OK1HDU (Hamradio, electronics, travelling, photography, ok7u...)
599.cz - Homepage 599.cz - Homepage Memorial OK1WC SOTA - Vrcholy v éteru Optimalizováno pro web... Než něco pošlete dál, přečtěte si ... hoax.cz
     Dnes: 23. 04. 2018    fotogalerie na 599.cz spaceweather.com Bouřky v Česku v novém okně Bouřky v Evropě v novém okně Ionogram Průhonice v novém okně Contest calendar WA7BNM v novém okně RSS summary of the last 7 articles    
O   Hlavní menu
Hlavní stránka

Zajímavé odkazy

Download

Zasílání novinek

O   Seznam rubrik
mínus technika, bastleni
mínus provoz, závody
mínus Od krystalky k SSB
mínus ostatní

f e e d b a c k

O   Počasí v Holicích
JO70XC


O   VOACAP KV Online

O   VOACAP pro CB
Šíření na CB

PHPRS fórum


<a3>Od krystalky k SSB</a3>

Zpět Od krystalky k SSB - kapitola 2 (a)

Vydáno dne 27. 10. 2007 (15696 přečtení)

titulní obrázek Jelikož jsem měl chvilku čas, tak jsem pokračoval na překladu "Od krystalky k SSB". Zde je první část druhé kapitoly. (Vidím, že tímto tempem to budu mít hotové tak za 10 let, a ne za rok, jak jsem původně předpokládal). Opět jsem do textu vložil občas nějaký odkaz, pokud se mi zdálo, že by to mohlo být zajímavé.

Jarda ok1hdu



Od krystalky k SSB

© Frank W. Harris 2004

Kapitola 2

Domácí stavba amatérského zařízení (Home-building, homebrewing)


Co je chápáno jako "homebrewing"

Jako absolutní homebrewer bu měl být chápán chlápek, který by šel s prázdnýma rukama a nahý do divočiny. Tam by s použitím kamenů a klacků vybudoval sofistikovaný komunikační systém. Jen se nesměj ! Naši předkové to dokázali. Samozřejmě, trvalo jim to tisíce let, než tuhle práci dotáhli do konce. Naši předchůdci byli velmi bystří a pracovití lidé. I když se nám z našeho dnešního povýšeného pohledu mohou jevit jako nějací primitivní balíci.

Mimochodem, on je často takový "vesnický sedlák" mnohem víc, než se může na první pohled zdát. Podle mého názoru musejí být dnešní farmáři mistři v mnohem větším množství oborů, než kterákoli jiná skupina lidí v naší společnosti. Dnešní farmáři, si nemohou dovolit platit opraváře jejich starého vybavení, takže musejí zvládnout obory od elektrikáře až po biologa. Většina dnešních farmářů má takové znalosti a ovládá takové dovednosti, že my ostatní vedle nich vypadáme jako specializovaní roboti na výrobní lince.

Postavit si vlastní zařízení je zábava a přinese ti uspokojení, které vychází z toho že ses něco naučil. Není potřeba abychom si Homebuilding nějak přesně definovali. Dělej to prostě tak, aby ti to přinášelo zábavu a něco ses při tom naučil. Klidně si vymysli vlastní definici co je homebuilding. Na druhou stranu, čím více úrovní "technologické pyramidy" zvládneš, tím větší budeš mít radost. Kromě toho: pokud si amatérské zařízení koupíš, je to jako vynechat školu a koupit si diplom. Budeš mít stejná práva ale výsledek bude v podstatě nuda. Moje osobní definice domácího "bastlení" je, stavět vlastní zařízení z jednotlivých diskrétních součástek jejichž funkci (jak doufám) rozumím.

Snažím se nikdy si nekupovat hotová zařízení, nebo hotové bloky speciálně určené pro radioamatéry.

Jsem hrdý na to, že jsem škůdce většiny komerčních inzerentů v amatérských časopisech. Prostě předstírám, že tu elektronický průmysl vyrábějící radiokomunikační zařízení nikdy nebyl. Samozřejmě, že si kupuji jednotlivé elektronické součástky.

Jedna z ironií našeho hobby je, že když těch pár zbývajících bastlířů opustí na důchod svá zaměstnání, tak se často začnou zabývat výrobou a prodejem amatérských zařízení. Tihle pracovití chlápci vyrábějí a prodávají všechno pro amatéry co si jen můžeme představit. Myslím, že si ani neuvědomují, že tím jak dělají všechno tak snadno dostupné vlastně odrazují ostatní od domácího bastlení.

V jakém případě není domácí stavba zařízení vhodná.

Domácí stavba by neměla být chápána jako způsob jak ušetřit peníze, nebo jak si opatřit moderní zařízení. Moderní všepásmové krátkovlnné transceivery jsou dneska překvapivě laciné. Neměl by být problém koupit použitý SSB transceiver za 500 až 1000 USD. Dobrá zpráva je, že prosperita naší společnosti je taková, že není pro rodiče problém koupit dětem hračky za stovky nebo i tisíce dolarů. Ta špatná zpráva je, že tím pro mladé amatéry prakticky zmizel ekonomický důvod pro vlastní stavbu zařízení. Navíc, pokud se někdo do stavby pustí, tak ani ten nejšikovnější nebude mít dostatek času na to, aby vyrobil skutečný ekvivalent moderní amatérské stanice. Komerčně vyráběná zařízení obsahují zákaznické integrované obvody a moduly, a jsou výsledkem mnoha prototypů a obsáhlého testování.

