Zápisky pro předmět IKT na GJS.

Základy elektroniky

Elektrický obvod

Elektřina je proud nabitých částic, které se pohybují od jednoho konce baterie (nebo jiného zdroje napětí) k druhému. Svým pohybem dovedou po cestě vykonávat užitečnou práci.

Pro intuitivní chápání pomáhá si namísto elektrických obvodů představovat dobře utěsněné potrubí, kterým protéká voda. Tlak vody v této představě odpovídá elektrickému napětí. Do potrubí můžeme dát různé překážky, které tok vody brzdí, například mlýnské kolo. Pokud naopak necháme vodu téct volně od kohoutku přímo do kanalizace, poteče obrovským proudem.

Tento popis elektřiny bohatě vystačuje pro potřeby výuky IKT, ale obecně je nepřesný. Chcete-li porozumět látce ve větší fyzikální podrobnosti, prostudujte si obzvlášť pojmy elektrický náboj a elektrický potenciál, například ve wikiknize Praktická elektronika. Tyhle pojmy má kvinta také v osnovách fyziky.

Zkrat

Zkrat nastává, když elektrickému proudu nic nestojí v cestě – například, když oba konce baterie spojíme drátem. Elektrický proud v takovém případě může dosáhnout dost nepatřičné velikosti, a to často vede ke zničení některých součástek v obvodu. Zkratu se chceme vždy bezpečně vyhnout.

Nepájivé pole

Ve škole pracujeme s nepájivými poli, snad nejmenšími, jaká jdou obyčejně sehnat. Označení "nepájivé" pochází od toho, že se při zapojování obvodu chceme vyhnout pájení, protože by výuku hodně zdržovalo. Nepájivé pole je vlastně mřížka malých dírek, a součástky se do něj zapojují tak, že je zastrčíme asi milimetr hluboko.

Naše nepájivá pole mají 170 dírek spojených do řad po pěticích, uprostřed je mezera na zapojení čipu. Mějme na paměti, že při zapojení elektrického napětí do kterékoliv dírky se totéž napětí dostane i do zbylých čtyř dírek ve stejné řadě. Naopak nezáleží na tom, kterou dírku z dané řady použijeme, všechny dírky v řadě jsou spojené dohromady.

Elektrické schéma

Elektrické obvody snadno začnou být nepřehledné a bývá těžké z nich vyčíst, kudy elektřina vlastně teče. Abychom si věci vyjasnili, kreslíme obvod formou schématu.

Schéma sestává především z elektrických součástek propojených čarami; čáry vyjadřují vodivé spojení. Součástky jsou kreslené zjednodušeně a případně popsané, aby byl zřetelný jejich účel. Přehlednosti pomáhá kreslit schémata tak, aby elektřina tekla pokud možno všude stejným směrem – zleva doprava nebo odshora dolů.

Základní součástky

Rezistor

Rezistor můžeme vnímat jako zařízení, které elektrický proud zbržďuje. Stavíme ho proudu do cesty tak, aby udržoval napětí podle našich potřeb. Jako rezistor se také chová většina elektrických spotřebičů, například varná konvice.

Svítivá dioda (LED)

Schematický obrázek diody připomíná šipku. Tím se vyjadřuje, že dioda obvykle propouští elektřinu jen jedním směrem, a to ve směru šipky. LED dioda navíc, pokud skrz ni prochází proud, svítí.

Důležité je mít na paměti, že ve správném směru je dioda výborně vodivá. Pokud ji zapojíme přímo do zdroje napětí, zničí se. Aby obvod nebyl ve zkratu, budeme diodu vždycky zapojovat přes rezistor.

Chování diod je ve skutečnosti o hodně složitější. V rámci výuky to neřešíme, protože jimi chceme jen svítit.

Zdroj napětí z USB portu

Port USB má čtyři kontakty a z toho na dva vedou napětí 5 voltů. Používá se to k napájení elektroniky, například nabíjení telefonů a tabletů. Ve výuce tyhle dva kontakty používáme namísto baterie.

Když zdroj napětí zapojíme do obvodu, poteče elektřina skrz obvod z kladného pólu na zem. Kladný pól můžeme ve schématu stručně označovat znaménkem plus, země se značí několika vodorovnými čarami.

Logické hradlo

Hradlo (anglicky logic gate) počítá nějakou logickou operaci. Můžeme se tedy setkat s hradly typu AND, OR, NOT a dalšími.

Výroková logika pracuje s hodnotami pravda/nepravda, což ve světě logických hradel odpovídá napětí 5 voltů a 0. Pokud tedy například připojíme obě vstupní nožičky hradla AND na zdroj napájení, objeví se napětí i na výstupu z hradla. Pokud místo toho aspoň jednu nožičku hradla AND připojíme na zem, výstup hradla bude také uzemněný, tedy na napětí 0.

Na hodinách pracujeme se čtrnáctinohými čipy, které obsahují čtyři logická hradla. Zbývající dvě nohy čipu je potřeba připojit na zdroj napětí, aby hradla fungovala. Kladné napětí se obvykle připojuje na poslední pin, hned vpravo od vykousnutí na čipu (na tomto obrázku vlevo nahoře). Země se připojuje na nohu u protějšího rohu čipu.