5. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ Ι (ΑΝΤΙΣΤΑΤΕΣ )

5. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ Ι (ΑΝΤΙΣΤΑΤΕΣ ) Μεταβλητοί αντιστάτες Η τιμή της αντίστασης των μεταβλητών αντιστατών σε αντίθεση με αυτή των σταθερών, δε διατηρείται σταθερή αλλά μεταβάλλεται, είτε μηχανικά με την παρέμβαση χειριστή, είτε αυτόματα με την αλλαγή κάποιου παράγοντα όπως είναι συνήθως η θερμοκρασία, ο φωτισμός και η υγρασία. Ανάλογα με την αιτία που προκαλεί την μεταβολή της αντίστασής τους έχομε τους πιο κάτω μεταβλητούς αντιστάτες τους οποίους χρησιμοποιούμε στο μάθημα μας: Μεταβλητοί αντιστάτες τύπου ποτενσιόμετρου, η τιμή της αντίστασης των οποίων αλλάζει πολύ εύκολα με την περιστροφή του άξονα που είναι εφαρμοσμένος σε αυτούς. Ρυθμιζόμενοι αντιστάτες, η τιμή της αντίστασης των οποίων ρυθμίζεται μηχανικά σε ένα προκαθορισμένο χαρακτηριστικό σημείο και διατηρείται σε αυτό το σημείο σχεδόν πάντοτε. Φωτοαντιστάτες, η τιμή της αντίστασης των οποίων μεταβάλλεται ανάλογα με την ποσότητα του φωτισμού που πέφτει στην επιφάνειά τους. Θερμοαντιστάτες ή θερμίστορ, η τιμή της αντίστασης των οποίων μεταβάλλεται ανάλογα με την θερμοκρασία του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκονται. Μεταβλητοί αντιστάτες τύπου ποτενσιόμετρου Σε πολλές εφαρμογές χρειάζεται να μεταβάλλουμε συνεχώς τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κύκλωμα ή σε μέρος αυτού. Σε άλλες περιπτώσεις χρειάζεται να μεταβληθεί η τάση σε ένα μέρος του κυκλώματος. Η ανάγκη αυτή οδήγησε στο σχεδιασμό και κατασκευή των μεταβλητών αντιστατών τύπου ποτενσιόμετρου. Η τιμή της αντίστασής τους μεταβάλλεται με την περιστροφή ενός άξονα που είναι ενσωματωμένος σε αυτό (σχ. 5/13). Περιστρέφοντας τον άξονα η αντίσταση μεταβάλλεται από 0Ω μέχρι τη μέγιστη τιμή η οποία αναγράφεται αριθμητικά στην κάτω όψη του εξαρτήματος. Σχ. 5/13 Μεταβλητός αντιστάτης τύπου ποτενσιόμετρου Το ποτενσιόμετρο έχει τρεις ακροδέκτες, από τους οποίους χρησιμοποιούμε για τις εφαρμογές μας συνήθως μόνο τους δύο, το μεσαίο και ένα από τους δύο ακραίους, ανάλογα με την φορά περιστροφής του άξονα που επιθυμούμε. Ο μεταβλητός αντιστάτης ποτενσιόμετρου συναντάται συνήθως στα ηχοσυστήματα όπου με την περιστροφή του κατάλληλου κουμπιού στο οποίο είναι ενσωματωμένος ο μεταβλητός αντιστάτης, μεταβάλλεται η ένταση ή ο τόνος του ήχου (σχ. 5/14). Σχ. 5/14 Η ένταση και ο τόνος του ήχου στα ηχοσυστήματα γίνεται με τη βοήθεια ποτενσιόμετρων 30

