כל מה שרציתם לדעת על אלקטרוניקה והעזתם לשאול!

מטרת ת'ראד זה היא להוות מדריך בסיסי לתחום האלקטרוניקה למודר המתחיל, הבינוני ועם הזמן גם לקרוץ למשוגעים...

תוכלו למצוא כאן מדריך המסביר את חוקי החשמל הבסיסיים והסברים יחסית מפורטים באשר לדרך פעולתם והפעלתם של רכיבים פסיבים ואקטיבים באלקטרוניקה כולל מעגלי הדגמה המתאימים לנושא המודינג.

תיקונים אשמח לקבל בהודעות פרטיות - נא לא להוסיף אותם לת'ראד ההצעות שלכם.

אז בלי הארכות מיותרות ניגש לעבודה...

חלק א' - הגדרות בסיסיות וחוק אוהם :

חשמל - מסביבנו כל הזמן, כמעט בכל דבר בו אנו משתמשים - בואו ננסה להבין אותו קצת יותר - ממה הוא מורכב?

בדומה למים גם בהקשר של חשמל אנו משתמשים במילים זורם, זרם וכד' ואכן יש לא מעט דמיון בין זרימת מים לחשמל ולבעלי ההבנה הבסיסית בפיסיקה ובכבידה מביניכם יהיה קל להבין את העקרונות.

מתח : כמו שלמדנו כולנו בגיאוגרפיה מים זורמים תמיד ממקום גבוה לנמוך יותר - אותו עקרון חל גם בחשמל, אלקטרונים, שהם חלקיקים אטומים קטנים וטעונים שלילית נעים ממקום בעל פוטנציאל גבוה למקום בעל פוטנציאל נמוך. כאשר טיפות מים (שוות ערך לאלקטרונים באנלוגיה הנ"ל) נעות ביחד ממקום גבוה למקום נמוך אנו קוראים לזה זרם מים כאן נקרא לתנועת האלקטרונים מפוטנציאל גבוה לפוטנציאל נמוך זרם חשמל.

(הסבר מפורט יותר לגבי אופי פוטנציאלים ומשמעותם יתווסף בהמשך)

למעשה המתח הוא הרכיב אשר גורם לקיום הזרם ולכן הוא הרכיב הראשון אשר מעניין אותנו, ללא מקור מתח, לדוגמא - ספק המחשב, סוללה, תא פוטואלקטרי, חברת חשמל וכד' אין אלקטרוניקה

את גודל ההפרש בין הפוטנציאלים או במלים אחרות - גודל מקור המתח נמדוד ביחידה שנקראת וולט (לא לבלבל עם וואט - בהמשך) ותסומן באות V ובמקומות מסוימים בעולם תפגשו את הסימון U - שהוא פוטנציאל - לדוגמא ההפרש בין שני הפוטנציאלים שבקוטבי סוללת AA רגילה הוא בד"כ 1.5V

זרם : אם כך - תנועת האלקטרונים בין שני הפרשי פוטנציאלים (מקור מתח) נקראת הזרם, כאשר הפרש הגבהים בנהר יותר גדול הוא זורם יותר מהר, אותו דבר בחשמל - כאשר הפרש הפוטנציאלים גדול יותר הזרם חזק יותר. את הזרם נמדוד ביחידה שנקראת אמפר ותסומן באות A (שימו לב שמדובר כאן ביחידות בהן נמדד הזרם, בנוסחאות הוא יסומן באות I כשם שמהירות מסומנת בנוסחאת התנועה ע"י האות V אך נמדדת בישראל בקמ"ש - KPH).

