A villamosság, mint a természetből eredő fizikai jelenség, az embert ősidőktől fogva érdekelte. Nem csoda hát, hogy ma az egyik legkedveltebb hobbi az elektronika. Sok más kedvtelésből űzött hasznos tevékenységgel szemben az elektronikához nem elég pusztán az úgymond "vele született tehetség", a műszaki érzék. Ezen túlmenően egyre több, de megtanulható képesség és ismeret szükséges ahhoz, hogy ez a hobbi igazán kiteljesedjék. Eképpen az unalmasnak tűnő és néha nehezebben, vagy talán lassabban megérthető elmélet nélkül a gyakorlat csupán kétes értékű próbálkozássá válik. Tehát senki ne sajnálja az időt arra, amit a "bütykölés" előtt vagy mellett a különféle "elméletekkel" tölt, mert a kettő csak együtt válik egésszé.
Minden ami "működik" energiát fogyaszt. A villamosság is energia az elektromos áram formájában. Villamos töltéssel rendelkező elemi részecskék tömegének két pont közötti áramlása. Az eltérő villamos potenciálon levő pontok, a pozitív és a negatív pólusok között feszültség keletkezik. Ha ezeket vezetők kötik össze, akkor a vezetőkben villamosáram folyik. A villamosáram a vezetők mentén elektromágneses erőteret hoz létre és ez fordítva is igaz. A mágneses tér a vezetőkben feszültséget indukál. A villamosáram energia, ami munkavégzésre képes. Ez a villamos energia azonban nem csak úgy van, hanem a létrehozásához is energia szükséges. Például az elemek, akkumulátorok a különféle kémiai reakciók útján állítanak elő villamos energiát. A termoelemek a hőhatás, a fotóelemek a fényhatás, a piezoelemek pedig a mechanikai hatás következtében szolgáltatnak villamosságot. A hétköznapi értelmezés szerinti villamos energiát úgynevezett indukciós generátorok a mágneses tér felhasználásával állítják elő. Otthonunkban a hálózati villamosáramot az erőművekben ilyen hatalmas generátorok szolgáltatják. A két villamos pólus közötti feszültség nagyságát VOLT-ban fejezik ki, a villamos feszültség értékének egysége tehát a VOLT, a jele a V betű, szimbóluma az U betű.
Kétféle feszültséget különböztetünk meg, amik lényegében véve gyűjtőfogalmak: az EGYENFESZÜLTSÉG olyan feszültség amely hosszabb időtartam alatt állandó értékű, a VÁLTAKOZÓ FESZÜLTSÉG amelynél a feszültségérték és a feszültség iránya mindig meghatározott törvényszerűség szerint időben állandóan változik. A felsorolt feszültségforrások közül az elemek, akkumulátorok, termoelemek és fotóelemek egyenfeszültséget képesek szolgáltatni. Az indukciós generátorokkal viszont akár egyen-, akár váltakozó-feszültségeket is elő lehet állítani.
Egyik legismertebb indukciós generátor a dinamó: ez az úgynevezett "dinamó elv" alapján működik. Az elektromos áram a feszültségforrás pozitív pólusától a negatív pólusa felé folyik, miközben a vezető mentén elektromágneses erőteret hoz létre. Ha viszont egy vezetőt homogén, azaz állandó mágneses térbe teszünk, akkor ebben a vezetőben bizonyos feltételekkel villamos feszültség keletkezik, pontosabban indukálódik. A 2. ábra szemlélteti ezt a jelenséget: forgatható hurok a mágneses erőterben szinuszos váltakozó feszültséget eredményez, és a periódus 50 Hz lehet, ha a hurok 50-szer fordul körbe másodpercenként.
A transzformátor alapelve: ha egy tekercsbe lágyvas magot helyezünk, akkor a primer tekercsben keletkező váltakozó mágneses erőteret a vasmag a szekunder tekercshez vezeti, így villamos feszültség indukálódik benne. A két tekercs között kizárólag mágneses, azaz induktív kapcsolat van, és a tekercsek egymástól elektromosan elszigeteltek. A transzformátor feszültségátvitele a menetszámok arányától függ: U1/U2 = N1/N2. Így egy hálózati transzformátor például 230 V-os váltakozó feszültséget 12 V-ra is képes redukálni. A transzformátorok teljesítményét a szekunder oldali terhelhetőség és a vasmag mérete határozza meg, és a teljesítményét Wattban adják meg, például 12 V x 3 A = 36 VA körülbelül 40-50 wattos tekercsre van szükség.