Homebrewing s použitím elektronek ?

Před 40-ti lety si amatéři stavěli v suterénech svých domů celkem ucházející vysílače a přijímače. Dobře zkonstruovaná zařízení pokrývala všechna krátkovlnná pásma od 1,8 do 30 Mhz. Doma vyráběná zařízení pro telegrafický CW a AM fonický provoz byla celkem běžná. Na druhou stranu, doma vyráběné vysílače na SSB byly celkem vzácné. Generovat SSB signál je docela složité, nebo alespoň náročné na nastavení.

Poměry se změnily. Pokud bys chtěl zkoumat detailní schéma moderního transceiveru ICOM, Kenwood nebo Yaesu, potřeboval bys na to mikroskop. Samozřejmě, pokud bys měl výkres schématu ve velikosti "F", byl bys schopen ho číst. Jenomže schéma by se ti nevešlo do obýváku. Naproti tomu schéma všepásmového CW/AM amatérského vysílače z roku 1970 se včetně seznamu součástek pohodlně vešlo na jednu stranu časopisu. Zkrátka - moderní zařízení jsou složitá. A pokud bys je chtěl stavět z miniaturních elektronek, zabralo by to mnohaset násobně delší čas. Je tu však více rozdílů.

Kmitočtová stabilita.

Téměř všichni amatéři dneska používají transceivery, jejichž základem je digitální kmitočtová syntéza. Kmitočet je digitálně zobrazován na malé obrazovce s přesností až na 0,1Hz. Údaj na stupnici není obvykle tak přesný, ale průměrný uživatel věří tomu co ukazuje, protože vlastně nikdy nečetl technické specifikace svého zařízení. Malý příklad. Stabilita je obvykle specifikovaná jako 10-6 (jedna miliontina). Takže na pásmu 10m (28 Megahertz) může sice být rozlišení stupnice 0,1Hz, ale skutečná přesnost může být +/-28Hz. Na druhou stranu, jestliže komerčně vyráběné zařízení ukazuje s chybou 28Hz, stále to nejspíš bude mnohem stabilnější, než běžný doma vyrobený oscilátor. Je potřeba mít na paměti, že pokud bychom vysílali s home-made vysílačem, který by ujížděl více než asi 20Hz nebude moc chybět abychom vyslechli nějakou tu kritiku.

Dneska, pokud by kmitočet doma vyrobeného vysílače ujížděl tak, jako průměrný vysílač před 40 lety, připomínky by byly pravděpodobně tak intenzivní, že by uživatele vyhnaly z pásma. Dle mých omezených zkušeností budou průměrné 30-40let staré vysílače produkovat signál mizerné kvality, který vyvolá na pásmu mnoho připomínek. Pokud však použijeme 40 let staré zařízení nejlepší kvality, obvykle nějaký Top-model z řady, kvalita signálu bude pravděpodobně přijatelná. Ve 14. kapitole je naznačeno, jaké úsilí by muselo být vynaloženo, abychom postavili takové "staromódní" zařízení, které by kvalitou odpovídalo dnešním požadavkům. Ano, není to nemožné, ale vzhledem k dnešním normám jde opravdu o problém, donutit ty starobylé součástky fungovat stejně jako moderní zařízení.

Parazitní indukčnost (sériová indukčnost)

Další problém na který narazíme při domácí stavbě vysílače je parazitní indukčnost. Jde o to, že se prostě dráty chovají jako cívka (indukčnost) a kladou odpor střídavému (AC) proudu na vyšších kmitočtech. Když je proud malý, jak to bývalo v éře vakuových elektronek v 60-tých letech, není tento problém tak vážný. Jenomže většina moderních tranzistorových vysílačů je napájena 12 volty. Na první pohled to vypadá bezpečně a jednoduše, jelikož 12 voltů odstraňuje většinu problémů složitých napájecích zdrojů. Pro provoz z auta dokonce není potřeba žádný zvláštní napájecí zdroj, a rádio můžeme připojit přímo do zásuvky cigaretového zapalovače. Ve starých elektronkových vysílačích bylo anodové napětí od 500 do 2000V nebo dokonce ještě vyšší. Zdroje na 12 V jsou bezpečné a tedy vypadají jako dobré řešení.

Bohužel, pokud máš napájecí napětí pouze 12V, musí být proud do vysílače 50krát vyšší abychom dosáhli stejný výkon. Z tohoto důvodu bude pokles napětí na parazitní sériové indukčnosti 50krát větší. Najednou se každá součástka chová jako kdyby byla zapojena do série s indukčností (veliký odpor pro vysokofrekvenční proud). Tyto nechtěné indukčnosti způsobují rozkmitání (vlastní oscilace) tranzistorových zesilovacích stupňů, nebo prostě snížení výkonového zisku (zesílení). Závěr je, že postavit tranzistorový vysílač je mnohem těžší.

Řešením tohoto problému s indukčností jsou plošné spoje (angl. printed circuit boards - PCB) a velmi krátké spoje mezi součástkami. To znamená, že pro výrobu tranzistorového vysílače je potřebná vyšší řemeslná zručnost, než jsme potřebovali pro vakuové elektronky.

Aby rozhodnutí sám si postavit své zařízení nevedlo pouze k dlouhé řadě zklamání, je nutné s rozvahou si nastavit své cíle, pracovat v rozsahu svých teoretických znalostí a předem počítat s časovou náročností.



