პირველი ელექტრონული წრედისთვის ოთხი რამ გჭირდებათ: 9-ვოლტიანი ბატარეა, LED (შუქდიოდი), 470-ომიანი რეზისტორი და სამონტაჟო დაფა (breadboard) რამდენიმე სადენით. ბატარეის პლიუსი რეზისტორზე გადის, რეზისტორი LED-ის გრძელ ფეხზე, LED-ის მოკლე ფეხი კი მინუსზე ბრუნდება. დარჩილვა არ სჭირდება და LED-ს 10–15 წუთში აანთებთ.
სამონტაჟო დაფა (breadboard) ელექტრონიკის „ლეგოა“: დეტალებს ხვრელებში არჭობთ, შეცდომას წამებში ასწორებთ და იგივე დეტალებს ახალ სქემაში იყენებთ. ქვემოთ ჯერ ავხსნით, როგორ არის დაფა შიგნით შეერთებული (ეს დამწყებთა შეცდომების ნახევარს აგაცილებთ), მერე კი ოთხ წრედს ავაწყობთ: უბრალო LED-ს, ღილაკს, სიკაშკაშის რეგულატორს და ღამის სანათს, რომელიც სიბნელეში თავად ინთება.
რა არის breadboard და როგორ არის შიგნით შეერთებული
Breadboard პლასტმასის დაფაა, რომლის ხვრელების ქვეშ ლითონის ზამბარიანი ფირფიტებია. ერთ ფირფიტაზე მოხვედრილი ყველა ხვრელი ელექტრულად შეერთებულია. სახელი ძველი დროიდან მოდის, როცა სქემებს პურის საჭრელ ხის დაფაზე ლურსმნებით ამაგრებდნენ.
დაფას სამი ზონა აქვს:
- სამუშაო რიგები. ყოველი რიგი შუა ღარით ორადაა გაყოფილი. ხუთი ხვრელი (a–e) ერთმანეთთანაა შეერთებული, მეორე ხუთი (f–j) ცალკე. ერთ ხუთეულში ჩარჭობილი ორი ფეხი ერთ წერტილადაა შეერთებული.
- შუა ღარი. ის ორ მხარეს ერთმანეთისგან აცალკევებს. მასზე „გადაჭიმავთ“ ღილაკებს და მიკროსქემებს, რომ მათი ფეხები ერთმანეთს არ შეუერთდეს.
- კვების ზოლები. კიდეებზე გაყოლებული გრძელი რიგებია, წითელი ხაზით (+) და ლურჯით ან შავით (−). ზოლი მთელ სიგრძეზეა შეერთებული, მაგრამ დაფის ორი მხარის ზოლები ერთმანეთთან შეერთებული არ არის. ზოგ დიდ დაფაზე ზოლი შუაშიც გაწყვეტილია.
ხვრელებს შორის მანძილი 2,54 მმ-ია (0,1 დიუმი), ზუსტად იმდენი, რამდენიც სტანდარტული დეტალების ფეხებს შორის. დასაწყებად საკმარისია 400-წერტილიანი („ნახევარი ზომის“) დაფა.
| ზონა | რა არის შეერთებული | რისთვის გამოიყენება |
|---|---|---|
| სამუშაო რიგი | 5 ხვრელი ერთ მხარეს | დეტალების ერთმანეთთან შეერთება |
| შუა ღარი | არაფერი, ყოფს მხარეებს | ღილაკები და მიკროსქემები |
| კვების ზოლი | მთელი სიგრძე | + და − ყველა დეტალისთვის |
რა გჭირდებათ: ნაწილების სია
ოთხივე სქემისთვის ერთი პატარა ნაკრები გეყოფათ. ასეთი დეტალები Arduino-ს ნებისმიერ სტარტერ ნაკრებშია.
