Grundlæggende elektroniske komponenter
Denne side er en oversættelse af den tilsvarende side i Restarters Wiki: https://wiki.restarters.net/Basic_electronic_components
Denne side dækker de grundlæggende elektroniske komponenter: modstande, kondensatorer, induktorer, transformatorer og kvartskrystaller, hvordan man identificerer dem og forstår deres almindelige fejlfunktioner og hvordan man tester dem.
Resumé De mest grundlæggende elektroniske kredsløbselementer, der udgør „møblerne“ i et elektronisk kredsløb, er modstande og potentiometre (eller variable modstande), kondensatorer af forskellig art, induktorer og transformatorer samt kvartskrystaller. Vi beskriver nedenfor, hvordan man identificerer dem, hvad de gør, hvordan de undertiden fejler, og hvordan man tester dem.
Du kan læse denne side alene, hvis du vil, men hvis du ikke allerede er fortrolig med grundlæggende elektrisk og elektronisk teori, vil du måske få mere ud af den, hvis du først læser om Elektriske kredsløb, volt ampere watt og ohm.
Resistorer
I mange kredsløb er modstande de mest almindelige komponenter. De er også generelt de billigste. Deres formål er at reducere strømstyrken af elektricitet, enten for at begrænse strømstyrken for en given påført spænding eller for at tillade, at der opbygges en vis spænding, når en given strøm løber. De fleste består af en tynd film af oxid eller kulstof, der er aflejret på en keramisk bund. Der udvikles altid varme i en modstand, når strømmen løber, ofte kun en lille smule, men nogle gange kan den være ret stor.
Af og til støder man måske på en termistor, som er en modstand, hvis modstand stiger (PTC) eller falder (NTC) markant med stigende temperatur, eller en lysafhængig modstand (LDR), hvis modstand falder med stigende lysniveau.
Modstanden måles i ohm (Ω), kilOhm (kΩ - tusinder af ohm) eller megaOhm (MΩ - millioner af ohm).
Som en interessant sidebemærkning kan det nævnes, at selv om modstande er de mest almindelige og billigste komponenter i et konventionelt kredsløb, er de dyre at fremstille på en siliciumchip, da de optager meget plads. Derfor kan en chip indeholde milliarder af transistorer, men kun få eller slet ingen modstande!
Identifikation Modstande har to ledninger, og meget ofte er deres modstand angivet ved hjælp af en række farvede bånd (se modstandens farvekode).
Overflademonterede (SMD) modstande er normalt sorte, rektangulære og har en sølvfarvet loddeplade i hver ende. De varierer i størrelse fra et par millimeter ned til en brøkdel af en millimeter.
En effektmodstand er større end en almindelig modstand, så den kan aflede den nødvendige mængde varme. Ofte vil dens værdi være trykt på den i stedet for at være farvekodet.
Fejlfinding og reparation Modstande er normalt meget pålidelige. Når de svigter, som regel på grund af overophedning, er det næsten altid som følge af, at en anden komponent svigter og forårsager for meget strøm. I dårligt konstrueret udstyr med utilstrækkelige muligheder for at varme kan slippe væk, kan moderat overophedning over en længere periode forårsage en fejl.
Potentiometre
Et potentiometer (eller pot) er ganske enkelt en modstand med en tredje forbindelse, der kan flyttes til et vilkårligt punkt langs dens længde, således at en ønsket del af den samlede modstand kan afbrydes.
Identifikation
Potentiometre er meget almindeligt anvendt til lydstyrkekontrol i lydudstyr (selv om de ofte er blevet afløst af digitale kontroller). De har en aksel med en drejeknap på frontpanelet eller undertiden et hjul, hvis riflede kant kan indstilles. Dobbeltpotentiometre bestående af to monteret på én aksel findes ofte i stereoudstyr til regulering af lydstyrken for begge stereokanaler.
Små potentiometre med et lille skruehoved findes ofte i udstyr til engangsjustering under fremstilling og afprøvning. Der findes også flergangs-potentiometre, hvor en skrue i enden kan drejes flere gange rundt for at ændre modstanden.
