9789147016709

Grundläggande E L E K T R O N I K · FAKTABOK

Grundläggande Elektronik ingår i Libers omarbetning av serien ELEKTRONIK 2000 och motsvarar kursen Elektronik Grundkurs enligt den nya kursplanen. I boken behandlas den grundläggande elektroniken utifrån den elektronik som finns i morgondagens boende – det intelligenta huset – men den följer samtidigt den traditionella struktur som bygger upp ämnet.

Grundläggande elektronik består av komponenterna • Faktabok • Övningshäfte • Mätövningar • Kontrolluppgifter • Metodikbilaga

9 789147 016709

Best nr 47- 01670 - 9 1

BO JOHNSSON · LIBER

OMSLAG

Tryck nr 47-01670-9-03

Till läromedelspaketen finns också laborationsutrustning från Micro Support AB.

09-01-23, 14.30

ISBN 978-91-47-01670-9 © 2000 Bo Johnsson och Liber AB Form och produktion: Fridha Frid/Didacta Illustrationer: Rickard Ax/Didacta Foto: Jeffery Richt, sidan 25, 81, 124 och 126 Omslag: Didacta

Första upplagan 4

Repro: Repro 8 AB, Nacka

Tryck: 1010 Printing, Kina 2009

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen.

Kopiering, utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t ex kommuner/universitet.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare.

Liber AB, 113 98 Stockholm Telefon 08-690 92 00 www.liber.se Kundservice tfn: 08-690 93 30, fax: 08-690 93 01, e-post: kundservice.liber@liber.se

KAPITEL 0

2

09-01-23, 13.10

INNEHÅLL Förord ................................................ 5

ELEKTRONIK – EN DEL AV VÅR VARDAG........ 6 Bara fem komponenter ......................... 6 Det intelligenta huset .......................... 8 Givare 8 Timern och dimmern 10 Interface 11 Styrelektronik 11 Effektsteg 11

1) RESISTORN ................... 12 Linjära resistorer ............................... 14 Trådlindade resistorer 16 Märkning och identifiering 18 Färgkod 19 Siffermärkning 21

Mätning av resistorer ......................... 22

Läs om det intelligenta huset på sidan 8.

Montering av resistorer ....................... 24 Potentiometrar .................................. 25 Felyttringar 25 Resistiva motstånd 26

2) INDUKTORN.................. 27 Lite repetition 28

3) KONDENSATORN ............ 40 Kondensatorns uppbyggnad ................. 41

Induktans ......................................... 30 Självinduktion i en spole 30

RC-kretsen i timern ............................ 43

In- och urkoppling av spole ................ 31

Olika kondensatortyper ....................... 46

Relä ............................................... 33

Fasta kondensatorer 46 Keramiska kondensatorer 47 Plastfoliekondensatorn 51 Elektrolytkondensatorn 53

Tungelement .................................... 36

Lysrör .............................................. 58

Virvelströmmar ................................. 32

Miniatyrdrosseln ............................... 37

Mer om kondensatorn 59

Chipdrossel ...................................... 37 Transformatorn ................................. 38 Praktiska tips! ................................... 39 Högtalare ......................................... 39

Sidorna 12–59 behandlar de grundläggande komponenterna resistorer, spolar och kondensatorer.

KAPITEL 0

3

09-01-23, 13.10

4) DIODEN ....................... 60

7) GIVARE ....................... 117

Dioden – en halvledare ....................... 61

Trådtöjningsgivare ........................... 119

Dioden – backventil för strömmen ........ 62

Ljusstyrda givare ............................. 120

Sammanfattning 65

Halvledardioden ................................ 68

Ljusstyrda komponenter 120 Fotodiod 120 Fototransistorn 123

PN-diodens egenskaper 70 Effektförlusten 71

Ljuskopplande komponenter .............. 123

Kylning och montering ....................... 71

Optokopplare 123 Läsgafflar 124 Reflexdetektorn 125

Likriktning ....................................... 73

Andra givare ................................... 127

Halvvågslikriktare 74 Helvågslikriktare 77

Praktiskt om likriktardioder ................. 79 Lysdioden (LED) ................................ 80

Induktiva givare 127 Kapacitiva givare 128 Ljudgivare 128 Flödesgivare 128

FELSÖKNING ....................129 Kortslutning – det vanligaste felet 129 Systematisk felsökning 129 Felexempel 130

Register ......................................... 135

5) TRANSISTORN ............... 84 Transistorn – en aktiv komponent ........ 85 Bipolär transistor ............................... 86 Transistorn som strömbrytare ............... 90 Typbeteckningar för transistorer 93 Transistorn i timern 95