| ნაწილი | რაოდენობა | შენიშვნა |
|---|---|---|
| breadboard | 1 | 400- ან 830-წერტილიანი |
| 9 V ბატარეა და მისაერთებელი („კრონა“) | 1 | ან 4 × AA ელემენტის კოლოფი |
| LED, 5 მმ | 2–3 | წითელი ყველაზე მარტივია |
| რეზისტორები | 470 Ω, 100 kΩ | 5 V-ზე 470 Ω-ის ნაცვლად 220 Ω |
| ღილაკი, 6 × 6 მმ | 1 | ოთხფეხა |
| პოტენციომეტრი | 1 | 10 kΩ |
| ფოტორეზისტორი (LDR) | 1 | მაგალითად GL5528 |
| ტრანზისტორი NPN | 1 | BC547 ან მსგავსი |
| შემაერთებელი სადენები (jumper wires) | 10–15 | „მამრი-მამრი“ |
რატომ 470 Ω? წითელ LED-ზე დაახლოებით 2 V ეცემა, დარჩენილ 7 V-ს რეზისტორი იღებს: 7 / 470 ≈ 0,015 A, ანუ 15 mA. ეს LED-ისთვის უსაფრთხო და კარგად ხილული დენია. გამოთვლის დეტალებს ნახავთ ჩვენს სტატიაში ომის კანონის შესახებ.
ჯერ ვირტუალურად: Tinkercad Circuits
თუ დეტალები ჯერ არ გაქვთ, ან უბრალოდ გინდათ, რომ არაფერი დაწვათ, ჯერ სქემა Tinkercad Circuits-ში ააწყვეთ. ეს Autodesk-ის უფასო ხელსაწყოა, ბრაუზერში მუშაობს და აქვს ვირტუალური breadboard, ბატარეები, LED-ები, რეზისტორები, ღილაკები და Arduino Uno-ც. ააწყობთ, დააჭერთ „Start Simulation“-ს და ნახავთ, აინთება თუ არა LED.
ეს კარგი ჩვევაა ბავშვებისთვისაც და უფროსებისთვისაც: ვირტუალური შეცდომა არაფერი ღირს, ხოლო როცა სქემა ეკრანზე მუშაობს, მაგიდაზე აწყობა ბევრად სწრაფია. ლაბში ჩვენც ასე ვიწყებთ: ჯერ Tinkercad, მერე ნამდვილი დეტალები.
წრედი 1: LED-ის ჩართვა რეზისტორით
ეს არის „გამარჯობა, სამყარო“ ელექტრონიკაში. ბატარეა ბოლოს მიაერთეთ, როცა ყველაფერი უკვე დაფაზე დგას.
- ბატარეის მისაერთებლის წითელი სადენი ჩაარჭვეთ პლიუს (+) ზოლში, შავი მინუს (−) ზოლში.
- LED-ი ჩაარჭვეთ ორ სხვადასხვა რიგში, მაგალითად 10-სა და 11-ში. გრძელი ფეხი (ანოდი, +) მე-10 რიგშია.
- 470 Ω რეზისტორის ერთი ფეხი ჩაარჭვეთ პლიუს ზოლში, მეორე მე-10 რიგში, LED-ის გრძელი ფეხის გვერდით.
- სადენით შეაერთეთ მე-11 რიგი (LED-ის მოკლე ფეხი, კათოდი) მინუს ზოლთან.
- მიაერთეთ ბატარეა. LED-მა უნდა აინთოს.
რეზისტორი შეიძლება LED-ის რომელიმე მხარეს იდგეს, მთავარია, წრედში მიმდევრობით იყოს. თუ მულტიმეტრი გაქვთ, დენი გაზომეთ: წრედი გაწყვიტეთ და ხელსაწყო მიმდევრობით ჩართეთ. 14–15 mA უნდა აჩვენოს.
წრედი 2: LED-ი ღილაკით
ახლა წრედი ხელით ჩავკეტოთ და გავხსნათ. ოთხფეხა ღილაკში ფეხები შიგნით წყვილებადაა შეერთებული და დაჭერისას ერთი წყვილი მეორეს უერთდება.
- ღილაკი შუა ღარზე გადაჭიმეთ: ორი ფეხი ერთ მხარეს, ორი მეორეზე.