Fejlfinding og reparation
Potentiometre er langt mindre pålidelige end faste modstande. Sporet kan blive slidt eller knække, eller skyderens tryk på sporet kan blive svækket. Nogle gange kan trykket øges ved at bøje metalskyderen, men potentiometre er normalt ikke beregnet til at blive skilt ad og bør normalt udskiftes for at få en varig løsning.
En hurtig løsning, som nogle gange virker, er at sprøjte trykluft eller kontaktspray ind i huset gennem eventuelle synlige huller eller slidser, f.eks. under terminalerne, og derefter dreje knappen gentagne gange fra den ene ende af dens rækkevidde til den anden.
Hvis du finder en skrue med slids i et apparat, skal du aldrig justere den, medmindre du ved, hvad den er beregnet til, og hvordan du finder tilbage til den korrekte position. Selv da er det værd at markere den oprindelige position, før du begynder, så du altid kan vende tilbage til den.
Kondensatorer Kondensatorer benyttes til midlertidig, kortvarig opbevaring af electricitet. Lidt ligesom hvis du puster luft ind i en ballon.
En af de enkleste kondensatortyper består blot af to lange strimler af aluminiumsfolie adskilt af en tynd isolerende plaststrimmel, som derefter rulles sammen med en ledning forbundet til hver strimmel. Hvis man forbinder dem med de to poler på et batteri, vil positiv ladning strømme ud af batteriets positive pol og over på en af strimlerne. Da den ligger tæt på den anden strimmel, afstøder den en lige så stor mængde positiv ladning fra denne strimmel, som strømmer tilbage til batteriets negative terminal. Hvis du frakobler batteriet, forbliver den elektriske ladning, indtil du forbinder de to ledninger sammen, så den kan aflade sig selv.
Kondensatorer har en kapacitans. Den måles i farad (F) eller mere almindeligt i mikrofarad (μF - milliontedele af en farad), nanofarad (nF - milliardedele af en farad) eller picofarad (pF - million-milliontedele af en farad).
Du kan fordoble kapacitansen ved at fordoble det overfladeareal, som ladningen skal spredes på. Men man kan også gøre det ved at halvere tykkelsen af det isolerende lag, da dette gør det lettere for ladningen på den ene side at skubbe ladningen ud af den anden side. Men en tilstrækkelig stor spænding ville destruktivt bryde igennem et meget tyndt isolerende lag. En kondensator har derfor også en spændingsværdi, som er den højeste spænding, som den kan modstå uden at blive ødelagt. Denne må under ingen omstændigheder overskrides.
Kondensatorer anvendes, når kredsløbsdesigneren har brug for at udjævne udsving, eller når det er nødvendigt at lade udsving (f.eks. et lydsignal) strømme fra en del af et kredsløb til en anden, samtidig med at der blokeres for enhver jævnstrømsdel.
Identifikation Ligesom modstande har kondensatorer kun to forbindelser, men de findes i mange forskellige former og størrelser. De har normalt deres kapacitet og spænding påtrykt og for nogle typer en maksimal temperatur.
Kondensatorer med lav værdi til overflademontering er normalt grå eller grågule, rektangulære og har en sølvfarvet loddeplade i hver ende. De er typisk et par millimeter lange.
Elektrolytiske kondensatorer anvendes meget ofte, når der er behov for en høj kapacitetsværdi. Langt de mest almindelige er aluminiumstyper, som kan genkendes på det cylindriske aluminiumhus, som normalt er forsynet med et plastikfilmdæksel. Den ene ledning er markeret med negativ („-“) på den tilstødende side eller ende af huset.
Tantalkondensatorer er en højere kvalitet (og dyrere) type elektrolytkondensator, hvor der anvendes tantal i stedet for aluminium. De leveres som en harpiksbelagt perle. Normalt er den positive ledning markeret med „+“.