Základní elektrotechnické znalosti

Jako základní věc při stavbě vlastního zařízení je nejprve osvojení si základního technického know-how. Existuje mnoho způsobů, jak se naučit základy elektrotechniky. ARRL (American Radio Relay League) vydává každoročně Amateur Radio Handbook (Radioamatérskou příručku), ve které je (téměř) vše co potřebuješ znát. Tato objemná knížka pokrývá všechny obory našeho hobby. Bohužel její objem je pro mnoho čtenářů odrazující. Navíc, jelikož je v dnešní době jen velmi málo amatérů, kteří si sami staví svá zařízení, není již na to v Příručce kladen takový důraz. Nakonec, kdyby byla Příručka jediné co bys četl, pravděpodobně bys došel k závěru, že stavět si něco sám je absolutní nesmysl. Cílem této knihy (kterou právě čteš) je pomoci oživit domácí stavbu zařízení na úroveň, kterou kdysi měla. Tato kapitola přináší minimální informace potřebné k tomu abys mohl začít. Pokud bys měl problém pochopit možná až příliš zjednodušený výklad v této knize, přečti si něco o tom samém tématu v ARRL manuálu, nebo v některém jiném textu.

Většina následujícího textu je psána ve stylu "Dick and Jane", který opomíjí mnoho jemných detailů. Pokud například napíši: "Každý obvod je uzavřená smyčka...", mohl by purista poukázat na výjimečné situace, kdy to nemusí být tak docela pravda. Je však důležité mít nějaký jednoduchý základ, z kterého můžeme vycházet. "Základní pravidla" jsou nutná k tomu aby udržela naše úvahy a dedukce v rozumných mezích. Na druhou stranu, buď připraven, že se setkáš s výjimkami z pravidel, a nebude jich málo. Pokud narazíš na výjimku, není důvod opouštět základní pravidla. Ta obvykle fungují a budou tě držet při zemi.

Matematiku používám obvykle pouze pokud je to nezbytně nutné pro danou úlohu. Vážný problém technických škol je, že profesoři na těchto školách jsou vybíráni ze dvou procent studentů, kteří jsou schopni přirozeně myslet v matematických termínech. Takže po skončení školy matematičtí experti zůstávají na škole aby vyučovali další generaci, zatímco studenti, kteří myslí jako "normální lidé" odcházejí do reálného světa aby vyráběli věci, které fungují. Bohužel, většina technických inženýrů je tak znechucena "obsedantní / vtíravou matematickou hatmatilkou" [opravdu nevím jak to jinak přeložit], že odcházejí do managementu nebo prodeje.

Nejprve se nauč jak věci fungují

Tím, že se profesoři příliš soustřeďují na matematiku, často zapomenou vysvětlit základní princip jak elektřina vlastně funguje. Můj přítel, John Anderson, vyučoval v třetím ročníku elektrotechnické školy. Byl znechucen když zjistil, že většina jeho studentů je schopna pokrýt celou tabuli rovnicemi, ale nejsou schopni napájet světelnou diodu, nebo odhadnout napětí na kolektoru tranzistoru v saturaci. Kterýkoliv dobrý technik nebo zkušený amatér tyto úkoly zvládne bez dlouhého přemýšlení.

Jak John řekl: "Technika, to je jako učit se namalovat obraz. Nejprve se musíš naučit namalovat koně tak, aby vypadal jako kůň a ne jako dům. Pro většinu malířů není důležité aby uměli vypočítat chemické složení pigmentu v jejich barvách. To je důležité pouze pro pár specializovaných jedinců z celé umělecké komunity."

Já osobně jsem po desítky let pracoval jako technik, ale moje metody byly vždy především kvalitativní. Používám pouze jednoduchou matematiku, které naprosto důvěřuji. Jednou, když jsem pracoval na společném úkolu s Johnem Andersonem, se na mne John obrátil se slovy: "Ty jsi strávil čtyři roky na technické škole, a jediné co ses tam naučil je, že matematika nefunguje a není radno jí důvěřovat." Stydím se přiznat, že měl pravdu. Když jsem se vrátil do reálného světa, strávil jsem příliš mnoho měsíců počítáním náhodných, zbytečných čísel. Nakonec jsem se naučil pracovat hlavně na základě experimentu a intuice. Jinými slovy, pracuji podobně jako radioamatér !

Celou tuto zpověď píšu hlavně proto abych zdůraznil, že pokud někde použiji matematické vzorce a rovnice, je to důležité a při další práci se jejich použití nevyhneš.

Pokud si myslíš, že stavba rádia někde v suterénu je jenom neužitečná zábava, zvaž toto: Během mých čtyř let v Air Force (letecké síly) jsem pracoval jako "inženýr elektronik". Veškerou moji technickou práci jsem zvládal díky mým radioamatérským dovednostem. Nikdo mne nikdy nepožádal abych napsal nějakou rovnici. Vše co se po mě žádalo bylo: fungující napájecí zdroj do čtvrtka, fungující rádiová ovládací linka, obvod na ochranu před statickou elektřinou a podobně. Kdybych býval nebyl radioamatér, předpokládám, že by v Air Force pro mě našli nějakou kancelářskou práci, ale nebyl bych schopen splnit úkoly, pro které jsem byl původně určen.



