Bygger på Emne 3
Dette dokumentet er det første i en serie om elektronikk som har til hensikt å gi en innføring i moderne elektronikk. Hovedmålet er en grunnleggende forståelse for de relativt enkle grunnprinsippene som ligger bak elektronisk styring, måling og kommunikasjon. En konsekvens av større forståelse vil være økt selvtillit og selvstendighet i møte ulike kommersielle interessene som er opptatt med å selge egne produkt og tjenester. Forståelse for elektronikk innebærer også visse praktiske ferdigheter i forhold til det å bruke, reparere og utvikle nyttig elektronisk utstyr selv. Praktiske aktiviteter er vektlagt i dette undervisningsopplegget og målet er å hjelpe den enkelte til å mestre vår stadig mer "teknologiinfiserte" hverdag.
I undervisningsopplegget har vi valgt å fremhever grunnleggende prinsipp og enkle praktiske eksempler som er enkle å forstå. Forståelse er noe annet enn å pugge/huske et fagstoff og derfor har vi lagt opp til at leseren selv skal være aktiv og anvende kunnskapen. Dette innebærer f.eks. at leseren selv må lage det utstyret som brukes. Et praktisk kurs i lodding er derfor en del av opplegget. Sentralt i den praktiske delen står et elektronikkpuslespill som er en samling med elekronikkomponenter som kan settes sammen på ulike måter til forskjellig nyttig utstyr. Målet er da ikke det nyttige utstyret, uansett hvor nyttig det er, men en forståelse for hvordan naturen og elektronikken som omgir oss fungerer.
Dette første dokumentet er ment å være en oppslagsdel knyttet til verktøy, utstyr og komponenter. En relativt stor del av dette dokumentet består av praktiske tips til hvordan man lager det praktiske utstyret som det forutsettes at man har tilgjengelig når man arbeider med det senere dokumentet (Teknologi for styring og måling).
rdet elektronikk er sammensatt av "elektro" som da avgrenser emnet til elektrisitet og magnetisme og "nikk" som forteller at det er teknikk det handler om. Elektrisitet og magnetisme er grunnleggende komponenter i naturen og dermed også i miljøet som omgir oss. Elektronikk er i dag en viktig del av den teknologien vi omgir oss med. Styringen av et demokratisk samfunn er basert på at alle samfunnsmedlemmer har kunnskap og innsikt i samfunnets ulike sider og det gjelder da også teknologiemnene. Moderne teknologi har en stor innvirkning på samfunnet vårt og det er derfor viktig at vi forstår moderne teknologi slik at vi kan være med å styre utviklingen i den retningen vi ønsker. Skal man være aktivt med i samfunnsdebatter trenger man grunnleggende kunnskap om den teknologien som brukes.
I vårt samfunn er de fleste enige om at teknologi er viktig og det tilbys derfor mange ulike kurs hvor ordet teknologi brukes som et slags trekkplaster. I prinsippet finnes det to typer teknologikurs - de som gir kunnskap om teknologi og de som gir teknologikunnskap. Det som skille disse to kursbetegnelsene er da det lille ordet "om". Det er med andre ord forskjell på å "lære om teknologi" og å "lære teknologi".
Å lære om teknologi representerer en slags lettvint "kjøkkenvei" hvor man studerer hvordan teknologien påvirker samfunnet gjennom lesning av bøker hvor eksperter beskriver teknologien utfra sine modeller. Den praktiske siden av denne undervisningen er da diverse ekskursjoner og spørreundersøkelser hvor man danner seg et bilde av hvordan teknologien virker. Dette er da en form for teknologiundervisning som har økt de senere årene på alle nivå i skoleverket. Hovedproblemet med denne undervisningen er vel at den har foranderlige samfunnsmodeller som basis, og den gir da liten forståelse for selve teknologien. Når det gjelder spørsmål knyttet til tekniske muligheter og begrensninger, faremomenter ol. så blir man prisgitt ekspertuttalelser fordi man ikke har nok teknisk/teoretisk innsikt til å selv vurdere det ekspertene sier.
Å lære teknologi representerer da den tradisjonelle læremetoden hvor det er snakk om å forstå grunnleggende prinsipper og oppnå praktiske ferdigheter slik at man basert på en egen forståelse kan vurdere ulike påstander. Moderne teknologi er et enormt fagområde og det er da ikke snakk om detaljkunnskaper innenfor alle felt, men en forståelse for de relativt enkle grunnprinsippene sammen med praktiske erfaringer med enkelte karakteristiske anvendelsemetoder. En måte å få slik kunnskap er å arbeide med modeller som viser prinsippene i moderne teknologi. Egenaktivitet med praktisk utstyr gir vanligvis en dypere innsikt i muligheter og begrensninger i moderne teknologi enn å bare hente informasjon fra andre.
Et kjennetegn på vårt moderne samfunn er at de fleste kjøper det de bruker. Få har erfaring med å selv lage det de trenger. I tidligere tider var det vanlig å lage mye av det man trengte og mange mener at det har skjedd en uheldig fremmedgjøring de siste årene. Både trivselsmessig og trygghetsmessig er det viktig for et samfunn å være mest mulig selvforsynt med varer, kunnskaper og ferdigheter. Disse heftene er et forsøk på å minske fremmedgjøringen ved å øke ferdigheter og forhåpentligvis også selvtillit i forhold til moderne teknologi. Kunnskaper og ferdigheter er et viktig grunnlag for velferdssamfunnet, og mange er enige om at det bør være et satsingsområde. Men det er ikke nødvendigvis slik at en massiv satsing på å bruke avansert informasjonsteknologi som andre har produsert er det beste for vårt norske samfunn på lang sikt. Kan ikke nettopp dette være med å gjøre oss sårbare ved at vi blir avhengig av andre? Filosofien bak dette heftet er at det er bedre å kunne lage enkle ting selv basert på egen forståelse, enn å kunne klikke seg fram i menyene i "framtidens dataprogram". Det er nemlig ikke sikkert at det er vår velferd som er målet til dem som stadig ønsker å selge oss nyere og bedre utstyr og program.
Noen mennesker tror at de mangler en slags medfødt intelligens som gjør at de aldri vil kunne forstå den teknologien som omgir oss til daglig. Så lenge man tror at man mangler forutsetningene for å lære, vil man sannsynligvis heller ikke lære. Erfaringen har imidlertid vist at andre faktorer er mer avgjørende for læringsutbyttet i slike teknologiemner, og her vil vi kort fremheve betydningen av noen slike faktorer. Her vil vi først påstå at alle kan lære elektronikk hvis de virkelig vil. Når det i dag er forholdsvis få mennesker som opplever at de forstår moderne teknologi så har det sannsynligvis sammenheng med at de det er menneskelig å "styre unna problemer" og "å velge minste motstands veg".
Vær ikke fornøyd før du forstår!
Den som ønsker å lære noe fra disse heftene bør
gjøre aktivitetene og leser tekst og forklaringer grundig. Spørsmål
og oppgaver er ment å være en kontroll på egen forståelse,
og man bør derfor ta seg tid til å gjøre oppgavene
selv om man tror at man har forstått alt. En ufullstendig forståelse
av begreper og prinsipp kan bli et hinder som gjør at man ikke klarer
å forstå de mer avanserte kretsene som følger senere
i undervisningsopplegget. Når vi i lærebøker møter noe som virker
uklart eller unødvendig, så kan dette være et signal
om at det er noe grunnleggende man ikke har forstått. Andre ganger
kan det inni oss oppstå spørsmål i tilknytning til det
vi arbeider med som vi ikke vet svaret på. Slike spørsmål
er ofte et signal om at det er noe grunnleggende vi bør få
svar på før vi går videre. Generelt er det viktig å
bruke tid på å finne svar, enten ved å lese forklaringer
om igjen, gjøre flere forsøk eller spørre andre.
Om man ikke bruker den tiden man trenger på å forstå
fagstoffet kan det sammenliknes med å løpe så fort med
en fakkel at den slukner. Det er ikke behagelig å vandre ute i nattemørket
uten lys. Faren er da også stor for at man går seg vill.
Når det dukker opp spørsmål må vi derfor stoppe opp og finne svar på spørsmålene før vi går videre, ellers kan vi havne i en tilstand av full forvirring. En slik tilstand kjennetegnes av at man er avhengig av detaljveiledning og pugging for å komme videre. Forståelsen for det vi gjør fungerer som et lys som kan hjelpe oss noen skritt videre. Den som vil lære noe nyttig trenger utholdenhet. Den som mangler utholdenhet og tror at det er lettvint å lære noe nyttig, bør derfor gjøre noe annet enn å arbeide videre med disse heftene.
Eksperttillit eller selvtillit
Tro er viktig i møte med nye utfordringer. Om vi skal lære
nye ting er det viktig at vi tror at vi klarer det. Troen på egne
evner og kunnskaper kalles selvtillit, og selvtilliten er for en
stor del avhengig av tilbakemeldinger fra omgivelsene. Om omgivelsene våre
gir positive tilbakemeldinger på det vi gjør og sier vil selvtilliten
vokse. Om omgivelsene gir negative tilbakemeldinger vil selvtilliten minke,
og i slike tilfeller er det vanskelig å bestemme seg for å
tenke positivt. Manglende forståelse for fysikkfaglige emner i skoleverket
kan f.eks. være starten på en selvforsterkende reduksjon av
selvbildet i forhold til diverse teknologiemner. Slike onde sirkler er
vanskelige å bryte. Her vil vi likevel skissere en mulig utvei som
er basert på litt sosial innsikt og sunn fornuft. I alle samfunn
vil individene tilpasse seg et sosialt system hvor noen individer vil fremstå
som ledere eller eksperter, mens de fleste underordner seg. Eksempler på
eksperter er da naturvitenskapelige ansatte i offentlige institusjoner
og ansatte i private teknologibedrifter. Begge disse gruppene er avhengig
at vanlige folk har så stor tro på dem at de betaler offentlig
skatt og kjøper varene deres. Poenget her er at ekspertene har en
privilegert posisjon i samfunnet som i bunn og grunn er basert på
at vanlige folk tror at de innehar noe nyttig som de selv mangler. Ekspertene
har oftest lengere skolegang enn vanlige folk, men det er ikke innlysende
at denne skolegangen har gitt større dem realkompetanse. I dag er
det mange som setter spørsmålstegn ved nytten av den kunnskapen
som formidles gjennom det etablerte kunnskapssystemet fordi den er for
teoretisk og virkelighetsfjern. Dette har på sin side gjort at ekspertene
i offentlig undervisningsystem har inntatt en slags forsvarsposisjon som
gjør at de er mer opptatt med å bevare det gamle systemet
enn å formidle nyttig kunnskap til folk flest.
