Электроника для начинающих [1-е издание]

Если на резистор нанесена группа из четырех полосок вместо трех, то первые три полоски являются цифрами, а четвертая полоска означает количество нулей. Третья цифровая полоска дает возможность указать сопротивление резистора с более высокой точностью.

Вы сбиты с толку? Абсолютно. Именно поэтому чтобы проверять значения сопротивлений резисторов лучше использовать мультиметр. Однако следует иметь в виду, что результаты измерений могут слегка отличаться от значений, которые указаны на резисторе. Это может случиться, потому что ваш прибор не является прецизионным прибором, или скорее потому, что сопротивление резистора при его изготовлении имеет некоторый разброс параметров, или же эти обе причины имеют место. Если вы обнаружили, что сопротивление отличается от указанного значения не более чем на 5 %, то для наших нужд это вполне допустимо.

Зажигаем светодиод

Теперь рассмотрим наши светодиоды. Устаревающие электрические лампы накаливания потребляют слишком большую мощность, которую к тому же в основном превращают в тепло.

Светодиоды намного «толковее»: бóльшую часть энергии они преобразуют в свет и, если их правильно использовать, они могут работать почти бесконечно!

Светодиод критичен к количеству энергии, которое он получает, а также к тому, каким образом он ее получает. Поэтому при работе со светодиодами всегда нужно руководствоваться следующими правилами:

• к более длинному выводу светодиода должно быть подключено более положительное напряжение, чем к короткому выводу;

• разность напряжений между длинным и коротким выводами не должна превышать предельного значения, заданного производителем для используемого светодиода;

• ток, проходящий через светодиод, не должен превышать предельного значения, заданного производителем.

А что будет, если вы нарушите эти правила? Отлично, давайте выясним это!

Прежде всего, следует убедиться, что у вас имеются свежие батарейки. Вы можете проверить их, выбрав на мультиметре режим измерения постоянного напряжения и коснувшись концами щупов обоих выводов каждой батарейки. Вы должны получить результат, который указывает, что каждая из них имеет напряжение, равное по меньшей мере 1,5 В.

Если полученное значение окажется несколько больше, чем это должно быть, то это нормально. Батарейка сначала выдает напряжение несколько больше номинального значения, а затем по мере использования постепенно уменьшает его величину. Батарейки также теряют свое напряжение, когда просто хранятся на полке в неподключенном состоянии.

Вставьте все 4 батарейки в держатель, проследив за тем, чтобы они были установлены правильно — все отрицательные выводы батареек должны находиться в контакте с пружинами в держателе. Используйте мультиметр, чтобы проверить напряжение на проводах, подключенных к держателю батареек. Это напряжение должно быть по меньшей мере 6 В.

Теперь надо взять резистор с сопротивлением 2 кОм. Следует помнить, что «2 кОм» означает «2000 Ом». Если же резистор имеет цветовую маркировку номинала с помощью цветных полосок, то их последовательность должна быть следующей — красная-черная-красная, что означает 2 0 и еще два нуля. Поскольку резисторы с сопротивлением 2,2 кОм встречаются в продаже гораздо чаще, чем резисторы с сопротивлением 2 кОм, то вы, разумеется, можете применить их. Эти резисторы будут иметь маркировку — красная-красная-красная.

Используя зажимы типа «крокодил», соберите цепь, которая показана на рис. 1.40 и рис. 1.41 (ЦВ-рис. 1.41). При этом вы должны заметить, что светодиод будет светить, но, к сожалению, пока очень тускло.

Рис. 1.40. Вид собранной схемы при выполнении эксперимента 3, на которой применяются резисторы с сопротивлением 470 Ом, 1 и 2 кОм. Для выполнения надежного контакта подсоедините зажимы типа «крокодил», как это показано на рисунке. Кроме того, в одном и том же месте цепи попробуйте по очереди поменять все используемые в эксперименте резисторы, наблюдая за тем, как при этом меняется свечение светодиода

Рис. 1.41. Здесь показано, как выглядит схема включения светодиода. Если при замыкании цепи вы начинаете с использования резистора с бóльшим сопротивлением, то в этом случае светодиод будет гореть, но очень тускло. Объясняется это тем, что на резисторе падает существенная часть напряжения, оставляя на светодиоде только небольшую его часть. В результате это приводит к недостаточному по величине току, проходящему через светодиод, для его яркого свечения

Теперь отключите резистор с сопротивлением 2 кОм (или 2,2 кОм) и замените его резистором с номиналом 1 кОм, который имеет цветовую маркировку — коричневая-черная-красная, что означает 1 0 и еще два нуля. После этого светодиод должен загореться более ярко.

