Område 1 · lektion 5 · 17 sep

Bygge 0 – lysdioden

En lysdiod som lyser för att du räknat ut varför. Området avslutas med det minsta bygge som ändå kräver alla fyra guiderna: räkna, rita, bygg, mät.

Det här är inte ett bedömt system Bygge 0 är en förövning. Betygskriterierna definierar ett mekatroniskt system som något som sammanför mekanisk struktur, elektroteknik och styrteknik. Den här kretsen har varken en rörlig del eller en styrenhet – bara elektrotekniken. Den kan därför inte bedömas som ett mekatroniskt system, och den ingår inte i de fem system du bygger under året. Ditt betyg vilar inte på den här sidan. Vad den däremot gör är att lära dig arbetsgången du kommer att använda i alla fem: beräkna först, bygg sedan, mät efteråt, och förklara skillnaden. Det första bedömda bygget är bygge 1 i område 2.

Uppgiften

Få en röd lysdiod att lysa från 5 V, med en förresistor du räknat ut själv. Mät sedan spänningen över motståndet och jämför med det du räknade. Skillnaden mellan de två talen är det du ska förklara – inte gömma undan.

R1 är förresistorn, och dess värde är det du ska räkna ut. Det är hela uppgiften.
D1 är den röda lysdioden. Triangeln pekar mot strecket, alltså mot minus – på komponenten är det korta benet och den plattade kanten.
Voltmetern sitter med en sladd på var sida om motståndet, alltså parallellt med det, och kretsen är igång under mätningen.

Innan passet

Fyll i samrådsunderlaget innan du ber om handledning. De tre frågorna tar två minuter och gör passet kortare för dig. Läs också effekt och komponentval igen om uträkningen känns osäker – det är den guiden bygget vilar på.

Arbetsgång

Räkna. Läs av lysdiodens framspänning i databladet eller använd 2,0 V för röd. Dra bort den från matningsspänningen, dela med den ström du vill ha (20 mA är ett bra riktvärde), och välj närmaste E12-värde uppåt. Skriv ner varje mellansteg.
Kontrollera effekten. P = U · I i motståndet. Är den under halva märkeffekten på ditt motstånd, alltså under 0,125 W för ett vanligt 1/4 W-motstånd, är du på den säkra sidan.
Rita schemat innan du bygger. Beteckningar och värden utsatta. Det tar en minut och gör felsökningen efteråt möjlig.
Bygg. Spänningen bortkopplad medan du kopplar. Lysdiodens långa ben mot plus, den plattade kanten mot minus. Kontrollera att motståndets båda ben sitter i olika femhålsgrupper.
Mät matningen. Innan du dömer något annat: hur mycket får kretsen faktiskt? Sällan exakt 5,00 V.
Mät över motståndet. Voltmetern parallellt, en spets på var sida, som i schemat ovan. Röd spets på den sida som ligger närmast plus.
Mät över lysdioden också. Nu vet du hur mycket den faktiskt tar, i stället för vad tabellen påstod.
Jämför och förklara. Ställ upp beräknat och uppmätt bredvid varandra och skriv ner varför de skiljer sig.

Jämförelsen – och varför talen aldrig blir lika

Här är hur en färdig jämförelse kan se ut. Siffrorna nedan är ett exempel, inte facit – dina egna mätvärden blir andra.

Storhet	Beräknat	Uppmätt	Skillnad
Matningsspänning	5,00 V	4,92 V	−0,08 V
Lysdiodens framspänning	2,00 V	1,94 V	−0,06 V
Spänning över motståndet	3,00 V	2,98 V	−0,02 V, alltså 0,7 %
Motståndets resistans	150 Ω märkt	148 Ω	inom 5 % tolerans
Ström genom kretsen	20,0 mA	20,1 mA	+0,1 mA

Strömmen i sista raden är inte mätt utan uträknad ur de uppmätta värdena, vilket är fullt tillåtet så länge du säger att du gjort så:

I = U / R = 2,98 V / 148 Ω = 0,0201 A = 20,1 mA

Fyra saker förklarar nästan alltid skillnaden, och det är de här du ska skriva om:

Motståndets tolerans. En guldring betyder 5 %. Ett motstånd märkt 150 Ω får ligga var som helst mellan 142,5 och 157,5 Ω och ändå vara felfritt.
Lysdiodens verkliga framspänning. Tabellvärdet 2,0 V är ett typvärde. Två lysdioder ur samma påse kan skilja en tiondels volt, och framspänningen ändras dessutom något med strömmen och med temperaturen.
Matningen är inte exakt. USB ligger ofta någonstans mellan 4,8 och 5,1 V, och sjunker under belastning. Ett nytt 9 V-batteri ger snarare 9,5 V än 9,0.
Mätaren själv. En enkel multimeter anger ofta noggrannheten som ±(0,5 % av avläsningen + 2 siffror). På 2,98 V betyder det ungefär ±0,03 V. Ditt mätvärde är inte en sanning utan ett intervall.

Hur stor skillnad är för stor Under ungefär 5 % är skillnaden normal spridning och behöver bara förklaras. Över ungefär 20 % är det något som faktiskt är fel: ett motstånd med annat värde än du trodde, ett prefixfel i uträkningen, en matning som sjunkit, eller en lysdiod av annan färg än du utgick från. Leta där innan du skyller på toleranser.

Kraven

Kryssen sparas i din egen webbläsare. De är en checklista för dig, inte en inlämning.

Beräknad förresistor, med uträkningen redovisad. Inte bara svaret. Alla tre stegen ska synas: spänningen över motståndet, resistansen, och effekten. Skriv också vilket E12-värde du valde och varför du valde uppåt eller nedåt.
Byggd koppling. Kretsen finns på kopplingsdäcket och lysdioden lyser. Ett schema ritat med beteckningar och värden hör till – det är det som gör bygget läsbart för någon annan än dig.
Uppmätt spänning över motståndet. Voltmetern parallellt över motståndet, med kretsen igång. Värdet noterat med enhet.
Jämförelse mellan beräknat och uppmätt. De två talen bredvid varandra, och skillnaden uträknad – både i volt och i procent.
Förklaring av skillnaden. Varför blev de inte lika? Minst en av orsakerna ovan, kopplad till just dina siffror. "Det blev lite fel" räcker inte; "motståndet mätte 148 Ω i stället för 150 Ω, vilket ensamt förklarar en dryg procent" gör det.

Dokumentationen

Bygge 0 bedöms inte, men skriv ändå ner det du gjort. Använd dokumentationsmallen och gör de fyra E-punkterna. De tar tjugo minuter nu, och de gör att du redan kan formen när bygge 1 kommer – då räknas den.

Två av C-punkterna passar ovanligt bra på just det här bygget: motiverade komponentval är hela uträkningen du gjort, och mätvärden med enhet är tabellen ovan. Ta med dem, så ser du vad nivån innebär innan den börjar gälla.

Om det inte fungerar

Lysdioden lyser inte alls. Vänd den. Långa benet mot plus. Mät sedan matningen – finns det spänning på däcket över huvud taget? Är strömskenan bruten på mitten?
Lysdioden lyser mycket svagt. Kontrollera motståndsvärdet med mätaren. Ett 1,5 kΩ har samma färger som 150 Ω så när som på multiplikatorringen, och tio gånger för stort motstånd ger tio gånger för lite ström.
Ingen ström alls trots att allt ser rätt ut. Sitter två ben på var sin sida om mittspåret? Se kopplingsdäckets fällor.
Lysdioden blinkade till och slocknade. Motståndet satt troligen överbryggat, alltså med båda benen i samma femhålsgrupp, eller glömdes bort. Lysdioden är förbrukad. Ta en ny, och rätta kopplingen först.
Mätvärdet hoppar. Glapp. Tryck ner trådarna ordentligt och byt hål – ett urslitet hål håller inte en tunn kopplingstråd.

Vidare

Med bygge 0 avslutat är område 1 klart. Du kan räkna, rita, bygga och mäta. Nästa område tar fram Unon, och då blir samma arbetsgång rikare med ett steg till: koden.

Tillbaka till område 1 eller till kursens material.