Στο σχήμα 5/15 πιο κάτω φαίνονται τα σύμβολα που συνήθως χρησιμοποιούνται για το ποτενσιόμετρο στα διάφορα κυκλώματα. Σχ. 5/15 Σύμβολα μεταβλητού αντιστάτη ποτενσιόμετρου Ένα απλό παράδειγμα εφαρμογής του ποτενσιόμετρου είναι η ρύθμιση της έντασης φωτισμού που εκπέμπει ένα φωτιστικό όπως φαίνεται στο σχήμα 5/16 Ω Ω Σχ. 5/16 Ρύθμιση της έντασης φωτισμού με τη βοήθεια ποτενσιόμετρου Ρυθμιζόμενοι αντιστάτες Οι ρυθμιζόμενοι αντιστάτες κάνουν την ίδια ακριβώς εργασία όπως και οι μεταβλητοί τύπου ποτενσιόμετρου, με τη διαφορά ότι αυτοί ρυθμίζονται και παραμένουν ρυθμισμένοι σε μια προκαθορισμένη τιμή αντίστασης. Στο σχ. 5/17 φαίνεται ένας ρυθμιζόμενος αντιστάτης. Η τιμή της αντίστασης του τύπου αυτού μεταβάλλεται περιστρέφοντας, με τη βοήθεια μικρού βιδολόγου, μια εγκοπή που υπάρχει στην πάνω όψη του εξαρτήματος. Η μέγιστη τιμή αναγράφεται αριθμητικά στην πάνω όψη του εξαρτήματος. Σχ. 5/ 17 Ρυθμιζόμενος αντιστάτης Ο συμβολισμός των ρυθμιζόμενων αντιστατών είναι ο ίδιος με αυτό των ποτενσιομέτρων. Στο μάθημα μας οι ρυθμιζόμενοι αντιστάτες χρησιμοποιούνται πολύ στα ηλεκτρονικά κυκλώματα κατασκευών, όπου χρειάζεται να ρυθμιστεί η ευαισθησία του ηλεκτρονικού συστήματος σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο φωτισμού ή θερμοκρασίας 31

Φωτοαντιστάτης Ο φωτοαντιστάτης είναι ένα εξάρτημα το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως ως αισθητήρας φωτός σε διάφορα ηλεκτρονικά κυκλώματα όπου είναι απαραίτητο οι αλλαγές στο φωτισμό να μετατραπούν σε ηλεκτρικά σήματα, έτσι ώστε να ενεργοποιηθούν κάποια εξαρτήματα. Γνωστό παράδειγμα εφαρμογής του φωτοαντιστάτη είναι η ηλεκτρονική συσκευή που ανάβει αυτόματα αριθμό λαμπτήρων όταν κάποιος περάσει νύχτα από ένα χώρο. (σχ.5/18). Η μορφή και το σύμβολο του φωτοαντιστάτη φαίνονται στο σχήμα 5/19 πιο κάτω. To μέγεθος του Σχ. 5/18 Συσκευή αυτόματης ενεργοποίησης λαμπτήρων φωτοαντιστάτη αλλάζει ανάλογα με την εφαρμογή για την οποία προορίζεται. Στα σχολεία συναντιούνται συνήθως δύο μεγέθη, ένα με διάμετρο 12mm και ένα με διάμετρο γύρω στα 4,5mm (σχ. 5/20). (α) ΜΟΡΦΗ (β) ΣΥΜΒΟΛΟ Σχ. 5/19 Μορφή και σύμβολο του φωτοαντιστάτη Σχ. 5/20 Φωτοαντιστάτης μινιατούρα (4,5mm) Λειτουργία και χαρακτηριστικά στοιχεία φωτοαντιστάτη Ο φωτοαντιστάτης είναι ένα ηλεκτρικό εξάρτημα του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση αλλάζει αντιστρόφως ανάλογα με την ποσότητα του φωτισμού που πέφτει στην επιφάνειά του. Δηλαδή, Η αντίσταση του φωτοαντιστάτη μειώνεται, όταν το φως που προσπίπτει σ αυτόν αυξάνεται (άρα η αγωγιμότητά του αυξάνεται). Η αντίσταση του φωτοαντιστάτη αυξάνεται, όταν το φως που προσπίπτει σ αυτόν μειώνεται (άρα η αγωγιμότητά του μειώνεται). Η γραφική παράσταση του σχ. 5/21 δείχνει τη μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης του φωτοαντιστάτη που χρησιμοποιείται στα εργαστήριά μας σε σχέση με την ποσότητα φωτισμού μεγάλη (μέχρι και 10ΜΩ) μικρή (150-400 Ω) Αντίσταση φωτοαντιστάτη στο σκοτάδι Ποσότητα φωτισμού Ποσότητα φωτισμού στο φως Σχ. 5/21 Γραφική παράσταση αντίστασης φωτοαντιστάτη σε σχέση με την ποσότητα φωτισμού Ποσότητα φωτισμού ση φωτός 32

