BO STÅHL
ELEKTRONIK OCH MIKRODATORTEKNIK
1 • Ellärans grunder ISBN: 978-91-47-10698-1 © 2014 Bo Ståhl och Liber AB Projektledare: Sture Sahlström Faktor: Adam Dahl Grafisk form: Bo Ståhl Grafisk form omslag och repro: Resultat Grafisk Form och Produktion
Första upplagan 1 People Printing, Kina, 2014 Kopieringsförbud
Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers begränsade rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovs rättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner och universitet.
Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUSavtalet. Läs mer på www.bonuscopyright.se. Liber AB, 113 98 Stockholm tfn 08 - 690 90 00 www.liber.se kundservice tfn 08 - 690 93 30, fax 08 - 690 93 01 e-post: kundservice.liber@liber.se
2
Ellärans grunder • 1
Bildleverantörer: Mostphotos, Péter Mács, omslag Bengt Stridh, sid. 9, 99 ASSA ABLOY Entrance Systems AB, sid.18, 179 Ricky Lövdell, sid. 20 DeLaval, sid. 20 Partnertech AB, sid 21 Jan-Olof Yxell, Chalmers tekniska högskola, sid 22 Wikipedia, sid. 27, 55,91,95,148 Armeka AB, sid. 27,28 APC, sid. 37 Teuber&Blomdahl, sid. 44,45 Audi, sid. 86 Sigbi System AB, sid. 150 Linak AB, sid. 151 Fluke, sid. 167,174 Gunbo Utbildning, övriga foto och illustrationer
3
1 • Ellärans grunder
Innehåll
Ellärans grunder Vad är elektricitet?
Ledare, isolatorer och halvledare
Elektrisk spänning Elektriskt motstånd Ohms lag Elektrisk energi och effekt Effekt Energi
Inkoppling av en LED
7 8 8 8 11 12 13 13
13 Seriekoppling 14 Parallellkoppling 16 Elektroniken i vår vardag 18 Elektronik finns överallt 19 Utveckling av elektronik 20 Produktion av elektronik 21 Försäljning av elektronik 22 Service och reparation 23 Återvinning och miljö 23 Analog och digital elektronik 23 Analogteknik 24 Digitalteknik 24 Elektronikkomponenter 25 ESD – Electro Static Discharge 27 Passiva och aktiva komponenter 28 Resistorn 29 Resistorer för olika ändamål 30 Resistornät 30 Resistorers märkning 30 Resistorer med färgkod 30 Färgkod för resistorer med fyra färgringar 31 Färgkod för resistorer med fem färgringar 31 Märkning av effektresistorer 32 Märkning av ytmonterade resistorer 32 Olika dekadserier - E-serier 32 Mätning med multimeter 33 Linjära och icke linjära resistorer 33 Variabla resistorer 34 Resistorsymboler i kopplingsscheman 35 Kondensatorn 36 Kondensatorns arbetsspänning 37 Kondensatorn som energilagrare 37 Kondensatorn i tidkretsar 37 Upp- och urladdning av kondensatorn 38 Olika typer av kondensatorer 39 Spolen 40 Transformatorn 40 Förbindningsteknik 42 En bra lödning 44 Avlödning vid reparation 44 Lödning av ytmonterade komponenter 45 Avlödning av SMD vid reparation 45 Tänk på hälsan 45 Halvledare 46 Halvledare 47 Dioden 48 Likriktardiod 49 Zenerdiod 49
4
50 53 Fotodioden 54 Transistorn 55 Bipolär transistor 56 Transistorns spänningar och strömmar 59 Transistorn som en strömbrytare 59 Strömförstärkning 60 Darlingtontransistorn 60 Spänningsförstärkning 61 Fälteffekttransistorn 63 Motorstyrning med sk H-brygga. 