01 – Elektrický obvod

Vše, co v elektronice potkáš — od baterky po server — je jen složenina toho, co vidíš tady.

Zapojení

Co je na desce

	Součástka	Zkratka	Hodnota
Napájení	Napájecí svorky	+5 V / GND	5 V
Spínač	Tlačítko	SW1	—
Odpor	Rezistor	R1	470 Ω
Světlo	LED dioda	LED1	červená
Měření	Testpointy	M1, M2	—

---

Obvody jsou všude

Než se podíváme na desku, zkus si vzpomenout: kde jsi dnes viděl zapnuté světlo? Nebo zmáčkl tlačítko?

Každé takové zařízení má uvnitř elektrický obvod. Může být jednoduchý jako baterka, nebo složitý jako telefon — ale princip je vždy stejný.

Ilustrace

Infografika: šest každodenních předmětů (baterka, zvonek, světlo na kole, nabíječka, LED pásek, mikrokontrolér) s piktogramy. Pod každým je jednořádkový popis: „zdroj → spínač → spotřebič". Stejná šablona, jiná zařízení. Styl: piktogramy v oranžové, tmavé pozadí, minimalistické.

Otevřený a uzavřený obvod

Elektřina potřebuje uzavřenou smyčku — nepřetržitou cestu od kladného pólu zdroje přes součástky zpátky k zápornému. Bez uzavřené smyčky proud neteče.

Představ si zahradní hadici zapojenou do kruhu: pokud je kdekoli přerušená, voda nepoteče, i kdyby pumpa běžela. Uzavři přerušené místo — a hned teče.

Elektrický obvod funguje úplně stejně.

Ilustrace

Tři stavy obvodu vedle sebe — tři varianty jednoduché smyčky s baterkou a LEDkou:

Uzavřený obvod — smyčka je kompletní, LED svítí. Označeno zeleně.

Otevřený obvod — smyčka je přerušená (mezera ve vodiči nebo rozepnutý spínač), LED nesvítí. Označeno šedě s viditelnou mezerou.

Zkrat — smyčka je uzavřená, ale přeskočen odpor; LED nezobrazena, přes vodič teče velký proud. Označeno červeně. Popis: „nebezpečné — proto tam je R1."

Styl: ikony, čistá linka, oranžová (#ff7120) pro aktivní cestu.

Na desce je cesta takto:

+5 V → SW1 → R1 → LED1 → GND

Tlačítko SW1 je záměrně přerušené místo — dokud ho nestlačíš, cesta je otevřená. Stlačíš → cesta se uzavře → LEDka se rozsvítí.

Součástky na desce

Každá součástka v obvodu má svoji roli. Tady jsou ty naše, krátce:

Zdroj napájení (+5 V / GND) dává elektronům energii a pohání je vpřed. Plus (+5 V) je začátek cesty, mínus (GND = 0 V) je konec.

Tlačítko SW1 je spínač — mechanický prvek, který fyzicky spojí nebo přeruší dva kontakty. Stlačeno = spojeno = uzavřený obvod. Pustěno = rozpojeno = otevřený obvod.

Rezistor R1 (470 Ω) omezuje proud. Je to záměr — bez něj by přes LEDku teklo příliš mnoho a zničila by se.

Bez rezistoru LED okamžitě shoří

LED snese jen 5–20 mA. Bez R1 by přes ni proteklo mnohonásobně více — spálila by se za vteřinu. R1 je nutný vždy.

LED dioda svítí, když přes ni teče proud správným směrem. Má anodu (A, vstup, připojit na +) a katodu (C, výstup, připojit na –). Otočíš-li ji obráceně, proud nepoteče.

Testpointy M1 a M2 jsou přístupné plošky určené pro multimetr — průzory do obvodu, díky kterým můžeš měřit napětí uvnitř bez odpájení součástek.

---

Úkol 1 — Stiskni tlačítko a sleduj

Připoj desku přes USB-C. Nic se nestane — obvod je otevřený.

Pozoruj a zapiš:

Stav tlačítka	LEDka	Obvod je...
Pustěno	svítí / nesvítí	otevřený / uzavřený
Stlačeno	svítí / nesvítí	otevřený / uzavřený

Pak přidej vlastní pozorování: reaguje LEDka na stisk okamžitě? Záleží na tom, jak pevně tlačítko mačkáš?

Úkol 2 — Tři stavy tlačítka

Vyzkoušej tři různé způsoby práce s tlačítkem a pro každý zapiš, co se děje a proč:

1. Krátký stisk a puštění — co vidíš?
2. Stisk a držení — co vidíš?
3. Rychlé střídání — co vidíš?

Zkus ještě tohle: mačkej tlačítko velmi jemně, na hranici stisku. Najdeš bod, kde LEDka bliká nebo svítí přerušovaně? Co to říká o tom, jak tlačítko funguje uvnitř?

