Tot lucrând eu să învăț despre PWM și semnalele (așa-zis) analog transmise de Arduino, am văzut multe tutoriale despre Arduino în care pe lângă folosirea unui led observăm și instalarea unui rezistor:
Apoi m-am uitat la ce am primit eu în kitul cumpărat de la Robofun: ”Hmm… Led… Rezistor… Led… brick…” Cu greu m-am convins să folosesc Led brick-ul conectându-l direct la placa mea Arduino. Repet… Sunt afon în ale electronicii (pentru moment). De ce m-am convins greu? Cine știe ce pot să stric?…
Și tot uitându-mă eu pe tutoriale cu multe rezistoare, am găsit și o poză în care arată cam în ce forme se pot găsi aceste rezistoare…
Stai puțin… am mai văzut pe undeva forma aceea pătrată… ”Surface… Mount… Resistors… Chip… Resistor…”
DESIGUR! Pe led brick! Pfiu… Nu îmi voi arde led-ul.
Dar cu ocazia asta am găsit motiv pentru o nouă zi în ale Arduino-ului. Azi vom învăța despre Rezistoare.
Cum funcționează electricitatea și ce este rezistența
Curentul electric poate trece prin orice! Nu… Nu e adevărat… Curentul electric poate trece prin aproape orice, dar pentru binele nostru ar fi de preferat să treacă doar prin firele electrice. De ce nu trece prin orice? Pentru că toate materialele au o rezistență specifică la trecere curentului prin ele, rezistență care depinde atât de material cât și de diametrul prin care trece curentul electric.
Așadar, firele electrice, în funcție de materialul din care sunt făcute, permit trecerea mai rapidă sau mai înceată a curentului electric prin ele. De asemenea, cu cât este mai gros firul cu atât mai ușor va trece curentul electric prin fir. Vorbim aici, prin urmare, de rezistența pe care firul o opune trecerii curentului electric.
Puțină istorie care să ne învețe ce să răspundem moșilor…
”La naiba!!! Au pus fire de aluminiu în pereți! V-ați ars… Trebuie să refacem circuitele în casă cu fire din cupru!” Nu știu dacă ai apucat să auzi asta, dar cică la unele blocuri mai recente, construite pe vremea lui Ceaușescu, circuitele electrice din casă erau făcute din aluminiu. Și dacă ceva nu mergea, cu siguranță nu mergea din această cauză. De ce? Pentru că aluminiul are o rezistență de 2.65, în timp ce cuprul are o rezistență de 1.68. Prin urmare, ce material conduce cel mai bine curentul? Bineînțeles că cuprul. Dar de ce nu e bun aluminiul? Păi hai să ne gândim puțin… Dacă firul de aluminiu care înlocuiește cuprul ar avea un diametru mai mare, nu ar fi la fel de bun? Bineînțeles că da. Prin urmare ce se reproșează de fapt aluminiului? Dacă firul nu e destul de gros, din cauza rezistenței materialului, acesta se poate încinge, putând duce la topirea izolării (și nu vrem asta!!!) Din cauza faptului că aluminiul se încinge mai ușor, dilatarea și contracția firelor facea ca aceste fire să iasă din șuruburile în care erau fixate. De asemenea, fiind un material moale, electricianul s-ar fi putut pomeni că i s-a rupt firul în mână în momentul în care lucra cu el. Și nu vrei să se rupă un fir atât de aproape de zid… Va trebui să spargi zidul și să faci o lipitură pe acolo. Așadar, cum răspundem moșilor care se plâng de aluminiu, doar așa, ca să ne dăm deștepți. ”Păi moșule! Vezi tu firul ăsta? E mai gros decât ar fi un fir de cupru. Grosimea asta permite firului de aluminiu să transfere curentul electric cu aceeași intensitate ca un fir de cupru fără să se încingă! Iar dacă mi-ai rupt firul, tu plătești reparația!” (chiar dacă ce îi spui s-ar putea să nu fie adevărat…).
Înapoi la ale noastre
Hai să ne întoarcem la oile noastre…
Ce este curentul electric? (Nu spune la nimeni, dar chiar acum citesc o carte despre curentul electric scrisă special pentru copii…) Ei bine, și presupun ca știi asta, sunt niște electroni care fug dintr-o parte în alta. Cu cât trec mai mulți electroni cu atât putem spune că curentul electric e mai mare. Dar cum nu putem urmări trecerea fiecărui electron în parte printr-un fir electric, s-a convenit asupra folosirii unei unități de măsură numite Amper (A). Cică un Amper echivalează aproximativ 6.000.000.000.000.000.000 electroni!!!