Magnetické a elektrické pole


Magnety - všední fyzikální generátor síly

Nikdy mne neomrzelo hraní si s magnety. Kromě zemské gravitace jsou magnety tou nejběžnější věcí v našem každodenním světě, která nám dovolí experimentovat s fyzikálním polem. Neviditelná síla vycházející z magnetu lapá kancelářské sponky nebo napínáčky na vzdálenost čtvrt palce, nebo i více. Pokusy s dvěma magnety jsou ještě zajímavější. Jeden magnet může přitahovat druhý stejným způsobem jako magnet přitahuje ocel. Ale pokud jeden magnet otočíme, magnetická síla působí jako nějaký odpuzovač, který tlačí druhý magnet pryč, nebo vyvolá jeho otočení o 180 stupňů. jakmile je otočený, magnety k sobě přiskočí. Tím že si hrajeme s magnety jsme pochopili, že magnetické pole může být vyvoláno fyzikálním zařízením. Také vidíme, že pole magnetu je jev s malým dosahem. S malými magnety se zdá, že je dosah pole jen čtvrt palce, nebo i méně. S tak malým dosahem to nevypadá, že by magnety z ledničky byly startovní čárou pro dálkovou komunikaci.

Magnetické pole permanentního magnetu vychází z jednotlivých atomů, z nichž je magnet vytvořen. Každý atom má elektrony, které obíhají kolem jádra. Na rozdíl od běžných atomů jsou dráhy elektronů železa a jiných magnetických atomů do určité míry srovnané. Naproti tomu jsou dráhy elektronů běžných atomů dokonalé kulové plochy. Běžné atomy rovněž vyvolávají magnetické pole. Nejsou však vyrovnané a tak se pole vyruší.

Elektrická pole jsou v našem každodenním světě rovněž běžná, ale efekt který vyvolávají je nepatrný. Během zimy na severní polokouli klesá vlhkost v našich domech a výboj statické elektřiny nás občas vyděsí, když sáhneme na kovovou kliku u dveří. Stejně jako magnet, může statická elektřina pohybovat lehoučkými předměty na krátkou vzdálenost. Může "slepit" dva nevodivé předměty, nebo je naopak odpuzovat. Na rozdíl od magnetů musejí být předměty na které působí statické elektrické pole lehké jako pírko, prach nebo vlas. Pokud se přitahují dva kusy látky k sobě, jsou nabity každý opačným nábojem. Naproti tomu pokud budete třít srst vaší kočky, může se stát, že se srst sama naježí. Je to tím, že se konce chlupů navzájem odpuzují neboť jsou nabity stejně. Stačí však trocha vlhkosti a jev zmizí. Jelikož musejí být předměty na které tyto síly působí velmi lehké, jeví se statická elektřina jako bezvýznamná. Jak pro elektrické, tak pro magnetické pole platí, že působí jenom na malou vzdálenost.

Co to je elektřina?

Elektřina je tvořena elektrony protékajícími skrz vodivý materiál. Někteří fyzikové teď možná vyskočí a začnou nás poučovat o dírách pohybujících se v polovodiči typu P, nebo chemických iontech migrujících v elektrolytickém roztoku. Jenže, alespoň pro tuto chvíli, zapomeňme na výjimky. Je mnohem snazší představit si tok proudu jako elektrony.

Elektrony jsou druhem "náboje". Nábojem je míněn nadbytek nebo nedostatek elektronů, který vytvoří elektrické pole. Když je náboj soustředěn na jednom místě, vyvolává to elektrické pole ve vztahu k blízkým objektům, které mají opačný náboj, nebo mají jenom menší množství stejného náboje. Pokud je mezi dvěma objekty vytvořena vodivá cesta, elektrické pole se změní na napětí. Napětí je síla, která tlačí proud tekoucí od jednoho objektu ke druhému, dokud se náboje nevyrovnají.

Elektrony mají negativní (záporný) náboj. Slovo "negativní" je dohodnuté. Je to prostě slovo a klidně bychom mohli říkat "George", nebo "Napolean". Opak negativního náboje se objeví, pokud má objekt nedostatek elektronů a potřebuje je doplnit. O objektu, který má nedostatek elektronů říkáme, že má "kladný náboj" (positive). Pokud elektronům umožníme cestovat, budou se pohybovat z negativně nabité oblasti do pozitivně nabité oblasti rychlostí světla (téměř).

Obvykle však uvažujeme "kladný proud" tekoucí od kladného náboje k zápornému. Jinými slovy, směr kladného proudu je přesně opačný než tok elektronů.

elektrony v materiálech

Kovové vodiče

Materiály, které dovolí elektronům cestovat se nazývají "elektrické vodiče". Elektrické vodiče jsou obvykle kovy. Pokud si vzpomeneš na školní chemii, kovy jsou na levé straně periodické tabulky. Kovy mají vnější elektronový obal s jedním, dvěma, třemi, nebo čtyřmi elektrony. Jak si možná pamatuješ, potřebuje většina prvků na vytvoření stabilního elektronového obalu 8 elektronů. Vnější elektrony obíhající v kovech nejsou pevně vázány na jeden atom a mohou být snadno odlákány. V kusu kovu se vnější elektrony potulují od svého domácího atomu k sousedním atomům. Tyto vandrující elektrony tvoří elektrický proud.

Například měď (angl. copper) má pouze jeden vnější elektron. Když zvážíme cenu, váhu, vodivost, tvárnost a korozivní vlastnosti, je měď nejdostupnější materiál pro výrobu drátů.

