Paso 4: Hardware y electrónica
Antes de comenzar, voy a explicar algunos de los componentes electrónicos básicos. Si apenas empezaste con la electrónica, esto es para ti!
A veces usaré algunos física para explicar cómo funciona un determinado componente, esto es solo una nota de lado, no importa si no entiendes de esto todavía.
Dispones de algunos enlaces a vídeos en YouTube que me ayudó a comprender los principios básicos de los diferentes componentes.
Física básica
Electricidad es el flujo de portadores de carga eléctrica: electrones (en la mayoría de los casos).
Electrones son las partículas cargadas negativamente que giran alrededor del núcleo con carga positiva (núcleo, plural: núcleos) de un átomo.
Electrones pueden moverse fácilmente a través de metales, como cobre, plata, oro... Llamamos a estos conductores de materiales.
Estos materiales tienen libre movimiento de electrones.
Materiales como plástico, madera, vidrio, aire... no conducir la electricidad muy bien. Se llaman aisladores.
No tienen movimiento de electrones o portadores de la carga.
Una pieza de material que tiene cargas más negativas (electrones) que positivas (núcleos con protones positivos), que se carga negativamente.
Un pedazo de material que tiene cargas menos negativas que las positivas, se carga positivamente.
(Tenga en cuenta que pueden mover sólo los electrones, los núcleos positivos están atrapados en una red.)
Al igual que los imanes, enfrente de cargas atraen: cuando usted tiene una pieza de material que tiene más electrones y una pieza que tiene menos electrones, los electrones en la pieza negativa serán atraídos al pedazo de positivo. Si hay un conductor entre estas piezas, estos electrones se 'flow' a la parte positiva: es la corriente eléctrica.
Corriente expresa la cantidad de cargas que fluyen a través de un conductor por unidad de tiempo. Su unidad es Amps (amperio) y se define como C/r, donde C es Coulomb (carga) y s (segundos). Su símbolo es I.
Una pila tiene un lado negativo que tiene más electrones y un lado positivo que tiene menos electrones. Como he dicho antes, los electrones intentará alcanzar el lado positivo, pero no se pasan por el circuito interno de la batería en sí. Esto da la energía potencial de electrones. Esta es la energía que se libera como luz y el calor de una bombilla, como movimiento (energía cinética) en un motor... La diferencia de energía potencial de una carga en el positivo y una carga en el lado negativo, se llama la tensión. La unidad es de voltios y se define como J/C, donde J es el Joule (unidad SI de energía) y C es Coulomb (SI-unidad de carga). Esto expresa la cantidad de energía una cierta carga (Lea: cierta cantidad de electrones) libera.
El símbolo de v es V o U (del alemán de la palabra 'Unterschied', diferencia y se refiere a la diferencia de potencial).
Potencia es la cantidad de energía que se libera por unidad de tiempo. La unidad SI es de vatios y se define como J/s donde J es julios, y s es segundos. Si multiplicas corriente por voltaje (C/s ∙ J/C) el C anula, por lo que se J/s. Esto significa que multiplica el voltaje por la corriente da le la potencia.
En la mayoría de esquemas, se utiliza el flujo de corriente convencional: las flechas se dibujan desde el lado positivo al lado negativo. En la práctica, sin embargo, sólo los electrones pueden moverse, por lo que la dirección real del flujo actual es del lado negativo a lo positivo.
Resistencias
Resistores son componentes - como el nombre implica - una resistencia eléctrica, en otras palabras, limitan el flujo de electrones, por lo que a menudo se utilizan para limitar la corriente.
La unidad SI de resistencia es ohmios, escritos a menudo como la letra griega omega (Ω). Son de uso frecuente con la unidad de los prefijos kilo (k) y mega (M). Por ejemplo, 1.2MΩ = 1M2Ω = 1, 200kΩ = 1.200, 000Ω = 1.200, 000E = 1.200, 000R. (tenga en cuenta escribir un dígito después de que el prefijo de la unidad es el mismo que escribe después del punto decimal. También, en algunos esquemas, E o R se utilizan en lugar de Ω).
El valor de una resistencia se indica mediante bandas de color 4 (o 5), utilice el código de color resistor:
Las primeras bandas 2 (o 3) son los 2 (o 3) primeros dígitos del valor, y la banda 3 (o 4) es la potencia de diez que viene después de los dígitos 2 (o 3). Esto también se llama el multiplicador y es el número de ceros que hay que añadir. La última banda es la tolerancia y sobre todo es plata u oro.