64 Pulsbreddsmodulering - PWM 65 Tyristorn 65 Triac 65 Optokopplaren 67 Kylning av komponenter 67 Mikrodatorn 68 Mikrodatorn 69 Ledningsbussar 71 Adressbussen 72 Databussen 73 Kontrollbussen 73 Mikrodatorns portar 74 Mikrodatorns klocka 74 Olika typer och fabrikat av mikrodatorer 75 Arduino 76 Raspberry Pi 76 Cuibetruck 77 MT1 77 Binära talsystemet 78 Hexadecimala talsystemet 78 Programmering 81 Programmering 82 Programutveckling 84 Flödesschema 84 Symboler 84 Start/Stopp 84 Arbete/Databehandling 84 In- och utmatning av data 85 Villkor 85 Datariktning 85 Fortsättning 85 Exempel på ett flödesschema 85 Omvandla flödesschemat till programkod 87 Instruktioner - kommandon 87 Funktioner 87 Variabler och konstanter 88 Programmering med Flowcode 88 Kompilering och debug 88 Simulering 90 Överföring 90 Dokumentation och kommentarer 92 LED – Lysdiod
Arbetsmaterial med programmeringsövningar
92
Strömförsörjning 93 Strömförsörjning 94 Switchad nätdel 94 Halvvågslikriktare 95
Ellärans grunder • 1 95 96 97 97 Justerbar regulator 98 Solceller 99 Digital elektronik 100 Logiska grindar 101 OCH-grinden 101 Tolkning av en digital IC 102 ELLER-grinden 104 ICKE-grinden 104 ICKE OCH-grinden – NAND-gate 105 ICKE ELLER-grinden – NOR-gate 106 XOR-grinden 106 XNOR-grinden 107 NAND-syntes 107 Logikkretsarnas in- och utgångar 108 Matningsspänningar 109 Spänningsnivåer 109 Öppen kollektor 110 Buffers 111 Schmitt-trigger 111 Vippor 112 Astabil vippa 112 Astabil vippa med 555 112 Monostabil vippa med 555 113 Bistabil vippa 114 SR-vippa 115 D-vippa 115 JK-vippa 116 T-vippa 116 Räknare 117 BCD-räknare 117 Binärräknare 118 Register 119 Avkodare 120 BCD till 7-segment avkodare 121 Analog elektronik 123 Analog teknik 124 Transistorn som analog komponent 125 Operationsförstärkare 127 OP-förstärkarens egenskaper 128 Vanliga kopplingar med OP-förstärkaren 128 Inverterande förstärkare 128 Icke inverterande förstärkaren 131 Spänningsföljaren 132 Komparatorn 132 Differensförstärkaren 134 Viktigt att tänka på 134 OP-förstärkarens frekvensomfång 135 Några vanliga OP-förstärkare 136 Filter 137 LP-filtret 138 HP-filtret 139 Tonkontroller 140 Kringkomponenter 141 Sensorer och aktuatorer 142 Strömställare 142 Helvågslikriktare Utjämning – glättning Säkring Spänningsregulator
144 145 145 145 146 146 146 Ställdon – Aktuatorer 147 DC-motor – Likströmsmotor 147 Stegmotorn 148 Servomotorn 149 Linjärmotor 150 Relä 150 Elektroniska relä – Solid state 151 Tungelement 152 Skydd av in- och utgångar 152 Klockkretsar 153 Minnen 154 Flyktiga minnen 154 Icke flyktiga minnen 154 ROM 155 PROM 155 EPROM 155 EEPROM 155 AD- och DA-omvandlare 156 Omvandling m. successiv approximation 157 Rampomvandling 158 Flashomvandling 159 Multiplexade AD-omvandlare 159 DA-omvandlare 160 Displayer 162 Mikrofon 163 Högtalare 164 Piezoelement - summer 164 Mätteknik och simulering 165 Multimetern 166 Spänningsmätning 167 TRMS 168 Strömmätning 168 Indirekt strömmätning 169 Resistansmätning 170 Diod- och transistormätning med DMM 170 Oscilloskopet 172 Specialinstrument 174 Felsökning 175 Simulering 176 Projekt 178 Vad är ett projekt 179 Från idé till färdig produkt 179 Konsulter 180 Tidsplanering 180 Ekonomisk planering 181 Uppföljning 181 Utveckling 181 Simulering 182 Prototyp 182 Testning 182 Utvärdering 182 Omkopplare Magnetkontakt Optiska givare PIR Termiska givare Kapacitiva givare Trådtöjningsgivare
Indexregister 183
5
1 • Ellärans grunder