Navazuje na první sekci

Víš, co je otevřený a uzavřený obvod a co dělá každá součástka. Teď se podíváme na fyzický substrát obvodu — plošný spoj — a naučíme se měřit napětí multimetrem.

Plošný spoj — fyzická mapa obvodu

Obvod na papíře (schéma) a obvod ve skutečnosti (plošný spoj) jsou dvě reprezentace téhož. Schéma ti říká, co je propojeno — plošný spoj ti říká, kde to fyzicky je.

Plošný spoj (PCB, Printed Circuit Board — tištěný spoj) je destička z epoxidového sklolaminátu s naleptanými měděnými vodičemi. Místo drátů jsou zde tenké měděné linie — plošky a spoje — přesně tam, kde je potřeba.

Ilustrace

Anatomie plošného spoje — označená fotografie nebo kresba desky EduBoard 01:

• Zlaté linky = měděné spoje (vodiče)
• Stříbrné/zlaté plošky = pájecí body a testpointy
• Bílý tisk = popisky součástek a obrysy (silk screen)
• Zelená nebo tmavá plocha = nepájivá maska (ochrana)
• Šipky s popisy vedou na každý z těchto prvků.

Styl: fotografický podklad, oranžové šipky s popisky.

Proč plošný spoj místo drátů? Dráty se uvolňují, zkratují a jsou nespolehlivé. Plošný spoj je přesný, reprodukovatelný a kompaktní — proto ho najdeš v každém elektronickém přístroji.

Napětí v sériovém obvodu

Napětí (jednotka: volt, V) je „elektrický tlak" — síla, která žene elektrony vpřed. Zdroj dodá 5 V, a tato hodnota se v sériovém obvodu postupně spotřebuje na jednotlivých součástkách.

Kdybys šel obvod od +5 V k GND a zaznamenával napětí v každém bodě, viděl bys, jak hodnota klesá po schodech — každá součástka si vezme svůj díl:

Ilustrace

Sloupcový graf nebo „schodiště" napětí: osa Y je napětí (0–5 V), osa X jsou body v obvodu (+5 V, M1, M2, GND). Každý schod odpovídá úbytku na jedné součástce. Hodnoty: SW1 ≈ 0 V, R1 ≈ 3 V, LED ≈ 2 V. Styl: oranžové sloupce, popisky v bílé.

Bod v obvodu	Napětí vůči GND (tlač. stlačeno)
+5 V (zdroj)	5 V
M1 (za SW1)	~5 V
M2 (za R1)	~2 V
GND	0 V

Součet napětí spotřebovaných na součástkách musí vždy dát přesně 5 V — to je zákon zachování energie.

Ohmův zákon

Napětí (U), proud (I) a odpor (R) jsou vzájemně provázané. Zvýšíš-li napětí, vzroste proud. Zvýšíš-li odpor, proud klesne. Tento vztah popsal Georg Ohm v roce 1827:

$U = I \cdot R \qquad I = \frac{U}{R} \qquad R = \frac{U}{I}$

Proud na desce — napětí na R1 ≈ 3 V, odpor R1 = 470 Ω:

$I = \frac{U_{R1}}{R_1} = \frac{3{,}0\,\text{V}}{470\,\Omega} \approx 6{,}4\,\text{mA}$

---

Úkol 3 — Napětí v klidu a při stisku

Nastav multimetr: červená sonda do V/Ω, černá do COM, přepínač na DC V (symbol ⎓). Bez autorozsahu: zvol 20 V.

Černou sondu přilož na GND (označeno na desce vpravo dole) a nechej ji tam.

Měř červenou sondu na M1 — ve dvou stavech:

	Tlačítko pustěno	Tlačítko stlačeno
M1	_____ V	_____ V

Co naměříš? Proč je M1 = 0 V při puštěném tlačítku, i když je zdroj připojený?

Úkol 4 — Mapa napětí

Pokračuj se stejným nastavením. Zapiš napětí na všech přístupných bodech při stlačeném tlačítku:

Bod	Červená sonda	Naměřeno
M1	M1	_____ V
M2	M2	_____ V
Úbytek na LED	M2 → GND	_____ V
Úbytek na R1	M1 → M2	_____ V

Sečti „Úbytek na LED" a „Úbytek na R1". Kolik to dá dohromady?

Spočítej proud z Ohmova zákona: $I = \dfrac{U_{R1}}{470\,\Omega} =$ _____ mA

Navazuje na obě předchozí sekce

Změřil jsi napětí na každé součástce a spočítal proud. Teď se podíváme na obecné zákony za tvými čísly — a na to, co se děje s energií, kterou obvod spotřebuje.