Izolanty

Elektronové obaly atomů na pravé straně periodické tabulky jsou naplněny osmi elektrony, a nebo jsou téměř naplněny pěti, šesti, nebo sedmi elektrony. Tyto atomy nemají volné elektrony, ale snadno přijímají volné elektrony na doplnění jejich obalu. Tímto způsobem izolanty sbírají volné elektrony z oběhu a tak zabraňují průtoku proudu. Jsou to prvky jako třeba inertní plyny, a materiály jako síra nebo fosfor, což jsou extrémně špatné vodiče. Ne-vodiče nazýváme izolanty a jsou také zásadně důležité v elektronických obvodech z důvodu abychom udrželi elektrické proudy na předpokládaných trasách.

Například síra (angl. sulfur), což je typický izolant, má šest vnějších elektronů. Všechny lehčí prvky se sedmi, nebo osmi vnějšími elektrony jsou plyny. V praxi používané izolanty jsou obvykle složené ze dvou nebo více atomů se čtyřmi nebo více vnějšími elektrony. Například známý kysličník křemičitý (SiO2) je složen z křemíku se čtyřmi a kyslíku se šesti vnějšími elektrony .

Polovodiče

Napravo od středu periodické tabulky jsou polovodiče. Polovodiče, jako například křemík (silicon), germanium a uhlík (carbon) mají mocenství čtyři. To znamená, že mají polostabilní elektronový obal. Pokud použijeme dostatečné napětí, elektrony mohou být donuceny opustit atom polovodiče a polovodič se může chovat jako vodič. Nebo pokud chybějící čtyři elektrony atomu nějak doplníme, může z toho být dočasný izolátor. Toto rozporuplné chování polovodičů využíváme na vytvoření spínačů a diod které mohou být sepnuty, nebo rozepnuty. Navíc kombinace různých polovodičových prvků mají další překvapivé vlastnosti. Křemíkové solární články přeměňují sluneční světlo na elektřinu, světlo emitující diody mění elektřinu na světlo. Další druhy jednoduchých polovodičových součástek detekují magnetická pole, gamma radiaci, regulují napětí, nebo slouží jako samoresetovací pojistka. Snad není potřeba připomínat, že v každém počítači, nebo displeji jsou na čipech složitá maticová pole z polovodičů.

Běžný amorfní uhlík, jako třeba dřevěné uhlí je mizerný vodič a nikoliv polovodič. Pokud však vyrobíme krystalický grafit stane se z něj polovodič. Bohužel, grafit je příliš teplotně závislý na to aby se z něj mohly dělat tranzistory. Směs křemíku a uhlíku se úspěšně používá v modrých LED (Light Emitting Diode - světlo emitující dioda). Teoreticky by uhlík ve formě diamantu měl být vynikající polovodič. Prakticky s tím jsou velké problémy a zatím se to nedaří.

Některé polovodiče jsou vytvořeny kombinací lehkých prvků s mocností 3 a 5 jenž dá průměrnou mocnost okolo 4. Například všechny LED diody jsou vyrobeny těmito kombinacemi a používá se v nich široká škála prvků. Jen pár příkladů: silicon-carbide, indium-phosphide, gallium-aluminium-arsenide nebo aluminium-indium-gallium-phosphide. Díky tomu emitují červené, zelené, žluté, modré a dokonce i infračervené světlo.

Prvky s vysokými atomovými hmotnostmi jsou špatné polovodiče a izolanty. Krásně uspořádané vztahy vlastností prvků se hroutí ve spodní části periodické tabulky. Těžké prvky, jako olovo a cín mají ve vnějším obalu čtyři elektrony. Jejich umístění v tabulce naznačuje, že by to měly být polovodiče. Jenže pokud chemicky reagují ztrácejí obvykle pouze 2 elektrony a nikoli 4. Jsou to dobré elektrické vodiče a jejich fyzikální vlastnosti spíše připomínají zinek, nebo měď spíše než uhlík, nebo křemík.

Arzén, antimon a vizmut by měly být izolanty, jelikož mají ve svých vnějších obalech 5 elektronů. Jak však atomová hmotnost roste, prvky vypadají a chovají se stále méně jako typické izolanty ale stále víc a víc jako těžké kovy. Vizmut je dobrý elektrický vodič, který se velmi podobá olovu. Objeven byl v roce 1735, do té doby byl zaměňován s olovem. Všechny prvky, které jsou těžší než inertní plyn radon jsou vodivé kovy, nezávisle na jejich vnějších elektronových obalech.

Obvodové smyčky

proud smyčkou
Každý elektrický obvod je úplná smyčka. Elektrony musejí protékat v uzavřeném kruhu, jinak to nebude fungovat. Napětí, to je ta síla, která tlačí elektrony aby se v obvodu pohybovaly. Ale napětí samo o sobě nezmůže nic. Něco se může dít pouze v tom případě, když napětí může tlačit elektrony skrz uzavřený obvod. Co se stane když vyšroubujeme svítící žárovku ? Světlo zhasne, protože proud nemůže dále přes žárovku procházet. To je každému jasné. Všimni si, že proud nepřeskočí z kontaktů v žárovkové patici ven do místnosti. Přitom mezi kontakty v patici je pořád dostatečné napětí. Mohl bys strčit do patice prst, aby sis to ověřil, ale při napětí, které je v domovním rozvodu to není zrovna dobrý nápad.