που πέφτει στην επιφάνειά του. Τα απλά κυκλώματα του σχήματος 5/22 δείχνουν την αγωγιμότητα του φωτοαντιστάτη σε συνθήκες φωτός και σκότους. Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι ο φωτοαντιστάτης, - στο κανονικό φως της μέρας έχει σχετικά μικρή αντίσταση (150-400 Ω) - στο σκοτάδι έχει σχετικά μεγάλη αντίσταση ( μέχρι και 10 ΜΩ) Στο φως (α) Στο φως ο σχετικά μικρή κύκλωμα ρέει ρεύμα, Στο σκοτάδι (β) Στο σκοτάδι ο σχετικά μεγάλη κύκλωμα ρέει πολύ μικρό ρεύμα, και όχι Στην αγορά, ο φωτοαντιστάτης, είναι συνήθως γνωστός με την Αγγλική ονομασία LDR(Light Dependent Resistor). (α) Στο φως ο σχετικά μικρή κύκλωμα ρέει ρεύμα, Ο φωτοαντιστάτης κατασκευάζεται από φωτοευαίσθητα υλικά όπως το θειούχο κάδμιο και το σεληνιούχο κάδμιο και είναι τοποθετημένα μέσα σε διαφανές πλαστικό περίβλημα (σχ. 5/23). Τα υλικά αυτά συμπεριφέρονται ως ημιαγωγοί δηλαδή η αγωγιμότητά τους αυξάνεται με την αύξηση της ποσότητας φωτισμού που πέφτει στην επιφάνεια τους. Φωτοευαίσθητο υλικό τοποθετημένο σε πλαστικό περίβλημα Ως ηλεκτρικό εξάρτημα, ο φωτοαντιστάτης δεν έχει πολικότητα έτσι για τη σύνδεση του σε κύκλωμα δε χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή. Σχ. 5/22 (β) Στο σκοτάδι ο σχετικά μεγάλη κύκλωμα ρέει πολύ μικρό ρεύμα, και όχι Σχ. 5/23 Ο φωτοαντιστάτης χρησιμοποιείται κυρίως ως αισθητήρας φωτός σε βιομηχανικά ηλεκτρονικά προϊόντα όπως συστήματα αυτοματισμών, συστήματα συναγερμού, βιντεοκάμερες κ.α. Στο μάθημα μας οι μαθητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν το φωτοαντιστάτη για το σχεδιασμό και κατασκευή απλών συστημάτων συναγερμού και αυτοματισμών (σχ. 5/24) Σχ. 5/24 Ηλεκτρονικό κύκλωμα συστήματος συναγερμού τοποθετημένο από μαθητή σε κουτί κασέτας μουσικής. Διακρίνεται ο φωτοαντιστάτης. 33

Θερμοαντιστάτης (Θερμίστορ) Ο θερμοαντιστάτης ή θερμίστορ είναι ένα εξάρτημα το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως ως αισθητήρας θερμοκρασίας σε διάφορα ηλεκτρονικά κυκλώματα όπου είναι απαραίτητο οι αλλαγές της θερμοκρασίας να μετατραπούν σε ηλεκτρικά σήματα, έτσι ώστε να ενεργοποιηθούν κάποια εξαρτήματα. Γνωστό παράδειγμα εφαρμογής του θερμοαντιστάτη είναι η συσκευή κλιματισμού που ενεργοποιείται ή απενεργοποιείται αυτόματα ανάλογα με την θερμοκρασία του χώρου. Η μορφή και το σύμβολο του θερμίστορ φαίνονται στο σχ. 5/25 πιο κάτω. (α) ΜΟΡΦΗ (β) ΣΥΜΒΟΛΟ Σχ 5/25 Μορφή και σύμβολο του θερμίστορ Λειτουργία και χαρακτηριστικά στοιχεία του θερμίστορ Το θερμίστορ είναι ένα εξάρτημα του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση αλλάζει αντιστρόφως