Förord Detta läromedel är skrivet för dig som ska läsa gymnasieskolans kurs Elektronik och mikrodatorteknik, kurskod ELEELR0. Läromedlet kan användas oavsett vilket mikrodatorsystem som skolan använder. Men till läromedlet finns även praktiska arbetsuppgifter som är anpassade för mikrodatorsystemet Arduino – ett 8 bitars utvecklingssystem. Arduino är baserat på mikrodatorer från tillverkaren Atmel, och finns att köpa hos välsorterade elektronik- och datorbutiker och i ett flertal nätbutiker. De praktiska uppgifterna följer, så långt det är möjligt, kapitelindelningen i denna faktabok. Till läromedlet finns också teoretiska övningsuppgifter. Mitt mål med denna bok är att du ska få grundkunskap i ämnet elektronik och mikrodatorteknik men det är också min förhoppning att boken ska stimulera dig att skaffa sig mer kunskaper inom området. Landskrona i maj 2014 Bo Ståhl
6
Ellärans grunder • 1
Ellärans grunder För att kunna arbeta med elektronik behöver du grundläggande kunskap om ellära. Genom elläran får du förståelse för hur spänningar och strömmar påverkas av olika elektronikkomponenter och hur du ska beräkna värden på olika komponenter.
7
1 • Ellärans grunder
Vad är elektricitet? Om du inte läst så mycket ellära tidigare och behöver kunskap om elektricitetens grunder, bör du läsa detta inledande kapitel. Elektronik handlar om hur elektriska egenskaper hos olika material och komponenter kan styras och påverkas. Men för att kunna göra detta måste du ha en del kunskap om elektricitetens olika lagar. Du som läst ellära tidigare och tycker att du behärskar ämnet, kan hoppa över det här kapitlet. Begreppet elektricitet brukar, lite förenklat, delas upp i olika delar: • Elektrisk spänning • Elektrisk ström
• Elektriskt motstånd
• Elektrisk energi och effekt
Ledare, isolatorer och halvledare Det finns olika material som är goda ledare för elektrisk ström och det finns andra material som inte alls leder ström. De som leder ström kallas kort och gott för ledare och de som inte leder ström kallas för isolatorer. Några exempel på metaller som är bra ledare är guld, silver och koppar. Guld och silver är mycket dyra material och används därför inte så ofta i ledarsammanhang utan koppar är det material som är vanligast. Exempel på isolatorer är porslin, plast och gummi. Utöver ledare och isolatorer finns det också material vars ledningsförmåga går att påverka. Dessa material kallas halvledare. Material som används till halvledare är t ex kisel, germanium och galliumarsenid. Kisel är det material som används för att skapa kretsar till bl.a. datorer.
Elektrisk spänning Det finns två typer av spänningar: växelspänning och likspänning. Växelspänning finns i vägguttagen i våra bostäder, och skapas av en roterande apparat som kallas generator. Generatorn alstrar spänning genom en princip som kallas induktion. Generatorn är uppbyggd av spolar som utgörs av en kopparledning lindad runt järnkärnor. Dessa roterar i ett magnetfält – och på så sätt skapas spänning. Det kan även vara tvärtom så att magneterna är roterande. De vanligaste sätten att få generatorn att rotera är genom vattenkraft, vindkraft, kolkraft eller kärnkraft. 8
Spänning eng. voltage
Ellärans grunder • 1
Det finns många sätt att alstra spänning. Genom vindkraft (överst till vänster), genom sopförbränning (överst till höger), med solceller (nederst till vänster), genom kärnkraft (nederst till höger).