6) DIMMERN .................... 96 Effektreglering .................................. 97 Potentiometern 97

Styrda likriktare ............................... 101 Tyristorn 101

Triggkretsar .................................... 103 Diac 103 Fas-tidstyrning 104

Fasstyrd halvvågslikriktare ................ 104 Triac 105 EMI 106

Olinjära resistorer ............................ 108 Termistorn 108 Varistorn 109 Fotoresistorn (LDR) 110

Styrning av effektregulator ............... 111 Dimmers i det intelligenta huset ........ 115

KAPITEL 0

4

09-01-23, 13.10

FÖRORD Denna lärobok ingår i ett läromedelspaket till kursen Elektronik – grundkurs. Förutom Faktabok ingår Övningshäfte, Mätövningar, Kontrolluppgifter och Metodikbilaga.

Faktabok och Övningshäfte går utmärkt att använda för självstudier, medan den praktiska delen i form av mätövningar kräver tillgång till instrument och annan utrustning.

I Grundläggande elektronik läggs, precis som titeln anger, grunderna för all den moderna elektroniken. Det är från denna grund du senare skall komplettera med specialkunskap antingen detta är styrutrustningar, digitalteknik, datorer, analogteknik eller annat. Utan en stabil grund är det mycket svårt att bygga vidare så satsa stor energi på denna kurs. En stor del av kursen tillägnas märkning och identifiering av elektronikkomponenter och vissa delar kan ses som ett uppslagsverk.

”Var du än hamnar i yrkeslivet är jag säker på att dina kunskaper i elektronik ses som en stor tillgång på arbetsplatsen.”

De mest elementära grunderna i elektronik kräver inga speciella förkunskaper, men för att kunna förstå samband i kopplingar måste man ha elkunskaper motsvarande de i kursen Ellära A. Boken har med avsikt gjorts bred, det vill säga den innehåller många olika elektronikkomponenter, eftersom användandet av elektronik förekommer i nästan alla tekniska yrken. Var du än hamnar i yrkeslivet är jag säker på att dina kunskaper i elektronik ses som en stor tillgång på arbetsplatsen. Elektronik är inte längre förbehållet radio och TV- branschen utan för att förstå all modern utrustning krävs kunskaper.

Kunskap skapar förståelse!

Löddeköpinge i december 2000 Bo Johnsson

KAPITEL 0

5

09-01-23, 13.10

ELEKTRONIK – EN DEL AV VÅR VARDAG Elektronik som dels betyder läran om elektronerna, dels är det samlande namnet på tekniskt och vetenskapligt utnyttjande av elektroner, har länge påverkat din och min vardag. I hemmet började det med radio och TV och har fortsatt med video, datorer, DVD, dataspel osv.

För att använda en dator eller video behövs inga kunskaper i elektronik, men när videon går sönder, hårddisken kraschar eller ljudkortet slutar fungera krävs specialkunskap som bara du som elektronikkunnig kan erbjuda.

BARA FEM KOMPONENTER I våra hem finner vi mer och mer utrustning som innehåller elektronik, exempelvis radiatorer, spisar, tvättmaskiner och larm. Moderna hus förses med alltmer elektronik för att underlätta för oss människor. Man pratar idag om ”intelligenta hus” som ett begrepp där vi tar hjälp av elektroniska apparater för att styra olika funktioner.

Det mest fantastiska är att alla dessa apparater och funktioner får man fram med bara fem olika komponenter, beroende på hur dessa sätts samman.

Dessa komponenter är: • resistorn • spolen • kondensatorn • dioden • transistorn Att lära sig funktionen hos dessa är grundläggande för att få en inblick i elektronikens fantastiska värld. Vilken elektronisk utrustning du kommer att arbeta med i framtiden kan vi bara ana idag. Men en sak är säker: Eftersom vår vardag mer och mer styrs av elektronik kommer dina kunskaper i detta ämne att vara mycket eftersökta – kunskap skapar förståelse.

6

KAPITEL 0

6

09-01-23, 13.10

Elektronik stänger av spisen vi glömt.

Elektronik ser till att värmen sänks i de rum där ingen vistas.

Elektronik tänder ytterbelysningen vid mörker när någon närmar sig huset.

Elektronik fäller markisen när solen ligger på, men hissar upp den om det blåser för mycket.

