Elektrotechnické a elektronické stavebnice Základy elektroniky

Všeobecné vzdělávání si klade za cíl naučit žáky nejen teoretickým principům technické práce a řešení technických problémů, ale i pracovat s jednoduchými nástroji, event. stroji. Je známo, že u dětí se inteligence nejvíce rozvíjí již v raném dětství, v literatuře se uvádí, že 40% je získáno do 4 let, 35% do 9 let a zbývajících 25% do věku 16 let. Proto i s polytechnickou výchovou je třeba začít v raném dětství a vytvořit tak u dětí aktivní vztah k technice. U malých dětí není možné aktivně začít s elektronikou, ale můžeme začínat třeba s mechanickými stavebnicemi a následně i elektrotechnickými stavebnicemi.

Stavebnice v obecné rovině lze vymezit jako sadu určitých předmětů k sestavování a spojování do libovolných nebo přesně vymezených celků, k jejich montáži a demontáži. Nejběžnější jsou mechanické stavebnice – mnoho druhů – dřevěné kostky, plastové Lego, kovový Merkur.

Elektrotechnickou stavebnici potom lze chápat jako takovou soustavu nosných prvků, funkčních prvků a funkčních částí, určených k jednorázovému nebo opakovanému sestavení různého počtu el. obvodů, která je jako celek určena svými didaktickými a technickými parametry. Voltík I.,II.,III. Multimediální stavebnice COM3lab

Tyto stavebnice zaujmou děti nejdříve ve věku 8 až 10 let Tyto stavebnice zaujmou děti nejdříve ve věku 8 až 10 let. Je účelné je tedy využít spíše až na prvním stupni ZŠ. V tomto věku je třeba začít formou hry, aby byl podchycen zájem dítěte. Vhodné jsou univerzální stavebnice bez pájení, které umožňují vytvořit řadu zajímavých pokusů, doprovázených vhodnými světelnými a zvukovými efekty.

Využívání elektrotechnických stavebnic má u nás svoji historii i budoucnost. Jejich zařazení předpokládá aktuální základní dokument Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání. Jsou to učební pomůcky pro oblast učiva o elektrotechnice a elektronice, které slouží ke zvýšení názornosti a usnadnění procesu učení. Jejich přínos je ve vytváření a podpoře technické gramotnosti, technického myšlení, k rozvoji dovedností i k rozvoji technické tvořivosti. Experimentování žáků s elektrotechnickými stavebnicemi je považováno za činnost komplexnějšího charakteru. Žáci si nevystačí pouze se zapamatovanými vědomostmi, ale musí uplatnit i praktické dovednosti a návyky. Žák musí analyzovat zadání a požadavky na funkci obvodu, vybrat potřebné součástky, navrhnout funkční schéma zapojení, vytvořit technickou dokumentaci, prakticky realizovat el. obvod, provést funkční zkoušku, měřit fyzikální veličiny a výsledky zaznamenat do protokolu.

Elektrotechnické schéma je grafický podklad, na kterém jsou znázorněny pomocí značek elektrické funkční části zařízení a spoje mezi nimi. Při tvorbě elektrotechnických schémat je třeba dodržovat zásady technického kreslení. Z elektrotechnických schémat nás pro potřeby výuky elektrotechniky budou zajímat tyto : Blokové (přehledové) schéma je schéma, které znázorňuje hlavní části zařízení, jejich účel a vzájemné spojení. Obvodové schéma je schéma, které obsahuje všechny funkční jednotky (prvky) a spoje mezi nimi a dává podrobnou představu o činnosti zařízení. Situační schéma je takové elektrotechnické schéma, které zobrazuje rozmístění jednotlivých částí zařízení a také elektrických spojů.

Druhy spínačů v domácnosti -jednopólový, sériový (lustrový), střídavý (schodišťový), křížový

Kategorizace elektrotechnických stavebnic - Elektrotechnické stavebnice lze rozdělit podle více hledisek: 1. Kategorizace podle způsobu využití ve výuce: Demonstrační (uzpůsobeny na demonstraci zapojovaných obvodů učitelem). Žákovské. 2. Kategorizace podle počtu oblastí, pro něž jsou určeny: Monotematické. Polytematické. 3. Kategorizace podle úrovně vzdělávání: Pro základní vzdělávání. Pro středoškolské vzdělávání. Pro vysokoškolské vzdělávání. 4. Kategorizace podle charakteru el. proudu Pro slaboproudou elektrotechniku. Pro silnoproudou elektrotechniku. 5. Kategorizace podle výrobce: Vyráběné profesionálně. Vyráběné amatérsky.

6. Kategorizace podle zaměření elektrotechniky: Pro obecnou elektrotechniku a elektroniku. Pro elektroinstalace. Pro měřicí a regulační techniku. Pro telekomunikační techniku. Pro výrobu a rozvod elektrické energie. Pro digitální a mikroprocesorovou techniku. Pro elektrické stroje. Pro automobilovou elektrotechniku. Pro výkonovou elektroniku. Pro jiné zaměření. 7. Kategorizace podle typu uživatele: Pro začátečníky. Pro pokročilé. Pro velmi pokročilé. 8. Kategorizace podle umístění součástek: Se součástkami pevně umístěnými na nosné desce. Se součástkami zapouzdřenými nebo na nosných štítcích. S volnými součástkami pro zapojování do propojovacích polí. 9. Kategorizace podle typu spojů mezi prvky: S nerozebíratelnými spoji. S rozebíratelnými spoji: S ovíjenými spoji. S pružinovými spoji. S magnetickými spoji. Se šroubovými spoji. Se zásuvkovými spoji. 10. Kategorizace podle reálnosti sestavování obvodů a součástek: Využívající reálné prvky. Simulované počítačem. 11. Kategorizace podle oblasti aplikace: Pro obecně technické vzdělávání. Pro volný čas. Pro profesní vzdělávání.

http://www.ped.muni.cz/wtech/elearning/PEL/Elektrotechnicke_stavebnice.doc

Základní prvky pro elektroniku Již jsme poznali, že základními prvky pro elektrotechniku bývají nazývány: -rezistor -kondenzátor -cívka. Pro elektroniku mezi množstvím prvků jmenujme alespoň: - diodu - tranzistor - tyristor.

Polovodičová dioda Použití polovodičové diody Usměrňovací dioda - usměrnění střídavého proudu (samostatně nebo jako součást usměrňovače) Stabilizační (Zenerova) dioda - vyrovnávání průběhu proudu ve stabilizačních obvodech LED dioda - signalizace průchodu proudu (s nízkým nárokem na spotřebu) nebo zdroj světla např. v optických myších Fotodioda - součást fotobuněk, polovodičových detektorů záření nebo slunečních článků

Tranzistor Tranzistor je polovodičová součástka, kterou tvoří dvojice přechodů PN. Jedná se v podstatě o spojení dvou polovodičových diod v jedné součástce, většinu vlastností tranzistoru však dvojicí diod nahradit nelze. Tranzistor je základem všech dnešních integrovaných obvodů, jako např. procesorů, pamětí atd. Tranzistorový efekt byl objeven a tranzistor vynalezen 16. prosince 1947 v Bellových laboratořích týmem ve složení William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain. Za tento objev jim byla roku 1956 udělena Nobelova cena za fyziku, jednalo se o velmi významný objev, který vedl k faktickému vědeckotechnickému převratu v oblasti aplikované elektrotechniky, v praxi se to projevuje zejména obrovskou mírou miniaturizace jednotlivých součástek a tím i neustálým zvyšováním koncentrace polovodičových součástek vztaženou na jednotku plochy.

Značka tranzistoru a jeho základní zapojení jako zesilovače se společným emitorem

Tyristor Tyristor je polovodičová součástka sloužící ke spínání elektrického proudu (nejčastěji výkonových obvodů), fungující jako řízený elektronický ventil. Tyristor je čtyřvrstvá spínací součástka (obvykle PNPN), která nevykazuje usměrňující účinky jako dioda, avšak je možné ji ovládat (spínat) pomocí impulsu do řídicí elektrody G (Gate). Anoda (A) a katoda (K) se v obvodu nesmí zaměnit, zátěž je vždy připojena k anodě. Jedná se o velice účinný nástroj pro řízení velmi výkonných elektrických strojů. V moderních elektrických lokomotivách se používá nejčastěji pro pulzní regulaci výkonu trakčních motorů pro stejnosměrný proud.

Využití elektroniky v domácnosti Mikrovlnná trouba, lednička, pračka… Mikrovlnná trouba je kuchyňský elektrický přístroj pro tepelnou úpravu pokrmů. Tepelná úprava pokrmu je v mikrovlnné troubě prováděna za pomoci elektromagnetického záření obvykle s frekvencí 2,45 GHz tj. vlnovou délkou 12.24 centimetrů. Toto mikrovlnné záření je v pokrmu schopno rozkmitat částice, zejména molekuly vody, stejně jako při „klasických“ způsobech šíření tepla. Přitom mikrovlny pronikají dovnitř pokrmu a tím dochází k relativně velmi rychlému zahřátí celku.

Mikrovlnná trouba Mikrovlnné záření je generováno pomocí magnetronu a vyzařováno do ohřívacího prostoru. Ten má kovový povrch, kterým záření nemůže proniknout. Dvířka jsou pokryta kovovou mřížkou, jejíž otvory jsou mnohem menší než vlnová délka mikrovlnného záření, představuje proto skoro stejnou překážku pro vlny jako plný kov. Ohřívací prostor mívá rozměry odpovídající celým násobkům poloviny vlnové délky použitého záření, takže dochází ke vzniku stojatého vlnění. K nejúčinnějšímu ohřevu proto dochází v kmitnách vlnění. Aby byl ohřev pokrmů rovnoměrnější, umísťují se zpravidla na otočný podnos; otáčení zajišťuje, že kmitny postupně procházejí různými místy pokrmu. http://fyzweb.cuni.cz/dilna/krouzky/mikrov/mikrov.htm http://www.mwm.cz/CD/c03.htm

Princip a použití dalších domácích el. spotřebičů najdete na http://www.ped.muni.cz/wtech/elearning/PEL/Obvody_domacich_elektrickych_spotrebicu.ppt Děkuji za pozornost 