Obwód elektryczny to układ połączonych ze sobą elementów, umożliwiający przepływ prądu. Schemat obwodu jest jego symbolicznym obrazem, narysowanym w celu przekazania informacji dotyczącej szczegółów jego budowy. Aby schemat był prosty i czytelny, elementy obwodu oznacza się na nim za pomocą umownych symboli (Rys. 1.).
RmOCvcTqdDwic
Rys. 1. Ilustracja składa się z dwóch części. Lewa część to zdjęcie przedstawiające białą podstawkę o kształcie prostopadłościanu bez dna, którego górna ściana stanowi siatkę regularnych dziurek. Na podstawce zamontowano obwód elektryczny składający się z kilku przewodów elektrycznych, oporników, tranzystorów i diody świecącej. Widoczne są tylko fragmenty obwodu znajdujące się na wierzchu górnej ścianki. Pozostałe części obwodu są pod spodem i nie widać, jak są połączone ze sobą. Prawa część ilustracji to rysunek pokazujący schemat tego obwodu. Cały schemat mieści się wewnątrz dużego prostokąta utworzonego z przewodów łączących elementy obwodu. Na lewej krawędzi prostokąta znajduje się bateria, czyli źródło prądu stałego przedstawione jako dwa symbole ogniwa. Każdy z symboli to dwa poziome odcinki, górny odcinek jest dłuższy od dolnego. Między symbolami ogniw narysowano pionową przerywaną linię, sugerującą, że tych ogniw jest więcej. Przy baterii zapisano literę wielkie B jeden oraz sześć woltów. Prostokąt jest podzielony dwoma pionowymi odcinkami. Na pierwszym odcinku od lewej strony narysowano dwa symbole oporników i między nimi symbol fotorezystora. Symbole oporników to podłużne, wąskie prostokąty, a symbol fotorezystora to kółko z zygzakowatą linią wzdłuż pionowej średnicy. Z lewej strony i od góry fotorezystora narysowano dwie strzałki skierowane w prawo i dół w kierunku fotorezystora, które symbolizują promienie światła. Fotorezystor oznaczony jest literami wielkie L, wielkie D, wielkie R. Górny opornik oznaczony jest jako wielkie R cztery oraz trzysta trzydzieści wielkie R, dolny opornik oznaczony jest jako wielkie R trzy oraz cztery i siedem dziesiątych małe k. Na drugim pionowym odcinku dzielącym prostokąt narysowano symbol opornika, oznaczonego literą wielkie R jeden oraz jeden małe k. Pod opornikiem jest symbol tranzystora, który składa się z wąskiego pionowego prostokąta i dwóch odcinków wychodzących z prawego boku prostokąta. Jeden z odcinków skierowany jest w prawo i w górę i łączy się z przewodem poprowadzonym od opornika. Drugi odcinek zakończony strzałką skierowany jest w prawo i w dół i łączy się z przewodem poprowadzonym w dół do dolnej krawędzi dużego prostokąta. Tranzystor oznaczony jest literami wielkie Q jeden oraz wielkie B wielkie C pięćset czterdzieści siedem. Tranzystor połączony jest poziomym przewodem z punktem położonym na pierwszym odcinku dzielącym prostokąt, między fotorezystorem i opornikiem wielkie R trzy. Przewód łączący jest poziomy i wychodzi ze środka prostokąta tranzystora w lewo. Na prawej krawędzi prostokąta narysowano symbol opornika, oznaczonego literą wielkie R dwa oraz czterysta siedemdziesiąt wielkie R. Pod opornikiem jest symbol świecącej diody LED, który składa się z trójkąta skierowanego wierzchołkiem w dół i poziomego odcinka przechodzącego przez dolny wierzchołek oraz dwóch krótkich strzałek skierowanych w prawo i w dół, które symbolizują promienie świetlne. Dioda oznaczona jest literami wielkie D jeden LED. Jeszcze niżej znajduje się symbol tranzystora, oznaczonego literami wielkie Q jeden oraz wielkie B wielkie C pięćset czterdzieści siedem.
Rys. 1. Prosty obwód elektryczny i jego schemat.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Niekiedy jeden element ma kilka zamiennie używanych oznaczeń, tak jak pokazano to na Rys. 2.