Vi kan få likspänning genom ett batteri, som på kemisk väg skapar en spänning. Växelspänning kan omvandlas till likspänning genom en funktion som kallas likriktare. Du kommer att få veta mer om likriktning längre fram i boken. Ett batteri utgör en så kallad spänningskälla. I ett batteri skapas spänningen genom en galvanisk process där två olika materialtyper utgör plus- r espektive minuspol. Mellan polerna finns en vätska, elektrolyt, som gör att en elektrisk spänning uppstår. Kom ihåg att batterier är skadliga för miljön och att de alltid ska lämnas till återvinning när de är förbrukade.
Generator och turbin vid värmekraftverket i Landskrona.
Olika typer av batterier.
9
1 • Ellärans grunder Spänning mäts i enheten Volt som förkortas med V. Spänningen som anges och mäts mellan två punkter betecknas med U. För växelspänning kallas dessa två punkter för fasledare och neutralledare medan de för likspänning kallas pluspol och minuspol. För likspänning är färgerna på ledarna som kopplas till spänningskällan röd till pluspolen och svart till minuspolen. För växelspänning används färgerna brun till fasledaren och blå till neutralledaren.
Färger på ledarna för växelspänning och för likspänning. Spänningsnivån vid likspänning är jämn och rak men vid växelspänning varierar nivån regelbundet. För likspänning är det effektiva värdet det samma som spänningen mellan plus- och m inuspolen. Men vid växelspänning beräknas effektivvärdet genom en formel – eftersom storleken på växelspänningen ändrar sig hela tiden. Se formeln till höger.
Diagrammet visar formen på en växelspänning till vänster och en likspänning till höger.
10
Beräkning av effektivvärde.
Ellärans grunder • 1
Elektrisk ström Växelström
eng. Alternated Current - AC
Likström
eng. Direct Current - DC
Spänning är källan där de elektriska laddningarna, elektronerna, finns, t ex ett batteri. Om vi ansluter ett elektriskt ledande material mellan spänningskällans poler så börjar elektronerna att vandra mellan polerna. Det har uppstått en elektrisk ström. Ström mäts i enheten Ampere som förkortas med A. Ström betecknas med bokstaven I. När spänningskällan utgörs av en växelspänning heter strömmen växelström och när spänningskällan utgörs av likspänning heter strömmen likström. Förkortningarna AC och DC används lite slarvigt även när vi pratar om växelspänning och likspänning. För att en ström ska kunna flyta mellan spänningskällans poler behövs en sluten strömkrets.
3k
3k
2k
2k
1k
1k
Till vänster ser du en öppen krets. Ingen ström flyter i kretsen. Till höger ser du en sluten strömkrets. Strömmen flyter från batteriets pluspol till minuspolen.
Elektriskt motstånd
3k
2k 1k
I alla elektriskt ledande material finns ett motstånd för elektronerna. De flesta metaller är goda ledare med litet motstånd för den elektriska strömmen. Koppar är en vanlig metall som används som elektrisk ledare. Motstånd kallas också för resistans och anges med enheten Ohm och förkortas med den grekiska bokstaven Ω. Resistans betecknas med bokstaven R. Det elektriska motståndet i en ledare gör att det uppstår en spänningsförlust mellan två punkter på ledaren, som kallas spänningsfall. Motståndet utgörs även av att elektronerna möter ett motstånd när de tar sig igenom ledaren.
I elektroniska apparater vill vi medvetet minska spänningen och strömmen och då används en komponent som kort och gott heter resistor. Mer om resistorer längre fram i boken. Spänningsfall
11
1 • Ellärans grunder
Ohms lag Spänning, ström och resistans har ett samband med varandra. Det här sambandet beskrivs genom en formel som kallas Ohms lag. Ohms lag säger att om du känner till strömmen och resistansen så kan du beräkna spänningen (se den översta formeln till höger):
Beräkning av spänning med Ohms lag
U = spänningen i Volt R = resistansen i Ohm I = strömmen i Ampere Om du känner till spänningen och strömmen kan du beräkna resistansen (se formeln i mitten).
Beräkning av resistans med Ohms lag.