Elektronik – en del av vår vardag

KAPITEL 0

7

09-01-23, 13.10

7

I huset sitter det många olika elektroniska utrustningar. De flesta är förbundna med varandra via en styrdator, hjärnan i systemet. Med hjälp av datorn kan vi styra de flesta funktioner, antingen via förprogrammering eller manuellt. Datorn står, via ett bredband, ansluten till Internet och telenätet. Tack vare denna koppling kan vi kontrollera alla funktionerna och förändra programmeringen, var vi än befinner oss i världen. Datorn kan också slå larm om något oförutsett inträffar.

Givare För att datorn ska kunna registrera förändringar har vi installerat en mängd olika givare. En givare är en komponent, eller utrustning, som kan omvandla olika fysikaliska storheter till en elektrisk signal. Givarna registrerar – precis som vi människor – temperaturförändringar, ljusförändringar, ljudförändringar osv och sänder dessa signaler till sin ”hjärna”. Datorn registrerar och kontrollerar i programmet vad som ska göras vid en viss signal och ser till att detta blir utfört.

En styrdator är hjärnan i det intelligenta huset.

DET INTELLIGENTA HUSET

En givare kan vara en så enkel sak som en strömbrytare monterad i fönsterkarmen. Brytarens läge berättar för datorn om fönstret är stängt eller ej. Ljuskänsliga komponenter som fotoresistorn, fotodioden och fototransistorn reagerar på förändringar i ljusstyrkan och kan t ex fälla markisen vid en förutbestämd ljusstyrka. Vi kan använda samma typ av givare för att tända ytterbelysningen på kvällen eller tända ljuset i akvariet på dagen. Närvarogivaren, som reagerar på värmestrålning som förflyttas, t ex en människa som rör sig, kan styra värme, belysning, ventilation eller ett larm. Vi ska ägna ett kapitel i boken åt att beskriva olika givare.

I husets larmsystem ingår givare som talar om för datorn om fönstret är öppet eller stängt.

Dimmern används här för att reglera ljusstyrkan i ett rum.

8

KAPITEL 0

8

09-01-23, 13.10

Att spara energi är viktigt, men vi vill inte frysa.

En noggrann reglering av rumstemperaturen kräver den elektronik som finns i vårt intelligenta hus.

En närvarosensor talar om för datorn om någon befinner sig i rummet. Datorn kan då slå larm, tända lampor eller annat som vi bestämmer.

Givare mäter temperaturen och vindhastigheten. Signaler från dessa går till styrdatorn som – via ett relä – sänder signaler som styr markismotorn. Vid solsken fälls markisen ut, och om det börjar blåsa kraftigt fälls markisen in igen.

Elektronik – en del av vår vardag

KAPITEL 0

9

09-01-23, 13.10

9

Timern och dimmern Av all den elektroniska utrustning som finns i vårt hus väljer vi att koncentrera oss på timern och dimmern. Vi skruvar av höljet och ser vad som döljer sig innanför.

Timerns ”framsida” Tryckknapp

Resistor

Timerns ”baksida” Elektrolytkondensator Relä

Kondensator

Potentiometer

Likriktare Resistor

Diod

PTC

Dimmerns ”framsida”

Dimmerns ”baksida”

Triac Kondensator

Touch-kontroll

Spole

Elektrolytkondensator

Lysdiod Diod

Spole Resistor 10

KAPITEL 0

10

09-01-23, 13.10

Timern har till uppgift att försörja t ex en bastu med ström under en viss förutbestämd tid, för att därefter bryta strömmen. Timern aktiveras genom att man trycker på startknappen. Tiden den ska vara aktiv avgör vi med hjälp av en tidskrets, ett RC-nät, vilket är vår givare. Signalen från RC-kretsen kopplas till en elektronikenhet som styr reläet på timerns utgång. Reläet kan ge stor effekt till belastningen.

En dimmer används för att kunna styra effekten t ex till en lampa. I bilden visar vi en dimmer med touchkontroll. När vi berör touchkontrollen, vår givare, påverkar vi till- och frånslag av utgången, men dessutom hur stor effekt som ska levereras. Via elektronik styr vi en triac.

Interface En av de viktigaste funktionerna inom elektroniken är att anpassa signaler mellan utrustningar. Att skapa, bearbeta och sända vidare kräver att signalen anpassas till de olika stegen. När du kopplar upp dig på Internet kommer signalen att omvandlas många gånger, innan den når sin mottagare.

Vi har sett hur vi kan ansluta olika slags givare till styrelektronik i det intelligenta huset. För att detta ska kunna ske krävs alltid en anpassning, ett interface, mellan givare och styrelektronik. Vill vi byta givare så ser vi bara till att interfacet passar. Interfacet kan vara mycket avancerat i datorsammanhang, men kan också vara så enkelt som en enda resistor.

Styrelektronik Styrelektroniken i det intelligenta huset är en dator som styr klimat, larm osv utifrån de signaler som givarena ger, men styrelektronik kan också vara elektronik som förhindrar låsning av bromsarna på en bil eller stänger av torktumlaren när tvätten är torr.

Effektsteg Signalerna från elektroniken är små och om vi vill styra stora effekter kopplar vi signalen till ett effektsteg som i sitt enklaste utförande kan utgöras av ett relä, vilket det gör i timern. När vi kopplar in extraljus på bilen låter vi ett relä bryta eller sluta strömmen till de effektkrävande lamporna. Genom att koppla en liten effekt till reläspolen, styr vi en stor effekt till lamporna. I dimmern sitter det en speciell diod kallad triac som effektsteg. Den har samma funktion som reläet. Vi kan reglera en stor effekt med en liten.

In

GIVARE

INTERFACE

STYRELEKTRONIK

EFFEKTSTEG

Ut

Blockschema visar funktionen. För att enklare se principen för elektroniska utrustningar ritar man dessa i form av blockscheman, där varje block utgör en funktion.

Elektronik – en del av vår vardag

KAPITEL 0

11

09-01-23, 13.10

11

Kapitel 1

RESISTORN

12

KAPITEL 1

12

09-01-23, 13.11

Mellan de elektriska storheterna spänning U, ström I och resistans R finns ett samband: U=R·I

I

Resistans (R) mäts i Ω Resistansen 4,7 ohm skrivs alltså: R = 4,7 Ω

U

R

Ohms lag: U U U = R · I eller I = eller R = I R

1.1

Resistorn har två stora användningsområden, nämligen som • strömbegränsare • spänningsdelare

Ibland fyller den båda funktionerna samtidigt. Se bild 1.2.

I = 0,1 A

R =27 Ω

UR = 2,7 V

Motstånd av olika slag är

6,3 V 0,1 A

UL = 6,3 V

U= 9 V

de i särklass mest förekommande komponenterna i elektronikkretsar.

Av motstånden är resistorn den vanligaste, så vanlig att den ofta

1.2 Resistorn som strömbegränsare och spänningsdelare.

Resistorn karakteriseras av sin resistans, som är ett mått på det motstånd som elektronerna utsätts för när de passerar resistorn.

Den energi som går åt för att driva ström genom resistorn omvandlas till värme. Detta innebär att resistorn måste tåla en viss effekt.

kallas för motstånd.

Resistorn

KAPITEL 1

13

09-01-23, 13.12

13

Resistorerna kan delas upp i två huvudgrupper. Den ena gruppen utgörs av resistorer som – oberoende av variationer i spänning, ström, temperatur eller ljus behåller sitt resistansvärde. Dessa typer kallas för linjära resistorer. Övriga kallas för olinjära.

1.3 a) Schemasymboler för resistor.

Vänsterbilden visar symbolen enligt svensk standard och högerbilden standarden för bl a USA och Japan.

I=1A I = 1 mA P = 100 W P = 0,1 mW

100 Ω

100 Ω ENGELSK ELEKTRONIK resistor ......................... resistor strömbegränsare ... current limiter spänningsdelare ... voltage divider 1.3 b) Effektutvecklingen i en resistor.

Linjära resistorer Att tillverka resistorer som är helt linjära är inte så enkelt. Beroende på var resistorn ska användas prioriteras därför vissa egenskaper. Detta är en av orsakerna till att det finns olika typer av linjära resistorer. Det är en avvägningsfråga vilken typ man ska välja.

[Arbetsuppgifter 1.1–1.7]

Kolkompositresistorn (massaresistor) Kolkompositresistorn består av en kolmassa och bindemedel sammanpressat till en cylindrisk kropp. Anslutningstrådarna är inpressade i ändarna. Kolkompositresistorn som nästan helt har försvunnit ur marknaden kallas också för massa1 resistor.

Fördelar • Klarar kraftiga strömstötar.

• Ger sällan totalt avbrott i resistorerna vid överbelastning.

2 3

Nackdelar • Resistansen kan ändras.

• Ger upphov till störningar vid höga frekvenser.

• Kan brinna vid överbelastning.

1.4 Kolkompositresistor 1) Anslutningstråd 2) Kolmassa 3) Infästning av tråden 4) Anslutningstråd

14

KAPITEL 1

14

09-01-23, 13.12

4

Kolfilmsresistorn (ytskiktsresistor) Kolfilmsresistorn består av en cylindrisk keramik- eller glaskropp på vilken man förångar kol. För att uppnå höga resistansvärden läggs skiktet i spiralform. Försäljningen av kolfilmsresistorer minskar eftersom modernare varianter är betydligt bättre i allt utom vad gäller tålighet mot strömstötar.

Fördelar • Har hög pulstålighet och hög precision.

Nackdelar • Kan brinna med klar låga vid överbelastning.

Kolskikt Glaskropp

Skyddande hölje

Kontakthylsa

1.5 Kolfilmsresistorn.

1.6 Ytskiktsresistorer.

Resistorn

KAPITEL 1

15

09-01-23, 13.12

15

Metallfilmsresistorn (ytskiktsresistor) Utseendemässigt är det nästan omöjligt att skilja en metallfilmsresistor från en som är gjord av kolfilm, men i nästan allt är metallfilmsresistorn överlägsen. Tillverkningen sker på liknande sätt men kolet är utbytt mot metallånga.

Viktigt!

Metallfilmsresistorn tillverkas i en mängd olika utföranden, där vissa egenskaper prioriteras före andra.

en metallfilmsresistor med någon annan typ. Är du

Vid utbyte av en felaktig resistor ska du aldrig ersätta

osäker vilken slags resistor det är ersätter du alltid med

Fördelar • Vissa typer av metallfilmsresistorer brinner inte vid överbelastning.

• Klarar stora belastningar i förhållande till sin storlek om aluminiumoxid blandas in i keramikkroppen, vilket gör att kylegenskaperna förbättras.

en metallfilms. Observera att det finns resistorer som är garanterat flamsäkra. Dessa får inte bytas mot annan typ.

Tänk på brandfaran!

Nackdelar • Finns ej för stora effekter.

• Ej pulståliga.

Schemasymbol för flamsäker resistor.

Trådlindade resistorer När det krävs stor effekttålighet och/eller hög precision är trådlindade resistorer det bästa alternativet. Trådlindade resistorer består av en keramik- eller glasfiberstomme på vilken man lindat en motståndstråd. Tråden är svetsad på ändhylsorna som är pressade på stommen. Resistansvärdena ligger mellan 0,1 Ω och 1 MΩ. Nackdelen är högt pris.

”För hög precision är trådlindade resistorer det bästa alternativet”

1.7 Några olika trådlindade resistorer.

16

KAPITEL 1

16

09-01-23, 13.12

Chipresistorn På många ställen i modern elektronik har komponentstorleken mycket stor betydelse, t ex i mobiltelefoner och videokameror. I dessa utrustningar används resistorer av chiptyp där anslutningstrådar saknas och där resistorändarna löds direkt på kretskortet med hjälp av en maskin.

Chipresistorn tillverkas med hjälp av tjockfilmsteknik och kallas ibland för cermetresistor (CERamic METal). Ytskiktet består av en blandning av metalloxider och keramik som screentrycks på en keramisk platta.

Resistorn monteras med en teknik som kallas ytmontering.

1.8 Chipresistorer används i allt större utsträckning.

Resistornät För att spara plats och underlätta för användaren tillverkas resistorer i form av resistornät. I en kapsel ingår det flera resistorer. De är antingen uppbyggda Dual In Line (DIL, ”två i linje”) eller Singel In Line (SIL, ”enkla i linje”). Resistornäten är, precis som chipresistorn, tillverkad i tjockfilmsteknik.

ENGELSK ELEKTRONIK kol ................................ carbon trådlindad ............. wire wounded massaresistor . compound resistor resistornät ......... resistor network skiktresistor ............ film resistor ytmonterad komponent .............

Surface Mounted Device, SMD ytmonterad resistor ..................

Surface Mounted Resistor, SMR

DIL, Dual In Line

SIL, Singel In Line

[Arbetsuppgifter 1.8–1.14]

1.9 Resistornät.

Resistorn

KAPITEL 1

17

09-01-23, 13.12

17

Märkning och identifiering Då det är praktiskt omöjligt att framställa resistorer med alla upptänkliga värden har man infört en standardisering som innebär att man utgår från vissa talserier. I serierna är avståndet mellan de olika värdena procentuellt lika.

De vanligaste serierna är E12, E24, E48 och E96. I en serie ingår alla upptänkliga värden, men märkningen är förenklad så att det finns tolv olika värden per dekad i E12-serien, tjugofyra i E24 osv. Detta låter sig göras om vi accepterar en tolerans på ± 10 % i E12-serien, ± 5 % i E24 osv.

En dekad är en 10-grupp av ental, tiotal, hundratal osv, t ex 1–10 eller 10–100. E12-serien har 12 olika värden i första dekaden: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2

”En dekad är en 10-grupp”

Andra dekaden har värdena 10; 12; 15; 18; 22 osv och tredje dekaden får värdena 100; 120; 150; 180; 220 osv.

En resistor med ”värdet” 560 ohm kan i E12-serien ha vilket värde som helst mellan 504 och 614 ohm. Är resistorn märkt 680 ohm kan den ha ett värde mellan 612 och 748 ohm osv.

De olika serierna omfattar följande toleranser: E12 ±10%, E24 ±5%, E48 ±2%, E96 ±1% och E192 ±0,5%. Tabell 1.1 nedan ger en översikt över de vanligaste värdena.

E12

E24

E48

E12

E24

E48

E12

E24

E48

E12

E24

E48

E12

E24

E48

E12

E24

E48

±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

±10% ±5%

±2%

100

100

680 100

147 150

150

215 220

316

220

470 330

105

154

110

681

487

715

470

330

226

332

160 110

680

464

510 162

237

348

511

750

750

240 360 115 120

169

249

365

120

536 560

121

178 180

261

560

787 820

820

383

562

825

866

180 270

270

390

390

127

187

274

402

590

133

196

287

422

619 620

130 909 910

430 200 140

300 205

301

442

649

Tabell 1.1 Några vanliga serier.

18

KAPITEL 1

18

09-01-23, 13.12

953

Färgkod För att resistorvärdet ska kunna avläsas enkelt, anges värdena oftast med hjälp av färgringar enligt ett givet system, den s k färgkoden.

Oftast är färgringar osymmetriskt placerade så att avläsningen startar med den ring som ligger närmast en ände. Ibland är den sista ringen tjockare än de övriga.

Som framgår av tabellen nedan över olika resistorserier är noggrannheten två siffror för E12- och E24-serierna, men för serierna E48 och däröver är noggrannheten tre siffror, varför fyra färgband är för lite.

1.10 Resistorer på timerns kretskort.

Färgkod för resistorer med fyra färgband Färgkod med fyra färgband används på resistorer som ingår i E24 eller lägre. Två färgband krävs för att indikera talvärde (två siffrors noggrannhet).

Färg

Band

Band

Band

1, 2

3

4

Talvärde

Faktor

Tolerans ±%

svart brun röd

1 = 10

0 1

1

100 = 10

2

3

gul

4

1000 = 10 10000 = 104

grön

5

100000 = 105

blå

6

1 000000 = 106

7

grå vit

8 9

1

2

2

3

3

orange

violett

Tolerans Faktor

10 = 101

2

Talvärde

0

10000000 = 10

0,5 7

0,25 0,1

4

guld

–1

0,1 = 10

silver

–2

0,01 = 10

4

5

7

x100

5%

47Ω ± 5%

10

Resistorn

KAPITEL 1

19

09-01-23, 13.12

19

Färgkod för resistorer med fem färgband Färg

Band

Band

Band

1, 2, 3

4

5

Talvärde

Faktor

Tolerans

Faktor

±% svart

0

1 = 100

brun röd

1 2

10 = 101

1

100 = 102

2

orange

3

1000 = 103

gul

4

10000 = 104

grön

5

100000 = 105

blå

6

violett

7

grå

8

vit guld

9

1 000000 = 10

Tolerans

Talvärde 1

2

3

4

5

0,5 6

10000000 = 10

1 2 7 x100

0,25

7

0,1

0,25%

127 Ω ± 0,25%

silver

0,1 = 10–1

5

0,01 = 10–2

10

Hos vissa typer av högkvalitativa resistorer vill man även ange temperaturkoefficienten. Det tillkommer då ytterligare en färgring.

Temperaturkoefficienten anger hur mycket resistansen ändras vid ändrad temperatur. Ju lägre talet är desto bättre är resistorn.

Färgkod för resistorer med sex färgband Färg

Band

Band

Band

Band

1, 2, 3

4

5

6

Talvärde

Faktor

Tolerans

TK

TK = Temperaturkoefficienten

±% svart brun

0 1

1 10

1

100 ppm*

röd

2

100

2

50 ppm

orange

3

1000

15 ppm

gul

4

10000

25 ppm

grön

5

100000

blå

6

1 000000

0,25

violett

7

10000000

0,1

grå vit

8 9

Faktor 1

0,5

guld

0,1

5

silver

0,01

10

3

4

5

6

562 kΩ ± 2% 25 ppm

20

20

Tolerans 2

5 6 2 x103 2% 25ppm

* ppm = Parts Per Million = miljondelar. T ex 50 ppm/° C talar om att varje grads temperaturändring innebär att resistorn ändrar sitt värde med 50 · 10–6 Ω.

KAPITEL 1

Temperaturkoefficient

Talvärde

09-01-23, 13.12

EXEMPEL a) Resistansen är 10 · 100 Ω = 1000 Ω, ± 10 % b) Resistansen är 12 · 10 000 Ω = 120 kΩ, ± 5 % c) Resistansen är 681 · 1000 Ω = 681 kΩ, ± 2 % d) Resistansen är 162 · 100 Ω = 16,2 kΩ, ±2 %, 50 ppm. a) b)

c) d)

Siffermärkning Alla trådlindade resistorer samt vissa av de övriga märks med hjälp av siffror och bokstäver. Som kommatecken används en bokstav, men tråkigt nog använder inte alla fabrikanter samma bokstav. Exempel på siffermärkning är:

1,0 Ω = 1R0 0,33 Ω = R33

eller eller

1E0 E33

3,3 Ω = 3R3 3,3 kΩ = 3k3

eller

3E3

33 kΩ = 33k 3,3 MΩ = 3M3

osv

Vissa moderna resistorer inklusive chipresistorerna märks med siffror enligt följande:

120

121

=12 Ω

123

=120 Ω = 12000 Ω = 12 kΩ

Första och andra siffran är talvärde, tredje siffran är antal nollor.

Resistorn

KAPITEL 1

21

09-01-23, 13.12

21

Mätning av resistorer För att kontrollmäta resistorer använder man en ohm-meter. Oftast kan man mäta spänning, ström och resistans med samma instrument – en multimeter. Det finns multimetrar med visare, analogmultimetrar, och med sifferdisplay, digitalmultimetrar.

”Med en multimeter kan man mäta spänning, ström och resistans”

Av analogmultimetrarna finns det två olika huvudtyper, nämligen • strömmätande • spänningsmätande (vilket samtliga digitalmultimetrar är)

Digital multimeter

Analog multimeter

Strömmätande ohm-meter U .

R Om U hålls konstant varierar I med R. Vi kan därför koppla in en amperemeter (med liten inre resistans Ri) enligt bild 1.12 och gradera amperemetern i Ω.

Genom Ohms lag vet vi att I =

I

A

Resistor för kontrollmätning

E=U= konstant

1.12 Strömmätande ohm-meter.

1.11 Resistansmätning.

22

KAPITEL 1

22

09-01-23, 13.12

Observera att ju lägre resistorvärdet är desto större blir strömmen. Detta innebär att 0 Ω finns längst till höger på skalan. Eftersom det i praktiken inte går att få U konstant sitter det en justeringsknapp på ohmmetern.

Denna ska alltid justeras in när man ska använda instrumentet. Justeringen går till så att man kortsluter mätsladdarna och med knappen justerar så att instrumentet visar exakt 0 Ω.

Spänningsmätande ohm-meter

I = konstant

I = konstant I= försumbar Konstantströmgenerator

I

Mycket högt Ri

V

Resistor för kontrollmätning

1.13 Spänningsmätande ohm-meter.

Ohms lag säger att U = I · R. Kan vi hålla I konstant blir U proportionell mot R.

”En konstantströmgenerator är en elektronisk koppling som levererar konstant ström” Längst till vänster i bild 1.13 finns en schemasymbol på en ”konstantströmgenerator”, vilket är en elektronisk koppling som levererar en konstant ström oberoende av belastningen, exempelvis 1,0 mA. Om strömmen är konstant kan spänningsskalan graderas i ohm, och vi kan få resistansen genom att mäta spänningsfallet över resistorn. Om strömmen är t ex 1,0 mA motsvarar 0,7 volt resistansen 0,7 kΩ, 12 volt blir 12 kΩ osv.

Konstantströmgenerator

I

Denna typ av ohmmeter är den modernaste i såväl analogt som digitalt utförande. Den strömmätande har en speciell skala för ohmmätning, medan den spänningsmätande har samma skala för mätning av resistans, ström och spänning.

Längre fram ska vi se hur den spänningsmätande typen kan utnyttjas som ett utomordentligt hjälpmedel vid kontroll av halvledarkomponenter (dioder, transistorer osv).

Resistorn

KAPITEL 1

23

09-01-23, 13.12

23

Montering av resistorer Det är av största vikt att man monterar resistorer på det sätt som tillverkaren anger. Man använder olika metoder som bild 1.14 a–c visar.

5 mm

1.14 a) Standardmontering på foliekort. Minimiavståndet är till för att undvika skador vid anslutningstrådens infästning.

5 mm

1.14 b) Montering av upphöjd resistor. Ett minimiavstånd fordras för att skydda foliekortet, så att det inte blir för varmt. Denna metod ska väljas om effektutvecklingen i resistorn överstiger 0,6 watt.

1.14 c) Montering med ögla. Öglan är till för att anslutningstrådarna inte ska lossna om resistorn utsätts för kraftiga vibrationer eller stora temperaturväxlingar.

24

KAPITEL 1

24

09-01-23, 13.12

Potentiometrar Ibland är det ett önskemål att mekaniskt kunna ändra resistansen i en resistor. Detta kan göras på många olika sätt, t ex genom ett flyttbart uttag på en resistorbana. Sådana resistorer kallas för potentiometrar.

Det vanligaste sättet att variera resistansen är att motståndsmaterialet är gjort i cirkulär form i vilken en koncentrisk kontaktarm är fäst. Resistansen varieras genom att man vrider axeln i vilken kontaktarmen är fäst. En sådan potentiometer, en sk vridpotentiometer, ser du på bild 1.15.

B

K

S B

K

1.15 Kontakterna i en vridpotentiometer och dess schemasymbol.

S

Felyttringar Resistorns funktion i elektronikkretsar är att strömbegränsa och/eller spänningsdela. Om strömmen av någon anledning blir för stor i resistorn blir det avbrott i den. Orsaken till att strömmen blir för stor är oftast att den komponent som resistorn ska begränsa strömmen till har gått sönder. Vid felaktig matningsspänning kan också strömmen bli för stor varvid resistorn går sönder.

Det kan aldrig bli kortslutning i en resistor, utan felyttringen är antingen att resistorns resistans är oändligt stor (avbrott) eller i undantagsfall att resistansen har förändrats. Ofta kan man med ögonen se att en resistor har brunnit. Moderna ytskiktsresistorer kan dock brinna av – om de har utsatts för en kraftig strömökning – utan att det syns på resistorn.

[MÄTÖVNING 1]

När man byter en felaktig resistor ska man alltid kontrollera den komponent som resistorn förser med ström.

1.16 Resistor som fått för kraftig ström.

[Arbetsuppgifter 1.15–1.21]

Resistorn

KAPITEL 1

25

09-01-23, 13.12

25

Resistiva motstånd Resistorn är en komponent vars motstånd är resistivt. I huset hittar vi en mängd olika utrustningar i vilka det sitter motståndstråd lindad i spiralform exakt som i trådlindade resistorer. Vanliga glödlampor, brödrosten, strykjärnet och hårtorken är några exempel. I moderna spisar med glashäll ser man tydligt den spiralformade motståndstråden. Vid elektriska beräkningar görs det ingen skillnad mellan de olika resistiva motstånden. Ohms lag gäller för samtliga.

Induktorer, s k spolar, tillverkas av isolerad koppartråd lindad antingen på ett isolerande material eller kring en järnkärna.

De första benämns luftlindade spolar och de andra drossel, reaktor eller induktor.

1.17 Spiralformad motståndstråd i en spis.

Ibland får spolarna namn efter användningsområde, t ex tändspole, relä, transformator osv.

26

KAPITEL 1

26

09-01-23, 13.12

Kapitel 2

INDUKTORN

Induktion

KAPITEL 2

27

09-01-23, 13.13

27

Grundläggande E L E K T R O N I K · FAKTABOK

Grundläggande Elektronik ingår i Libers omarbetning av serien ELEKTRONIK 2000 och motsvarar kursen Elektronik Grundkurs enligt den nya kursplanen. I boken behandlas den grundläggande elektroniken utifrån den elektronik som finns i morgondagens boende – det intelligenta huset – men den följer samtidigt den traditionella struktur som bygger upp ämnet.

Grundläggande elektronik består av komponenterna • Faktabok • Övningshäfte • Mätövningar • Kontrolluppgifter • Metodikbilaga

9 789147 016709

Best nr 47- 01670 - 9 1

BO JOHNSSON · LIBER

OMSLAG

Tryck nr 47-01670-9-03

Till läromedelspaketen finns också laborationsutrustning från Micro Support AB.

09-01-23, 14.30