Den sosiale innsikten som man trenger for å bryte det sosiale presset som holder selvtilliten nede er da kort sagt man innser at de såkalte ekspertene som vanligvis hjelper oss med å forstå omgivelsene våre, sannsynligvis har en egeninteresse av å servere oss en ufullstendig og ulogisk forklaringsmodell framfor å gi oss en forståelig forklaringsmodell av naturen. Denne forvanskningen er sannsynligvis ikke bevisst. Dagens eksperter har selv fått servert de modellene de viderefører til andre så lenge at de tilsynelatende er ute av stand til å innse at det kan finnes bedre forklaringsmodeller. Dette forklarer da årsaken til at annerledestenkende har store problemer med å få innpass i ekspertmiljøene og de tidsskriftene som styres av disse.
Alle mennesker er utstyrt med noe som vi kan kalle fornuft. Etter at man hadde innført kvantemodellen som forklaringsmodell i naturvitenskapene ble konklusjonen den at det finnes endel paradokser eller selvmotsigelser i naturen. Et eksempel er lys som er både bølger og partikler ifølge kvantemodellen. For at ikke denne forvirringen skulle smitte over i dagliglivet fikk man behov for et nytt begrep som vi her kaller sunn fornuft. Når vi mennesker vurdere ulike påstander så kan vi enten vurdere dem i forhold til ekspertuttalelser eller i forhold til egen fornuft. I de fleste tilfellene vil nok disse to "konsulentene" samstemme, men hva gjør vi så i de tilfellene hvor ekspertene sier noe som står i motsetning til sunn fornuft? Om vi i slike tilfeller tror mest på ekspertuttalelsene så er det sannsynligvis bortkastet å arbeide videre med disse heftene. Årsaken er at disse heftene bruker en forklaringsmodell (em-modellen) som noen innflytelsrike eksperter avviser fordi den representerer et alternativ til kvantemodellen. Ikke fordi det er påvist feil i den. Nå er det i prinsippet mulig å hoppe over disse kontroversielle forklaringene, men problemet er da at man da sannsynligvis ikke vil oppleve at man får en generell og helhetlig forståelse som kan brukes på en nyttig måte i praktiske sammenhenger. Forståelsen blir da kompleks og oppstykket isteden for enkel og helhetlig. En forutsetning for å ende opp med en forståelse etter arbeidet med disse heftene er da at man tror mer på egne observasjoner og egen fornuft enn på det som ekspertene har skrevet eller sagt. Ingen mennesker er ufeilbarlige, og alle er enige om at villighet til å revidere tanker og forestillinger er et viktig kjennetegn på en sunn naturvitenskap. Erfaringer viser imidlertid at mennesker er mer stivbeinte og bundet i gamle forestillinger jo høyere man finner dem i makthirarkiet. Det er også slik at flertallet kan ta feil og det er da ikke vanskelig å utdype disse påstandene med eksempler.
Her vil vi til slutt bare minne om at det er vi selv som er den som vet mest om hva vi forstår og ikke forstår. Det er med andre ord den som har skoen på som vet hvor den trykker og her følger en analogi. Kroppen vår trenger mat for å vokse, men det er vi selv som må tygge maten, fordøye den og gjenoppbygge den i cellene. Tilsvarende kan vi si at vi trenger informasjon fra bøker ol. for at kunnskapen vår skal vokse. Men dette er til liten nytte å bare huske/pugge det andre sier og gjør. Vi må selv bearbeide informasjonen for at den skal bli til kunnskap som er nyttig for oss. Det som kjennetegner en som har forstått et fagområde er at han selv kan vurdere informasjon og selv trekke nyttige konklusjoner. Når vi arbeider med disse heftene bør vi tenke at forklaringene og forsøkene representerer informasjon som vi selv må "tygge". Vi må med andre ord prøve å forstå begrepene og ikke bare huske/pugge det vi ser og leser. Det viktigste redskapet vi har i denne prosessen er egen tanke og egen fornuft, og om vi ikke tror at disse er noe verd, vil vi heller aldri oppleve å virkelig forstå et fagområde. Husk at forståelse er noe annet enn å huske noe som andre har sagt eller skrevet.
Verktøy og materiale
Den som skal lage et elektronikkpuslespill trenger verktøy og
materiale/komponenter. Her følger noen praktiske tips i den sammenhengen.
I tillegg til å ha tilgang på visse fysiske gjenstander trenger
vi også visse ferdigheter for å gjennomføre opplegget.
I denne sammenheng vil vi understreke det gamle ordtaket om at "øvelse
gjør mester".
Nå er det imidlertid slik at lærlingen ikke trenger å
starte helt på "bar bakke" når han skal lære et fagområde.
Mesteren vil vanligvis gi råd og veiledning og om lærlingen
tar imot råd så vil han sannsynligvis oppleve at en vesentlig
del av egne ferdigheter kan være forårsaket av andres erfaringer.
De følgende sidene vil inneholde noen praktiske råd om hvordan
man bør gjøre ulike praktiske ting. Det er helt sikkert mulig
å gjøre ting på andre måter enn de som
er beskrevet her, men som regel er det lurt å prøve råd
fra andre før man utvikler egne metoder.
Målet for dette verktøyavsnittet er da å gi leseren en teoretisk bakgrunn for de praktiske aktivitetene. Det innebærer kjennskap til ulikt verktøy og egenskaper ved ulike materialer samt kunnskap om ulike teknikker som kan være nyttige i ulike praktiske situasjoner. I senere kapitler blir det da snakk om å sette sammen ulike komponenter til ulikt utstyr og da vil forståelse bli hovedmålet. I denne innledningen vil vi da vektlegge det vi kaller ferdighet, som da også innebærer en teoretisk forståelse for hvordan ulike ting oppfører seg i praksis.
Det enkleste er ofte det beste
Tiden da vi kunne gå ut i skogen og finne alle råvarer til
verktøy og ferdige produkt er vel over. Men det er fortsatt mulig å lage ting selv. En målsetting bak
dette heftet er at verktøy og utstyr skal være enklest og
rimeligst mulig. I praksis betyr det at vi anbefaler å kjøpe
minst mulig, men det betyr ikke at vi bør kjøpe det billigste.
På lang sikt er det økonomisk å kjøpe varer med
god kvalitet. Vi antar videre at de som tar seg tid til å gjennomgå
dette elektronikkopplegget vil få bruk for en loddebolt også
i andre situasjoner og derfor bør man kjøpe ting som man
kan bruke lenge og i ulike situasjoner. Her vil vi først presentere
det verktøyet vi trenger for å gjøre det som er beskrevet
i dette heftet.
Spesialverktøy
Loddebolt En loddebolt på 15W er bra til elektronikk, men
om man ønsker å ha en loddebolt som har flere bruksområder,
så er det også mulig å bruke loddebolter opptil 40W.
Disse er da mindre
hensiktsmessige til elektronikk, men de kan da brukes til å lodde
større ting i tillegg til små elektronikkgjenstander. En loddebolt
på 15W vil ha en maksimal temperatur omkring 360°C mens en på
40W vil ha en maksimal temperatur omkring 450°C. Prisen på en
enkel loddebolt uten temperaturregulering er fra ca. 100 kr og oppover.
Dyrere loddebolter med temperaturregulering kan også brukes, men
vi anbefaler ikke å kjøpe slike om man da ikke har tenkt å
gå videre å fikse datamaskiner og annet kretskortbasert utstyr
som ofte krever slikt verktøy.
Loddetinn Til elektronikk brukes loddetråder med innebygd flussmiddel. Vi anbefaler loddetråder med 1mm tykkelse og smeltepunkt omkring 183°C-190°C (60% tinn og 40% bly). Loddetinn kan kjøpes i små praktiske holder som inneholder omkring 10g/1m og i ruller på f.eks. 500g/87m. (10) Ruller med 500g koster i størrelsorden 100-200kr. Her vil vi anbefale å først kjøpe en liten holder som så eventuelt kan etterfylles fra en større rull om interessen fortsatt er der.
Sideavbiter En liten sideavbiter er nødvendig for å kutte ledningere før eller etter lodding. Pris 50-150kr. En liten sideavbiter kan lett ødelegges (få hakk) om man bruker den på harde metaller, og her vil vi anbefale å bare bruke den på mykte metaller (kobber, messing, bløtt jern ol).
Nebbtang En liten spiss nebbtang er også nyttig når ledninger og annet skal bøyes. Pris 50-150kr.
Bor De stiftene som brukes i elektronikkpuslespillet har diameter på 1mm og et tilsvarende tynt bor kan være nyttig. Det trenges blant annet for å lage brytere etter den oppskriften vi bruker her. Til slike tynne bor bør man helst bruke en liten elektrisk boremaskin/drill, men er du stødig på hånden er det også mulig å bruke en liten hånddrevet borvinde.
Vanlig snekkerverktøy
For å lage trebitene til puslespillkomponentene trenger du i tillegg
linjal, blyant, sag, pusseutstyr (sandpapir, fil..), borvinde/drill med
bor som passer til loddestativskruen, skrutrekker, hammer, syl ol.
Dette er verktøy som de fleste har og derfor vil vi ikke kommentere
det noe nærmere her.
Verktøy som kan lages
Når du skal lodde er et loddestativ svært nyttig. Loddestativ
kan kjøpes, men her vil vi vise hvordan du kan lage et ved hjelp
av to trebiter, to spiker, to klesklyper og en skrue. Det er også
mulig å lage andre enkle hjelpemidler som kan forenkler produksjonen
av elektronikkpuslespillet og det vil vi da komme tilbake til seinere.
Utstyr som må kjøpes
Elektronikkpuslespillet handler som navnet antyder om elektronikk og
i denne sammenhengen trenges det noen sentrale komponenter som det er vanskelig
å skaffe gjennom vanlige butikker.
Noen elektronikkonponentene finnes
i gammelt elektronisk utstyr, mens andre komponenter må man da kjøpe
fra spesialbutikker.
Her anbefaler vi å bruke nye komponentene framfor å bruke
brukte komponenter hvis man ikke har erfaring med elektronikk fra før.
En årsak til denne anbefalingen er at sannsynligheten er størst
for at de ferdige brikkene vil fungere etter forutsetningene når
vi bruker nye komponenter. Her vil vi derimot anbefale å bruke brukte
deler i egen videreutviklingen av elektronikkpuslespillet. Når man
har lært grunnprinsippene ved å jobbe med komponenter som virker,
er det lettere å oppdage feil og å utnytte variasjoner i gamle
komponenter.
Andre vanlige "råvarer"
Når vi i dette kurset legger opp til at man skal lage ting selv,
så er det flere grunner til det. En viktig grunn er at flest mulig
skal oppleve gleden ved å selv lage noe nyttig. Dernest er det vanligvis
billigere å lage ting selv, og sist men ikke minst kan det bety mer
gjenbruk av ting som vi ellers ville ha kastet. Vi
lever i et "bruk og kast" samfunn og en av tankene bak dette kurset er
at vi skal se verdiene som ligger i det vi kaster. Det er med andre ord
mulig å gjenbruke mye av dagens "søppel" til noe nyttig. Om
vi blir flinkere til å plukke ut det som kan gjenbrukes vil både
vi og miljøet tjene på det. Her følger en liste over
råvarer som trenges for å lage elektronikkpuslespillet.
