Elementy, ich parametry i karty katalogowe

To jest pierwszy artykuł z serii wprowadzającej w niełatwą i obszerną tematykę parametrów elementów i modułów elektronicznych oraz w tematykę kart katalogowych. Na początek przypomniane są elementarne zagadnienia dotyczące idealizowanych oraz rzeczywistych elementów elektronicznych.

Większość elektroników uważa, że analiza kart katalogowych to wyjątkowo trudne zadanie. Owszem, ale można ją bardzo ułatwić.

W cyklu artykułów na temat licznych interesujących elementów i ich właściwości będziemy analizować najróżniejsze karty katalogowe. Temat jest obszerny i niełatwy, dlatego wcześniej trzeba uporządkować i przypomnieć pewne podstawowe wiadomości i zależności. Chodzi o to, by nie zaplątać się w szczegółach, tylko zobaczyć szersze tło. Trzeba niejako spojrzeć z daleka, z lotu ptaka. Ten i dwa kolejne artykuły wstępne umożliwią nakreślenie ogólnego obrazu i zarysu całości zagadnień związanych z parametrami podanymi w kartach katalogowych.

Podstawy, uproszczenia i modele

W szkole jesteśmy uczeni fizyki, w tym elektrotechniki i elektroniki. Nasz świat jest niesamowicie skomplikowany i nie sposób objąć umysłem i zrozumieć wszystkich jego aspektów. Ostatnie sto lat pokazało, że nadal nie rozumiemy wszystkiego. Wiemy już bardzo wiele, ale na pewno nie wszystko.

A przecież chcielibyśmy ten świat poznać i opisać. Dlatego ucząc elektroniki zaczynamy od zagadnień bardzo prostych, łatwych do zrozumienia. Od prądu, napięcia, rezystancji i prawa Ohma. Potem cieszymy się, że to nie jest trudne i stopniowo poznajemy inne niezbyt skomplikowane zagadnienia.

Niestety, nie jest to cała prawda o elektronice!

Problem w tym, że w procesie nauki wspomagamy się analogiami i modelami – a te wykorzystywane na początku są ogromnie uproszczone. Tu można wspomnieć prymitywny i mylący model przepływu prądu, gdzie prąd elektryczny przedstawiany jest jako przesuwanie kulek – piłeczek w rurkach.

Inny popularny przykład to analogia hydrauliczna, gdzie napięcie elektryczne to odpowiednik ciśnienia lub wysokości, a prąd elektryczny jest odpowiednikiem przepływu wody w rurach. Poważne pułapki związane z takimi prymitywnymi analogiami to szeroki temat, którym możemy się zająć oddzielnie.

Ponieważ teraz mamy mówić o elementach i ich parametrach prezentowanych w kartach katalogowych, weźmy prosty przykład rezystora: w różnych źródłach możemy znaleźć ilustracje podobne do fotografii 1. Mamy fotografię rezystora oraz symbol rezystora, a ilustracja taka niewątpliwie sugeruje, że to jest to samo!

Cieszymy się, że bezboleśnie poznajemy podstawy elektroniki, a tymczasem nieświadomie wpadamy w poważną pułapkę. Otóż zupełnie nieświadomie utrwala się nam z gruntu fałszywe przekonanie, że symbol rezystora to w zasadzie to samo, co rzeczywisty rezystor.

Co jeszcze gorsze (i trudniejsze), z rezystorem, czyli elementem, utożsamiamy rezystancję, czyli wielkość fizyczną, parametr fizyczny. Podobnie utożsamiamy pojemność elektryczną z kondensatorem, a indukcyjność z cewką, co zresztą znajduje odbicie w nieścisłych i mylących sformułowaniach, których wszyscy powszechnie używamy.

Gdy później próbujemy zgłębiać dalsze, trudniejsze zagadnienia, wtedy wcześniej utrwalone utożsamianie symbolu i fizycznej wielkości z realnym elementem nadal pokutuje i mocno przeszkadza.

Jeżeli dobrze pójdzie, dopiero gdzieś na studiach, ktoś burzy nam ten piękny i prosty obraz, tłumacząc między innymi, że rzeczywisty rezystor ma liczne parametry pasożytnicze, że rezystor ma jakąś pojemność i jakąś indukcyjność, a i z jego rezystancją jest szereg problemów, bo zmienia się ona pod wpływem licznych czynników. Wielu z nas ma kłopot z akceptacją faktu, że ściśle biorąc, rezystor… nie spełnia prawa Ohma.

Ponadto my już wcześniej spotkaliśmy się z kartami katalogowymi i zawartymi w nich parametrami. I mieliśmy kłopot ze zrozumieniem sensu zawartych tam informacji, w tym podanych parametrów.

Między innymi dlatego, że obecny proces, cykl edukacyjny utrwalił w nas fałszywe, zbyt mocno uproszczone wyobrażenia co do właściwości elementów.

Różnica między schematem i jego realizacją

Niewielu nauczycieli informuje i w sumie ostrzega uczniów, że schemat to tylko zestawienie graficznych symboli. Że to jest ogromne uproszczenie, że to idealizowany model, że to tylko prymitywna analogia i namiastka rzeczywistości.

Dlatego podkreślmy, że graficzny symbol na schemacie reprezentuje nie tyle realny element, co teoretyczny, idealny model.

Schemat to nie jest układ! Schemat to tylko obrazek, bardzo mocno uproszczony, na pewno nie pokazujący wszystkiego. Mamy schematy montażowe, czyli obrazki, które pokazują, jak konkretnie powinny być rozmieszczone i połączone elementy – przykład na rysunku 2.

(…) ciach!

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się z numerze lipcowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 7/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełna wersja czasopisma umieszczona jest na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 7/2023 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (Cappuccino = 10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – CAPPUCINO (10zł),
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mam wysłać na podany adres e-mailowy.