Cu ajutorul amperilor (A) măsurăm intensitatea (I) curentului electric (intensitatea cu care trec electronii prin firul electric). Tensiunea electrică (U), aplicată la capătul unui fir, trebuie să treacă prin respectivul fir, intensitatea ei (I) fiind decisă de rezistența (R) pe care firul o opune acestei tensiuni.
Dacă tensiunea crește, curentul care trece prin fir va fi mai mare, iar dacă crește rezistența conductorului la aceeași tensiune, intensitatea curentului va fi mai mică.
Așadar raportul este:
I = U/R
De aici derivăm și alte rapoarte:
U = I*R
R = U (V)/I(A)
Acest raport face obiectul Legii lui Ohm, un nene care a observat primul relația dintre tensiunea (potențialul) electrică, intensitatea curentului și rezistența electrică.
Ce treabă au toate acestea cu led-ul nostru?
Ei bine, ledului nostru nu îi place să fie forțat. Dacă îți amintești, în tutorialul precedent spuneam că, prin ieșirile lui, microcontroller-ul Arduino poate da 5V sau nimic. Problema este că ledului nostru i-ar plăcea să primească vreo 1.5V-2V sau 20mA (mili-amperi).
Apropo! Valorile tipice pentru led-uri sunt
LED roșu: 2V 15mA
LED verde: 2.1V 20mA
LED albastru: 3.2V 25mA
LED alb: 3.2V 25mA
”Ce se poate întâmpla dacă îi dai mai mult?” Se poate topi… Nimic mai mult. ”Și atunci ce facem?” Ce să facem? Păi hai să ne gândim…
Avem nevoie ca, înainte să ajungă la led, curentul să întâlnească o rezistență care sa ne permită ca la punctul de contact cu ledul voltajul să fie de 2V. Prin urmare, ce rezistență ne trebuie?
Dacă rezistența reprezintă tensiunea/intensitate, iar noi vrem sa scapam de 3 V și avem nevoie de o intensitate de 20mA (care înseamnă 0.02A), atunci putem scrie:
R = (5V-2V)/0.02A
Asta înseamnă ca trebuie ca intre fir și led să apară o rezistență de 150 ohm. (Psst! Vino mai aproape… Hai! Am un link pentru tine… http://led.linear1.org/1led.wiz)
Rezistența și rezistoarele
Cred că imediat ce ai văzut poza cu rezistoare ți-ai zis… ”Rezistoare! Desigur! Chestiile alea cilindrice cu linii desenate pe ele!” Da. Exact ele!
Așadar ce reprezintă ”liniile alea”? Liniile reprezintă valoarea de rezistența… rezistorului… Cum citim liniile?
Fiecare culoare are o valoare convenită anterior.
De cele mai multe ori abaterea (cum de altfel totul e relativ pe lumea asta, și rezistența e relativă) este notată pe linia care este oarecum depărtată de celelalte linii. Astfel, în funcție de culoare avem abaterea în procente:
Maro: 1%
Roșu: 2%
Auriu: 5%
Argintiu: 10%
Nimic: 20%
După ce am văzut abaterea, începând din partea stâgă putem citi celelalte linii – de obicei patru linii pentru cele cu abatere între 5% și 10% și cinci linii pentru rezistoarele cu abatere între 1% și 2%. Ultima linie din grup reprezintă multiplicatorul:
Negru: 0
Maro: 1
Roșu: 10
Portocaliu: 100
Galben: 1000
Verde: 10000
Albastru: 100000
Auriu: 1/10
Argintiu: 1/100
O dată ce am văzut multiplicatorul, putem începe să citim și restul liniilor de la stânga la dreapta:
Negru: 0
Maro: 1
Roșu: 2
Portocaliu: 3
Galben: 4
Verde: 5
Albastru: 6
Violet: 7
Gri: 8
Alb: 9
OK…
Hai să vedem… Avem nevoie de un rezistență de 150 ohm. Dacă nu găsim rezistențe de 150 ohm, ceea ce este foarte probabil, putem folosi rezistențe mai mari. Dacă folosim rezistențe mai mici, atunci tot surplusul rămâne în seama ledului, care, după ce va lumina maximul pe care poate îl poate lumina, va transforma restul în căldură…
Dacă îți place să citești linii, poți cumpăra un kit de rezistoare (https://www.robofun.ro/electronice/rezistoare/set_rezistoare-1_4W_500). Văd că în kitul acela se regăsesc și rezistoare de 220 ohm, care ar fi recomandate pentru ledurile noastre (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/BlinkWithoutDelay)… dacă nu ai Led brick, ca mine 😀
Un tutorial grozav despre cum să alegi rezistorul potrivit pentru ledul tău poate fi găsit aici: https://www.instructables.com/id/Choosing-The-Resistor-To-Use-With-LEDs/