Trevarer: Oppkapp fra panel (12mm tykkelse) og stenderverk (40 eller 50mm tykkelse) finner vi på byggeplasser.
Telefonledninger: Televerket har ofte søppelkontainere med utskiftede kabelrester. En kabelbit på f.eks. 3 meter med 10 eller flere ledere holder lenge. Merk at telefonledninger som har vært brukt utendørs ofte er innsatt med vaselin (beskytter mot fuktighet) som vi må fjerne. Men disse ledningene er da ofte enklere å bruke i dette elektronikkopplegget (enklere å avisolere ol.) enn de litt tynnere ledningene som ofte brukes innendørs.
Spiker, skruer, klesklype, binders, splitbinders ol: 50mm til loddestativet, små treskruer til å feste summer, større treskrue til loddestativ, klesklype til loddestativ, binders til batteriklemmer og bryter, splittbinders til bryter ol.
Nyttige komponenter fra utrangert elektrisk utstyr
Elektronikkpuslespillet som er beskrevet her består av grunnmoduler
som kan utvides med nye komponenter ettersom kunnskapen øker. Senere
vil vi komme tilbake med tips til hvordan vi kan gjennbruke ulike komponenter
fra ødelagt elektrisk utstyr.
Den som forstår grunnleggende elektronikk vil ofte få lyst
til å lage ting, og her vil vi derfor oppfordre deg til å allerede
nå begynne å plukke ut komponenter fra ødelagte elektrisk
utstyr før det kastes. Her følger noen eksempler:
motstandstråd fra elektriske varmekilder
strømforsyning fra datamaskin,
likestrømsmotorer & stepmotorer fra kassettspiller,
diskettstasjon ol,
brytere som ikke er for store og uhåndterlige,
IR-sender & mottakere fra diskettstasjoner ol,
lysdioder, lyspærer med holder,
kontakter og
komponenter (motstander, kondensatorer, spoler, transistorer,
dioder IC-er osv.)
Generelt er det mest aktuelt å hente ut komponenter som er beregnet på spenninger opp til 12V. Merk at utstyr som TV, video osv. som kobles til 220V har en innebygget transformator og de fleste komponentene er derfor beregnet på lave spenninger. Når det gjelder motorer i støvsugere, mixmaster ol. er de vanligvis beregnet på 220V vekselstrøm og de er derfor ikke nyttige i denne sammenhengen. Husk at det er farlig og ulovlig for ikke-fagfolk å eksperimentere med utstyr som bruker 220V. Vanligvis må vi bruke varme (loddebolt eller annet) for å få ut komponenter fra gammelt elektrisk utstyr og vi vil komme tilbake med flere nyttige tips i loddekurset.
Hva er lodding?
Generelt er det øving som gjør mester, også når
det gjelder lodding, men erfaring har vist at også forståelse
for det vi gjør er viktig. Her følger derfor noen nyttige
fakta om lodding. Enkelt kan vi si at lodding er å lime eller binde
sammen metallgjenstander ved hjelp av et annet metall. De metallene vi
vanligvis lodder sammen er kobber, messing og jern/stål. Det metallet
vi bruker for å binde sammen de andre metallene kalles tinn, selv
om det i praksis er snakk om en legering som vanligvis består av
ca 60% tinn og ca 40% bly. Det er forholdet mellom de ulike metallene i
legeringen som bestemmer smeltetemperaturen. Smeltetemperaturen
for denne legeringen som kalles '60%' er 183-190°C. Nå finnes det også
andre legeringer som brukes til lodding og i tilfelle smeltetemperaturen
er over 450° C kalles det hardlodding.
Når temperaturen er så høy at metallene som skal bindes
sammen smelter selv, kalles det sveising.
Generelt er det slik at loddetinn fester seg mer eller mindre godt til ulike metallsorter. Aluminium og motstandstråder er da et eksempel på metall/legeringer hvor loddetinnet fester dårlig. Hensikten med motstandstrådene er vanligvis at de skal bli varme (i varmeovner ol.) og det er da også en grunn til at de ikke bør loddes med tinn som har en forholdsvis lav smeltetemperatur. Det finnes da andre måter å koble seg til en motstandstråd (se figur).
De metallene som skal loddes må være rene for at loddetinnet skal feste seg. I praksis vil alle metaller reagere med oksygenet i lufta og danne et tynt oksidlag på utsiden som da hindrer tinnet i å feste seg. De loddetrådene vi bruker har derfor et hulrom som er fylt med flussmiddel. Dette er da vanligvis harpiks som er oppløst i alkohol. Når flussmiddelet varmes opp vil det utvikles en syre som løser opp metalloskidet slik at tinnet når fram til rent metall. Når så metallene avkjøles vil syrevirkningen avsluttes. Bruk aldri andre flussmidler på elektroniske komponenter da disse kan forårsake at metallet oppløses også etter at loddestedet er blitt kaldt.
Hvordan lodde?
Hensikten med loddebolten er å varme opp både metall og
loddetinn så mye at loddetinnet smelter og fester seg til begge metallstykkene
som skal loddes sammen. Om vi tilfører for mye varme kan komponenter
ødelegges. For lite varme kan bety dårlig kontakt. Generelt
bør derfor en lodding være raskest mulig for å unngå
for mye spredning av varmen. Men man bør samtidig være sikker
på at loddetinnet har festet seg godt til begge metallstykkene. Her
følger noen generelle råd som da kan være til hjelp.
1) Sørg for at det er rent der loddetinnet skal festes. Isolasjon, fett, rust ol. må fjernes før loddingen starter.
2) Bruk et stativ el. for å sikre at de komponentene som skal loddes sammen er stabile og i rett posisjon i forhold til hverandre. Forberedelsene er viktig og den som slurver her vil kanskje aldri oppleve å få til gode loddinger. Generelt bør nybegynnere være nøye med dette punktet mens viderkommende kanskje kan gjøre visse "forenklinger".
3) Vi har to hender og i disse holder vi da loddebolten og loddetråden. Disse bør da møtes i loddepunktet fra motsatte sider. For å få stabile og rolige bevegelser på disse anbefaler vi å holde disse som vi holder en blyant.
4) For å få best mulig kontroll med temperaturen i metallene som skal loddes sammen bør loddebolten og loddetinnet berøre metallene på hvert sitt sted. Som et minimum må loddebolten berøre det tykkeste metallet (fordi den trenger mest varmeenergi). Når også loddetråden berøre det samme metallet vet vi at det er varmt nok når loddetinnet begynner å smelte. Det som er nevnt over er en hovedregel.
a) Om begge metallene er tynne vet vi at det er fort gjort å varme dem opp og for å redusere varmespredning er det mulig å la loddetinnet berøre både metall og loddebolt et kort øyeblikk.
b) Om metallet er tykt kan vi redusere oppvarmingstiden ved å tilføre litt loddetinn i kontaktpunktet mellom loddebolt og metall. (Loddetinn leder varmeenergi bedre enn luft)
5) Hold loddebolt og loddetinn på skrå nedover mot loddestedet for å hindre at smeltet loddetinn renner bort fra loddestedet som en vanndråpe langs en ledning.
6) Fjern loddetråden når det er nok loddetinn og fjern loddebolten når du ser at loddetinnet flyter inn over begge metallflatene.
Eksempler på gode og mindre gode loddinger:
Vedlikehold av loddebolten
Spissen på loddebolten inneholder kobber fordi kobber leder varmeenergi
godt. Et problem i denne sammenhengen er at flytende tinn vil oppløse
kobber over tid. Derfor vil vi se at spissen gradvis tæres bort. Noen loddetråder inneholder litt kobber for å redusere dette
problemet, men generelt må vi regne med å måtte file
bort forstyrrende ujevnheter i spissen med jevne mellomrom. Det er også
mulig å skifte ut spissen på en loddebolt. Et annet problem
er at loddespissen får et svart belegg og det vil hindre varmeoverføringen.
En loddespiss skal normalt ha et tynt lag med tinn ytterst for at varmen
lett skal overføres til det som skal loddes. For å oppnå
dette må du først skrape eller file bort eventuelt svart belegg.
Så påfører du den varme spissen litt loddetinn. Bruk
en fuktig fille (brenner ikke) til å gni utover og å fjerne
overflødig tinn.
Lag ditt eget loddestativ
Nå er det mulig å kjøpe et loddestativ eller "en
tredje hånd" som det også kalles. Her vil vi kort vise hvordan
du kan lage et nyttig loddestativ ved hjelp av et par klesklyper av tre,
et par spiker, en skrue og noen treklosser.
1) Den største treklossen har blant annet til oppgave å gjøre stativet så tungt at det står stødig på bordet. Her foreslår vi å sage av 10 cm av en "2-4" (5x10cm). Resultatet blir da en klosse på 10x10x5cm. Denne bør da pusses litt slik at den ser fin ut.
2) Lag så en mindre klosse som vist på figur . Tykkelsen kan være 12mm (vanlig i panel) eller mer. Denne lille klossen bør da også pusses for at den skal være behagelig å berøre og fin og se på.
3) Plasser den lille klossen på den store ca 1 cm fra kanten. Bor så et hull til skruen midt på den minste klossen. Bordiameter skal være så liten at skruen fester godt i hullet. Ta så av den lille klossen og bor hullet i denne større slik at gjengene ikke fester i denne. Om skruehodet er forsenket så kan du bruke et stort bor og lag en forsenking i hullet slik at skruhodet ikke stikker opp. Det skal da være mulig å vri på den lille klossen uten at skruen følger med.
4) Bor 4 hull i den minste klossen som er slik at spiker (ca 5 cm) kan puttes inn i disse og om disse samtidig går gjennom fjærhullet på en klesklype så vil klesklypen klemmes fast mot den store klossen. Se figur.
5) Bor også et vertikalt hull i den store klossen som er så nært den lille klossen at en klesklype kan "låses" fast når vi vrir på den lille klossen. Se figur.
Ei nyttig underlagsplate
Mange er henvist til stuebord eller andre fine bordplater når
de skal lodde. Da er det nyttig å ha ei underlagsplate hvor man også
kan legge fra seg loddebolten. Plata
som er vist her kan lages av en bit av ei kryssfinerplate eller huntonittplate
og noen trelister. I tillegg trenges litt lim og noen stifter. De ytre
målene på underlagsplaten som er vist her er 19cmx28cm slik
at den får plass i "A4-esker" (lokk/eske til 2500 A4-ark). Hensikten
med de to åpningene i kantlistene er blant annet at flere underlagsplater
skal kunne stables relativt tett ved å snu to og to mot hverandre.
Videre er det meningen at den ene åpningen skal gi plass for ledningen
fra loddebolten og dermed låse denne slik at den ikke glir ut eller
vrir seg mens den er varm.