Por ejemplo, oro rojo rojo rojo = 100Ω = 22 x 2, 200Ω = Ω 22 x 10² = 2k2Ω = 2.2kΩ, con una tolerancia de 5%; verde azul negro rojo marrón = 560 x 10Ω = 5, 600Ω = 5k6Ω = 5.6kΩ, con una tolerancia del 2%.
La relación entre resistencia, voltaje y corriente se puede calcular usando la ley de Ohm.
I = V/R
donde es la corriente en amperios, V la tensión en voltios y la resistencia en ohmios.
Este es un muy, si no la más importante fórmula en electrónica, así que trate de recordarlo!
Condensadores
Un condensador es un componente eléctrico que puede almacenar carga eléctrica (en forma de electrones).
Aunque son fundamentalmente diferentes, de alguna manera, se comporta como una pequeña batería recargable.
Cuando un voltaje se aplica a un condensador, la diferencia de potencial (una diferencia en el número de electrones → el lado con más electrones tiene una carga negativa, en comparación con el otro lado) estos electrones pueden fluir del condensador otra vez, cuando ya no se aplica el voltaje, al igual que una batería.
Los condensadores se utilizan en filtros, por ejemplo para filtrar hacia fuera ruido de su fuente de alimentación de 50 / 60Hz, o para filtrar las frecuencias altas de su música cuando se enciende el filtro de paso bajo, o girar los graves y los agudos las perillas de su amplificador. En estos casos, el condensador de carga y descarga muy rápido.
Otro uso para el condensador, está filtrando hacia fuera de tensión.
El SI unidad de capacitancia es el Farad o f el. Esta es una unidad muy grande, y más a menudo, usted verá los prefijos como pico (p), nano (n) o micro (μ).
En algunos condensadores más pequeños, la capacitancia se escribe usando un número de tres dígitos. Los dos primeros dígitos son los dos primeros dígitos del valor, y el tercer dígito es la potencia de diez con multiplicar. La unidad del valor que se obtiene es picofaradio.
Por ejemplo, 104 = 10 x 10⁴ = 100.000 pF = 100 nF = 0,1 μF (= 0.0000001 F)
Los condensadores más grandes, del tipo electrolítico, (sobre todo los cilíndricos) tienen una polaridad, marcada por una línea gris. Si se les conectan la manera incorrecta alrededor, pueden explotar, tener cuidado!
Transistores de
Un transistor es un dispositivo semiconductor, que se utiliza para cambiar o amplificar una señal. Se puede pensar como un interruptor, que puede ser operado mediante el uso de una señal muy débil, un interruptor de control actual.
Un transistor tiene tres terminales: se llaman la base (B), emisor (E) y colector (C).
El emisor 'emite' electrones, y son 'recopilados' por el colector. La base se utiliza para controlar este flujo de electrones.
Si un pequeño los flujos actuales de la base al emisor, una corriente mucho más grande fluirá desde el colector a emisor. Cuánto mayor es esta corriente C-E, depende de una constante, específica para el tipo de transistor. Esta constante se llama el aumento actual de C.C. y tiene el símbolo de la letra griega beta (β) o Hfe.
Por ejemplo, si tienes un transistor con β = 100 y su actual B-E = 10mA, su corriente de C-E será 1A.
Este principio se utiliza en amplificadores.
Obviamente, el transistor no puede mantener por amplificación para siempre: en un momento determinado, el transistor sólo actuará como un interruptor: el transistor está en saturación modo.
Hay dos tipos de transistores: NPN y PNP. Esto tiene que ver con los semiconductores dentro.
La diferencia es la dirección en la cual la corriente fluye, más sobre este tema en los ejemplos de los siguientes pasos.
MOSFETs
Otro tipo de transistor es el MOSFET, acrónimo de Metal oxido Semiconductor Field Effect Transistor.
El MOS sólo soportes para los materiales de que se hace, y FET significa que la cantidad de corriente que es dejó a través es controlada por un campo, un campo eléctrico, más concretamente. Física nos dice que cuanto mayor sea el voltaje, más fuerte el campo eléctrico, así que podemos controlar la corriente con un voltaje, mientras que el normal (Transistor de ensambladura Bipolar o BJT) utiliza la corriente para controlar la corriente.
