Первые опыты с электрическими цепями

July 13, 2014 by admin Комментировать »

Некоторые главы я постараюсь снабдить таким маленьким предисловием, в котором опишу, что было бы нужно, если бы вы не только читали эту главу, но и активно проверяли всё, что в ней написано Мало ли что можно написать В технике, как и в жизни, доверяй, но проверяй

В этой главе понадобятся резисторы, диод и транзистор

Я применил те детали, которые мне показались удобными, когда я писал этот рассказ Вы можете применить другие детали Результаты ваших экспериментов, вероятно, не совпадут с теми, что получены мною, но в этом тоже есть определённая польза: сравнивая результаты, вы лучше поймёте то, о чём шла речь

Если у вас пока нет никаких радиодеталей, то можно приобрести их Список, приведённый ниже, с указанными ценами относится к тому, что можно сегодня купить в одном из магазинов моего города Цены в других магазинах, в других городах и других радиодеталей, а совсем не обязательно покупать точно такие, могут отличаться от указанных мною Я старался выбирать самые дешёвые из доступных компонентов и приборов Если у вас есть возможность купить более дорогие, забудьте о моих рекомендациях и ориентируйтесь на здравый смысл: будет ли вам интересно заниматься этим долго, не будет ли жалко выбросить или подарить кому-нибудь купленное Конечно, несколько резисторов и транзисторов погоды не делают, но не приборы, даже хороший мультиметр выбрасывать жалко И, если  мультиметр всегда пригодится  в хозяйстве, то осциллограф вам не понадобится точно Так что, взвешивайте свои намерения на весах здравого смысла с точностью, которую вам обеспечивает ваше финансовое состояние

Список:

Резисторы С1-4 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм 025 Вт – 5 руб за штуку Мультиметр UT2007 – 1410 руб

Диод 1N4004 – 8 руб

Транзистор 2N2222A в корпусе ТО92 – 36 руб Программа Qucs – бесплатно

Для проведения экспериментов нам понадобятся: три резистора любого типа мощностью 0125Вт или больше с сопротивлением 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм (точность может быть 20%) источник питания – батарейка 15 В (любая) мультиметр Я буду использовать для иллюстрации программы Multisim и Proteus Вы можете загрузить в Интернете и установить, например, программу Qucs или любую аналогичную, но, если такая возможность есть, можете использовать и любую из вышеупомянутых А можете и не использовать какие-либо программы Ваш выбор

Резистор, как было сказано  выше, обладает таким свойством, как сопротивление протеканию электрического тока Это сопротивление зависит от конструкции и материала, из которого изготовлен резистор, и остаётся постоянным в очень широких пределах изменения падения напряжения на резисторе и тока через него Такое свойство, как сопротивление, может быть и полезным, и вредным

Так при протекании электрического тока на резисторе рассеивается мощность в виде тепла Этот эффект полезен, например, в электрических обогревателях, и его используют на кухне в электрической плите При очень сильном нагреве резистор может начать светиться, так краснеет спираль в старых обогревателях При ещё более сильном нагреве спираль может светиться белым светом Как электрическая лампочка накаливания

Но этот эффект очень вреден, когда электроэнергию передают по проводам на большие расстояния – обогреть планету мы не сможем, но, выделившуюся в виде тепла энергию, мы теряем при передаче электроэнергии от электростанции к потребителям И нагрев проводов в любом доме не даёт ничего полезного Для проводов (и любых проводников, например, монтажных проводов или дорожек печатной платы) сопротивление – вредный фактор

На электрических схемах вы можете встретить два основных графических изображения резистора: в виде прямоугольника с двумя выводами по бокам и в виде зигзагообразной линии первое напоминает внешний вид реального резистора, второе похоже на спираль лампочки накаливания

Рис 21 Графическое изображение резистора

Рядом с изображением обязательно будет маркировка R с порядковым номером, а иногда и номинал резистора На профессиональных схемах, как правило, номиналы, типы и модели элементов выделяются в отдельный раздел, который называют спецификацией

Любую электрическую схему, как простую, так и сложную, можно описать обычными словами, но гораздо удобнее использовать графический язык описания Привыкнув к нему, вы убедитесь, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать

Для проведения первого эксперимента я не предполагаю использовать макетную плату, не предполагаю паять Конечно, если быть последовательным, то это следовало бы сделать, но макетная плата сегодня достаточно дорогой компонент эксперимента, чтобы подвергать её ненужному риску Достаточно резисторов и двух проводников, которые мы прикрутим к выводам резистора Вам может показаться, что я просто небрежен, но уверяю вас, что такой метод монтажа, как метод накрутки, вполне легален Да, используются специальные выводы, на которые

накручиваются проводники, да выполняется это специальным инструментом, но сущность та же – накрутка

Вот, что я намерен сделать

Рис 22 Схема первого эксперимента с резистором

Прибор XMM1, как это можно понять из рисунка, это мультиметр, включённый для измерения тока Резистор (из трёх приготовленных) выбран с сопротивлением 100 Ом На схеме V1 – это источник питания, батарейка Часто батарейка на схемах обозначается иначе

Рис 23 Графическое обозначение батарейки на схеме

Этот опыт осуществлён в другой программе, Qucs, но результат (указан в таблице) тот же, 0015А

Подбирая резисторы для опытов по измерению тока, я наткнулся на резистор сопротивлением 10 Ом, который не собирался использовать, но… вопреки намерению решил начать с него