- პლიუს ზოლიდან სადენი მიიტანეთ ღილაკის ერთ ფეხამდე.
- ღილაკის დიაგონალურად მოპირდაპირე ფეხიდან გააგრძელეთ წრედი: რეზისტორი, LED, მინუსი, როგორც პირველ სქემაში.
- დააჭირეთ: LED აინთება; ხელს აუშვებთ და ჩაქრება.
დიაგონალური ფეხების წესი ყველაზე სანდოა: ისინი ყოველთვის სხვადასხვა წყვილს ეკუთვნის, ამიტომ ღილაკი სწორად იმუშავებს, როგორც არ უნდა იყოს შემობრუნებული.
წრედი 3: სიკაშკაშის რეგულატორი პოტენციომეტრით
პოტენციომეტრი ცვლადი რეზისტორია: სახელურის ტრიალით წინაღობა ნულიდან 10 kΩ-მდე იცვლება. გამოვიყენებთ შუა ფეხს და ერთ კიდურას.
- პოტენციომეტრის ერთი კიდურა ფეხი პლიუს ზოლთან შეაერთეთ, შუა ფეხი კი ცალკე რიგში დატოვეთ.
- შუა ფეხის რიგიდან 470 Ω რეზისტორი გააგრძელეთ LED-ის გრძელ ფეხამდე.
- LED-ის მოკლე ფეხი მინუს ზოლთან შეაერთეთ.
- ატრიალეთ სახელური: LED ნელ-ნელა მკრთალდება ან კაშკაშდება.
470 Ω აქ დაცვაა: როცა პოტენციომეტრი ნულზეა, დენს მაინც რეზისტორი ზღუდავს (დაახლოებით 15 mA). როცა ბოლომდეა მოტრიალებული, წინაღობა დაახლოებით 10 470 Ω-ია და დენი (9 − 2) / 10 470 ≈ 0,7 mA, LED თითქმის ჩამქრალია. დაცვის რეზისტორის გარეშე სახელურის ერთი მობრუნება LED-ს გააფუჭებს.
წრედი 4: ღამის სანათი ფოტორეზისტორით
ეს უკვე ნამდვილი „ჭკვიანი“ მოწყობილობაა: LED-ი სინათლეზე ჩამქრალია და სიბნელეში თავად ინთება. ფოტორეზისტორის (LDR) წინაღობა სინათლეზე მცირეა (რამდენიმე კილოომი), სიბნელეში კი ასობით კილოომამდე იზრდება. ტრანზისტორი აქ ავტომატური ჩამრთველია.
BC547-ის ფეხები ასე იცანით: ბრტყელი მხარე თქვენკენ, ფეხები ქვემოთ, მარცხნიდან მარჯვნივ კოლექტორი (C), ბაზა (B) და ემიტერი (E). სხვა ტრანზისტორებს (მაგალითად 2N3904-ს) სხვა რიგი აქვს, ამიტომ თქვენი მოდელის datasheet შეამოწმეთ.
- ტრანზისტორი ჩაარჭვეთ სამ სხვადასხვა რიგში.
- 100 kΩ რეზისტორი შეაერთეთ პლიუს ზოლსა და ბაზის რიგს შორის.
- ფოტორეზისტორი შეაერთეთ ბაზის რიგსა და მინუს ზოლს შორის.
- ემიტერი სადენით მინუს ზოლთან შეაერთეთ.
- პლიუს ზოლიდან 470 Ω რეზისტორი მიიტანეთ LED-ის გრძელ ფეხამდე, LED-ის მოკლე ფეხი კი კოლექტორის რიგში ჩაარჭვეთ.
- მიაერთეთ ბატარეა და ფოტორეზისტორს ხელი დააფარეთ: LED-მა უნდა აინთოს.
