03-Driverek

Eddig a mikrokontrollerel nagyon szépen tudunk ledeket, meg pici hangszórókat használni. Sajnos azonban a mikrokontroller kimenete pont ennyire erős: max. 2 led amit elbír. Tíz ledet már nem tud bekapcsolni.

Egy izzólámpa bekapcsolásához olyan erősnek kell lennie, mint 40 led bekapcsolásához, és egy motor meg úgy 200-1000 lednek felel meg. Jajj.

Ha nem elég erős a mikrokontroller kimenete, akkor oda kell varázsolnuk valamit, ami képes a nagyobb fogyasztókat is bekapcsolni. Ezeket nevezik meghajtóknak (angolul driver). (Jelen esetben ez kézzelfogható alkatrész, semmi köze a számítógépen futó eszközmeghajtó programokhoz.)

Szóval a cuccnak "elég erősnek kell lenni"? Erősnek, mint a paprika?

Az áramerősség fogalma

Mi az, hogy nem tudja bekapcsolni? Nem értem! Arról volt szó eddig, hogy kijön 5V villany a mikrovezérlőből. Most akkor nem jön ki belőle 5V villany, ha ráteszek 100 ledet, vagy mi van?

Igen, ez van. Pont ez a helyzet. Minden villanyforrás olyan, hogy a kijövő villany nagyságát befolyásolja, hogy mennyi ledet, lámpát, motort teszel rá.

Az 1.5V-os elemeink maximum 1A (1 amper, az 1000 milliamper), ennyi áramot tudnak szolgáltatni hosszabb távon. Ahhoz hogy egy led világítson, 10mA áram szükséges, így az jön ki, hogy 1000mA/10mA = 100 led, amit ilyen elemekkel lehet táplálni.

A mikrovezérlő kimenete az elemhez hasonlóan villanyt szolgáltat (végülis villany jön ki belőle, mint egy elemből - de azért ez nem elem), de maximum 20mA áramot tud szolgáltatni, ezért egy kimenetre kettő led köthető.

Még egy kis áramerősség

A villany nagysága (feszültség) és az áramerősség olyan fogalmak, amik könnyen vezetnek teljes kavarodáshoz mindenki fejében. Ezt a kavarodást tovább rontja, ha esetleg valaki rosszul használ fogalmakat, és ilyeneket mer mondani, hogy "az elem egy áramforrás". Valójában az elem egy feszültségforrás, és nem áramforrás! Ez a kavarodás tényleg feszültség-forrás lehet :) ezért eddig nem mondtuk olyan fogalmakat, hogy feszültség meg áram.

Mit csinál az elem?

Az elem egy feszültségforrás. Azt csinálja, hogy a két vége között a ráírt feszültséget próbálja meg fixen tartani. Ha azt írták rá, hogy 1.5V, akkor 1.5V lesz a két vége között. Ez nevezzük a villany nagyságának - ez a feszültség.

A feszültség képesség arra, hogy a villany valami munkát végezzen nekünk. Akkor is 1.5V van az elemben, amikor a boltban be van csomagolva, és akkor is 1.5V van az elemben, amikor ezzel megy a kütyü, amit csináltunk. A különbség csak annyi, hogy a boltban nem használjuk a munkavégzési képességet - mert csak ott lóg az elem a polcon, míg a kütyünkben használjuk - hiszen villogtatja a ledet, csipog, és még a mikrokontrollerünk is megy közben róla.

Mi történik, ha ráteszünk egy, vagy több lámpát?

A lámpa világítani kezd! Minden lámpa felhasznál valamennyi áramot, úgy 200mA (azaz 0.2A) áramot, ha világít. Ezzel terheli az elemet.

Ha két lámpát teszünk rá, akkor mindkét lámpa felhasznál 200mA áramot, így 400mA áram folyik az elemből a lámpák felé. Tehetünk rá egyre több lámpát, és így egyre több áram folyik az elemtől a lámpák felé. Azonban, ha elérjük az 1000mA-t - mert az elem csak ennyit tud szolgáltatni -, akkor utána már fura dolgok kezdenek történni, hiszen ettől többet az elem már nem tud szolgáltatni.

