Na internete existuje množstvo textov o teoretických základoch elektroniky, ako aj nespočetné množstvo jednoduchých projektov a kurzov venovaných začiatočníkom. Zdá sa však, že väčšina týchto zdrojov je určená pre ľudí, ktorí už majú vybavenie, súčiastky na výrobu prototypov alebo aspoň informácie na to, aby sa mohli kvalifikovane rozhodnúť, akým smerom sa budú vo svojom koníčku uberať. Kde však tieto vedomosti nájsť? Na túto otázku odpovieme v niekoľkých nasledujúcich článkoch, ktoré sa možno stanú základom mnohých budúcich projektov. Začnime od základov.
Čo je v skutočnosti elektronika?
V dnešnej dobe s rýchlym rozvojom technológií je pre nás najjednoduchšie chápať elektroniku ako súbor spôsobov prenosu informácií pomocou elektrických nábojov. Nemusí ísť o zložité a štruktúrované údaje, ako je napríklad webová stránka. Keď po zahriatí žehličky zhasne svetlo ohrievača, tiež dochádza k prenosu nejakej informácie, lenže veľmi jednoduchej.
Z amatérskeho hľadiska je elektronika druh techniky. Aj keď treba pripomenúť, že patrí aj do vedných odborov a má svoj vlastný teoretický základ. Bez toho, aby sme zachádzali do jemných slovníkových definícií: elektronika sa zaoberá spracovaním napätia a elektrického prúdu (ako aj elektromagnetických polí) pomocou fyzikálnych javov v súčiastkach. Na čo? Vo väčšine prípadov možno účel opísať ako určitý druh automatizácie, ktorá má ľuďom zefektívniť alebo spríjemniť každodenný život. V mnohých ohľadoch sa učenie elektroniky veľmi nelíši od získavania zručností v šití alebo automechanike.
Tu treba zdôrazniť, že elektronika sa delí na dve oblasti, medzi ktorými sú (z pohľadu amatéra) obrovské rozdiely. Skôr ako sa odhodláme realizovať svoj prvý projekt, zhodnoťme, ktorý typ viac vyhovuje našim záujmom: analógová elektronika alebo digitálna/programovateľná elektronika?
Analógová elektronika naozaj pre každého
V analógovej elektronike sú nositeľmi informácií a objektmi manipulácie prúd a elektrické napätie. Dôležitú úlohu zohráva aj tretia veličina, a to frekvencia. S hodnotami týchto fyzikálnych veličín sa manipuluje pomocou elektronických súčiastok. Medzi ne patria najmä odpory, diódy, kondenzátory, tlmivky, ako aj zložitejšie prvky: tranzistory alebo zosilňovače. Vstupná úroveň môže pochádzať priamo z napájacieho vedenia a môže sa použiť na generovanie požadovaného signálu, napríklad tvaru vlny s nastaviteľnou dĺžkou rezistora (potenciometra). V uvedenom príklade by sa výstup takéhoto generátora pripojil k vhodnému zosilňovaču a použil by sa napríklad na vysielanie zvuku z reproduktora alebo na nastavenie jasu žiarovky. Takéto zapojenia môže úspešne realizovať aj začiatočník v elektronike, stačí sa oboznámiť so základnými schémami zapojenia (zosilňovač, generátor, regulátor) a použiť trochu predstavivosti.
Analógová elektronika nám umožňuje priblížiť sa k javom, pomocou ktorých fungujú rádiá, televízory, telefóny a počítače. Pomocou multimetra a osciloskopu môžeme takmer doslova vidieť elektrinu v akcii. Takto sú učenie sa teórie a realizácia aj tých najjednoduchších projektov obohacujúce a poskytujú nový pohľad na zariadenia a inštalácie okolo nás. V neskoršej fáze nám zvládnutie teoretických základov a získanie citu pre opatrné zaobchádzanie s meracími prístrojmi umožní nahliadnuť napr. do vnútra starého walkmana alebo elektronickej hračky a rozpoznať princípy ich fungovania.
Možnosti analógových komponentov sú oveľa širšie, ako sa môže zdať.
Nerobme si ilúzie, že obvody bez digitálnych komponentov, ako sú napríklad procesory, výrazne obmedzujú možnosti pri vytváraní multifunkčných projektov. Základom každého obvodu sú meniče, t. j. komponenty, ktoré premieňajú rôzne fyzikálne veličiny na napätie alebo elektrický prúd a naopak. Príkladom takýchto súčiastok sú mikrofóny a reproduktory, ale naša vynaliezavosť sa nemusí zastaviť len pri spracovaní akustických vĺn – lacné a jednoducho realizovateľné prevodníky dokážu detegovať tlak, teplotu, prúdenie kvapalín. Na trhu sú k dispozícii stovky typov snímačov, ktoré nám umožňujú skonštruovať zaujímavé zariadenia na automatizáciu domácnosti alebo inovatívne hračky.