Az előállított 12 V-os váltakozó feszültséget egyenirányítással lehet tesselni: a diódahidak segítségével összevetődik a váltakozó feszültség negyedrésze, majd egy nagy kapacitású elektrolit kondenzátor simítja a kimenetet, hogy pulzáló egyenfeszültség legyen belőle. A diódahidak négylemezes hídkapcsolásban dolgoznak: a D2 és D4 diódák a pozitív félhullámokat engedik át, míg a D1 és D3 a negatív félhullámokat fordítva a terhelés felé vezetik, így a terhelésen pulzáló egyenfeszültség keletkezik. A 100 Hz-es ütemben következő "púpok" simítása érdekében az elektrolit kondenzátor felelős, és így áll elő a használható DC. A jelölések és zászló a kapcsolási rajzokon egységes szakmai nyelvet alkotnak: a jelölések a tervrajz ábécéjét jelentik.
Az értelmezés során érdemes megkülönböztetni a passzív és aktív elemeket. A passzív elemek adják az áramkör csontvázát: ellenállások (R), kondenzátorok (C), tekercsek (L). Az ellenállások közül a fix ellenállások és a változtatható ellenállások (potenciométer) gyakran jelen vannak. A kondenzátorok lehetnek nem polarizáltak vagy polarizáltak (elektrolit). A tekercsek energiatárolását és szűrési feladatokat látnak el. Az aktív elemek közé tartoznak a diódák (D), LED-ek, zener diódák és a tranzisztorok (Q). A tranzisztorok közé tartozik a bipoláris tranzisztor (BJT) és a térvezérlésű tranzisztor (FET).
A kapcsolási rajzok jelölései közül a legfontosabb a földelés és a közös referenciapont. A földelés szimbóluma közti különbséget a védőföld (PE), a vázföld (Chassis Ground) és a jelföld (Signal Ground) jelöli. A kapcsolási rajzokon a kapcsolók és relék jelölése sokszor okoz félreértést: a NO (Normally Open) és NC (Normally Closed) érintkezők szerepe döntő. A biztosíték és megszakító eszközök fontos védelmi elemek, amelyek túláram vagy túlfeszültség esetén reagálnak. A motorok és csatlakozók is gyakran megjelennek a kapcsolási rajzokon.
Az IEC és ANSI közötti különbségek ismerete segít a jelölések értelmezésében. Az IEC 60617 jelölései tiszták és geometrikusak, például a fix ellenállást egy sima üres téglalappal ábrázolják. Az ANSI/IEEE jelölések gyakran a készülék működési elvét utánozzák, például az ellenállást csíkos jelöléssel. A gyakorlatban a dokumentáció elején található jelmagyarázat a legbiztosabb, amely meghatározza a használt jelöléseket.
A tranzisztorra bemutatott alapelemet követően nézzük a legegyszerűbb élettani példát: egy LED-et működésre bírjon, amikor áramot kap. Ezt egy egyszerű áramkörrel példázva: V1 (DC forrás) -> R1 -> D1 (LED) -> föld. A LED-ledéshez a nagy választású ellenállást úgy kell megválasztani, hogy a tápfeszültség és a LED nyitófeszültsége alapján meghatározott áramerősséget érjünk el.
Általános összefüggés: a kapcsolási rajzokon jelölések egy közös nyelvet alkotnak; a moduláris blokkot szaggatott keret jelöli. Minden modul a saját funkcióját látja el, de a teljes áramkör a kapcsolási rajzokból áll össze. A logikai egységek és a fizikai alkatrészek között a kapcsolási rajz a vizuális tervrajz, amely a tervrajz ábécéje.
Tanulság: mielőtt nekiállsz egy kapcsolási rajz értelmezésének, először azonosítsd a jelölésrendszert. A diagramok megértéséhez később a passzív elemeknél található legfontosabb jelzők - például az ellenállások formája és a kondenzátorok polaritása - adják az alapot. A kapcsolási rajzok megértése nélkülözhetetlen, hiszen ezek adják az áram útját a tápforrástól a fogyasztókon át a földelésig.
Gyakorlati példák és összegzés
Ez az alapvető műszaki tudás lehetővé teszi, hogy megértsd: a hálózati transzformátorral elérhető feszültségátalakítás, az egyenirányítás és a DC előállítása hogyan viszonyul egymáshoz. A LED-es példán keresztül látható, hogy a kapcsolási rajzokon található jelölések hogyan fordítanak le elméleti fogalmakat a gyakorlatba. A közös nyelv és a szabványos jelölések biztosítják, hogy különböző gyártók alkatrészei zökkenőmentesen együttműködjenek.
A fontosabb kulcsszavak és fogalmak összegzése a következő: kapcsolási rajz, IEC/ANSI jelölések, passzív elemek, aktív elemek, kapcsolók, relék, védelmi elemek, földelés, egyenirányítás, DC-kimenet, transzformátor, hagyományos és modern kapcsolási rajzok. Ezek adják a szakmai nyelvet és a megértés alapját a gyakorlatban.
tags: #hajszarito #belso #szerkezete #kapcsolasi #rajza