התנגדות : האלקטרון הזורם במעגל מן הפוטנציאל הגבוה לפוטנציאל הנמוך דומה לטיפת מים הנעה עם הזרם במפל שלנו - לעתים יש סלעים בדרכה, מעברים צרים/רחבים, עצים שהתמוטטו, סכרים ואינספור מכשולים אחרים - כל מכשול שכזה משפיע על מהירות התנועה של אותה טיפה ולכן גם על עוצמתה (דמיינו תאונה במהירות גבוהה ונמוכה - היכן הפגיעה בעלת עוצמה גבוהה יותר?). אותו חוק חל גם בחשמל כמובן ואם "נפריע" לאותו אלקטרון מסכן להגיע מן הפוטנציאל הגבוה לנמוך הרי שהורדנו את עוצמת הזרם. למעשה כמות ה"הפרעה" הזאת נקראת התנגדות ונמדוד אותה ביחידה הנקראת אוהם ותסומן באות R.

חוק אוהם : (חצוצרות ברקע) מייצג בעצם את הקשר שבין שלושת הרכיבים עליהם דיברנו (מתח, זרם והתנגדות). קובע שמכפלת הזרם בהתנגדות שווה למתח, או V=I*R. ניתן להבין טוב יותר את הנוסחה אם נסתכל עליה לאחר פישוט אלגברי - I=V/R -> פישוט זה טוען שהזרם במעגל יהיה שווה למתח חלקי ההתנגדות - דבר הגיוני ביותר אם נחזור לדוגמאת המפל שלנו. קבענו שהמתח הינו הכוח הדוחף את המים במפל - ככל שתהיה לו יותר התנגדות כך תקטן עוצמת הזרם בנהר (המנה V/R תקטן מפני ש-R גדל) ולהפך - ככל שתקטן ההתנגדות, תגדל עוצמת הזרם. כעת ניתן לחשב כל אחד מהרכיבים בהינתן השניים האחרים :

אני זוכר את הנוסחות בצורה הבאה:

כמו שאתם רואים כל מה שצריך לזכור זה שהמתח (V) למעלה, מכאן שההתנגדות ® והזרם (I) למטה (אין חשיבות לשמאל וימין).

כדי להשתמש בשיטה זו כל מה שצריך לעשות זה להסתיר משתנה אחד ולקבל את הנוסחאות שלמעלה. קל ופשוט - נסו ותראו בעצמכם!

חנויות אלקטרוניקה :

שאלה החוזרת על עצמה רבות בפורום היא היכן ניתן למצוא חנויות לממכר רכיבי אלקטרוניקה. שאלה נוספת באותו נושא היא היכן ניתן לקנות לדים. לשתי השאלות הללו ננסה לתת מענה בפוסט זה שגם יתעדכן מפעם לפעם ע"י הצורך :

1) אחת החנויות המפורסמות והגדולות בארץ לממכר רכיבי אלקטרוניקה היא אריהב. למעשה היא החנות המקוונת היחידה לאלקטרוניקה, שלי יצא לפגוש עד היום בישראל (אם בידיכם לינקים נוספים לחנויות נשמח לשמוע עליהן בפרטי ולעדכן בת'ראד אם נראה כי טוב). יש להם מגוון רחב מאוד של רכיבים כולל לדים .

2) באזור ת"א - קיימות מספר חנויות באיזור התחנה המרכזית הישנה (בעיקר בשדרות הר-ציון), חלקן מוכרות גם ג'אנק (חלקים ישנים ומכשירים שאינם עובדים עוד) וניתן למצוא שם מציאות של ממש... קיבלנו הרבה המלצות על "א. אבן אלקטרוניקה" - שד' הר ציון 22.

3) חנות המתמחה בלדים - אני כיום מזמין רק משם (אם אני צריך רק לדים), מחירים זולים ביותר, כל סוגי הלדים ומשלוח עד הבית שלכם בתוספת זעומה ביותר...

*** אם אתם יודעים על חנויות נוספות (לא "חנות אבי רשף ברמת גן" למשל) מקוונות או על אזור גדול בו יש מבחר חנויות נשמח אם תיצרו עימנו קשר בהודעה פרטית או בemail ונשקול להוסיף אותן, בייחוד נשמח לשמוע על חנויות מקוונות נוספות...