RCETgdfs9ih9T
Rys. 2. Na rysunku znajdują się cztery symbole. Pod napisem „symbole masy” narysowano dwa symbole. Jeden to górna połowa okręgu, przecięta pośrodku pionowym odcinkiem, którego dolny koniec znajduje się na środku poziomego odcinka znajdującym się wewnątrz połówki okręgu. Poniżej narysowano drugi krótszy, poziomy odcinek oraz na dole najkrótszy, poziomy odcinek. Drugi symbol to trójkąt skierowany wierzchołkiem w dół i pionowy odcinek wychodzący ze środka górnego boku trójkąta. Pod napisem „symbole uziemienia” też narysowano dwa symbole. Jeden to pionowy odcinek, którego dolny koniec znajduje się na środku poziomego odcinka. Od poziomego odcinka odchodzą trzy ukośne odcinki skierowane w lewo i w dół. Pierwszy zaczyna się na lewym końcu poziomego odcinka, drugi pośrodku, a trzeci na prawym końcu poziomego odcinka. Drugi symbol to pionowy odcinek, którego dolny koniec znajduje się na środku poziomego odcinka. Poniżej poziomego odcinka znajdują się jeszcze trzy poziome odcinki coraz krótsze, a najkrótszy leży na najniżej.
Rys. 2. Różne symbole "masy" i uziemienia.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Najczęściej element obwodu należy także opisać, podając jego parametry. Na przykład nie wystarczy narysować symbol opornika – trzeba podać również wartość jego oporu.
Jednym z najprostszych obwodów elektrycznych jest przedstawiony na Rys. 3. obwód złożony ze źródła napięcia, przewodów i opornika. Na pokazanym przykładzie symbol źródła (okrąg z dwiema równoległymi liniami, w tym jedną przerywaną) oznacza, że jest to źródło prądu stałego. Symbol z falą w kółku oznaczałby źródło prądu zmiennego.
R14trUzllrzO6
Rys. 3.Obwód ma kształt prostokąta utworzonego z przewodów łączących elementy obwodu. Na lewej krawędzi prostokąta znajduje się źródło prądu stałego przedstawione jako kółko z dwoma poziomymi odcinkami w środku, górnym narysowanym linią ciągłą, dolnym linią przerywaną. Na prawej krawędzi prostokąta znajduje się symbol opornika, czyli podłużny, wąski prostokąt.
Rys. 3. Jeden z najprostszych obwodów elektrycznych.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Nieco bardziej rozbudowanym przykładem obwodu elektrycznego jest obwód przeznaczony do badania tzw. charakterystyk napięciowo‑prądowychCharakterystyka napięciowo‑prądowacharakterystyk napięciowo‑prądowych różnych elementów. Na Rys. 4. elementem takim jest żarówka oznaczona okręgiem z dwiema skrzyżowanymi liniami. Na rysunku tym pojawiają się również: amperomierz i woltomierz (oznaczone okręgami z literami odpowiednio: A i V), a także bateria lub akumulator (w miejscu poprzedniego źródła prądu).
R8tLEDiFkoFNT
Rys. 4. Obwód ma kształt prostokąta utworzonego z przewodów łączących elementy obwodu. Na lewej, pionowej krawędzi prostokąta znajduje się symbol źródła prądu stałego przedstawiony jako dwa poziome odcinki, górny dłuższy i cieńszy od dolnego. Na prawej krawędzi prostokąta znajduje się symbol żarówki, czyli okrąg z dwiema skrzyżowanymi liniami, skierowanymi ukośnie w prawo i dół oraz w prawo i w górę. Na górnej, poziomej krawędzi prostokąta znajduje się symbol amperomierza, czyli okrąg z literą wielkie A. Górna i dolna krawędź prostokąta są przedłużone w prawo poziomymi odcinkami. Między prawymi końcami tych odcinków narysowano pionowy przewód z symbolem woltomierza, czyli okrąg z literą wielkie V.
Rys. 4. Układ do pomiaru charakterystyki prądowo‑napięciowej żarówki.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Ostatni przykład to najprostsze radio - radio kryształkowe (Rys. 5.). Jego zaletą jest niezależność od zasilania: całą energię odbiornik czerpie z anteny (oznaczonej literą A). Było to też wadą takiego odbiornika – był mało czuły i selektywny oraz wymagał dużej anteny i dobrego uziemienia. Na schemacie widzimy kilka nowych elementów. Układ L‑C1 pozwala na selekcję fal o wybranej częstotliwości. Symbol L oznacza cewkę, a C1 - regulowany kondensatorkondensator elektrycznykondensator - właśnie dzięki regulacji jego pojemności możemy wybierać częstotliwość odbieranych fal. Następnie mamy diodędiodadiodę oznaczoną symbolem D, prostującą prąd przemienny indukowany przez fale radiowe wychwytywane przez antenę. Następnie widzimy zwykły kondensator C2, którego zadaniem jest wygładzenie sygnału i wreszcie słuchawki E. Jeśli mieszkasz blisko nadajnika radiowego, możesz spróbować zbudować takie radio w domu!
RDJ8IeYGOJoun
Rys. 5. Schemat radia mieści się wewnątrz prostokąta utworzonego z przewodów łączących elementy obwodu. Na lewej krawędzi prostokąta znajduje się symbol cewki oznaczony literą wielkie L. Symbol cewki to pięć poziomych krótkich odcinków. Każdy odcinek połączony jest z następnym odcinkiem małym łukiem położonym z lewej strony. Symbol ten przypomina zwoje przewodnika nawinięte na cylinder. Z lewej, pionowej krawędzi prostokąta wychodzi w górę przewód zakończony symbolem anteny, czyli trójkątem skierowanym wierzchołkiem w dół i pionowym odcinkiem łączącym wierzchołek ze środkiem poziomego boku. Symbol anteny oznaczony jest literą wielkie A. Z lewej, pionowej krawędzi prostokąta wychodzi też w dół przewód zakończony symbolem uziemienia, czyli pionowym odcinkiem, którego dolny koniec znajduje się na środku poziomego odcinka. Poniżej poziomego odcinka znajdują się jeszcze dwa poziome odcinki coraz krótsze, a najkrótszy leży na najniżej. Prostokąt jest podzielony dwoma pionowymi odcinkami. Na pierwszym pionowym odcinku od lewej strony narysowano symbol regulowanego kondensatora, czyli dwa poziome, równe odcinki, przekreślone strzałką skierowaną w górę i w prawo. Symbol kondensatora oznaczono literą wielkie C jeden. Na drugim odcinku dzielącym prostokąt narysowano symbol kondensatora, czyli dwa poziome, równe odcinki, oznaczone literą wielkie C dwa. Na górnej krawędzi prostokąta między pionowymi odcinkami dzielącymi prostokąt narysowano symbol diody, czyli trójkąt skierowany wierzchołkiem w prawo z pionowym odcinkiem przechodzącym przez prawy wierzchołek. Symbol diody oznaczony jest literą wielkie D. Na prawej krawędzi prostokąta narysowano symbol słuchawek, czyli dwa małe okręgi leżące jedno pod drugim i połączone z prawej strony łukiem. Symbol słuchawek oznaczono literą wielkie E.
Rys. 5. Najprostsze radio kryształkowe.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Słowniczek
Charakterystyka napięciowo‑prądowa
Charakterystyka napięciowo‑prądowa
(ang. voltage‑current characteristics) – zależność napięcia na końcach elementu od natężenia prądu płynącego przez ten element.
kondensator elektryczny
kondensator elektryczny
(ang.: electric capacitor) układ dwóch przewodników (zwanych elektrodami lub okładkami kondensatora) rozdzielonych cienką warstwą dielektryka, mający zdolność gromadzenia ładunku elektrycznego.
dioda
dioda
(ang. diode) - element elektroniczny, który przewodzi prąd elektryczny w sposób niesymetryczny, tj. bardziej w jednym kierunku niż w przeciwnym. Istotą działania większości diod jest przewodzenie prądu w jednym kierunku (zwanym kierunkiem przewodzenia) i znaczne blokowanie jego przepływu w drugim (kierunku zaporowym). Właściwość tę wykorzystuje się do prostowania napięcia przemiennego oraz demodulacji sygnałów w odbiornikach radiowych.