Napětí (Voltage) = Elektrický Tlak

Napětí, elektrický tlak, měříme ve VOLTECH. (Alessandro Volta) Jak víš, běžná baterie do baterky má okolo 1,5 voltu elektrického tlaku. Rozvod v domě má 120 voltů (v USA). Také jistě víš, že manipulace s 1,5 volty je pro člověka bezpečná, zatímco stokrát vyšší napětí je nebezpečné. Strkat prsty do žárovkové patice by mohlo být smrtelné. Pokud je napětí dostatečně vysoké, může vzduchem protlačit elektrický oblouk. Na to je potřeba přibližně 30 000 voltů na vzdušnou vzdálenost jednoho palce (asi 2,5cm). Jestli tě to zajímá, můžeš si spočítat, jaké napětí je potřeba na průměrný blesk během bouřky. Tip: Bude to opravdu vysoké číslo.

Proud (Current) = Tok elektrického náboje.

Proud bychom mohli měřit na základě počtu elektronů, které projdou obvodem za sekundu, ale to by bylo poněkud těžkopádné. Proto je proud měřen v AMPÉRECH (André-Marie Ampère). Ampér je definován jako náboj jednoho COULOMBU, který projde drátem za jednu sekundu. COULOMB odpovídá 6,242 miliard-miliard elektronů. Celkem dost. Proto používejme ampéry. V amatérském rádiu je použití proudů větších než ampér běžné pouze ve vysílačích. Proudy dodávané 12-ti voltovým zdrojem obvykle dosahují hodnoty maximálně jednotek ampér. Avšak většina obvodů v amatérských přijímačích a při dalším zpracování signálů zachází s proudy, které měříme v miliampérech a mikroampérech.

1 miliampér = 1/1000 z ampéru (jedna tisícina), nebo také 10-3 (čti deset na mínus třetí)

1 mikroampér = 1/1 000 000 z ampéru (jedna miliontina), nebo také 10-6 (čti deset na mínus šestou)

kytka
Mnoho lidí má problém srovnat si v hlavě, jak to s tím napětím a proudem vlastně je. Pro průměrného člověka je elektrika prostě to co kope. Možná by jim následující výklad mohl pomoci. Napětí můžeme přirovnat k tlaku vody, zatímco elektrický proud je ta voda. Jednoduchý způsob, jak si to pamatovat je, že tlakem nelze zalít kytku. Nebo jinak, ačkoli je v nádrži dostatek vody, je tlak potřeba aby protlačil vodu skrz hadici ke kytce.
koloběh vody
Voda která padá v podobě deště a stéká z hor do řek vytváří koloběh, který je přirovnáním k uzavřenému elektrickému obvodu (smyčce). Působením slunce se voda z oceánů odpařuje, stoupá nad hory a zde opět padá coby déšť. Jinými slovy, sluneční energie je ta "baterie", která udržuje cyklus v chodu. Stoupání vody do výšky v podobě páry opravdu doslova zvyšuje potenciální (polohovou) energii vody. Déšť napájí horské potoky a řeky, které mohou téci skrz přehrady na cestě zpět do oceánu. Padající voda přenáší svou gravitační energii na mlýnské kolo na přehradě, čímž dělá užitečnou práci. Gravitace (zemská přitažlivost) poskytuje vodě tlak.
solární článek
Solární článek je zařízení, které je elektrickým ekvivalentem získání energie ze slunce, podobně jako zvýšení potenciální energie vody odpařováním. Sluneční záření poskytne energii, která elektrony v solárním článku "postrčí" do vyšší energetické hladiny. Reálný solární článek produkuje napětí 0,6 voltu. Abychom tedy mohli nabíjet 12 volt baterii, musíme zapojit do série alespoň 20 článků.

Výkon (Power) = rychlost vykonávání práce

Rychlost, jakou vodní kolo dělá svoji práci je jeho výkon. Výkon je definován jako energie vytvořená nebo spotřebovaná za sekundu. V amatérských aplikacích je výkon obvykle měřen ve wattech (James Watt). Watt je definován jako energie v joulech za sekundu. Jouly se velmi zřídka využívají například při návrhu cívek, nebo při výpočtu, jak velký budeme potřebovat kondenzátor. Ty je však nebudeš potřebovat příliš často, a ani s nimi nebudeme pracovat v této knize.

Množství energie, kterou můžeme získat z padající vody, závisí přímo úměrně na množství vody a výšce, z jaké padá. Pokud se podíváš na vodní kolo na obrázku, vidíš, že voda tlačí pouze do horní poloviny kola. Zbytek její dráhy je nevyužit - tak jak je to nakresleno to není příliš účinné.

Výkon = Výška pádu (tlak vody) x množství padající vody (proud)

Vyjádřeno v elektrických veličinách je to stejné:

Výkon = Napětí (elektrický tlak) x Proud (elektrony vykonávající práci)

P = U x I

Kde "I" je elektrický proud. "I" je písmeno které v elektrotechnice reprezentuje proud. Ne, nevím proč. Možná proto, že "C" se obvykle používá pro elektrickou kapacitu, nebo rychlost světla.

[ poznámka: V angličtině je proud "Current", proto autor přidal tento odstavec výše, neboť má asi pocit, že by se proud měl logicky značit "C". V češtině je nám to jedno, protože písmena obvykle nemají nic společného s názvy veličin, které označují. Výkon se značí "P" podle slova Power. Navíc v anglických textech je většinou napětí značeno "V" - od slova Voltage = napětí, zatímco my ho, nevím proč, značíme "U" ].

koňská síla
Abychom si watty převedli do známých pojmů, výkon byl původně měřen jednotkou koňské síly. Koně byly kdysi využívány například u důlních výtahů k vyvážení uhlí, nebo rud. Tažením přes kladku důlního výtahu zvedl průměrný kůň náklad o váze 550 liber o jednu stopu za jednu sekundu. To bylo definováno jako jedna koňská síla (horse power = HP). Z toho lze odvodit že:

746 wattů = 1 koňská síla = 550 liber zvednutých o jednu stopu za každou sekundu

Odpor (Resistance)

Ve vodním koloběhu na obrázku nahoře prší v horách a voda musí podstoupit dlouhou mnohadenní cestu zpátky do moře.Tato dlouhá cesta je analogií velkému elektrickému odporu (resistance). Naproti tomu pokud prší přímo do moře, cesta trvá pouze jednu nebo dvě minuty. Tato krátká cesta je analogií nízkému elektrickému odporu.
nádrž - baterie
Dobrým příkladem pro elektrický odpor mohou být tenké, nebo tlusté trubky na vodu. Představ si velkou nádrž na vodu, ve které jsou náhle proraženy malé dírky velikosti kulky, a velké díry velikosti melounu. Samozřejmě že voda z nádrže rychle ubývá, zvláště těmi velkými dírami. Rychlost, jakou voda vytéká závisí na velikosti díry a tlaku vody. Tlak vody je mnohem vyšší u dna než u hladiny. Tím pádem voda, která vytéká z díry u dna stříká pod značným tlakem, zatímco z díry u hladiny zvolna vytéká.

Ohmův zákon

Napětí je analogií k tlaku vody a proud je analogií k proudu vody. Odpor měříme v ohmech. Jednotka "ohm" byla pojmenována po vědci jménem Georg Simon Ohm. Vztah mezi těmito veličinami je popsán fyzikálním zákonem pana Ohma, který říká, že jeden volt vyvolá proud jednoho ampéru skrz odpor jednoho ohmu.

Napětí = (proud) x (odpor)

V elektrotechnických vzorcích je napětí značeno U, odpor R a proud I, takže Ohmův zákon se zapíše:

U = I x R

Pokud známe kterékoliv dvě z těchto tří hodnot, můžeme si chybějící hodnotu vypočítat jednoduchou algebrou. Základními úpravami vzorce dostaneme:

U = I x R           nebo         I = U / R             nebo           R = U / I

Omlouvám se za matematiku, ale tomuto vztahu se nevyhne nikdo, kdo se chce zabývat elektrotechnikou.

Jeden příklad:
Víme, že napětí v domovní síti je 120 voltů (v USA). Předpokládejme, že jsi změřil proud, který teče žárovkou 100 wattů, a naměřil jsi 0,833 ampérů. Jaký je odpor žárovky ?

		120 voltů = (0,833 ampérů) x Odpor
		Odpor = Napětí / Proud
		Odpor = 120 voltů / 0,833 ampérů = 144 ohmů

Jako symbol pro ohmy se obvykle používá velké řecké písmeno Omega - Ω. Například 144 ohmů zapíšeme jako "144Ω"

Odpory v sérii

Pokud musí proud protékat dvěma, nebo více odpory v sérii, je celkový odpor roven součtu všech těchto odporů. Například dvě stowattové žárovky v sérii budou představovat dvojnásobný odpor oproti jedné:

Napětí = 120 voltů = 0,417 ampérů x (144 ohmů + 144 ohmů)

Jelikož musí proud procházet přes dvakrát více překážek, bude velikost proudu poloviční a žárovky budou svítit méně, pokud vůbec.

Napěťový dělič vytvořený z odporů

Odpory se běžně používají na snížení stejnosměrného (DC), nebo střídavého (AC) napětí. Dva odpory v sérii vytvoří dělič napětí. Je to analogie s potenciální energií dešťové vody, která je na poloviční cestě zpět do oceánu. V příkladu s žárovkami v předchozím odstavci bude napětí na jedné žárovce polovina celkového napětí. Jinými slovy, napětí bude sníženo na 60 voltů (AC). Ve stejnosměrných elektronických obvodech je běžné, že musíme snížit napětí třeba pro předpětí tranzistoru, nebo z jiného důvodu. Čím větší proud potřebujeme na výstupu, tím nižší hodnoty odporů musíme použít.

V příkladě níže je střídavé napětí 10 voltů sníženo na 5 voltů. Ten samý odporový dělič napětí by stejně dobře fungoval na dělení 10 voltů stejnosměrných. Brzy uvidíš, že existuje ještě jiný způsob, jak vyrobit dělič střídavého napětí, a pak ti bude jasné, proč jsme v příkladu použili tak podivné hodnoty - 530 ohmů.

dělič napětí z odporů

Odpory zapojené paralelně

Pokud budou dva stejné odpory zapojeny paralelně, bude jejich výsledný odpor z pohledu napěťového zdroje poloviční oproti situaci s jedním odporem. To způsobí zdvojnásobení procházejícího proudu. V případě žárovek - pokud jich zapojíš dvakrát více, procházející proud se zdvojnásobí, všechny žárovky budou svítit stejně a tobě se zdvojnásobí účet za elektřinu.

Pokud mají paralelně zapojené odpory stejnou hodnotu, je zřejmé, že bude oběma protékat stejný proud. Pokud však bude každý jiný musíme výslednou hodnotu odporu spočítat touto rovnicí:

Výsledný odpor = 1 / (1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + .... atd.)

Výsledný odpor je převrácenou hodnotou součtu převrácených hodnot jednotlivých odporů.

Pokud použijeme pouze dva odpory, vzorec se nám trošku zjednoduší:

Výsledný odpor = R1 x R2 / (R1 + R2)

Příklad:
Máme 50 watt žárovku, která má odpor 288 ohmů zapojenou paralelně se 100 wattů žárovkou, která má 144 ohmů. jejich výsledný odpor bude:

Výsledný odpor = (228 ohmů x 144 ohmů) / (228 ohmů + 144 ohmů) = 96 ohmů

Baterie

Baterie jsou analogií k nádrži s vodou. Opravdu veliké baterie, dejme tomu jednotlivé články z baterie v ponorce, mohou mít obrovskou kapacitu, a mohou být schopny dodávat stovky ampér po dobu několika hodin. Ovšem navzdory jejich obrovským rozměrům jsou schopny poskytnout pouze 2 volty elektrického tlaku. V ponorce musí být sto nebo více těchto obrovských článků v sérii, aby byly schopny dodat 200 voltů pro elektrické motory. Pokud bychom to přirovnali k nádrži s vodou, byla by to veliká nádrž na mytí dobytka dejme tomu 20 stop široká, ale pouze jednu stopu hluboká.

Baterie v autě je pravděpodobně největší baterie, jakou kdy většina lidí viděla. Uvědom si, že aby byla schopna nastartovat auto v chladném ránu, musí dodat stovky ampér po dobu několika sekund. Proto jsou tam ty TLUSTÉ měděné kabely. Jsou to ty nejtlustší kabely pod kapotou. Pokud bys zkusil dát tam tenké drátky, tak by se během sekundy přetavily. Jak moc výkonu je potřeba, abychom v lednu nastartovali auto ?

Výkon = 12 voltů x 200 ampér = 2400 wattů

nebo,

Výkon = 2400 wattů / 746 wattů/hp = 3,2 Hp (koňské síly)

Naproti tomu běžná alkalická baterie do tranzistoráku má šest 1,5 voltových článků v sérii, což dělá dohromady 9 voltů. Každý článek je schopen dodat pouze asi 1/2 ampéru (550 miliampérů) po dobu jedné hodiny. Z pohledu výkonu jsou to pouze 4,5 watty.

Výkon = 9 voltů x 0,55 ampéru = 4,5 wattů

Všimni si, že malá baterie s několika články v sérii je obdobou vysoké nádrže na vodu s malým objemem. Představ si například čerpadlo, umístěné na dně studny, která je 100 stop hluboká. Trubky mohou mít průměr pouze jeden palec. Tím pádem bude 100 stop dlouhá trubka obsahovat pouze pár galonů vody, ale tlak na spodním konci bude obrovský - 123 liber na čtvereční palec. V městském vodovodním systému je voda připravena v obrovských nádržích na vysokých věžích, aby byl k dispozici jak velký tlak, tak dostatečné množství vody.

Elektrické dráty můžeme přirovnat k dírám proraženým v nádrži. Tenké drátky mají větší elektrický odpor než tlusté dráty vyrobené ze stejného materiálu. U kovů jako měď, nebo stříbro, které mají malý odpor není tento rozdíl na první pohled evidentní. Ale u vodičů z materiálu jako třeba uhlík bude mít tlustá tyčinka mnohem menší odpor, než tenké uhlíkové vlákno, jako například to, které použil Edison ve své první komerčně vyráběné žárovce.

Elektrický výkon.

Jaký je výkon spotřebovaný žárovkou? Nebo známějším termínem - kolik má žárovka wattů ?

Výkon = Napětí x Proud
P = U x I
Výkon = (120 voltů) x (0,8333 ampérů) = 100 wattů

Jiný způsob, jak vypočítat výkon se hodí, pokud neznáme napětí:

Dosazením za napětí do vzorce výše:

Výkon = (Proud x Odpor) x Proud
P = (I x R) x I
P = I2 x R

A nebo pokud známe pouze napětí a odpor:

Výkon = Napětí x (Napětí / Odpor)
P = U x (U / R)
P = U2 / R




Kondenzátory

Zde bude snad zanedlouho pokračování...



   | Celý článek |      e-mailtisk clánku
 

Zpět (klikni)

O   Novinky
24.11.2017:
Update na webu DXFC
Dneska jsem updatoval info na webu DXFC

24.11.2017:
Update fotoalba
Do fotoalba jsem přidal fotky z letošní dovolené v Tureckém Oludeniz.

23.09.2016:
Finální výsledky RSGB IOTA Contestu 2016
Pořadatel IOTA contestu zveřejnil výsledky letošního kola závodu.

11.08.2016:
Výsledky MMC HF 2016
Pořadatel závodu Marconi Memorial Contest HF vydal konečné výsledky letošního (2016) kola závodu. K dispozici jsou rovněž přijaté deníky a statistiky.

13.02.2016:
Tesla HF CW Contest
Pořadatel zveřejnil oficiální výsledky loňského ročníku Tesla HF CW Contestu (Tesla memorial HF)

O   kalendář
<<  Duben  >>
PoÚtStČtSoNe
       1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30       

O   Statistika
Návštěvy od 18.5.2015


Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.