Lage ledninger
Det enkleste loddearbeidet i forbindelse med elektronikkpuslespillet
er kanskje å lodde hylser i enden av ledningene og derfor starter
vi med det. Her anbefaler vi å ha 12 ledninger på ca 6cm og
4 ledninger på 12cm. Videre
er det nyttig med to batteriledninger (rød og svart farge) på
ca 24cm. Dette gir da til sammen 20 ledninger med ulike lengder. Med de
20 ledningene som er nevnt her har man da nok ledninger til å gjøre
de fleste øvingene som er nevnt i heftene, men skal man overføre
signal over lenger avstand må man også ha et par lange ledninger
som f.eks. er 2-3m. Hensikten med elektronikkpuslespillet at man skal lære
elektronikkens grunnprinsipp og når det har skjedd vil man få
behov for å lage nye ting. Tanken er da at man selv utvikler og lager
det man har bruk for i de nye kretsene etter prinsippene som er vist her.
Avisolering
Før du kan lodde hylsene i enden på ledningen må
du avisolere noen millimeter i hver ende. Avisoleringen av ledninger kan
være mer eller mindre vanskelig og her vil vi da beskrive noen ulike
metoder. På den ene siden finnes det ledninger som enkelt kan avisoleres
med en negl.
Dette gjelder f.eks. lederne i noen utendørs telefonkabler, men
til gjengjeld er de ofte innsatt med vaselin og de skaper da litt ekstraarbeid
i og med at vi må tørke bort vaselinen. Om man får tak
i en lengde med telefonkabel med flere ledninger inni, så er det
vanligvis enklest å bruke en vanlig tapetkniv for å sprette
opp hylsen som befinner seg rundt ledningene. Generelt vil ledninger være
mer eller mindre vanskelig å avisolere og det er derfor ikke mulig
å gi allmenngyldige råd om hvordan vi kan avisolere ledninger.
Det viktigste rådet er vel at du prøver deg fram og bruker
den tiden du trenger. Målet for prosessen er da at du får bort
isolasjonen på en eller annen måte uten at du skader kobbertråden
med hakk slik at den brekker etter kort brukstid. Generelt er det vanlig
å bruke ledninger med mange tynne kobberledere i ledninger som stadig
blir bøyd gjennom mange omplasseringer. Disse er da mykere og tåler
mer bøying. Her anbefaler vi likevel å bruke telefonledninger
med en kobberledning siden disse er så stive at de bidrar
til å holde brikkene sammen i rett form, og det er da mulig å
plassere brikkene noenlunde stabilt i bestemte formasjoner.
Avisoleringsmetoder
1 Siden en negl ikke vil lage hakk i kobbertråden er dette en sikker metode hvis isolasjonen ikke er for solid. Press neglen mot ledningen samtidig som du drar isolasjonen av.
2 Hvis metode 1 ikke fungerer, kan du bruke en kniv og lage et hakk i isolasjonen, gjerne helt rundt, før du drar isolasjonen av med neglen. Her er det da viktig at kniven ikke lager hakk i kobbertråden, kun i isolasjonen. Denne metoden vil fungere for de fleste, og derfor vil vi anbefale den til nybegynnere selv om den er litt tidkrevende.
3 Med litt trening er det mulig å bruke sideavbitertanga i stedet for kniven I dette tilfelle er det da viktig at du ikke klemmer så hardt at kobbertråden kuttes eller får hakk. Denne metoden krever sannsynligvis litt øving.
4 Noen har kanskje ei kabeltang. Den som er vist her er beregnet til lavspenningsanlegg i biler, solcelleanlegg ol. Denne har da ferdige hakk hvor kobbertråder med ulike tykkelser kan beveges uten å skades. Prinsippet er da at isolasjonen vil stoppes mens kobbertråden vil gli fritt gjennom hakkene uten å skades. Det finnes også andre typer avisoleringstenger.
Her vil vi da bare avslutte med å anbefale å bruke fantasien og prøve ut ulike metoder med tilgjengelig verktøy i stedet for å kjøpe spesialverktøy. Det er ikke så mange ledninger som skal avisoleres, og de fleste har tid til å bruke litt tid på denne jobben.
Lodde hylser på trådendene
Fest en klesklype i vertikal stilling til loddestativet. Fest så
en hylse i stativet slik figuren viser. Om
hylsen helle litt nedover blir det lettere å henge på tråden
og dessuten risikerer man ikke at loddetinn renner inn i hulrommet i hylsen
og tetter dette. Ledningen kan så hektes inn på hylsen og loddebolten
og loddetinnen tilføres så fra hver side. Se figur.
Husk at det tar litt tid før loddetinnet størkner, så
du bør ikke være for rask med å løsne klesklypen.
Montere krympeslanger
Hylsene er forholdsvis spinkle og de bør derfor forsterkes med
en krympeslange. Denne vil da isolere, forsterke overgangen fra hylse til
ledning og gjøre hylsen bedre å holde i. En krympeslange ser
da ut som en vanlig plastslange, men om den varmes opp til 100-150°C vil diameteren krympe til omtrent halvparten. Krympeslanger finnes i
ulike farger og ulike dimensjoner og de som passer her har en diameter
på 2,4 mm før krymping.
Hvis du har krympeslange kan du klippe opp biter på ca 2 cm som du
så trer utenpå hylsene. Varm så slangebitene med et stearinlys
(eller varmluftpistol/hårtørker) slik at de trekker seg sammen
og fester godt til hylse og ledning. Beveg hylsene slik at varmen fordeles
jevnt uten å brenne plasten.
Lage komponentbrikker
Hovedelementene i dette elektronikkpuslespillet er små treklosser
med påmonterte elektronikkomponenter. Her kaller vi disse komponentbrikker
eller puslespillbrikker. Etterhvert som man arbeider seg gjennom disse
heftene vil man trenge flere og flere komponentbrikker. Her følger
da en beskrivelse av hvordan man lager noen av disse brikkene. I tillegg
trenger vi to brikker som vi kaller strømdelere.
Plassere stiftene
Før du starter loddingen må du feste stiftene i treklosser
(4x4 cm). De ulike komponentene trenger ulike antall stifter og til venstre
vises det en oversikt over hvor hvordan stiftene skal plasseres i de første
komponentbrikkene.
For å forenkle plasseringen av stiftene har vi laget en mal i full
størrelse. Denne viser da merker for alle aktuelle stiftplasseringer
i 4x4-klosser. Man
må da velge ut de merkene som hører med til den aktuelle komponenbrikken
du skal lage. Kopier gjerne malen til et gjennomsiktig ark som så
legges oppå en trekloss. Bruk så en stift e.l. og lag merker
gjennom arket som markerer hvor stiftene skal plasseres.
Om man skal lage mange klosser kan vi effektivisere produksjonen av komponentbrikker ved å lage en mal av en treklosse belagt med ei metallplate. Bøy metallplata over treklossen og legg så den gjennomsiktige malen på denne. Bor så hull i metallplatemalen med 1mm bor. Plasser så stifter med spissen opp i de aktuelle hullene i en ferdig metallplatemal. Merk at disse må plasseres speilvendt i forhold til hvordan en ferdig klosse skal se ut. Legg så en trekloss oppå og press denne ned v.h.a. en hammer eller en tvinge.
Lodde komponentbrikker Her følger så noen tips til loddingen av de enkelte komponentene. Husk at loddingen skal skje nederst på stiftene:
Lodding av lysdioder: Bruk to lysdoder med samme farge (gjerne gule) sammen med to motstander på 330Ω (Fargekode: orange,orange,svart,svart,brun eller orange,orange,brun,gull). Hensikten med motstandene er å beskytte lysdiodene. Merk at lysdiodene har en flat kant som vises når vi ser dem ovenfra. Ledningen nærmest denne kaller vi da minus-enden. Merk videre at det vanligvis finnes noen loddemerker på ledningene ca 4mm under lysdiodene. En hensikt med disse er å marker hvor nær vi kan lodde uten å risikere at dioden blir ødelagt av varmen.
Bøy først lederne utover ved å plassere neglen midt mellom dioden og loddemerket. Se figur. Klipp så minusenden (den som er nærmest den flate kanten) ca 5mm fra bøyen. Klipp så den andre ca 12mm fra bøyen og lag en bøy på denne enden slik at den kan fest rundt den ene stiften. Lodd den deretter til en av stiftene. Klipp så til endene av motstanden slik at den ene enden kan bøyes rundt stiften og den andre enden overlapper enden fra lysdioden. Lodd først enden omkring stiften før lysdioden og motstanden loddes sammen. Pass på at du ikke tilfører for mye varme nær lysdioden.
Lodding av sensorbrikke til LDR, NTC, og kabel: Det kan være aktuelt å plassere både LDR (lysfølsom motstand) og NTC (temperaturfølsom motstand) et stykke fra resten av elekttronikkpuslespillet og derfor vil vi ikke lodde disse direkte til brikken. Den aktuelle brikken kan senere brukes som en universalbrikke som vi kan bruke når vi vil koble eksterne komponenter til elektronikkpuslespillet, enten gjennom skjermede kabler eller vanlige ledninger. Det er derfor viktig at avstanden mellom de to stiftene i midten er slik som på malen (5mm). Bruk ledningsbiter som bøyes rundt stiftene før de loddes. Det er ofte enklest å kutte ledningene etter at de er loddet.
Lodding av lysfølsom motstand (LDR): Den lysfølsomme motstanden vi bruker her har to relativt lange uisolerte ledere. Her vil vi anbefale å trekke av litt svart isolasjon (svart absorberer mest lys) av en vanlig telefonledning og tre denne inn på lederne før man lodder en hylse til hver ende slik som vist tidligere. Et problem med denne enkle lyssensoren er at ledninger kan brekke ved mye bruk og her anbefaler vi derfor å ha på lim for å støtte opp ledningene. Plasser først sensoren på den ovennevnte sensorbrikken og ha så på litt plastmasse fra en limpistol slik figuren viser. Det er også mulig å bruke annen type lim, men da må man vente relativt lenge før limen er tørr. Resultatet er da en relativt robust lyssensor som kan bøyes litt uten at den blir ødelagt.
Lodding av temperatursensor (NTC): Temperatursensoren vi bruker her er laget for engangsbruk i legetermometer. I praksis består den av vokset papir med to ledninger inni og en temperaturfølsom metallbit i den ene enden (sensorhodet). I sensorhodet er det ikke voks som hindrer vann i å nå inn til ledningene og om temperaturføleren skal brukes i strømledende væske kan det være aktuelt å ha på lakk eller annen isolasjon som hindrer at væsker når fram til metallene. Hovedgrunnen for ikke å gjøre noe med sensorhodet er at det reagerer raskere på temperatursvingninger jo mindre innpakket sensorhodet er. Om man tilfører lakk eller annet til sensorhode vil temperatursensoren reagerer seinere på endringer i temperatur. I den andre enden som vi her kaller bakenden, er lederne uisolert i en lengde på ca 2cm for tilkobling til et legetermometer. I denne enden skal vi da lodde til to hylser, en på hver side. Bruk kleklypa i loddestativet. Plasser så temperatursensoren på sensorbrikken og sjekk ved hjelp av et batteri og en lysdiode om det er kontakt gjennom temperatursensoren (Lysdioden skal lyse svakt). Ha så på litt plastmasse fra en limpistol (eller annen lim) slik figuren viser.