Többet nem tudok! Haggyábékén!

No de mit csinál az elem ilyenkor? Kijön belőle egy kis törpe és elkezd elégedetlenkedni, hogy ilyen nagy áramerősséget nem tudunk szolgáltatni? Természetesen nem! De azért történik pár dolog:

Az alábbi rajzon lerajzoltam a különféle eseteket.

A terhelés hatása az elemünkre

Ahogy a kis súlyemelő mutatja, minél nagyobb a terhelés az elemen, annál inkább megy össze a kimeneti feszültsége. A legcsúnyább dolog a rövidzárlat, ekkor nagyon összemegy az elem feszültsége, miközben felmelegszik az elem, és egyáltalán nem érzi jól magát.

Miért van annyiféle 1.5V-os elem?

Ez az élet nagy kérdései közül az egyik. Ha egyszer mindegyikre az van írva, hogy 1.5V, akkor mi a különbség ezek között?

Ezek mind 1.5V-os elemek

A dolog egyszerű! Minél nagyobb az elem (fizikailag), annál:

Mennyire is? Vannak titkos számok, amiket a gyártók nem írnak rá az elemre. Helyette reklámokat írnak rá, hogy ez az elem "tartós", meg "rézfejjel határozottan indiánnak néz ki", ezért gondos emberek méréseket végeztek, és ezek a számok jöttek ki:

A számok milliamper-órában vannak. Ez azt jelenti, hogy egy AA-s elem 1100mA terhelésnél egy óra alatt merül le (és ettől többel egyszerre nem illik terhelni). 550mA terhelést viszont már két órán át bír, egy 10mA-es ledet pedig 110 órán át (az majdnem 5 nap) tud működtetni.

Egy D-s elem meg nagyjából 10x ennyit tud, ott már 50 napig menne vele egy led. Nem semmi, ugye?

Mennyit áramot szolgáltat egy izé?

Csak úgy nagyságrendileg:

Mennyit áramot eszik egy izé?

Csak úgy nagyságrendileg:

Mennyi munkát végez egy izé?

Nem volt még elég? Na akkor ezt figyeld.

Van egy 100mA-t fogyasztó 4.5V-os lámpám. Meg van egy 100mA-t fogyasztó 230V-os lámpám. Melyik világít erősebben?

Az világít erősebben, amiben több munkát végez a villany, ezt úgy mondjuk, hogy nagyobb a teljesítménye. A teljesítményt watt-ban mérik, és egyszerűen a voltok és az amperek szorzata. Mivel a 230V-os lámpa esetén nagyobb a feszültség, ezért az jobban világít, úgy 50x jobban. Ezért nem szoktunk pici lámpákkal világítani otthon :)

Ahhoz hogy ésszerűen össze lehessen hasonlítani, hogy melyik az erősebb, ezért azt szokták a lámpákra ráírni, hogy mennyi munkát végez rajta a villany. 4.5V x 0.1A = 0.45W. 230V x 0.1A = 23W.

40W-os és 60W-os izzók

Természetesen fordítva is működik a képlet: ha van egy 230V-os 100W-os izzód, az 100W/230V = 0.434A-t eszik.

Mennyi munkát végeztethetünk egy izével?

Az energiaforrások terhelhetőségét megadhatják amperben, de hogy összehasonlítsuk, hogy vajon mennyi munkát is jelent ez, itt is átszámolhatjuk wattba:

Különböző feszültségforrások terhelhetősége

Érdekes, hogy az USB-től 100x több munkát tud végezni egy konnektor villanya, ugye?

Energiaforrás terhelhetősége

Egy energiaforrásra maximum annyi terhelést (lámpát, ledet, motort) szabad tenni, amennyi működtetéséhez az energiaforrás elég áramot tud szolgáltatni. Ha az energiaforrás elem vagy akkumulátor, akkor minél több terhelést teszünk rá, annál hamarabb merül le.