Un MOSFET también tiene tres pines: una puerta (G), un drenaje (D) y fuente (S).
La fuente es donde los electrones provienen y fluyen hacia el drenaje. Este flujo es controlado por la tensión en la puerta (y su campo eléctrico que lo acompaña). Por analogía con el transistor, la puerta puede ser comparada con la base, la fuente para el emisor y el desagüe en el recolector.
Una ventaja de un MOSFET en un BJT es la eficacia más alta: cuando enciende totalmente, un MOSFET tiene una resistencia de D S de unas pocas decenas de miliohmios. Esto resulta en menor disipación de energía (calor) cuando cargas de alta corriente.
También, ninguna corriente fluye de la puerta de la fuente.
Una desventaja es que necesita acerca de 10v en la puerta para MOSFETs más estar plenamente en el. Se trata de 2 - 3 veces mayor que la tensión de un pin de salida del Arduino, por ejemplo.
Diodos
Al igual que un transistor, un diodo es un dispositivo semiconductor. Una de las propiedades interesantes de un diodo, es que ellos sólo conducir la electricidad en una dirección.
Por ejemplo, placas Arduino tienen un diodo en serie con su conector de entrada de energía, que impide invertir la potencia y dañar el chip.
Los diodos tienen una caída de tensión directa desde 0.5v a 0.7v. Esto significa que si se mide la tensión antes del diodo, es acerca de 600mV superior después del diodo.
Por supuesto, un diodo tiene sus límites: Si la tensión inversa es demasiado alta, puede romper, causando que deja pasar corriente en la dirección equivocada. En algunos diodos, esto se hace de forma controlada. Estos diodos se llaman diodos zener. Realizará sólo si la tensión es superior a un valor determinado, específico para el zener.
Este valor es constante, por lo que los diodos zener se utilizan como referencia en los reguladores de voltaje.
LED
Un LED, acrónimo de Light Emitting Diode, es como un diodo normal, pero que emiten la energía (de su caída de tensión directa) como la luz, en lugar de calor. Su caída de tensión es más alta que un diodo normal: de 1.2v para un LED infrarrojo, hasta 3, 5V para LED azul y ultravioleta.
Si la corriente va a través del LED es alta, va a morir. Para evitar esto, se utiliza una resistencia en serie.
Siempre hacer esto, de lo contrario, voy a matar dentro de la LED un segundo.
Relés de
Un relé es un interruptor controlado por corriente verdadera. Consiste en una bobina, al lado de un pedazo de metal, que es retirado por un resorte. Cuando los flujos actuales a través de la bobina, genera un campo magnético que atrae a la pieza de metal y hace una conexión.
La ventaja es que puedes controlar muy alta corriente o cargas de CA y no añadir prácticamente ninguna resistencia adicional.
Las desventajas son que los relés son lentos, ya que tienen que moverse físicamente, son más frágiles, debido a las piezas móviles, son extremadamente lentos, comparado con un transistor, y puede crear chispas.
Otras partes
Por supuesto hay muchos otros componentes que se pueden utilizar en sus proyectos de Arduino:
Altavoces y micrófonos: micrófonos dinámicos tienen una bobina y un imán para convertir las vibraciones del aire en señales eléctricas. Del mismo modo, los altavoces utilizan una bobina que se mueve en un campo magnético permanente para generar las vibraciones cuando se alimenta con una señal de AC. Micrófonos electret traducen el movimiento del aire a los cambios en la capacidad. Discos piezoeléctricos convierten vibraciones a tensión, y viceversa, así que puede utilizar como un micrófono y un altavoz pequeño.
Interruptores: los interruptores son dispositivos de entrada fácil para tu Arduino, existen en todas las formas y tamaños.
Resistencias variables o potenciómetros: esto es rastro resistente a circular y un limpiador, conectado a un eje de giro, que cambia la resistencia mientras se mueve a lo largo de la traza.
Versiones pequeñas sin un eje se llaman potenciómetros de ajuste.
ICs y fichas: se dispone de una inmensa variedad de ICs, como reguladores de voltaje, microprocesadores, amplificadores operacionales, amplificadores, puertas lógicas, memoria, temporizadores y así sucesivamente.