Du kan även ta reda på strömmen om du känner till spänningen och resistansen (se den nedersta formeln). Du har alltså stor nytta av Ohms lag när du ska beräkna spänningar, strömmar och resistanser i elektroniska kopplingar. Exempel 1 Motorn i en fläkt som håller temperaturen nere i en dator har resistansen 300 ohm. Fläkten ansluts till en spänning på 12 V. Hur stor ström kommer att flyta genom fläktmotorn? I = U/R ; I = 12/300 I = 0,04A vilket är samma som 40 mA Exempel 2 Hårddisken i en bärbar dator drivs med 5 V. När hårddisken arbetar är strömmen 50 mA. Hur stort är det elektriska motståndet? R = U/I; R = 5/0,05 R = 100 W Exempel 3 Resistansen i värmeelementet i en lödkolv är 30 W och strömmen den drar är 0,5 A. Vilken storlek på spänning ska lödkolven anslutas till? U=R•I U = 30 • 0,5 U = 15 V 12
Beräkning av ström med Ohms lag.
Ellärans grunder • 1
Elektrisk energi och effekt
Beräkning av effekt när man känner till spänning och ström.
Det är viktigt att skilja på effekt och energi. Effekt är ett mått på den energi som omvandlas i en sluten strömkrets. Elektrisk energi är arbetsförmågan av den effekt som används under en viss tid. Vi har användning av elektrisk energi på olika sätt, t ex i spisen som värme eller i motorn som rörelse.
Effekt Effekt mäts i enheten watt som förkortas med W. I formler betecknas watt med P. Beräkning av effekt skiljer sig åt beroende på om spänningskällan är växelspänning eller likspänning. Beräkning av effekt när man känner till ström och resistans.
Vid växelspänning med resistiv belastning, till exempel en spisplatta, och vid likspänning beräknas effekten som produkten av spänningen och strömmen och kan därför beräknas med formeln till vänster. Om det nu skulle vara så att vi inte känner till spänningen men däremot resistansen så kan effekten även beräknas med formeln i mitten. Här står det P = I • I • R
Beräkning av effekt när man känner till spänning och resistans.
Enligt Ohms lag är U = R • I. Alltså motsvarar formeln ovan P = U • I Om vi inte känner till strömmen utan enbart spänningen och resistansen så kan vi beräkna effekten genom den nedersta formeln. Här står det P = U • U/R. Enligt Ohms lag är I = U/R. Alltså motsvarar formeln ovan P = U • I. Exempel En elektrisk likströmsmotor ansluts till en spänningskälla på 6 V. Strömmen i kretsen mäts till 0,2 A. Hur stor effekt förbrukar kopplingen? P=U•I P = 6 • 0,2 P = 1,2 W
Energi Energi mäts i joule som förkortas J eller i wattsekunder, ws. Inom elområdet används vanligtvis begreppet kiloWatt-timmar som förkortas kWh. De företag som levererar el till våra hem tar betalt för kWh, det vill säga hur stor mängd elenergi som förbrukats under en viss tidsperiod.
13
1 • Ellärans grunder Exempel För att tillaga mat på en spis behöver två spisplattor användas i en timme och 30 minuter. Den ena spisplattan avger en effekt på 1 000 W medan den andra avger 800 W. Tillsammans avger de 1 800 W eller 1,8 kW. Den energi som förbrukats beräknas enligt avgiven effekt i kW under hur lång tid. I detta fall 1,5 timme. 1,8 • 1,5 = 2,7 kWh Om vi tänker oss att 1 kWh kostar 80 öre så beräknar vi tillagningskostnaden med 2,7 • 0,8 vilket resulterar i 2 kr och 16 öre.
Seriekoppling Vid seriekoppling kopplar du in komponenter efter varandra, från spänningskällans ena pol till den andra. Det här ger en sluten strömkrets, och en ström kommer att flyta genom komponenterna. Storleken på strömmen är densamma genom alla komponenterna som ingår och strömmen bestäms av resistansen i kretsen och av spänningens storlek. När flera komponenter är seriekopplade adderas varje komponents resistans till en total resistans, Rtot. Spänningen kommer att fördelas över de komponenter som ingår i seriekopplingen. Varje komponents delspänning är proportionell mot varje komponents resistans. När ström passerar ett motstånd uppstår ett spänningsfall.