Kirchhoffovy zákony

Kirchhoffovy zákony jsou fyzikální zákony platné pro každý obvod — neexistuje výjimka.

1. Kirchhoffův zákon — proudový (KCL, Kirchhoff's Current Law):

V každém uzlu obvodu se součet přitékajících proudů rovná součtu odtékajících. Pro sériový obvod z toho plyne: přes každou součástku teče stejný proud, ať ho změříš kdekoliv.

$I_{SW1} = I_{R1} = I_{LED1} \approx 6{,}4\,\text{mA}$

2. Kirchhoffův zákon — napěťový (KVL, Kirchhoff's Voltage Law):

Součet napětí v uzavřené smyčce je nula. Veškerá energie, kterou zdroj dodal, se musí spotřebovat — nemůže se ztratit ani vytvořit.

$U_{zdroj} - U_{SW1} - U_{R1} - U_{LED1} = 0$

$5\,\text{V} = 0 + U_{R1} + U_{LED1}$

Toto je přesně to, co jsi ověřil v Úkolu 4 — součet naměřených úbytků dává 5 V.

Výkon — co se děje s energií

Každá součástka, přes kterou teče proud, spotřebovává energii. Tuto spotřebu popisuje výkon (jednotka: watt, W):

$P = U \cdot I = I^2 \cdot R = \frac{U^2}{R}$

Výkon říká, jak rychle součástka energii přeměňuje — a na co.

Rezistor R1 — přeměňuje elektrickou energii na teplo. Lze cítit jako mírné zahřátí, pokud by byl proud větší:

$P_{R1} = I^2 \cdot R_1 = (0{,}0064)^2 \cdot 470 \approx 19\,\text{mW}$

Standardní SMD rezistor velikosti 0805 zvládne až 125 mW — jsme hluboko v bezpečné oblasti.

LED dioda — přeměňuje elektrickou energii na světlo (a malou část na teplo):

$P_{LED} = U_{LED} \cdot I \approx 2{,}0 \cdot 0{,}0064 \approx 13\,\text{mW}$

info

Rezistor a LED spotřebují dohromady 19 + 13 = 32 mW. To je přesně výkon dodaný zdrojem: $P_{zdroj} = 5\,\text{V} \cdot 6{,}4\,\text{mA} = 32\,\text{mW}$. Energie se zachovává — nikam nezmizí, jen změní formu.

Ilustrace

Sankey diagram (tok energie): vlevo vstupuje 32 mW ze zdroje, šipka se rozděluje — tlustší větev jde do R1 (19 mW, označeno „teplo"), tenčí větev jde do LED (13 mW, označeno „světlo"). Styl: oranžové šipky, tmavé pozadí, hodnoty v bílé.

---

Úkol 5 — Změř proud

Proud se měří jinak než napětí. Multimetr musíš zapojit do série — přerušit obvod a nechat veškerý proud projít přes přístroj.

Přenastav multimetr:

1. Červenou sondu přesuň do zdířky mA
2. Přepínač na DC mA

Postup:

1. Červenou sondu přilož na testpoint B na SW1
2. Černou sondu přilož na katodu LED1 (výstupní strana LEDky, blíže GND)
3. Stlač tlačítko a odečti hodnotu — očekávej ~6–7 mA

Pozor — jiné nastavení než při napětí

Ampérmetr má velmi nízký vnitřní odpor. Pokud bys omylem změřil napětí s multimetrem nastaveným na mA (červená sonda v zdířce mA), způsobil bys zkrat přes multimetr a přepálil bys jeho pojistku. Před každým měřením zkontroluj přepínač i polohu červené sondy.

Úkol 6 — Spočítej výkon

Z naměřených hodnot v Úkolech 4 a 5 spočítej výkon na každé součástce:

Součástka	U (V)	I (mA)	P = U · I (mW)
R1	_____	_____	_____
LED1	_____	_____	_____
Součet	—	—	_____

Porovnej součet s výkonem dodaným zdrojem: $P_{zdroj} = 5\,\text{V} \cdot I =$ _____ mW.

Souhlasí čísla? (Drobné odchylky jsou normální — multimetr má toleranci.)

Kam dál

Tato deska je záměrně nejjednodušší možný obvod — jeden zdroj, jeden spínač, jeden odpor, jedna LEDka. Každá další deska přidá vrstvu:

Deska 02 – Světelné diody — víc LEDek, různé barvy, RGB míchání.

Deska 03 – Rezistory — co se stane, když zapojíš odpory za sebou nebo vedle sebe.