Lodding av motstander: Motstandene er de små komponentene med fargede ringer. Fire motstander skal da loddes på de to klossene med 4 stifter. På den ene klossen lodder vi to motstander på 1000Ω=1kΩ. (Fargekoder: brun-svart-rød-gull eller brun-svart-svart-brun-brun eller brun-svart-rød-brun-brun, 1020Ω er tilnærmet 1kΩ) Lag først en liten krok på den ene enden og fest så denne til stiften som står mellom to andre stifter. Trekk så ledningen rundt to andre stifter slik figuren viser. Fest den andre motstanden på tilsvarende måte og lodd ved alle stiftene. Overfødige ender kan med fordel kuttes etter loddingen. Gjør så det samme med to motstander på 33kΩ. (Fargekode: orange-orange-orange-gull eller orange-orange-svart-rød-brun)
Lodding av pæreholder: Pæreholderen skal loddes til en brikke med to stifter etter at kontaktfotene er bøyd rett ut slik figuren under viser. Om det er for langt mellom stiftene kan man legge en bit av en leder rundt stiften og bort på føttene fra pæreholderen. Merk at kontaktføttene til pæreholderen er litt tykkere enn vanlige ledere og de krever derfor mer varme enn stiftene under loddingen.
Lodding av summer: Summeren er den hvite boksen med en rød og en svart ledning. I denne er det en elektronikkrets (som svarer til den ustabile vippen som er beskrevet senere i heftene) samt en liten høgtaler. Den er med andre ord en sammensatt komponent. Den gir da en summelyd om den får tilført strøm. Merk at den svarte ledningen må kobles mot -(minus). Fest først summeren til klossen med to små skruer og lodd deretter ledningene til de to stiftene.
Lodding av variabel motstand (potensiometer): Den variable motstanden som også kalles potensiometer har en maksimalverdi på 10kΩ. Den har videre tre føtter og skal loddes til en brikke med 3 stifter. For å beskytte potensiometeret bruker vi her en motstand på 100Ω (Fargekode: brun-svart-brun-gull eller brun-svart-svart-svart-brun). Bruk først en nebbtang og bøy føttene vannrett ut i høyde med bunnen av potensiometeret. Klipp så den ene ledningen til motstanden ca 4mm lang og fest denne til den enslige potensiometerfoten ved å bøye denne rundt ledningstumpen. Lodd så dette kontaktpunktet. Bøy så de to andre føttene inntil de to stiftene på brikken og lodd dem til hver av stiftene. Den ledige tråden fra motstanden bøyes så tilbake til den tredje stiften og loddes til denne på vanlig måte. Klipp bort overflødig ledning.
Bryter
Bilde
av en bryter er vist til høyre. Den er laget av binders, splittbinders og
noen stifter.
Lodding av transistorer: Transistorene er ofte svarte og har tre føtter. De vi bruker i første delen av elektronikkpuslespillet har navnet BC547B og de er vanlige i mange sammenhenger. I tillegg til to av disse transistorene trenger du også to motstander på 1kΩ (Fargekode: brun-svart-rød-gull, brun-svart-svart-brun-brun eller brun-svart-rød-brun-brun) som har til hensikt å beskytte transistorene ved feil bruk. Bruk en negl og bøy først de to ytterste føttene horisontalt utover omtrent 2mm fra transistoren (under merke på føttene). Se figur.
Pass på at bøyen blir rund og fin og at de to utstående føttene når mellom de to ytre stiftene på den siden som det er tre stifter. Bøy så den mitre foten på tilsvarende måte slik at den stikker ut på den flate siden på kondensatoren. Hvis bøyene er rett er det nå enkelt å feste transistoren til de tre stiftene på den ene siden slik figuren viser. Transistoren står nå fast slik at det er enkelt å lodde til de tre stiftene. Klipp den ene ledningen på motstanden ca 5mm lang og legg denne biten langs med enden på ledig ende fra transistoren. Trekk så den andre enden på motstanden rundt de to ledige stiftene slik som vist på figuren og lodd deretter ledningen til stiftene. Lodd sammen ledningene mellom motstanden og transistoren og kutt eventuelle overflødig ledning.
Transistoren som er nevnt ovenfor er en såkalt NPN transistor. Senere skal vi også bruke såkalte PNP transistorer (eks:BC557B) og disse har da en litt annen virkemåte. Om de skal loddes til en komponentbrikke så bør denne ha en stiftplassering som er speilvendt i opp-ned-retningen.
Lodding av kondensatorer: Kondensatorene vi bruker her er såkalte elektrolyttkondensatorer. De er blå med en svart ring i den ene enden og påskrift 10µ. Benevningen som ikke er oppgitt, er farad (F). Ringen (et minustegn?) markerer den enden som alltid må kobles mot minuspolen på batteriet. Bruk brikken med 6 stifter og fest kondensatorene slik som vist på figuren under. Merk at minus-endene skal vende samme veg. Kutt overflødige ender etter loddingen.
Lodding av 2 strømdelere: Strømdelerne (ca 2x16 cm) har til hensikt å fordele strømmen fra batteripolene til ulike komponenter på en oversiktlig måte. Her viser vi hvordan du kan lage strømdelere med 4 kontakter, og en overbelastningsvarsler. Stiftplasseringen er ikke kritisk, men den bør fordeles omtrent som på figuren. Avisoler to ledninger og lag en krok i den ene enden av disse. Fest kroken til stiften i den ene enden og legg så trådene slik vist på figurer. Lodd ved alle stiftene på den negative strømdeleren og klipp vekk overflødig ledning.
Finn så fram en rød lysdiode, en motstand på 330Ω (Fargekode: orange+orange+brun+gull eller orange+orange+svart+svart+brun) og en motstand på 10Ω (Fargekode: brun+svart+svart+gull). Det er motstanden på 330Ω som skal kobles i serie med lysdioden. Klipp den ene enden av begge motstandene til en lengde på ca 8 mm og lag en krok på disse korte endene. Fest dem til to stifter på den positive strømdeleren slik figuren viser og lodd så de 4 stiftene som har kontakt med ledningen. Bøy ut føttene til den røde lysdioden og lag en krok på den positive foten (Den negative foten er nærmest det flate kanten). Fest diode til ledig stift og bøy til endene fra de to motstandene slik figurene viser. Lodd så fast motstandene til henholdsvis stift og lysdiodeende og kutt overflødige ledninger.
Lodding av batteriklemme og flerveiskontakter:
Binders, helst med messingbelegg, kan brukes til å feste ledninger
til batteripolene og andre ting. Den enkleste måten å lage
batteriklemmer er å feste en binders og ei stift i loddestativet
slik figuren viser og
så lodde sammen. Merk at det ikke bør komme loddetinn på
den innerste krøllen i bindersen og derfor kan denne bøyes
vekk mens loddingen foregår.
Om man ønsker en litt mer stødig batteriklemme kan man bøye bindersen litt og lodde litt mer slik figuren antyder.
Figur viser
også hvordan vi kan lage flerveiskontakter ved hjelp av stifter og
hylser. Disse kan da brukes i tilfelle det er for få stifter på
puslespillbrikkene og om ledninger skal kobles sammen.
Skal man arbeide med elektronikkomponenter er det viktig at man vet litt om de komponentene man arbeider med. På den ene siden må man vite hva de gjør eller hvordan de fungerer sammen med andre komponenter. Videre er det nyttig å vite hvor mye strøm og spenning det er snakk om i ulike sammenhenger siden de fleste komponentene har noen grenseverdier som de opererer innenfor. Om man kommer utenfor disse grenseverdiene vil ikke komponentene virke etter hensikten. I starten av dette hefter har vi derfor med en kort omtale av de ulike komponentene som brukes i elektronikkpuslespillet.
De som produserer elektroniske komponenter leverer vanligvis med noen såkalte tekniske data som beskriver fysiske forhold ved de aktuelle komponentene. Elektroniske komponenter brukes i mange ulike sammenhenger og kravene som stilles er ofte ulike i ulike sammenhengene. De komponentene som vi foreslår brukt i dette elektronikkpuslespillet har visse tekniske spesifikasjoner som er nyttige å kjenne til når man ønsker å eksperimentere ut over det som er foreslått her. Disse vil da blant annen fortelle noe om hvordan vi skal unngå å overbelaste/ødelegge komponentene og gi svar på andre aktuelle spørsmål man trenger svar på om man lurer på om den aktuelle komponenten kan brukes i nye sammenhenger.
Her bruker vi 'motstander' som en fellesbetegnelse på alle typer komponenter som har en resistans som i grove trekk følger Ohms lov (R=U/I). Selve resistansverdien kan da være fast eller varieres som følge av ulike ytre miljøpåvirkninger. Vi har også plassert vanlige glødelamper under denne sekkebetegnelen fordi disse oppfører seg som en motstand selv om hensikten med disse vanligvis er å gi lys.
Tankemodell av motstander
Motstander leder strøm mer eller mindre godt, og i den sammenhengen
er det naturlig å spørre hva resistans egentlig er. En forståelse
forutsetter at man forstår hvorfor motstandene oppfører seg
slik de gjør, og det er i denne sammenhengen man trenger en forklaringsmodell.
Det er ikke mulig å se atomene i motstandene direkte. Man kan derfor
ikke si at forklaringsmodeller er rett eller feil, men de kan være
mer eller mindre nyttige i forhold til å gi en forståelse for
virkemåten til motstander. Ifølge vanlige lærebøker
er det kvantemodellen som kan forklare atomære prosesser, men siden
denne modellen er så vanskelig at bare noen få mennesker tør
å si at de forstår den, så er det vanlig at lærebøker
unngår å forklarer fenomenet elektrisk motstand og andre tilsvarende
atomære fenomen. De som skriver lærebøker har likevel
følt et behov for å komme med noen forklaringer eller modeller
og her vil vi da først gi eksempler på noen tradisjonelle
forklaringer.
På 80 tallet ble det utviklet et praktisk dansk elektronikkopplegg med navnet ELFI som ble bruk i ulike sammenhenger og i dette opplegget ble motstand beskrevet som noe som hindret elektrisk strøm. I figurer markerte man resistans som en innsnevring i et slags rørsystem som ledet elektroner. Denne modellen kan da forklare sammenhengen mellom strøm og resistans, men den kan da ikke forklare sammenhengen mellom resistans og energiomdanning (varmeutvikling).