Začať svoje dobrodružstvo s elektronikou stavbou analógových obvodov je produktívne, naučí to teóriu aj prax. Ak svoje experimenty obmedzíme na relatívne nízke napätie (najlepšie 5 V alebo 12 V), môžeme sa bez obáv pokúsiť o stavbu vlastných obvodov, pričom treba mať na pamäti, že učenie sa z chýb je pomerne účinná metóda vzdelávania.
Digitálna a programovateľná elektronika pre začiatočníkov
Digitálna elektronika je úplne iná oblasť, kde treba preukázať znalosť logických obvodov a schopnosť programovať. Samozrejme, základné informácie o fyzike elektrických obvodov sú nevyhnutné, už len kvôli správnemu napájaniu jednotlivých súčiastok, ako aj kvôli zabezpečeniu správneho napätia binárnych stavov a prenosových vedení. Zväčša však preto, aby sme sa vyhli chybám a omylom; stačí si prečítať dokumentáciu použitých obvodov a dodržiavať jednoduché konštrukčné zásady, ktoré sú široko diskutované na internete a v literatúre.
V digitálnej elektronike sa informácie prenášajú a spracúvajú v binárnej (nula – jednotka) forme. V praxi to znamená prítomné/neprítomné napätie na vedeniach obvodu. Keď je prekročená určitá prahová hodnota (v závislosti od typu použitých súčiastok), napätie sa považuje za číslo 1. Keď nie je prítomné žiadne napätie, ide o číslo 0.
Tvorba komplexných projektov s Arduinom nevyžaduje mnoho komponentov
Pokiaľ ide o amatérske projekty, digitálna elektronika najčastejšie zahŕňa použitie hotových platforiem, ako je napríklad Arduino, ESP32 alebo Raspberry Pi. Ide o mimoriadne populárne riešenia, ktoré podrobne a zrozumiteľne opisujú výrobcovia, ako aj široký okruh nadšencov. Umožňujú realizovať aj zložité projekty s minimálnym počtom externých komponentov. Väčšinu operácií vykonáva softvér prostredníctvom mikroprocesora alebo mikrokontroléra. Okrem toho sú tieto výrobky vybavené obvodmi stabilizácie napätia, komunikačnými rozhraniami, modulmi Wi-Fi a ďalšími prvkami, čo dáva používateľom veľkú slobodu pri realizácii ich nápadov. Bez preháňania možno povedať, že Arduino stačí vybrať zo škatule, pripojiť ho k počítaču pomocou USB kábla a môžete začať realizovať svoj prvý projekt.
Žiaľ, z hľadiska klasickej elektroniky jeho digitálnej inkarnácii chýba mnoho vzdelávacích kvalít. Digitálna elektronika umožňuje zoznámiť sa s pohľadom na súčiastky a získať určitú zručnosť v ich rozpoznávaní, šikovnosť pri ich zostavovaní a elementárne znalosti elektronických schém. Na druhej strane prevažná väčšina informácií, ktoré si začínajúci používateľ Arduina alebo Raspberry Pi osvojí, bude zameraná na aspekt programovania. Ak je toto naším cieľom, výber sa ukazuje ako jednoduchý. Ak sa však chceme naučiť princípy elektronických obvodov a získať vedomosti, ktoré nám pomôžu pri vývoji vlastných zariadení, diagnostike porúch, opravách hračiek alebo malých elektrických spotrebičov, rýchlo sa ukáže, že informácie o príkazoch jazyka Python alebo C nám budú málo užitočné. Okrem toho budeme pri realizácii projektov nútení postupovať podľa návodov prevzatých z časopisov alebo internetu, čo je skôr reprodukovaním.
Obrovské možnosti digitálnych platforiem však nemožno ignorovať. Preto ambicióznym cieľom, ktorý by mal každý začínajúci nadšenec zvážiť, je zvládnuť základy oboch typov elektroniky: klasickej aj programovateľnej. Kombinácia možností, ktoré tieto oblasti ponúkajú, rýchlo prináša prekvapivé a dokonca pôsobivé výsledky. Nakoniec, rozširovanie vlastných obzorov je hlavným hnacím motorom aktivít každého nadšenca.
Text spracovala spoločnosť Transfer Multisort Elektronik, Sp. z o. o.
Pokračovanie v ďalšom vydaní.