Kondensatorer, der er beregnet til direkte tilslutning til lysnettet leveres med en særlig sikkerhedsklassificering. Klasse X for dem, der er tilsluttet på tværs af netledningen, hvor en fejl kan udgøre en brandfare, og klasse Y for dem, der er tilsluttet mellem netledningen og jord, hvor en fejl kan medføre risiko for elektrisk stød. Sådanne kondensatorer skal altid udskiftes med kondensatorer af samme klasse. Til husholdningsudstyr benyttes underklasse X2 eller Y2. Du kan få mere at vide om kondensatorer i klasse X og klasse Y i fx denne artikel..
Ældre udstyr fra før X- og Y-klassificeringerne anvender ret ofte epoxyindkapslede RIFA-kondensatorer. Disse kondensatorer er ved at være udtjente og bør udskiftes med moderne klasse X- eller klasse Y-komponenter.
Fejlfinding og reparation
Kondensatorer er normalt meget pålidelige, bortset fra elektrolytiske kondensatorer, som er en af de hyppigste årsager til fejl i elektronisk udstyr.
I en elektrolytisk kondensator består det isolerende lag af en elektrokemisk dannet film af aluminiumoxid med en tykkelse på kun nogle få milliontedele af en millimeter. Dette kan forringes efter en lang periode uden brug (mange år) eller efter en kortere periode tæt på eller over den maksimale spænding og/eller temperatur, som den er beregnet til. Desuden kan den væske, der anvendes til at danne det isolerende lag, tørre ud. Man ser jævnligt elektrolytkondensatorer af dårlig kvalitet, som er gået i stykker selv ved brug indenfor deres nominelle værdier.
En svigtende elektrolytkondensator kan ofte genkendes ved, at et opbygget internt tryk kan få toppen til at bule ud, eller at kondensatoren ikke længere ligger i niveau med printpladen, eller at elektrolytvæske lækker fra bunden. På dette tidspunkt vil den sandsynligvis ikke yde godt, hvilket medfører, at udstyret ikke fungerer korrekt. Hvis den ikke udskiftes, kan den endda eksplodere. At en elektrolytkondensator ikke viser nogen synlige tegn på forringelse er dog på ingen måde en pålidelig indikator for, at den er god.
Den enkleste pålidelige metode til at teste en elektrolytisk kondensator er med en ESR-tester (Equivalent Series Resistance). En basal model med et grafisk display men uden kabinet, fås meget billigt hos sælgere i Fjernøsten. Dette er en fremragende investering, da den også kan identificere og teste mange andre typer komponenter. En god elektrolytisk kondensator bør vise en ESR på en brøkdel af en ohm og en v-loss (en anden måling, som disse testere giver) på en brøkdel af en procent.
Hvis en elektrolytkondensator skal udskiftes, er det meget vigtigt, at udskiftningen monteres den rigtige vej rundt („+“ eller „-“ mærkning på samme side som den afmonterede), da den elektrolytiske dannelsesproces ellers vil blive omvendt, og den vil meget hurtigt gå i stykker.
Det er også altid en god idé at udskifte den med en med højere spænding og/eller temperatur, da den originale måske var undervurderet. Brug aldrig nogensinde en erstatning med en lavere nominel værdi. Hvis en erstatning med samme kapacitet ikke er tilgængelig, vil en højere værdi op til det dobbelte af den oprindelige næsten altid fungere godt, eller måske endda bedre, da der under alle omstændigheder er betydelig variation i kapacitansen af identisk mærkede elektrolytkondensatorer.
På webstedet badcaps.net findes nyttige tips om udskiftning af elektrolytiske kondensatorer.
Induktorer
En induktor består simpelthen af en spole af tråd. Når en strøm løber, skaber den et magnetfelt, som lagrer energi. Ved at vikle den rundt om en kerne af magnetisk materiale som f.eks. jern eller ferrit bliver denne magnetiseret, hvilket øger mængden af energi, der lagres betydeligt.