I noen gymnasbøker har man brukt en modell hvor batteriet sammenliknes med en vannpumpe og motstander vil i den sammenhengen kunne sammenliknes med en turbin som omdanner energi i vannstrømmen til en annen energiform. (NKI: 2FY grunnbok 1990 s 178). Denne modellen forklarer da energiomsettingen, men den har da andre svakheter og generer f.eks. nye ubesvarte spørsmål.
I ei universitetsbok (Serway: Physics for Science and Engineers 1990 p 753) har man brukt en annen modell som skal forklare resistans. Her tenker man seg at elektronene kontinuerlig støter mot noen solide punkt på vei gjennom motstanden, og dette er da årsaken til varmeutviklingen. Også denne modellen skaper nye spørsmål som vi ikke vil diskutere her. Poenget er imidlertid at man har hatt problemer med å utvikle en helhetlig og forståelig modell for resistans som både stemmer med den aksepterte kvantemodellen og som forklare alle kjennetegnene på en resistans.
Her følger så en alternativ forklaring som bryter med grunnprinsippene i kvantemodellen. Siden denne er basert på en alternativ elektromagnetisk atommodell (em-modellen) vil vi her bare nevne at den har fått endel motbør. Kritikken så langt har vært av typen: "Vi vet at kvantemodellen er rett, og derfor må alle alternativer være feil". Her vil vi også understreke at det uansett er snakk om modeller av atomer som ingen har sett direkte. Om det virkelig finnes en modell som kan forklare resistans og andre observerte fenomen på en forståelig måte, så burde vel de som driver med formidling av naturfaglig kunnskap i det minste være interessert i å få kjennskap til denne modellen. Kjernen i em-modellen er at elektroner er små partikler som befinner seg i visse posisjoner eller potensialhull omkring atomkjernen. Det er altså ikke snakk om sirkelbaner, skall eller orbitaler slik som kvantemodellen sier. Det er videre elektriske og magnetiske krefter med motsatt retning som holder elektronene på plass, og i praksis betyr det at elektronene kan vibrere mer eller mindre omkring et "nullpunkt". Elektromagnetiske bølger fører til at ladningene vibrerer og vibrasjoner av elektroner vil i sin tur føre til at det sendes ut energi i form av elektromagnetiske bølger (lys, varmestråling ol). Jo nærmere atomkjernen elektronene befinner seg, jo sterkere er elektronene bundet og jo høyere egenfrekvens vil de ha når de vibrerer. På figurene under har vi illustrert dette ved å tegne potensialhull med ulik dybde. Potensialhullene med høyest kant befinner seg da nærmest atomkjernen, og det er da fra de ytterste potensialhullene med lave kanter at elektroner er lettest å løsrive. Her følger så noen figurer som illustrerer de prosessene som bestemmer hvor mye strøm som slipper gjennom ulike motstander.
Figur A Metaller er vanligvis gode ledere og det betyr ifølge em-modellen at det finnes potensialhull med elektroner både nært og fjernt fra kjernen. Det er da de ytterste elektronene (øverst på figuren) som forflytter seg fra atom til atom når det går strøm i slike metaller.
Figur B Glødetråden i lyspærer og elektriske varmeovner kalles motstandstråder fordi strømmen møter mer motstand i disse enn i vanlige ledere. Årsaken til dette kan være at de ytterste potensialhullene med lave barrierer mangler og elektronene som forflytter seg gjennom lederen må "hoppe høyere" for å komme over til neste atom. Når disse så faller ned i neste potensialhull vil de vibrere mer enn vanlig og på den måten sende ut overskuddsenergien som elektromagnetiske bølger i form av varmestråling eller lys. Dette er da grunnen til at motstander blir varme når det går strøm gjennom dem.
Figur C Når glødetråden i f.eks. ei lyspære blir varm vil resistansen øke og det kan skyldes at elektronene forskyves utover fra kjernen og fyller opp de ytterste lagene som følge av store termiske bevegelser. Når det så blir for mange elektroner i bestemte avstander fra kjernen (bestemte lag) vil elektronene hindres i å hoppe fra atom til atom fordi det ikke finnes ledige potensialhull å forflytte seg til. Elektronene i de indre (lavere) lagene vil da heller ikke hoppe så mye fordi de er omgitt av relativt store barrierer.
Figur D Resistansen i en motstand vil påvirkes av ulik miljøpåvirkning og endringen i resistans kan bli spesielt stor ved lyspåvirkning og varmepåvirkning. Dette skjer da i lysfølsom motstander (LDR) og temperaturfølsom motstander (NTC). Både lys og varme sprer seg som elektromagnetiske bølger med ulik frekvenser og vi kan da tenke oss at disse frekvensene samsvarer med egenfrekvensen til elektroner i bestemte potensialhull. Det betyr at disse elektronene vil kunne få akkumulert opp større egensvingninger (vibrasjoner) som så i neste omgang gjør at de lettere hopper mellom atomene eller til potensialhull lenger fra kjernen hvor barrierene er mindre. I LDR og NTC vil vi da oppleve at strømmen øker betraktelig når disse utsettes for henholdsvis lys og varme.
En isolator er et stoff med svært høy resistans. Årsaken til denne høye resistansen kan da forklares med at alle potensialhullene inneholder elektron slik at de ikke har noe sted å forflytte seg, eller at stoffet bare inneholder potensialhull med svært høye barrierer. I praksis er det en kombinasjon av disse faktorene som gjør at vi få stor motstand.
Vanlig motstand
Kjennetegn: Alle motstander har en Ω-verdi
(ohm) og denne verdien kalles vanligvis resistans eller Ω-verdi.
Figur viser eksempler på hvordan motstander kan se ut. De motstandene
som tåler mest strøm vil da være fysisk størst.
Faste motstander har vanligvis fargekoder (4 eller 5 fargede ringer) som
angir størrelsen til resistansen til den aktuelle motstanden. Et
vanlig symbol for motstand er en firkant slik som vist på figuren
men man kan også finne sikksakksymbolet i noen sammenhenger. Dette
siste har da sammenheng med at man tradisjonelt har tenkt at elektronene
får en sikksakkformet bevegelser i motstander.
Motstandens funksjon i en elektrisk krets: I en elektrisk krets har motstander med fast verdi til hensikt å fordele strøm og spenning i passende porsjoner til de andre komponentene i kretsen. Jo større resistansen er jo mindre strøm vil motstanden slippe gjennom. Om flere motstander er koblet i serie vil de da fordele spenningen mellom seg slik at størst resistans gir størst spenning over motstanden. Vi kan populært si at en liten motstand (en motstand med liten resistans) er "sterkere" enn en stor motstand fordi den vil "trekke" spenningene mellom endene mer sammen enn en stor motstand. En leder er i prinsippet en motstand med tilnærmet 0 resistans og lederen vil da være så "sterk" at spenningen vil være tilnærmet lik langs hele lederen.
Tekniske data: De motstandene vi vanligvis bruker kalles metallfilmmotstander. Disse er rimeligst og tåler vanligvis greit de strømstyrkene vi opererer med her. Mens motstanden på 10Ω skal tåle opp til 1W har de andre en maksimal verdi på 0,6Ω. I elektronikkutstyr er effekten i motstandene (W=U*A) vanligvis mye mindre enn 0,6Ω. Vanligvis kan vi bruke fingeren og kjenne på de ulike motstandene, og om de blir varme er det et tegn på at effekten er høy. For å unngå energisløsing (varmetap) bør man derfor heller vurdere å forbedre koblingen framfor å skifte til motstander som tåler mer effekt.
Verdibestemmelse ved hjelp av fargeringene Her følger en kort beskrivelse av hvordan fargeringene skal tolkes. Når man skal finne resistansen til en motstand ved hjelp av ringene bør man først finne fram til den siste ringen som vanligvis er plassert litt for seg selv. Denne angir toleransen. Denne ringen forteller da hvor nøye de andre ringene angir resistansen til motstanden. Den ringen som er nærmest denne ringen kalles multiplikatoren og denne angir da hvor mange nuller som skal etterfølger sifferne i den aktuelle resistansverdien (eller hvor mange plasser kommaet må flyttes til venstre om ringen er gull eller sølvfarget). De resterende to/tre ringene kalles siffer og de inneholder da verdien til de første to/tre sifrene. Betydningen av de ulike ringene fremgår da av følgende tabell:
| siffer (første 2/3 ringer) |
multiplikator (nest siste ring) |
toleranse (siste ring) |
| sølv: 1/100 | sølv: ±10% | |
| gull: 1/10 | gull: ±5% | |
| svart: 0 | svart: 1 | |
| brun: 1 | brun: 10 | brun: ±1% |
| rød: 2 | rød: 100 | rød: ±2% |
| orange: 3 | orange: 1000 | |
| gul: 4 | gul: 104 | |
| grønn: 5 | grønn: 105 | grønn: ±0,5% |
| blå: 6 | blå: 106 | blå: ±0,25% |
| fiolett: 7 | fiolett: 107 | fiolett: ±0,1% |
| grå: 8 | grå: 108 | |
| hvit: 9 | hvit: 109 |
Eksempel: brun svart rød brun brun
1020 ±1% (~ 1k)
LDR / Lysfølsom motstanden
LDR betyr 'Light Dependent Resistans'. Det er med andre ord en motstand
hvor innfallende lys avgjør hvor stor resistansen blir. Et mulig
symbolet for en variabel motstand er symbolet for en vanlig motstand med
en skråpil over. Her velger vi da å bruke dette symbolet og
tilføyer bokstavene LDR.
Tekniske data Den LDR'n vi bruker her tåler spenning opp til 150V og motstanden vil variere fra ca 100Ω i sollys til ca 500kΩ i totalt mørke. Fotomotstanden er av type CdS og har maksimal følsomhet ved 535 THz (560nm) som svarer til gult lys. Øyet vårt har også maksimal følsomhet ved gult lys og siden følsomhetskurven for den aktuelle fotomotstanden og øynene våre er relativt like, kan vi bruke den for å bestemme lysstyrke. En LDR skiller seg ellers fra fotodioder ved at LDR'n er følsom i et relativt bredt frekvensområde.
NTC / temperaturfølsom motstand
NTC betyr 'Negativ Temperatur Coffesient'. Det er med andre ord snakk
om en temperaturfølsom motstand og resistansen vil da avtar når
temperaturen øker. Siden man i navnet poengterer den negative relasjonen
til temperaturen vil vi her bare nevne at det også finnes temperaturfølsomme
motstander med positiv temperaturkoeffisaient (PTC). I ei lyspære
vil f.eks. resistansen øke når temperaturen øker, men
variasjonen i resistansen er forholdsvis liten og derfor er det mest vanlig
å bruke NTC'er ved temperaturmåling. Begge typene brukes imidlertid
for å gjøre elektronisk måleutstyr uavhengig av temperaturvariasjoner.