Sensores: Usted puede encontrar un sensor para prácticamente cualquier cosa, sensores de luz, sensores de temperatura, sensores de distancia, sensores de alcohol, incluso módulos GPS, cámaras... Otras variantes son optointerrupters, interruptores (magnéticos) reed...
Codificadores rotativos u ópticos: convierten el movimiento en una serie de pulsos, como el botón de volumen en su coche, o el mando de su horno de microondas.
Pantallas: Pantallas LCD pueden ser utilizados (algunos con pantalla táctil), o simple LED de 7 segmentos muestra, incluso los pequeños OLED pantallas están disponibles.
Ventiladores, bobinas y motores: ventiladores de computadora, solenoides, motores de corriente continua, motores paso a paso, servos y así sucesivamente.
Energía
Usted puede alimentar su Arduino desde un puerto USB, pero esta solución se limita a 5v y 500mA sólo, así que si desea utilizar cosas como motores o cosas que requieren un voltaje más alto, usted necesitará una fuente de alimentación.
Una fuente de alimentación de sobremesa, es la mejor solución, creo que: tienen características limitantes actuales, tensión ajustable, y puede entregar mucha potencia. La mayoría de ellos también tienen algunos conveniente 12v y 5v de salida, además de su salida ajustable. Pero tienden a ser bastante caro...
Una solución puede ser un adaptador de pared-verruga, que tapa a la derecha en su Arduino. El regulador de tensión a bordo de Arduino lo le paso a 5v para la viruta sí mismo. El regulador puede tomar cualquier tensión entre 6v y 12v, según las especificaciones.
Otra solución de gran poder es una fuente de alimentación de computadora: tiene mucha potencia, protección térmica, protección del cortocircuito y entregar los voltajes mas comunes (3v3, 5v, 12v). Hay un montón de Instructables de cómo hackear un ordenador antiguo fuente de alimentación, por ejemplo:
Una desventaja es que la protección actual es no sensible, ya que está diseñado para componentes de ordenador que pueden pasar por encima de 30 o más en total, por lo que su circuito puede explotar e incendiarse, todo lo que se está conectado, como atrae a menos que la corriente nominal, la fuente de alimentación destruir serán feliz seguir suministrando energía.
Además, la fuente de alimentación utiliza voltajes muy altos, dentro de una caja de metal, así que lo de hacking no es sin riesgos...
También puede crear su propia fuente de alimentación por supuesto, pero probablemente será más barato comprar sólo una fuente de alimentación de sobremesa decente.
Fuentes de energía para los usos móviles pueden ser pilas de moneda, si el circuito no dibuja mucho poder, o baterías AA estándar, una batería de 9v, Ni-MH recargable o pilas Li-ion, un powerbank USB o incluso paneles solares.
Almacenamiento de información
Yo uso dos gabinetes de cajón para almacenar todos los componentes pequeños y una docena de otras cajas para cables de motores, PCB, etc.. Algunos tienen pequeños compartimentos, para guardar tornillos, tuercas y pernos.
Si tu Arduino o algún otro IC o viruta vino en una bolsa de plástico brillante, no lanzarlo lejos! Es probablemente una bolsa antiestática, para proteger los componentes que son propensos a daños por ESD (descarga electrostática), usarlos para guardar tus fichas.
Además, la mayoría vienen de la ICs en un pedazo de espuma antiestática, mantenerlos para guardar tus fichas, protege contra ESD, impide la flexión de las piernas.
Herramientas
Las herramientas básicas que necesitarás son cortadores de alambre y pelacables, probablemente unos alicates y un juego de destornilladores pequeños. Un multímetro viene bien muy a menudo, y si tienes dos de ellos, puede medir tensión y corriente al mismo tiempo, que es una gran ventaja, aunque no en todos es necesario.
También necesitarás un soldador, y algunos de la soldadura, tal vez una bomba de desoldar, a salvar las partes de un viejo PCB.
De prototipos, vas a necesitar una placa sin soldaduray algunos cables de puente. También puede usar alambre fino de cobre con un núcleo sólido. De cualquier manera, necesitarás un cable, generalmente Compro cable rojo, blanco y negro, unos 10 metros. (Rojo se utiliza para el positivo, para el negativo o tierra, blanco y negro de 'otras cosas') Usted se sorprenderá de qué tan rápido se utilizar para arriba.
Algunos perfboard puede venir bien para circuitos permanentes.
