

Na tržišču so razni SOC (System On a Chip) računalniki ali manj zmogljivi mikrokontrolerji.

Arduino plošče (Arduino Mega, Arduino Uno)

Arduino

Arduino je zagotovo najbolj priljubljen mikrokontroler. Programira se ga z Arduino Okoljem za Razvijalce (Arduino IDE), programski jezik pa je prilagojen C.

Raspberry Pi 4

Raspberry Pi

Raspberry Pi je najbolj priljubljen SOC (System On a Chip). Poganja prilagojeno različico Ubuntuja, katerega kličejo Raspberry Pi OS, včasih tudi Raspbian. Ima tudi programljive vhode in izhode, ki se lahko programirajo v Pythonu ali C-ju

Tranzistorji

Tranzistorji so hitra in učinkovita električna stikala, ki navadno preklapljajo DC (dvosmerne) toke. Najbolje zastopani tranzistorji so MOSFET, BJT in IGBT

MOSFET

MOSFETi so hitra električna stikala za preklapljanje enosmernega toka (DC). So zelo učinkovita. Razlikujemo jih na P-kanalne MOSFETE (P-channel MOSFET) in na N-kanalne MOSFETE (N-channel MOSFET). Razlika med tema različicama je samo, ali preklaplja negativno (ozemljeni) pol (N-channel), ali preklaplja pozitivni tok (P-channel). Prenesejo veliko več toka (v voltih) in veliko več moči (v amperih).

BJT

BJTji (angleško Bipolar Junction Transistors) so električna stikala za preklapljanje manjšega toka, kot MOSFETI. Zato so tudi varčejši kot MOSFETI.

Rele

Rele (angleško Relay, nemško das Relais) je komponenta, ki lahko preklaplja AC (dvosmerni tok) napetost s pomočjo enosmernega (DC) signala. Ko je DC tok vključen, tuljava sklene krog med AC vhodom in AC izhodom.

BLDC motorja

Vrtenje DC motorja

Motorji

Poznamo več vrst elektromotorjev, kot so DC motorji, BLDC motorji, servo motorji in stepper motorji.

DC Motor

DC motorji

DC motorji so najosnovnejši elektromotorji. Vrtijo se, ko imajo določeno napetost priklopljeno. Če obrneš pola, se bo vrtel v nasprotno smer. Narejeni so iz enega velikega elektromagneta in feromagnetne kovine na ohišju.

BLDC motorji

BLDC motorji (angleško BrushLess DC motors) so vrsta motorjev, ki imajo 3 priključke, in sicer PWM signal, ozemljitev in napetost. PWM signal se kontrolira s pomočjo t.i. ESC-ja (angleško Electric Speed Controller). Slovijo po svoji hitrosti, ki jo je možno upravljati. Uporabljajo se predvsem v dronih.

Zasloni

Poznamo mnogo zaslonov, najbolj znani pa so OLED (organic light-emitting diode), AMOLED (active-matrix organic light-emitting diode), LCD (LiquidCrystal Display), TFT (Thin Film Transistor) zasloni.

Prikaz sestave LCD zaslona

LCD

LCD zaslon

LCD zasloni (angleško Liquid Crystal Display) so najosnovnejši zasloni in prvi zasloni, ki so se pojavili na tržišču. Delujejo s pomočjo svetlobe in filtra, ki pomaga prikazovati določeno (vprogramirano) animacijo...

Tiskana plošča (PCB)

PCB

PCB-ji (angleško Printed Circuit Board) so plošče iz ogljikovih vlaken ali plastike s tanko plastjo bakra na eni ali obeh straneh plošče. Primer PCB-ja so matične plošče v računalnikih. Rečemo jim tudi tiskana vezja ali samo vezja. Najdemo jih v skoraj vseh elektronskih napravah. Postopek izrezovanja plošče se angleško imenuje PCB milling! Ta postopek se lahko izvaja na dva načina, z jedkanjem oz. obdelovanja plošče z jedkimi kemikalijami ali z vgraviranjem z laserskim rezalnikom ali pogosteje CNC-jem.