Symbolet vi bruker her er da det samme som vi bruker på den lysfølsomme
motstanden, men i dette tilfellet tillføyer vi NTC for å markere
at det er snakk om temperatur.
Tekniske data Ved 0° C er resistansen ca 20kΩ og ved 20° C er resistansen ca 7kΩ. Dette går også fram av kurven til venstre . De aktuelle motstandene er beregnet til bruk i legetermometer innenfor et begrenset temperaturområde, men resistansen vil variere innenfor et mye bredere temperaturområde slik kurven viser. Det er ikke lineær sammenheng mellom resistans og temperatur når temperaturen varierer mye og dette må vi da justere for i en såkalt kalibreringsrutine om vi skal bruke den til å måle ulike temperaturer. Om vi i stedet ønsker å bruke den i en termostat, så gjør det ikke noe at det ikke er linearitet.
Potensiometer / variabel motstand
Variable motstander er som navnet antyder en motstand som vi kan endre
resistansen til. Potensiometeret vi bruker er beregnet til såkalt
trimming av elektroniske kretser, og er følgelig ikke så robuste
som såkalte panelpotensiometer. Vi har likevel valgt å bruke
trimmepotensiometer her, både på grunn av rimelig pris og det
nyttige rattet med pil på som kan brukes i forbindelse med en skala
som kan legges under potensiometeret. Belegget inni potensiometeret er
et kullbelegg og det tåler forholdsvis lite effekt før kontakten
brenner opp (0,25Ω). Denne effekten får vi f.eks. om vi vrir potensiometeret
til 100Ω og kobler det direkte til 5V (P=UI=U2/R=(5V)2/100Ω=0,25Ω).
Dette er da grunnen til at vi har lagt inn en motstand på 100Ω
som vil sikre lavere effekt i potensiometeret selv ved 12V spenning.
De variable motstandene vi bruker i elektronikkpuslespillet kalles ofte potensiometer fordi de brukes til å justere spenninger (potensiale) i elektroniske kretser. Et potensiometer har 3 kontaktpunkt. Potensiometeret vi bruker har en resistans på 10kΩ (=10 000Ω) mellom de to kontaktene som står samlet på den ene siden. Når vi bruker en av disse kontaktene sammen med den enslige kontakten på den andre siden får vi en variabel motstand som kan variere mellom 0Ω og 10kΩ. For å unngå at den variable motstanden skal bli ødelagt ved feilkobling har vi koblet til en motstand på 100Ω. Dette betyr da at elektronikkpuslespillets variable motstanden vil variere mellom 100Ω og 10100Ω.
Lyspære Ei lyspære er i prinsippet en motstand med liten resistans som da blir så varm at den sender ut lys. Lyspærer bruker relativt mye strøm i forhold til andre elektronikkkomponent, og derfor har vi her valgt ei relativt svak pære for ikke å overbelaste andre komponenter. Når det står 6V på den så betyr det at dette er den maksimale spenningen den er beregnet for. Når vi bruker den på lavere spenninger vil levetiden bli lenger. Det spesielle med denne pæra er imidlertid at det står 0,05A eller 50mA på den. Det er mer vanlig med 0,3A og 0,5A. Det lave tallet her betyr at effekten blir mindre enn 0,3W (P=UI=6V*0,05A=0,3Ω) som da betyr relativt lite lys. Vi har imidlertid valgt denne pæra fordi den transistoren vi bruker tåler en maksimal strøm omkring 0,1A og derfor kan transistoren tenne og slukke en slik pære. Resistansen i pæra er ca 80Ω (R=U/I=6V/0,05A=120Ω) når den lyser fullt og endel mindre før den blir varm.
Diode er et fellesnavn på ulike komponenter slik som likerettere, lysdioder, IR-dioder, zenerdioder, fotodioder ol. Felles for alle disse er at de leder strømmen ulikt i de to strømretningene. Likeretterdioder er laget for å stoppe strøm i en retning og disse slipper da bare strømmen gjennom i en retning som vi kaller framoverretningen. I noen situasjoner ønsker man at en diode skal slippe gjennom spenninger over en viss grense og zenerdioder vil da slippe gjennom strøm i bakoverretningen om spenningen overstiger en nærmere angitt verdi. Lysdioder og IR-dioder produseres fordi de sender ut lys (h.h.v synlig lys og infrarødt lys) og fotodioder er laget for å registrere lys (svarer til lysfølsom motstand).
Tankemodell Nå er det i utgangspunktet ikke vanlig å forklare dioder, transistorer og andre såkalte halvledere i generelle lærebøker selv om halvlederteknologien har en sentral plass i vårt moderne samfunn. Årsaken er sannsynligvis at det er vanskelig å koble sammen den gamle kvantemodellen med alt det nye som har skjedd innenfor det vi kaller moderne teknologi i vårt århundre, og derfor er det enklest å unngå å forklare denne nye teknologien. Når det derimot gjelder lærebøker som brukes i praktiske studier innenfor elektronikk og beslektede emner så er disse forpliktet til å gi en teoretisk bakgrunn for denne nye teknologien. Forklaringen i slike bøker følger da ofte en fast mønster som vi kort vil kommentere her. Figureksemplene under er hentet fra Universitetsforlagets bok: Elektronikk teori fra 1986 som var beregnet på grunnkurset på elektronikklinjen i videregående skole. Ofte starter man med litt generell atomteori og i den første figuren forteller man da at elektronene går i sirkelbane omkring atomkjernen med svært høy hastighet. Dette er tvilsomt utfra de fleste modellene, men hovedinnvendingen her er at det tilsynelatende er en motsetning mellom denne atommodellen og den kjemiske atommodellen som følger. Denne motsetningen vil forvirre leserne. I "kjemibeskrivelsen" forklarer man da at halvlederne består av en slags gitterstruktur av silisium (Si) som er dopet med (innblandet små mengder) arsen (As) eller indium (In) og i figurene (ikke gjengitt her) tegnes elektronpar som tilsynelatende har en fast plassering mellom de ulike atomkjernene. Dette er en vanlig fremstillingsmåte som brukes i kjemibøker og her vil bare nevne at denne er den samme som em-modellen bruker. Poenget her er imidlertid å forstå virkemåten til halvledere og derfor unngår vi her en slik bred innføring i det kjemiske grunnlaget. Det tredje steget i forklaringen handler da om positive hull fra et P-området som rekombinerer med negative elektroner fra et tilstøtende N-område når en diode leder.
Se figurer. En generell kommentar i denne sammenhengen er at dette er en vanlig, men pedagogisk uheldig fremstillingsmåte. De positive sirklene som er tegnet på figurene er egentlig manglende elektron på samme måte som mørke er mangel av lys. Når man så lager en fremstilling hvor elektroner og mangel på elektroner begge blir sirkler som kan bevege seg, så blander man begrepene på en uheldig måte. Et resultat blir da nye begrep som rekombinasjon, sperresjikt ol. Rekombinasjon betyr da at en "plussirkel" og en "minussirkel" møtes og forsvinner (!) og sperresjikt fremstilles da som tomme sirkler og de leserne som tenker litt vil da sannsynligvis begynne å lure på hva som ligger bak disse tomme sirklene.
Alternativet til de tradisjonelle forklaringsmåtene som er skissert ovenfor er da vist i følgende figur. Halvlederne er som nevnt gitterstrukturer med færre ulike elektronnivå eller potensialhull enn vanlige ledere og motstander. Ren silisium ville f.eks. ha oppfylt de to nederste nivåene på figuren og siden det da er høyt opp til neste nivå (kreves mye energi) vil elektronforflytningen bli minimal (isolator). Når man så doper silisium med to andre stoff vil man da få noen ekstra elektroner i N-området som blir forvist oppover til neste nivå, og for få elektroner i P-området til å fylle opp alle potensialhullene i dette nivået slik som figuren viser. Hvis vi så kobler + og - slik figuren viser vil elektroner komme inn fra lederen til venstre og relativt lett bevege seg gjennom N-området siden potensialhullene har relativt lave barrierer her. Når de så når grensen til P området vil de falle ned og energiforskjellen mellom de to nivåene vil da bli frigjort som elektromagnetisk stråling fordi elektronene vil vibrere sterkt rett etter at de har ramlet ned i P-området. Dette er da årsaken til at dioder blir varme og ofte trenger kjøling. I lysdioder (LED) vil elektronene etter fallet vibrere med en frekvens som svarer til lys og det er da årsaken til at de lyser. I utgangspunktet skulle man da tro at elektronene hadde vanskeligere for å bevege seg gjennom P-området fordi barrierene er høyere her. Grunnen til at dette ikke er tilfelle er da at alle ledningselektronene i P-området har samme egenfrekvens som den som utsendes av de nedfallende elektronene og derfor vil de relativt lett absorbere energi fra denne strålingen som så hjelper dem å passere barrierene. Et problem med lysdioder er at de får mindre resistans jo mer de lyser (motsatt av lyspærer) og dette kan da forklares utfra denne modellen. Denne strålingen hjelper også elektronene i overgangen til tilkoblet leder.
Hvis vi så snur spenningen og prøver å sende strøm gjennom i den andre retningen vil det gå bra i overgangene fra/til ledere, men i overgangen mellom P-området og N-området vil strømmen stoppe opp. Problemet er at elektronene trenger ekstra energi for å hoppe opp til et høyere nivå og slik engergi finnes da ikke i dioden. Som vi skal se i forbindelse med transistoren kan slik energi fremskaffes, men her vil vi bare konkludere med at elektroner kan hoppe mellom potensialhull med noenlunde samme energinivå eller til potensialhull med lavere energi. Men elektronene får problemer med å hoppe "oppoverbakke".
Lysdioder Det finnes mange ulike typer lysdioder, og noen gir da også så mye lys at de kan brukes i lyskastere. Vanligvis har en lysdiode bare en farge. Blå lysdioder er mindre vanlige fordi de er vanskelige å produsere. Her har vi valgt å bruke relativt små lysdioder med diameter 3mm blant annet fordi lyset synes å være sterkere i disse enn større difuse lysdioder og fordi de kan plasseres relativt tett på et printbrett. Lysdiodene har ved fullt lys en spenning på ca VF=2,0V (VF=Forward Voltage). Maksimal strøm IFmax er 25-30mA (IF=Forward Current). Merk ellers at en lysdiodene har en terskelspenning som må overskrides før de lyser. Terskelspenningene er ca:
1,5V for røde lysdioder
1,7V for grønne lysdioder og
1,7V for grønne lysdioder.
En diode som leder vil ha liten resistans og dessuten vil resistansen avta når strømmen øker (motsatt av lyspærer og vanlige glødetråder). Om strømmen blir for stor gjennom en lysdiode blir den ødelagt. Den motstanden som vi har koblet sammen med lysdiodene i elektronikkpuslespillet har til hensikt å beskytte lysdiodene mot for mye strøm (overbelastning).