Mens en kondensator lagrer energi i form af elektrisk ladning og kan bruges til at udjævne variationer i spændingen, lagrer en induktor energi i form af magnetisk strøm og har tendens til at udjævne variationer i strømmen. I en sådan anvendelse kaldes den ofte en drossel, da den dæmper variationer i strømmen.
Der er faktisk en smuk symmetri mellem de matematiske ligninger, der beskriver kondensatorer og induktorer. Hvis man kombinerer en induktor og en kondensator i et kredsløb, blomstrer denne symmetri op, og der sker noget ganske særligt. En spænding på kondensatoren forsøger at drive en strøm gennem induktoren, men når først strømmen kommer i gang, forsøger induktoren at holde den i gang og ender med at drive ladningen over på den anden side af kondensatoren. Så den strømmer frem og tilbage med en meget regelmæssig hastighed, præcis som et barn, der svinger frem og tilbage på en gynge. Ved at bruge en variabel kondensator (eller en variabel induktor) kan hastigheden ændres. Det er sådan, at næsten alle ældre AM- og FM-radioer indstiller den ønskede station.
Induktans måles i Henry (H), milliHenry (mH - tusindedele af en Henry) eller mikroHenry (μH - milliontedele af en Henry).
Identifikation
De mindste induktionsspoler består ikke af andet end en spole af tyk tråd, der står op fra printkortet. Nogle små induktorer består af en kerne af ferrit med en trådspole viklet rundt om, og de er lette at få øje på. I andre er spolen viklet rundt om en ferritkerne, der er formet som en sytrådsspole, som kan være monteret inde i en hul cylinder af ferrit. En common mode-drossel har to viklinger og anvendes undertiden til at filtrere både den strømførende og den neutrale ledning til en strømforsyning. Den er i princippet ikke anderledes end en transformer.
Ved store induktivitetsværdier anvendes en lamineret jernkerne. Dette ses sjældent i rimeligt moderne udstyr, men gamle rørradioer brugte ofte to store kondensatorer og en jernkerneinduktor til at udjævne det ensrettede lysnet.
En induktor har ofte ingen mærkning på den.
Fejlfinding og reparation Der er meget lidt, der kan gå galt med en induktor, bortset fra måske en dårligt loddet forbindelse. En meget kraftig strøm kan få en induktor til at overophede eller brænde ud, men sandsynligvis ikke før der er sket stor skade andre steder i kredsløbet.
Transformatorer En transformator er simpelthen en spole med to (eller flere) spoler af tråd.
En elektrisk strøm skaber altid et magnetfelt, som en sløjfe omkring strømmen, og modsvarende vil en ændring i den magnetisme, der løber gennem et kredsløb, genererer en spænding i dette kredsløb. (Det opdagede og beskrev H.C. Ørsted i 1820) I en transformator tilfører vi altså strøm til den ene spole af tråd, den primære, og den magnetiske strøm, som dette skaber, inducerer en spænding i den anden spole eller de andre spoler, den sekundære eller de sekundære. Men det virker kun, mens det magnetiske felt ændrer sig, og derfor kan en transformer kun bruges til vekselstrøm, ikke til jævnstrøm.
Transformatorer er meget nyttige af to grunde:
• Hvis den sekundære spole har flere eller færre vindinger end den primære, vil den spænding, der induceres i den, være større eller mindre end den spænding, der påføres den primære, i forhold til den primære. • Da den eneste forbindelse mellem primær- og sekundærspolen er magnetisk, er de elektrisk isolerede fra hinanden. Dette kan være nyttigt af sikkerhedshensyn, eller hvis kredsløbsdesigneren skal blokere en jævnstrømskomponent fra en del af kredsløbet til en anden.
Identifikation Hvis man ved, hvordan man identificerer en induktor, ser en transformator nøjagtig ens ud, bortset fra at den har mindst 3 ledninger, der kommer ud af den, og næsten altid 4 eller flere.