ανάλογα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του χώρου στον οποίον ευρίσκεται. Δηλαδή, Με την αύξηση της θερμοκρασίας η αντίστασή του μειώνεται (άρα η αγωγιμότητά του αυξάνεται) Με τη μείωση της θερμοκρασίας η αντίστασή του αυξάνεται (άρα η αγωγιμότητά του ελαττώνεται) Θερμοκρασία Θερμοκρασία Η γραφική παράσταση του σχήματος 5/26 δείχνει τη μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης του θερμίστορ που υπάρχει στα σχολεία σε αντίσταση θερμίστορ σχέση με την θερμοκρασία. Σχετικά μεγάλη γύρω στα 10ΚΩ Σχ. 5/26 Γραφική παράσταση αντίστασης θερμοαντιστάτη σε σχέση με τη θερμοκρασία Κάπως μικρή (2ΚΩ) σε χαμηλή θερμοκρασία γύρω στους 5 C θερμοκρασία σε ψηλή ς θερμοκρασία γύρω στους 40 C 34

Τα απλά κυκλώματα του σχήματος 5/27 δείχνουν την αγωγιμότητα του θερμίστορ σε ψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες. Σε ψηλές θερμοκρασίες Σε χαμηλές θερμοκρασίες Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι ο θερμοαντιστάτης, - σε ψηλές θερμοκρασίες (ζέστη) έχει κάπως μικρή αντίσταση (π.χ. στους 40 C έχει αντίσταση γύρω στα 2ΚΩ) - σε χαμηλές θερμοκρασίες (κρύο) έχει σχετικά μεγάλη αντίσταση (π.χ. στους 5 C έχει αντίσταση γύρω στα 10ΚΩ) (α) Σε ψηλές θερμοκρασίες το θερμίστορ έχει κάπως μικρή αντίσταση. Άρα στο κύκλωμα ρέει ρεύμα, αρκετό για να ανάψει η Σχ. 5/27 (β) Σε χαμηλές θερμοκρασίες το θερμίστορ έχει σχετικά μεγάλη αντίσταση. Άρα στο κύκλωμα ρέει πολύ μικρό ρεύμα, όχι όμως Υπάρχουν διάφορα είδη θερμίστορ και το κάθε είδος παρουσιάζει διαφορετική τιμή αντίστασης σε θερμοκρασία δωματίου. Τα εργαστήρια Τεχνολογίας συνήθως διαθέτουν θερμίστορ τύπου NTC το οποίο σε θερμοκρασία δωματίου (γύρω στους 25 ο C ) παρουσιάζει αντίσταση 4,7ΚΩ. Ο θερμοαντιστάτης κατασκευάζεται από θερμοευαίσθητα υλικά. Τα υλικά αυτά συνήθως είναι προϊόντα σύντηξης μαγνησίου, κοβαλτίου, νικελίου και άλλων υλικών. Ως ηλεκτρικό εξάρτημα, ο θερμοαντιστάτης δεν έχει πολικότητα έτσι για τη σύνδεσή του σε κύκλωμα δε χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή. Ο θερμοαντιστάτης χρησιμοποιείται κυρίως ως αισθητήρας θερμοκρασίας σε φούρνους, κλιματιστικές συσκευές, για προστασία ηλεκτρικών συσκευών και εξαρτημάτων από υπερθέρμανση κ.α. Στο μάθημα μας οι μαθητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν το θερμοαντιστάτη για το σχεδιασμό και κατασκευή απλών συστημάτων αυτοματισμού που ανιχνεύουν τη χαμηλή ή ψηλή θερμοκρασία. (Σχ. 5/28) Σχ. 5/28 Ηλεκτρονικό κύκλωμα συστήματος συναγερμού ανίχνευσης ψηλής θερμοκρασίας κατασκευασμένο από μαθητή. Διακρίνεται ο θερμοαντιστάτης. Το θερμίστορ NTC, σε αντίθεση από το PTC, έχει τη χαρακτηριστική ιδιότητα ότι η ηλεκτρική αντίστασή του αυξάνεται με την ελάττωση της θερμοκρασίας. 35