Seriekopplade lampor inkopplade till en spänningskälla. Spänningen fördelar sig över varje lampa.
14
560k 22k
23,56k
1k
Resistorer som är seriekopplade.
Ellärans grunder • 1 Exempel Om vi studerar bilden på föregående sida så är det två seriekopplade batterier på vardera 1,5 V, sammanlagt 3 V. Till spänningskällan är det kopplat tre lampor i serie. Resistansen i varje lampa är 10 Ω. Deras sammanlagda resistans är 30 Ω. Strömmen i kretsen beräknas med Ohms lag som säger att I = U/R I = 3/30 I = 0,1 A I exemplet ovan är det samma ström som flyter genom alla lamporna. Spänningen U som är 3 V, kommer att fördela sig över varje lampa i tre olika delspänningar, U1, U2 och U3. Vi har fått tre spänningsfall. Om vi mäter spänningen från punkten D till punkten A så mäter vi 3 V. Om vi mäter från D till B så mäter vi 2 V. Alltså har det uppstått ett spänningsfall på 1 V mellan punkterna A och B. Om det skulle bli avbrott i en av lamporna bryts den slutna kretsen och strömmen kommer att upphöra. Spänningsfallen och potentialskillnaderna blir noll.
Vid avbrott i någon av lamporna så upphör strömmen i kretsen och alla lamporna släcks.
15
1 • Ellärans grunder
Parallellkoppling När vi parallellkopplar komponenter till en spänningskälla får alla komponenterna samma spänning. Även om den ena komponenten skulle gå sönder kommer de andra att fungera normalt. I en parallellkoppling grenar strömmen upp sig i flera grenströmmar och den sammanlagda strömmen beräknas enligt formeln till höger.
Vid parallellkoppling förgrenar sig strömmen.
Alla lamporna i parallellkopplingen får samma spänning, 3 V. Strömmen förgrenar sig i tre grenströmmar, en till varje lampa. Enligt Ohms lag blir strömmen i varje lampa: I = U/R I = 3/10 I = 0,3 A Den totala strömmen Itot blir alltså 0,9 A.
Endast lampan som är trasig slocknar.
Om en av lamporna skulle gå sönder kommer ändå de andra att lysa som vanligt. 16
Ellärans grunder • 1 När det gäller glödlampor som i exemplen på föregående sida är det viktigt att lamporna är anpassade för den spänning som de kopplas in till. Om du ska beräkna den sammanlagda resistansen i en parallellkoppling som består av resistorer, kan du använda formeln till vänster. En regel som du kan lägga på minnet är att om två lika stora resistorer parallellkopplas så kommer den totala resistansen att halveras. Den totala resistansen vid parallellkoppling blir alltid mindre än den minsta resistansen i kretsen.
Parallellkoppling till vänster och seriekoppling till höger.
17
2 • Elektroniken i vår vardag
Elektroniken i vår vardag Elektroniken finns överallt i vår vardag. Oftast förekommer den i saker som vi inte märker av. Vi förutsätter bara att det ska fungera som t ex dörrautomatik i entréer till varuhus, hotell och skolor. Elektroniken underlättar vår vardag, och i dagens moderna samhälle klarar vi oss inte utan den.
18
Elektroniken i vår vardag • 2
Elektronik finns överallt Elektronik utgör en viktig del i vår vardag. Utan elektronik hade vi inte haft vare sig datorer eller mobiltelefoner. Vi hade inte kunnat förflytta oss med varken bil, buss, tåg, flyg eller andra transportmedel. Okej, det är kanske inte helt sant för cyklar har inte så mycket elektronik eftersom de flesta förflyttar sig med människokraft. Men det finns faktiskt cyklar med inbyggd elektrisk motor som hjälper till när det är trögt att cykla, t ex i motvind eller i uppförsbackar.
Överallt i vår vardag finns saker som styrs av elektronik, även om vi inte vet om det. Tekniken är viktig för att underlätta vardagen.