Hensikten med en transistor er å forsterke svake signal (strøm eller spenning). Virkemåten er da kort fortalt at en liten strøm styrer en stor strøm i en transistor. Det finnes ulike typer transistorer. Eksempler er vanlige transistorer (NPN, PNP), felttransistorer (minimal inputstrøm), effekttransistorer oa.
Tankemodell I tradisjonell litteratur er det vanskelig å finne forsøk på forklaringer av virkemåten til en transistor. Ofte skriver man bare at det er snakk om kompliserte mekanismer som kun kan forklares kvantemekanisk. Transistoren er kanskje den enkeltkomponenten som har betydd mest for moderne teknologi og i den sammenhengen er det litt overraskende at mennesker som regnes som eksperter innenfor natturvitenskaplige fag ikke kan forklare hvordan den virker. I andre sammenhenger er det vanlig at de som innehar et yrke kan forklare det som naturlig faller innenfor det aktuelle yrket. Det er imidlertid påfallende at de som har arbeidet mye med kvantemodellen ikke opplever det som flaut at de ikke har forstått transistoren på en slik måte at de kan forklare virkemåten videre til andre. Man sier bare at "det bare kan forklares kvantemekanisk", og siden ingen er interessert i en slik forklaring slipper man å åpenbare egne mangelfulle kunnskaper. En mulig årsak til dette er kanskje at kvantemodellen egentlig ikke er en forklaringsmodell, men en "forvirringsmodell" som har som hovedfunksjon å hindre folk flest å kikke ekspertene i kortene.
I lærebøker kan man lese at virkemåten til en transistor er at "en liten strøm (styrestrøm) styrer en stor strøm (hovedstrøm)". Dette er vel den mest nyttige forklaringen av virkemåten til transistoren, og det er selvfølgelig mulig å si at man har forklart virkemåten til en transistor når man har sagt dette. Når vi her snakker om å forstå virkemåten til de ulike komponentene så er det imidlertid snakk om å forklare mekanismen bak og forstå hvorfor transistoren har de egenskapene den har. Figuren viser en NPN-transistor ifølge em-modellen. En transistor har tre føtter og de tre tilkoblingsledningene kaller vi her C, B og E. Hovedstrømmen av elektroner vil da gå fra E til C (merk at den elektriske strømmen som er definert som en positiv størrelse vil gå motsatt veg, men her snakker vi altså om elektronstrømmer). Styrestrømmen som styrer hovedstrømmen vil da gå fra E til B. Utfra det som er skrevet om dioden ovenfor ser vi at hovedstrømmen får et problem med å hoppe "oppoverbakke" fra P-nivået til N-nivået. Om vi bare kobler strøm til E og C vil vi da oppleve at transistoren ikke leder strøm men sperrer for elektrongjennongang. Problemet er at det trenges ekstra energi for å få elektronene til å hoppe opp fra P-nivået til N-nivået. Hvordan er det så mulig å skaffe slik ekstra energi? I praksis kan transistoren selv produsere energien som trenges når elektron faller ned fra N-nivået til P-nivået. Da vil de vibrere bort energi som hadde vært nok til å få et elektron til å hoppe opp igjen til det andre N-nivået. Problemet er at det ikke er mulig å overføre all energien fra et "fallelektron" til et "hoppelektron". Noe energi vil stråle ut i feil retning. Men dette misforholdet kan da kompenseres om vi sørger for at det blir flere "fallelektron" enn "hoppelektron". Dette skjer da om vi slipper ut noen elektron via B som da ikke trenger så mye energi for å forlate P-nivået. Prinsippet er da at elektromagnetisk energi (stråling) overløres fra "fallelektron" til elektroner som står klar til å hoppe opp til neste N-nivå om vi tar ut noen elektroner via B. I praksis vil elektronstrømmen fra E til C være i størrelsorden 300 ganger større enn elektronstrømmen fra E til B. En PNP transistor virker da etter samme prinsippet, men den vil da virke litt dårligere enn en NPN transistor fordi de elektromagnetiske strålene fra "fallelektroner" til "hoppelektroner" må gå gjennom det mellomliggende N-området.
Tekniske data De transistorene som brukes i første delen av elektronikkpuslespillet har navnet BC547B. Første 'B' betyr at transistoren inneholder Kisel. Andre tegn ('C') betyr at det er en lavfrekvent småsignaltransistor ifølge et europeisk system. De tre sifrene er hovedkjennetegnet på typen transistor og her er det da snakk om en NPN-transistor med en bestemt benkonfigurasjon (TO92).
Ptot = 0,3W (Maksimalt effekttap)
VCEO = 45V (Maksimal Kollektor-Emitterspenning)
IC = 0,1A (Maksimal Kollektorstrøm)
hFE = 200/450 (Likestrømsforsterkning)
fT = 300MHz (Øvre frekvensgrense)
Lista ovenfor gir da noen data om transistoren og det viktigste er vel at den tåler ca 0,1A og at forsterkingen er mer enn 200. Merk videre at Basis (B) må ha en spenning som er ca 0,5V over emitter for at transistoren skal lede (fra C til E).
Kondensatorer kan ha ulike funksjoner i ulike sammenhenger, og det er derfor vanskelig å gi en klar og entydig beskrivelse av virkemåten. Her vil vi si at en kondensator lagrer energi ved å omplassere elektron. Verdien til en kondensator (Farad) er da et uttrykk for hvor mange elektron den kan omplassere uten at spenningen blir for stor. Kapasitans er da definert som ladninger pr spenning: C=q/V [F=C/V]. I praksis består en kondensator av to strømledende plater som ligger svært nær hverandre, og det er denne nærheten som gjør at de omplasserte ladningene er forholdsvis stabile. Motsatte ladninger trekker på hverandre mellom platene og nøytraliserer dermed frastøtingskreftene internt på den negative og positive platen. Kondensatorer med relativt store verdier kalles elektrolyttkondensatorer fordi de er laget på en bestemt måte som blant annet forutsetter at de kobles rett veg i forhold til +/-. Funksjonen til store kondensatorer likner på oppladbare batteri da de kan lades opp og ut på samme måte, men de har da ikke en karakteistisk spenning slik som batteri har. De har derimot en maksimalspenning.
Verdimarkering av kondensatorer I motsetning til motstander er det ikke noen klar standard for hvordan man skal markere verdier på de ulike kondensatorene. På kondensatorer som er store av utstrekning (særlig elektrolyttkondensatorer) er det vanlig å skrive verdien fullt ut uten benevningen F (Farad) som da er underforstått. For å unngå komma (punktum på engelsk) så har man valgt å flytte potenstallet (m=10-6(mikro), n=10-9 (nano) og p=10-12 (piko)) der som kommaet skulle stått. Verdien 2,2mF blir da på en kondensator skrevet '2m2'. Videre er det relativt vanlig å angi verdier med 3 siffer hvorav det siste sifferet er en multiplikator og da er det vanligvis underforstått at det er snakk om pF (pikofarad). Verdien '472' betyr da 4700pF=4,2nF. I tabellen nedenfor viser vi da noen vanlige verdier for kondensatorer sammen med mulige skrivemåter:
| Verdi: Skrivemåte | Verdi: Skrivemåte | Verdi: Skrivemåte |
| 1,0pF: 1p0 | 2,2pF: 2p2 | 4,7pF: 4p7 |
| 10pF: 10p | 22pF: 22p | 47pF: 47p |
| 100pF: 101 | 220pF: 221 | 470pF: 471 |
| 1,0nF: 102 | 2,2nF: 222 | 4,7nF: 472 |
| 10nF: 103 | 22nF: 223 | 47nF: 473 |
| 100nF: 104/0m1 | 220nF: 224/2m2 | 470nF: 474/4m7 |
| 1,0mF: 1m0 | 2,2mF: 2m2 | 4,7mF: 4m7 |
| 10mF: 10m | 22mF: 22m | 47mF: 47m |
| 100mF: 100m | 220mF: 220m | 470mF: 470m |
Tekniske data Kondensatorer kalles aksiell om lederne er kommer
fra motsatte ender og radiell om lederne kommer fra samme side. kondensatorer
har ulike verdier som da måles i Farad. Små verdier i størrelsorden
pF (=10-9F) er vanligvis keramiske kondensatorer siden de er
billigst å produsere. Mellomstore kondensatorer i størrelsorden
nF er da ofte polyesterkondensatorer. Kondensatorer med høyere verdier
mF
(=10-3F) er vanligvis elektrolyttkondensatorer som da må
kobles rett vei i forhold til pluss og minus. De kondensatorene som er
vedlagt i grunnmodulen er elektrolyttkondensator på 10mF
med aksiell utforming. Elektrolyttkondensatorene er i tillegg til Farad-verdien
også merket med spenning. Når det står 25V på de
vi bruker, så betyr det at det kan oppstå overslag om vi bruker
høyere spenninger. Men det er også slik at Farad-verdien blir
mindre enn oppgitt om vi opererer med spenninger som ligger langt under
oppgitte grensespenning. Derfor er det ikke lurt å bruke kondensatorer
med mye høyere spenningsverdier enn de vi virkelig opererer med.
I denne gruppen har vi samlet alle komponenter som inneholder strømspoler i en eller annen form. Eksempler er enkle spoler (med og uten kjerne og justeringgsmulighet), Høgtaler/mikrofon, rele, elektromotor/generator, stepmotor ol. Årsaken til at vi har samlet alle disse ulike komponentene i en gruppe er at alle disse forårsaker endring i magnetfelt i takt med strømmen. Siden magnetfeltet kan betraktes som en form for energilagring, vil det oppstå en treghet når vi kobler til og kobler fra strøm til disse komponentene. Det går med andre ord litt tid for å bygge opp og ned et magnetfelt og det kan videre oppstå relativt store spenninger om vi bryter kretser som inneholder disse komponentene.
Summer Den summeren vi bruker har en oppgitt spenning på 6V og den trekker da 17mA som betyr en effekt på ca 10mW (P=UI=6V*17mA=10mW). Lydnivået er 83 dB ved en avstand på 30cm. I praksis viser det seg at summeren virker på spenninger fra omkring 3V til 9V.
Ledere regnes vanligvis ikke med blant komponentene. Hensikten med disse er å koble ulike komponenter sammen, men siden de har en viktig funksjon i alle elektriske kretser vil vi si litt generelt om dem her. En leder er et slags rør som leder strøm. I en leder kan elektronene bevege seg tilnærmet fritt uten motstand. Kobberledninger er den vanligste typen ledere.
Batteri er en spenningskilde. Det vil si at det lager en kraft/spenning som skyver på elektronstrømmen. Et batteri på 4,5V (V=volt) vil da under normale forhold ha en spenning mellom polene på ca. 4V når det går strøm. Når det går lite eller ingen strøm er spenningen mellom polene omkring 4,5V. Det er videre vanlig å kalle minuspolen for 'jord' og da sier vi at spenningen her er 0V. Det betyr videre at plusspolen får en spenning omkring 4V.