После этого удалите резистор с номиналом 1 кОм и замените его резистором на 470 Ом, который имеет цветовую маркировку — желтая-фиолетовая-коричневая, что означает 4 7 и еще один ноль. При этом светодиод должен загореться еще ярче.

Все это выглядит очень элементарно, но при этом можно сделать один важный вывод. На резисторе падает определенный процент напряжения в цепи. С точки зрения «водяной» аналогии сопротивление резистора можно рассматривать в качестве перегиба или сужения в гибком шланге при подаче воды. Резистор с более высоким значением сопротивления обеспечивает большее падение напряжения на своих контактах, оставляя меньшее падение напряжения на светодиоде.

Наведение порядка и повторное использование компонентов

Батарейки и светодиод вполне можно использовать в следующих экспериментах. Кроме того, повторно могут быть использованы и резисторы.

Эксперимент 4. ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

В продаже имеется большое разнообразие типов и размеров потенциометров, но все они выполняют одну и ту же функцию: позволяют изменять напряжение и ток в цепи за счет изменения сопротивления. В этом эксперименте мы сможем узнать больше о напряжении, силе тока и соотношении между ними. Здесь вы также познакомитесь и научитесь читать справочные листы технических данных изделий, выпускаемых фирмами-изготовителями.

Здесь вам пригодятся:

• те же самые батарейки, держатель для батареек, зажимы типа «крокодил» и светодиод, которые вы использовали в последнем эксперименте;

• потенциометр с линейной характеристикой и номиналом 2 кОм. Количество — 2 шт. Полноразмерные потенциометры, которые выглядят так, как на рис. 1.42, встречаются реже по сравнению с более миниатюрными версиями. Я предпочитаю использовать потенциометры большего размера, поскольку с ними намного легче работать;

• один дополнительный светодиод;

• мультиметр.

Рис. 1.42. Внешний вид проволочного потенциометра

Заглянем внутрь вашего потенциометра

Первое что я хочу сделать, это познакомить вас с тем, как работает потенциометр. Это означает, что вы должны открыть его, именно поэтому в вашем списке необходимых покупок было указано приобретение двух потенциометров — на тот случай, если вы не сможете собрать первый из них снова.

Большинство потенциометров фиксируются в собранном состоянии небольшими металлическими лапками. Вы наверняка сумеете подцепить эти лапки вашими бокорезами (кусачками для проводов) или плоскогубцами, а затем отогнуть их вверх и немного в стороны. Если вы сделаете это, то потенциометр должен открыться, как это показано на рис. 1.43.

Рис. 1.43. Чтобы открыть потенциометр, сначала надо отогнуть четыре небольшие металлические лапки, расположенные по краю металлического корпуса (на нижнем рисунке видно две лапки, отогнутые наружу — одна влево и одна вправо). Внутри находится однослойная спираль из проволоки, намотанной вокруг плоской пластмассовой полоски, и пара подпружиненных контактов, которые проводят ток к нужной точке или отводят от другой нужной точки катушки при вращении оси потенциометра (показаны на верхнем рисунке). В зависимости от того, какого типа потенциометр у вас есть, относительно недорогой или более дорогой, внутри их вы можете обнаружить дорожку проводящей графитовой пленки или проволочную спираль. В любом случае используемый принцип действия будет один и тот же

Провод или проводящая пленка обладают некоторым сопротивлением (2 кОм в данном случае), а при повороте оси потенциометра обеспечивается контакт любой соответствующей точки резистивного элемента (проволочного или непроволочного) с центральным выводом потенциометра.

После разборки потенциометра вы можете попытаться собрать его снова, но если это не получится, то надо взять запасной аналогичный потенциометр.

Чтобы проверить ваш потенциометр, нужно с помощью мультиметра измерять его сопротивление в омах, обеспечивая при этом постоянный контакт измерительных щупов с выводами потенциометра и вращая его ось в одну и другую сторону, как это показано на рис. 1.44.