Полученный результат я добавил в таблицу, представленную ниже, где собраны результаты, полученные за компьютером

Рис 24 Реальный эксперимент с резистором 10 Ом

Повторим  эксперимент  в  программе  Multisim  с  резисторами  1  кОм  и  10  кОм  (вы  можете повторить их в реальном исполнении)

Сопротивление резистора (Ом)

Ток в цепи (мА)

10

983

100

15

1000

15

10000

015

Цветом в таблице выделен результат реального эксперимента, который мы обсудим позже, а начнём с экспериментов, проведённых в программе Обсудим полученные результаты

Для многих они очевидны Но в 1826 году столь простой эксперимент привёл выдающегося учёного Георга Ома к очень важному открытию, которое называли «Законом Ома»

Умножим сопротивление на ток в последних трёх случаях И мы получим 15(вольта) Результат можно записать в виде алгебраического выражения:

U = R*I

Это и есть закон Ома Точнее один из вариантов написания этого закона Алгебраическое выражение связывает такие величины, как напряжение, сопротивление и ток Мы уже договорились, что сопротивление – это свойство материалов препятствовать прохождению электрического тока При этом на элементе образуется падение напряжения (я часто буду назвать его напряжением) Последнее равно произведению тока, протекающего через сопротивление, на величину этого сопротивления

Единицы, в которых измеряется ток, в нашем случае миллиамперы Но основной единицей является  ампер  А  миллиампер  –  это  тысячная  доля  ампера,  на  что  и  указывает  приставка

«милли» Тысячная доля этой величины (или миллионная доля основной единицы) называется микроампером Основная единица сопротивления – это Ом (названная в честь Георга Ома) Доли основной единицы образуются с помощью аналогичных приставок, а вот единица в тысячу раз больше ома – это килоом, в миллион – мегаом (чаще говорят мегом) Основной единицей напряжения служит вольт А вспомогательные единицы образуются с помощью приставок, описанных выше И ещё Все эти основные единицы названы в честь учёных, сделавших выдающиеся открытия в области электричества

А сейчас обсудим результат реального эксперимента, проделанного мной Очень часто, когда я говорю о пользе использования программ при изучении электрических цепей, опытные радиолюбители воспринимают это крайне негативно И мой эксперимент явно свидетельствует в пользу их мнения: умножим ток на сопротивление и получим напряжение 098 В А это никак не

15 В В этом смысле, мне повезло даже больше, чем я рассчитывал И я надеюсь, что вы, не поверив моему рассказу, сами провели реальные эксперименты, а полученные вами значения тока отличаются от тех, что приведены в моей таблице

В реальном эксперименте с резистором 10 Ом я рассчитывал получить значение тока порядка 130 или 140 мА, чтобы рассказать о том, что сопротивление реального резистора может отличаться от номинала, обозначенного на его корпусе, на 20, 10, 5 и тд процентов Для обозначения этого отличия на старых резисторах вводили специальные значки или так и писали, 5% В современных цветовых обозначениях точность изготовления резистора описывается последней цветной полоской Кроме того, измеряя напряжение батарейки, вы, скорее всего, не получите ровно 15 В И, наконец, если вы почитаете описание вашего прибора, то  увидите, что для каждого  рода измерения указана точность, с которой это измерение может быть произведено Все вместе эти ошибки и вызывают ошибки «реального» эксперимента Очень важно помнить об этом

Но как быть с результатом моего эксперимента Он, как говорится, «ни в какие ворота не лезет»

Причиной могло быть то, что использованная мной батарейка старая, использованная Напряжение такой батарейки будет очень сильно отличаться от того, что написано на её корпусе

Кроме того, об этом мы поговорим позже, все источники питания обладают «внутренним» сопротивлением, которое в схеме нашего эксперимента следовало бы включить последовательно с испытуемым резистором У старых батареек это сопротивление резко возрастает И, не менее важно, проверить сам прибор

Вернёмся к нашему опыту с резистором

Мы записали: U=R*I Сопротивление резистора определяется при его изготовлении Вообще сопротивление проводника зависит от его материала, есть такой параметр, как удельное сопротивление, от длины проводника и  его поперечного сечения То есть, определяется геометрией проводника и материала, из которого он изготовлен Так проводники с одинаковыми геометрическими характеристиками, изготовленные из меди и вольфрама, будут иметь разное сопротивление К этому мы, возможно, ещё вернёмся, а сейчас отметим только, что после изготовления резистора его сопротивление в широких пределах изменения других параметров будет оставаться величиной постоянной

В записанном выше выражении сопротивление – это константа, некоторое число Ничто не мешает нам рассматривать это выражение, как выражение преобразования тока в напряжение При этом, а мы знаем из алгебры и геометрии, что А = к*B на графике изображается прямой линией, преобразование оказывается линейным Мы можем проверить это, записав выражение в несколько ином виде: ∆U/∆I = constant При малых приращениях тока и напряжения, мы получим практически постоянную величину Когда мы будем говорить о транзисторе, для которого есть важное соотношение: ∆Ik/∆Ib = В, – мы убедимся, что при разных токах коллектора величина В может меняться, то есть, преобразование тока базы в ток коллектора может оказаться нелинейным А выражается это в появлении нелинейных искажений в усилителе Но я сейчас слишком далеко ушёл от рассказа о резисторе

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты