Nechcete-li jen kopírovat již vytvořené obvody, osazovat součástky a doufat, že vše bude fungovat, musíte postupovat cílevědomě.

Vstupní předpoklady:

• Základní znalost schématických značek, vlastností součástek a výpočtů v elektronice.
• Nepájivé pole, součástky a měřicí přístroje.
• Počítač a software (textový editor, simulační program, program pro kreslení schémat a návrh plošného spoje).

Ukázka postupu – indikace s LED

Cílem je navrhnout indikaci napětí s LED diodou.

Teoretické znalosti:

LED je dioda emitující světlo (svítí). Vyrábí se s různou barvou i provedením. Nejběžnější je kulaté pouzdro s průměrem 2 až 10 mm. Delší vývod je anoda.

 LED dioda se zapojuje v propustném směru (na anodě je +), doporučený proud i napětí zjistíme v katalogu. Při přepólování nebo překročení maximálního proudu hrozí nenávratné poškození (zničení).

Rezistor patří mezi pasivní součástky. Jeho základními vlastnostmi je elektrický odpor (základní jednotka je Ω) a zatižitelnost (maximální výkon ve W).

Rezistor slouží k omezení proudu procházejícího LED diodou. Při průchodu proudu rezistorem na něm vzniká úbytek napětí, který je přímo úměrný velikosti odporu (Ohmův zákon). Při překročení maximální zatižitelnosti (výkonu) se rezistor zničí (přepálí) nadměrným teplem.

Napětí zdroje je součtem úbytků napětí na rezistoru a LED diodě (Druhý Kirchhoffův zákon).

Elektrické veličiny: napětí - základní jednotka je V (Volt), proud - základní jednotky je A (Ampér)a výkon - základní jednotka je W (Watt).

Výpočet obvodu

Vstupní údaje

• Uz - napětí zdroje ke kterému LED diodu chcete připojit
• Uf - napětí na LED diodě, které závisí na typu diody a zjistíte ho v katalogu nebo datascheetu
• If - proud protékající LED diodou, který zjistíte v katalogu nebo datascheetu

Indikace napětí o velikosti 12 V.
Použijeme LED diodu červené barvy o průměru 5 mm, typu LED 5MM RED 5,4/60° HLMP-3301, jejíž parametry jsou proud If=25 mA a napětí Uf=2,2 V.

Výpočet velikosti odporu

Výpočet zatižitelnosti rezistoru

Vypočtená hodnota odporu je 392 Ω a výkon 245 mW. Použít tedy lze běžný rezistor hodnoty 390Ω, například RM 390R 0204 0,4W 1%.

Výpočet si můžete zjednodušit použítím aplikace EasyElectro pro Windows, nebo ElectroDroid určené pro mobily a teablety s Androidem.

Schema zapojení (ProfiCad)

Správné je zapojení na levém obrázku. Uprostřed je LED dioda přepólována, vpravo chybí rezistor omezující proud protékající LED.

Simulace (Multisim)

V simulačním programu si můžete ověřit, že obvod funguje správně (LED svítí) a naměřené hodnoty odpovídají vypočteným. Výhodou je, že nepotřebujete žádné součástky, ani měřicí přístroje (vše je jen virtuální).

Nepájivé pole

Používá se pro ověření činnosti elektronického obvodu bez pájení součástek do desky plošného spoje. Včas odhalíte možné chyby způsobené nefunkční součástkou, nebo součástkou se špatnou hodnotou. Vyhnete hledání chyby na osazené desce a výměně zapájené součástky, která není jednoduchá (může dojít k poškození součástky nabo desky plošného spoje).

Ukázka zapojení na nepájivém poli v programu PEBBLE - Picaxe Electronic Bread Board Layout Emulator.

Návrh plošného spoje (Formica)

Nejprve musíte nakreslit schema zapojení. Důležité je kontrolovat pouzdra (package) použitých součástek, které určují počet, rozteč a zapojení vývodů, velikost pájecích bodů i průměr vrtaných vývodů včetně velikosti (obrysu) součástky. Návrhové systémy naštěstí obsahují rozsáhlé knihovny, takže stačí jen vybrat tu správnou součástku. Pokud si nejste jisti, nebo knihovna potřebnou součástku neobsahuje, použijte katalog součástek nebo datasheet, kde naleznete podrobné údaje. Pro úpravu můžet použít editaci parametrů podobné součástky.

Technická dokumentace (LibreOffice - Writer)

 Slouží pro zhotovení elektronického obvodu a měla by obsahovat minimálně následující informace

• Název a popis elektronického obvodu (jeho funkce)
• Schema zapojení
• Rozpisku součástek
• Desku plošných spojů ze strany součástek i spojů

Zhotovení obvodu a měření parametrů

Součástky podle rozpisky připájejte do desky, zkontrolujte kvalitu spojů, případně odstraňte zkraty vzniklé při pájení. Připojte laboratorní zdroj nastavený na nejnižší napětí a proudové omezení. Postupně zvyšujte napájecí napětí až do jmenovité hodnoty a kontrolujte odběr proudu. Je-li vše v pořádku, zkontrolujte funkci obvodu (svítí LED?).

Závěr

Možná se vám zdá výše uvedený postup složitý a zbytečný. Věřte ale tomu, že pouhým kopírováním zapojení, které naleznete v odborných časopisech nebo na na webových stránkách se z vás odborníci nestanou a můžete narazit na řadu problémů s tím, že vámi zhotovený elektronický obvod nefunguje podle vašich představ.

Paradoxně nejvíce se naučíte, pokud uděláte nějakou chybu a obvod nefunguje správně nebo vůbec. Nezbývá, než se pustit do kontroly, měření a studia teorie.

Stejný postup se používá i u složitějších elektronických obvodů. Některé kroky je možné vynechat (výpočet, nepájivé pole). Abyste předešli zklamání z nefungujícího zařízení, doručuji věnovat pozornost zpracování technické dokumentace, zhotovení plošného spoje a osazení součástek. Výborným pomocníkem je simulace činnosti obvodu, kde je možné virtuálně ověřit a změřit parametry dříve, než koupíte součástky a elektronický obvod realizujete.

Použité programy

• EasyElectro výpočet odporu (Windows)
• ElectroDroid výpočet odporu (Andoid)
• ProfiCAD pro kreslení schemat
• Multisim virtuální simulace činnosti
• PEBBLE - Picaxe Electronic Bread Board Layout Emulator pro simulaci nepájivého pole
• Formica návrh desky plošných spojů
• LibreOffice zpracování dokumentace