För många av den äldre generationen, t ex dina mor- och farföräldrar, innebar elektronikens utvecklingen att de fick tillgång till radio, TV och telefon. Dagens unga ser det som en självklarhet men för den äldre generationen var det en stor sensation. För dem var det ganska tydligt vad som styrdes av elektronik och vad som inte gjorde det. I dag är det väldigt annorlunda. Vad kan vi då göra med elektronikens hjälp? Egentligen är det bättre att ställa sig frågan: Vad kan vi inte göra med hjälp av elektronik? Endast vår fantasi sätter gränser för det. Vi kan räkna med att det ständigt kommer nya apparater och tjänster skapade med hjälp av elektronik. Både sådana som förbättrar vår vardag men också onödiga prylar vi skulle kunna vara utan. Det är inte bara vi människor som tar elektroniken till vår hjälp i vardagen. 19
2 • Elektroniken i vår vardag Vi kan anta att de flesta vet var mjölken som vi dricker kommer ifrån. Kon svarar nog de flesta. Men hur många vet att både matutfodringen och mjölkningen styrs med hjälp av datorer - och därmed elektronik? Kon har en liten dator fastsatt i ett band runt halsen. I datorn finns information om hur mycket mat kon ska ha och när det är dags för kon att mjölkas. Det kan tyckas att kon behandlas på ett ovärdigt sätt med denna teknik, där den endast är ett nummer i ett produktionsled och inte någon egen individ. Den automatiska utfodringen och mjölkningen av kon underlättar inte bara för bonden utan även för oss konsumenter som kan få reda på varifrån den mjölk som vi dricker kommer ifrån.
Kon har ett halsband med en dator. När kon går in i mjölkningsroboten registreras all data innan mjölken skickas vidare till mejeriet där mjölken förpackas.
Utveckling av elektronik I Sverige finns många företag som arbetar med att utveckla utrustningar och apparater som styrs av elektronik. De personer som arbetar med utveckling har oftast en ingenjörsexamen från någon teknisk högskola. Att utveckla elektronikutrustningar är oftast ett stort projekt med många personer inblandade. Därför gäller det att kunna samarbeta med personer med olika kompetenser. En projektgrupp kan bestå av elektronikingenjörer, programmerare och mekanikingenjörer. Alla gör sin del av projektet men till slut ska alla delar ingå och bli en produkt.
Utveckling av elektronik sker med hjälp av datorer.
20
Elektroniken i vår vardag • 2 De elektroniska komponenterna monteras på ett kretskort eller som det ibland kallas - mönsterkort. Komponenterna löds fast på kretskortet där de sammankopplas med många ledningsbanor.
På kretskortet monteras komponenterna. Här sammankopplas de också med ledningsbanor av koppar.
Produktion av elektronik Eftersom produktionskostnaderna i asiatiska länder är betydligt billigare än i Sverige och andra europeiska länder sker en stor del av tillverkningen av elektronikapparater i bland annat Kina, Sydkorea, Taiwan och Thailand. Tillverkningen sker helt automatiskt med hjälp av robotar som snabbt monterar och löder fast de olika komponenterna på ett kretskort.
Produktionsanläggning för elektronik där montering och förbindning sker automatiskt.
21
2 • Elektroniken i vår vardag Personal som arbetar med elektronikproduktion bär speciella kläder för att inte skada de elektroniska komponenterna som är mycket känsliga för statisk elektricitet. Vid tillverkning av mikroprocessorer är kravet på miljön och lokalerna där tillverkningen sker ytterst noggrann. Lokalerna måste vara helt dammfria. Därför byggs dessa lokaler så att det alltid finns ett övertryck av luft. Det gör att damm inte kan komma in i lokalerna. För att gå in i dessa lokaler måste du passera olika slussar. Personalen måste ha på sig en dräkt som täcker hela kroppen.
Vid tillverkning av mikroprocessorer kan minsta dammpartikel orsaka stora skador. Därför sker utveckling och tillverkning i s.k .renrum. Personer som arbetar med elektronikproduktion har heltäckande kläder som inte alstrar statisk elektricitet.