Рис. 1.44. При проверке потенциометра постоянно измеряйте сопротивление между двумя его выводами (один из которых должен быть обязательно средний), когда вы поворачиваете ось потенциометра то в одну, то в другую сторону

Уменьшение яркости вашего светодиода

Прежде всего, поверните ось потенциометра в крайнее положение против часовой стрелки, в противном случае вы можете сжечь ваш светодиод еще до начала эксперимента. (Крайне малое количество потенциометров увеличивают и уменьшают сопротивление другим способом по сравнению с тем, который я описываю здесь, но поскольку вы применяете потенциометр, показанный на рис. 1.42, то мое описание должно быть достаточно подробным).

После этого выполните все подключения, как это показано на рис. 1.45 и 1.46, следя за тем, чтобы не позволять металлическим частям зажимов типа «крокодил» касаться друг друга. Теперь очень медленно по часовой стрелке начните поворачивать ось потенциометра. В результате вы должны заметить, что светодиод будет светиться все ярче и ярче, и, в конце концов, вдруг погаснет. Итак, вы опытным путем увидели, как легко можно вывести из строя современную электронику? Выбросите этот светодиод. Больше он уже никогда не загорится. Замените его новым светодиодом, но теперь будьте гораздо внимательнее.

Рис. 1.45. Это вид схемы для эксперимента 4. При повороте оси потенциометра с номиналом 2 кОм сопротивление между используемыми его выводами будет меняться от 2000 до 0 Ом. Это сопротивление должно защищать светодиод от полного напряжения батарейки величиной 6 В

Рис. 1.46. Светодиод, приведенный на этой фотографии, вдруг сгорел, поскольку я излишне уменьшил сопротивление потенциометра

Для измерения напряжения в схеме, в которой используются батарейки, надо на мультиметре выбрать режим для измерения напряжения на постоянном токе — «V» и «DC», «» или «V_DC», где DC (direct current) — постоянный ток, как это показано на рис. 1.47. Теперь измерительными щупами коснитесь выводов светодиода. Попытайтесь, удерживая щупы на месте, слегка повернуть ось потенциометра сначала в одну, а затем в другую сторону. Вы должны увидеть соответствующее изменение величины напряжения на выводах светодиода. Мы называем это разностью потенциалов между двумя выводами светодиода.

Рис. 1.47. В разных типах мультиметров для измерения постоянного напряжения требуются соответственно различные настройки. Так, в мультиметре с ручной установкой диапазона измерения (а) требуется установить переключатель режима работы в положение «DC», а затем с помощью дискового переключателя выбрать предельное значение напряжения, которое вы хотите измерить. В данном случае выбранное напряжение составляет 20 (поскольку значение 2 слишком мало). Использование тестера RadioShack с функцией автоматического выбора диапазона измерения требует установки переключателя в положение, например, «V» (б) или «V_DC» (в) и тестер сам определит, какой диапазон использовать

Если вы вместо светодиода будете использовать устаревшую миниатюрную лампочку накаливания, то вы при измерении получите разность потенциалов, которая будет меняться в гораздо большей степени, поскольку лампочка ведет себя, как «простое» сопротивление, тогда как светодиод в некоторой степени осуществляет самонастройку, изменяя свое сопротивление в зависимости от изменения напряжения питания.

Теперь, чтобы измерить разность потенциалов между выводами потенциометра, коснитесь их измерительными щупами. Потенциометр и светодиод делят между собой все имеющееся напряжение таким образом, что когда разность потенциалов (падение напряжения) на потенциометре повышается, тогда разность потенциалов между выводами светодиода падает, и наоборот (рис. 1.48–1.50).

Рис. 1.48. Как измерять напряжение в простой цепи

Рис. 1.49. Прибор показывает значение напряжения на светодиоде

Рис. 1.50. Прибор показывает значение напряжения на потенциометре

Следует иметь в виду несколько обстоятельств.

• Если вы сложите все падения напряжения на каждом элементе цепи, то сумма будет равна тому напряжению, которое выдается батарейкой.

• При измерении напряжения вы всегда измеряете относительное напряжение между двумя точками в цепи.

• Измерительные щупы вашего прибора подсоединяйте очень осторожно, словно стетоскоп, без каких-либо нарушений или повреждений соединений в цепи.

Измерение тока

Сейчас я хочу выполнить несколько другое измерение. Я хочу измерить ток или силу тока в цепи, используя прибор, установив на нем «мА» (миллиамперы). Чтобы измерить силу тока, следует помнить, что:

• вы можете измерить ток только тогда, когда он проходит через ваш прибор;

• ваш измерительный прибор должен быть встроен в цепь;