როგორ მუშაობს: 100 kΩ და ფოტორეზისტორი ძაბვის გამყოფს ქმნის. სინათლეზე LDR-ის წინაღობა მცირეა, ბაზაზე ძაბვა 0,7 V-ზე დაბალია და ტრანზისტორი დაკეტილია. სიბნელეში LDR-ის წინაღობა იზრდება, ბაზაზე ძაბვა მაღლა იწევს, ტრანზისტორი იღება და LED-ში დენი გადის. თუ LED ოთახის სინათლეზეც ანთია, 100 kΩ შეცვალეთ 220 kΩ-ით (აინთება მხოლოდ უფრო ბნელში). თუ საერთოდ არ აინთება, სცადეთ 47 kΩ.
ყოველი სქემა ფერების ერთი წესით ააწყვეთ: წითელი სადენი მხოლოდ პლიუსისთვის, შავი ან ლურჯი მხოლოდ მინუსისთვის. შეცდომის ძებნა ორჯერ უფრო სწრაფი ხდება. ბატარეა კი ყოველთვის ბოლოს მიაერთეთ და სქემის შეცვლამდე გამოაერთეთ.
ხშირი შეცდომები: რატომ არ ანთია LED
თითქმის ყველა „არ მუშაობს“ ქვემოთ ჩამოთვლილ რამდენიმე მიზეზზე მოდის. შეამოწმეთ თანმიმდევრობით.
| რას ხედავთ | სავარაუდო მიზეზი | როგორ გავასწოროთ |
|---|---|---|
| LED საერთოდ არ ანთია | LED შებრუნებულია | გრძელი ფეხი პლიუსისკენ |
| LED არ ანთია, თუმცა სქემა სწორი ჩანს | LED-ის ორივე ფეხი ერთ რიგშია | ფეხები სხვადასხვა რიგში ჩაარჭვეთ |
| სქემა დაფის მეორე ნახევარზე არ მუშაობს | კვების ზოლი შუაშია გაწყვეტილი | ზოლის ორი ნაწილი სადენით შეაერთეთ |
| ღილაკის დაუჭერლადაც ანთია | ღილაკი 90 გრადუსით არის შემობრუნებული | დიაგონალური ფეხები გამოიყენეთ |
| LED ძალიან მკრთალია | რეზისტორი ძალიან დიდია (მაგ. 47 kΩ) | რეზისტორი ზოლებით ან მულტიმეტრით შეამოწმეთ |
| ბატარეა ცხელდება | მოკლე ჩართვა: + და − პირდაპირ შეერთებულია | მაშინვე გამოაერთეთ და სადენები გადაამოწმეთ |
ბოლო სტრიქონი ყველაზე მნიშვნელოვანია. ბატარეა მოკლე ჩართვისას ცხელდება და შეიძლება დაზიანდეს, ამიტომ ახალი სქემა ჩართვამდე თვალით შეამოწმეთ. კიდევ ერთი მთავარი წესი: breadboard-ზე მხოლოდ ბატარეა ან USB. სახლის ელექტროქსელი (230 V) ექსპერიმენტებისთვის არ გამოიყენება.
რა არის შემდეგი ნაბიჯი: Arduino და კოდი
ოთხივე სქემა თუ ამუშავეთ, ელექტრონიკის საფუძვლები უკვე გესმით: წრედი, პოლარობა, რეზისტორი, ძაბვის გამყოფი და ტრანზისტორი. შემდეგი ნაბიჯი მიკროკონტროლერია, რომელიც LED-ს თავად ჩართავს და გამორთავს. ჩვენს სახელმძღვანელოში Arduino დამწყებთათვის ზუსტად იმავე LED-ს Arduino-ზე მიაერთებთ და პირველ პროგრამას (Blink) დაწერთ.
თუ ბავშვისთვის ეძებთ სტრუქტურირებულ გზას, ნახეთ ჩვენი სტატია ელექტრონიკის კურსი ბავშვებისთვის. კურსზე „ელექტრონიკა და ჭკვიანი მოწყობილობები“ 10–13 წლის მოსწავლეები სწორედ ასეთი სქემებით იწყებენ: ჯერ Tinkercad Circuits-ში, მერე ნამდვილ Arduino-სა და სენსორებთან. კურსის ბოლოს თავიანთ ჭკვიან მოწყობილობას აწყობენ და ელექტრონიკის ნაკრები სახლში რჩებათ. 13–17 წლისთვის შემდეგი დონეც არსებობს: ორივე ნახეთ გვერდზე ელექტრონიკის და არდუინოს კურსები.