Försäljning av elektronik En del av de som studerar elektronik och datorteknik kommer efter sin utbildning att arbeta som säljare på något företag som säljer elektronik- och datortekniska utrustningar. Då är det viktigt att sätta sig in i alla tekniska detaljer kring den utrustning som ska säljas. I en del fall är det omfattande kunskaper som behövs för att kunna göra ett bra arbete så att kunderna blir nöjda. Inom branschen sker en omfattande teknikutveckling så det gäller att hänga med och lära sig allt nytt som sker. Varje tillverkare ger ut manualer eller bruksanvisningar om utrustningens funktion. Som säljare är det därför viktigt att studera bruksanvisningar för att få rätt kunskap om apparatens funktion. I och med att fler och fler elektroniska apparater får fler och mer avancerade funktioner är det inte så enkelt för den vanlige konsumenten att förstå sig på alla funktioner.
22
Att arbeta som säljare inom elektronikoch datorområdet kräver goda kunskaper om teknik i allmänhet och elektronik i synnerhet.
Elektroniken i vår vardag • 2
Service och reparation De som säljer elektronisk utrustning har också ett åtagande mot kunderna att utrustningen fungerar på ett korrekt sätt. Det kan även hända att någonting går sönder som måste repareras. I de flesta fall finns en garanti på utrustningen som varar olika länge beroende på vilken utrustning det gäller. Under garantitiden har kunden rätt att få en trasig utrustning reparerad utan någon kostnad. Efter garantitiden får kunden själv stå för reparationskostnaderna. Många företag som säljer elektronikutrustningar har också en serviceavdelning som ser till att kunden får sin trasiga utrustning reparerad.
Återvinning och miljö Att arbeta som servicetekniker kräver god kunskap om elektronikkomponenter och dess funktion samt om mätteknik med olika instrument.
Det händer ibland att trasig elektronikutrustning inte går eller är lönsam att reparera. Dock får vi inte göra oss av med den hur som helst. Elektronikutrustning ska lämnas in för återvinning. År 2001 infördes en lag om producentansvar för elektrisk och elektronisk utrustning. Det här innebär att de som tillverkar, importerar eller säljer el- och elektronikapparater är skyldiga att ta emot gamla och förbrukade apparater när du köper en ny apparat. El- och elektronikapparater innehåller många ämnen och metaller som är farliga för miljön och ska därför inte slängas i naturen.
Analog och digital elektronik Elektronikutrustning som är förbrukad och inte används längre ska lämnas till återvinning.
Inom elektroniken förekommer två olika tekniker för att beskriva en elektrisk signal: analog och digital. Den analoga tekniken kan beskrivas som en spänning eller ström som ändrar sin storlek mellan ett min-läge och ett max-läge, t ex en spänning som ändrar sin storlek mellan 0 V och 5 V. Spänningen kan vara 2,3 V, 0,55 V eller kanske 4,75 V. Alla värden mellan min- och maxvärdet är möjliga. Den digitala tekniken använder endast två olika lägen, antingen min-läge eller max-läge, t ex 0 V och 5 V. Inget värde däremellan är möjligt eller tillåtet. Dessa lägen brukar också benämnas med en nolla eller med en etta där 0 V är en nolla och 5 V är en etta.
De digitala tillstånden är full och tom flaska, motsvarande en etta och en nolla. Det analoga tillståndet är halvfull flaska.
23
Elektronik och Mikrodatorteknik Syftet med läromedlet är att ge grundläggande kunskaper om elektronik och mikrodatorteknik. Boken tar bland annat upp både analog och digital elektronik, programmering av enklare mikrodatorsystem, elektronikmonteringsarbete, elektronikscheman och symboler, beräkning av elektriska storheter, komponent- och kretsmätningar, datorsimulering med mera. Första kapitlet ger en genomgång av ellärans grunder, och därför kan även du som varken läst ellära eller elektronik hänga med i boken. För att du ska få en djupare förståelse för elektronik och mikrodatorer bör du även arbeta praktiskt med programmering och olika kopplingar – till exempel med hjälp av den praktiska arbetsbok som hör ihop med den här faktaboken.
Best.nr 47-10698-1 Tryck.nr 47-10698-1