Ældre netdrevet elektronisk udstyr indeholder næsten altid en jernkerne-transformator, som er let at få øje på. I lydudstyr af god kvalitet anvendes der undertiden en toroidaltransformer, da denne type producerer færre magnetiske strejffelter og dermed mindre baggrundsbrummen i lydudgangen. Nyere udstyr har en tendens til at bruge en meget mindre transformer med en ferritkerne.
Fejlfinding og reparation Nettransformere kan være nødt til at håndtere en betydelig mængde strøm, og derfor kan de blive meget varme under fejlforhold. Hvis dette resulterer i et sammenbrud af isoleringen mellem to tilstødende vindinger i enten primær- eller sekundærspolen, vil disse vindinger fungere som en kortsluttet sekundærspole og blive meget varme.
Det er ikke kompliceret at forsyne en udbrændt transformator med nye viklinger, men det er sjældent den betydelige tid og tålmodighed, der kræves, værd.
Krystaller og keramiske resonatorer Et kvartskrystal anvendes almindeligvis, når designeren skal generere en svingning med fast frekvens. Kvarts er et piezoelektrisk materiale, hvilket betyder, at der opstår en spænding på tværs af de modsatte flader, hvis man trykbelaster det, og omvendt forårsager påføring af en spænding et tilsvarende tryk. Et stykke kvarts kan skæres og poleres, så det resonerer (eller ringer som en klokke) ved en meget præcist valgt frekvens. Når det placeres i et elektronisk kredsløb, der forstærker og opretholder resonansen, har man en enkel og meget stabil frekvenskilde.
Bortset fra kvartsure indeholder digitalt udstyr meget ofte et krystal til at levere den svingning, der skal sikre, at udstyret arbejder med en kendt og præcis frekvens. I en digitalt afstemt radio genererer en krystaloscillator en referencefrekvens, som ændres digitalt til andre frekvenser, så man kan indstille den ønskede station. Nogle gamle FM-radioer indeholdt tre krystaller i en glasindkapsling, der ligner et radiorør. Dette gjorde det muligt at afstemme tre stationer ved at vælge en af de tre krystaller.
Keramiske resonatorer fungerer på samme måde, men de er billigere og mindre præcise i deres frekvens. Disse resonatorer anvender generelt blyzirkoniumtitanat i stedet for kvarts og kan anvendes i stedet for et krystal i digitalt udstyr, hvis frekvensen ikke også skal anvendes til præcis timing. En keramisk resonator kan også anvendes i en radiomodtagers interne IF-trin til at vælge den ønskede frekvens. Disse resonatorer har tre ledninger, en i hver ende forbundet til resonatorens ene side og den tredje forbundet på den modsatte side. Signalet påføres den første og den tredje, hvilket får krystallen til at resonere i hele dens længde. Signalet hentes ud mellem den anden og tredje ledning og alle de frekvenser, der ikke er afstemt, er kraftigt reducerede.
Identifikation Kvartskrystaller er normalt lette at få øje på, da de leveres i en sølvfarvet metaldåse. I tilfælde af kvartsure er de normalt cylindriske og ret små. Ofte vil man se to små kondensatorer ved siden af krystallen - de gør det muligt for krystallen at resonere frit. Af og til kan en af disse kondensatorer være en variabel kondensator, som gør det muligt at finjustere resonansfrekvensen, der dog allerede er nøjagtig med en nøjagtighed på omkring 10 dele pr. million.
En keramisk resonator ligner meget en lille kondensator, bortset fra at den kan have 3 eller endog 4 ledninger.
Fejlfinding og reparation Kvartskrystaller er normalt pålidelige, men fejl er ikke ukendte. Da selve krystallet kun er ophængt af sine ledninger, så det kan svinge frit inde i sit hus, kan det blive beskadiget af stød eller vibrationer, måske kombineret med en svag samling som følge af en fabrikationsfejl.
Der findes ingen enkel måde at afprøve et kvartskrystal på, bortset fra ved udskiftning. Hvis man anvender et multimeter på ledningerne, vil det vise, at der er et åbent kredsløb, da kvarts er en meget god isolator.
Og nu … … vil du måske gerne fortsætte med at læse om aktive komponenter.