ხშირად დასმული კითხვები
რა არის breadboard და რისთვის გამოიყენება?
Breadboard, ანუ სამონტაჟო დაფა, ელექტრონული სქემების დროებით ასაწყობად გამოიყენება, დარჩილვის გარეშე. ხვრელების ქვეშ ლითონის ფირფიტებია, რომლებიც დეტალებს ერთმანეთთან აერთებს. სქემის შეცვლა წამებში შეიძლება, ამიტომ ის სწავლისა და პროტოტიპების საუკეთესო საშუალებაა.
რომელი რეზისტორი დავაყენო LED-თან?
9 ვოლტზე წითელ LED-ს 470 Ω სჭირდება, 5 ვოლტზე (USB ან Arduino) 220 Ω. ლურჯსა და თეთრს მეტი ძაბვა სჭირდება, ამიტომ 5 V-ზე 150 Ω საკმარისია. ზუსტი გამოთვლა: R = (წყაროს ძაბვა − LED-ის ძაბვა) / დენი.
როგორ გავიგო LED-ის პლიუსი და მინუსი?
ახალ LED-ს გრძელი ფეხი აქვს, ეს არის ანოდი (+). მოკლე ფეხი კათოდია (−) და ხშირად ამ მხარეს LED-ის ძირი ცოტა ბრტყელია. თუ ფეხები უკვე მოჭრილია, მულტიმეტრის დიოდის რეჟიმით შეამოწმეთ.
შეიძლება თუ არა breadboard-ის გამოყენება დარჩილვის გარეშე სამუდამოდ?
Breadboard დროებითი სქემებისთვისაა: დეტალები შეიძლება გამოვარდეს და კონტაქტი დროთა განმავლობაში სუსტდება. როცა სქემა საბოლოოა, მას პერფორირებულ დაფაზე (perfboard) ან ბეჭდურ დაფაზე (PCB) არჩილავენ. როგორ კეთდება ეს, ნახეთ ჩვენს სახელმძღვანელოში დარჩილვა დამწყებთათვის.
რა არის Tinkercad Circuits და უფასოა?
Tinkercad Circuits არის Autodesk-ის ონლაინ სიმულატორი, სადაც ბრაუზერში აწყობთ სქემებს breadboard-ით, LED-ებით და Arduino-თი და მაშინვე ამოწმებთ. ის უფასოა, საჭიროა მხოლოდ ანგარიში. დამწყებისთვის საუკეთესო ადგილია, რომ ნამდვილ დეტალებამდე შეცდომებზე ისწავლოს.
რამდენი წლიდან შეუძლია ბავშვს წრედების აწყობა?
ბატარეით და LED-ით მარტივი წრედის აწყობა 8–9 წლის ბავშვსაც შეუძლია უფროსის დახმარებით. ტრანზისტორიანი სქემები და Arduino უკეთ 10 წლიდან გამოდის, როცა ბავშვს რიცხვებთან მუშაობა და ინსტრუქციის ზუსტად მიყოლა შეუძლია.
თუ ფიქრობთ, რომ ბავშვს ელექტრონიკა მოეწონება, მაგრამ არ იცით, საიდან დაიწყოს, დაგვიკავშირდით უფასო კონსულტაციისთვის. ასაკისა და ინტერესის მიხედვით გირჩევთ შემდეგ ნაბიჯს.
წყაროები
- How to Use a Breadboard, SparkFun Learn
- Light-Emitting Diodes (LEDs), SparkFun Learn
- LED Series Resistor Calculator, Last Minute Engineers
- Night Light Circuit, Build Electronic Circuits
- BC548 (BC547 family pinout and ratings), Wikipedia
- How to Use a Multimeter, SparkFun Learn