תוכנות לשרטוט וסימולציה מעגלים :

ישנו מספר רב מאוד של תוכנות באינטרנט המשמשות לשרטוט מעגלי אלקטרוניקה וחשמל ולסימולציה של מעגלים אלו. רובן מבוססות SPLICE, חלקן חינמיות וחלקן יקרות מאוד.

1) Electronic WorkBench - Multisim : תוכנה יחסית מתקדמת עם אפשרות להוספת רכיבים בהורדה, יחסית לא קלה לשליטה וגם לא תמיד לשרטוט, אבל נותנת אופציות לסימולציה, בקרה וניטור מאוד מתקדמות ולכן המאמץ המושקע משתלם.

לינק לאתר התוכנה

2) Circuit Maker : תוכנה קלה יותר לשליטה עם קצת פחות אפשרויות, אבל מאוד נוחה.

לינק לאתר התוכנה

3) Livewire : תוכנה מאוד נוחה לשימוש בעיקר למתחילים, אהובה על מודרים ואנשי אלקטרוניקה בכל העולם.

לינק לאתר התוכנה

4) בלינק הזה אם תרדו למטה יש לינקים רבים נוספים לתוכנות אלו ותוכנות נוספות ידועות יותר ופחות.

רכיבי אלקטרוניקה - סימון וזיהוי :

[table]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]נגד. תפקידו של רכיב זה הוא "להתנגד" לזרם אשר עובר דרכו ובכך לתת לנו שליטה על עוצמת המתח (לפירוט אפשר לקרוא על חוק אוהם). עוצמת ההתנגדות נקבעת על פי צבעי הפסים שעל הנגד ונמדדת באוהמים ().[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]קבל קרמי. תפקידו לאגור מתח. משמש לרוב כמייצב המונע קפיצות מתח במטרה לשמור על רכיבים רגישים. לקבל זה אין קוטביות.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]קבל אלקטרוליטי. תפקידו לאגור מתח. משמש לרוב כמייצב המונע קפיצות מתח במטרה לשמור על רכיבים רגישים. לקבל זה יש קוטביות (מסומנת בשרטוט).[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]סליל. חוט נחושת מסולסל. הסליל מתנגד לשינויים פתאומיים בזרם ועקב כך יוצר שדה מגנטי מסביבו. זהו רכיב אשר התנגדותו תלוייה בתדר העבודה, ככל שהתדר עולה - כך גם ההתנגדות. משמש בהרבה מקרים לביטול קפיצות זרם במכשירים שונים.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]נגד משתנה. זהו רכיב המורכב מנגד ומרגל נוספת המחלקת אותו למעין 2 נגדים. הזזה של החוגה מזיזה את הרגל הנוספת הזאת ובכך משנה את היחס בין "הנגדים". כך כאשר אנו "מנמיכים" את ההתנגדות של נגד אחד, ההתנגדות של הנגד השני עולה. הערך הנתון של הפוטנציומטר הוא ערכו של הנגד הגדול אשר מחולק ע"י הרגל.

[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]קבל משתנה. זהו קבל אשר זמן הטעינה שלו יכול להשתנות בשליטה ידנית.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]סליל משתנה. זהו סליל אשר אנו יכולים לשנות את עוצמת השדה המגנטי שלו ידנית ועל ידי כך אנו יכולים לשנות את ההשראות שלו.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]מקור כוח ישר (DC). זהו מקור כוח אשר מספק לנו מתח ישר. מתח ישר הינו מתח שאינו משתנה ביחס לזמן ונשאר בעוצמה קבועה. מקור כוח זה מוכר לכולנו בצורה הטובה ביותר כבטריות.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]מקור כוח חילופין (AC). זהו מקור כוח אשר מספק לנו מתח חילופין (ומחזורי), משמע - עוצמת המתח משתנה עם הזמן (וחוזרת על עצמה. בארץ בתדירות של 50 הרץ - 50 מחזורים בשנייה). מתח שכזה מסופק על ידי חברת החשמל ונמצא בכל שקע בבית.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]אדמה. נקודת הייחוס במעגל. הדבר מקביל לגובה פני הים, יחסית אליהם נמדדים גבהים.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]דיודה. זהו רכיב אשר תפקידו הוא מניעת כניסה של זרם המגיע מן כיוון מסויים. מעין נתיב חד סטרי.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]לד. LED או Light Emitting Diode, כשמו כן הוא - דיודה אשר פולטת אור. משמש למגוון אפליקציות - מהארה של איזור ע"י לדים חזקים ועד הנקודה האדומה המפורסמת המעידה על פעולתם של מכשירי חשמל כמו טלויזיות.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]גשר דיודות. רכיב המורכב מ 4 דיודות ומשמש בעיקר למיתוג מתח, כך שניתן להכניס למבואו מתח חילופין ולקבל במוצאו מתח ישר בעל קוטביות קבועה (אך בעוצמה המשתנה במעט - כמעט חסר משמעות לרוב היישומים).[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]מתג. מאפשר לנו לפתוח או לסגור את המעגל או חלקים ממנו ידנית ובכך לשלוט עליו.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]ממסר. זהו מעין מתג מכני אשר נסגר כאשר הוא מקבל זרם מסויים.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]שנאי. תפקידו של רכיב זה הוא שינוי המתח והזרם תוך שמירה על ההספק. לדוגמא: הפיכת מקור מתח בעל 220 וולט ו 3 אמפר למקור כוח בעל 12 וולט ו 55 אמפר.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]טרנזיסטור. משמש ל 2 מטרות: הגברת זרם ומיתוג, תלוי בצורת החיבור. במעבד מודרני ניתן למצוא כ 55 מיליון כאלה [/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]מגבר. משמש להגברת זרם, מתח, או שניהם (הספק). הגברה משמעותה הגדלה של אות המבוא תוך שמירה על צורת הגל (יתקבל במוצא).[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]משווה. מקבל 2 גלים ברגלי הכניסה שלו ומשווה ביניהם. במוצא מתקבל 1 או 0 בהתאם לגלים ולצורת פעולתו של המשווה הספציפי.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]פיוז. מכיל חוט אשר רגיש לזרם גבוה שמיועד לשמור על המעגל במקרה של קצר. במקרה שכזה הפיוז פשוט נשרף והמעגל נפתח וזרם אינו עובר דרכו יותר. פיוז ניתן להחליף בקלות בצורה ידנית וללא כלי עבודה.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]Seven Segments. מערך של 7 לדים (מכאן שמו) אשר משמש לתצוגה של מספרים ולעיתים אותיות. שיטת התצוגה היותר פופולרית במכשירים שונים כמו שעונים, מכונות כביסה ואף לוחות אם.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]שער AND. כאשר ב 2 כניסות השער ימצא 1 לוגי, יתקבל 1 לוגי במוצא.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]שער NAND. כאשר ב 2 כניסות השער ימצא 1 לוגי, יתקבל 0 לוגי במוצא.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]שער OR. כאשר באחת מרגלי הכניסה ימצא 1 לוגי, יהיה המוצא 1 לוגי. מצב הכניסה השנייה לא משנה.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]שער NOR. כאשר באחת מרגלי הכניסה ימצא 1 לוגי, יהיה המוצא 0 לוגי. מצב הכניסה השנייה לא משנה. 1 לוגי יתקבל כאשר ב 2 הכניסות יהיה 0 לוגי. [/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]שער NOT. כאשר בכניסה ימצא 1 לוגי, במוצא יתקבל 0 לוגי, ולהיפך. זהו שער מהפך למעשה.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]שער XOR. כאשר רגל כניסה אחת תהייה שונה מרגל כניסה שניה (לדוגמא, ברגל אחת יהיה 1 לוגי כאשר בשניה יהיה 0 לוגי), יהיה במוצא 1 לוגי.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[tr]

[td]

[/td]

[td]

[/td]

[td]שער XNOR כאשר 2 רגלי הכניסה יהיו זהות (בשתיהן 0 לוגי או 1 לוגי), במוצא יהיה 1 לוגי.[/td]

[td]

[/td]

[/tr]

[/table]