Стройматериалы для схемы – Цифровая техника

June 6, 2015 by admin Комментировать »

Как уже отмечалось, мир электроники очень похож на тот привычный всем нам мир, в котором мы живем Поэтому, чтобы не «напрягать читателя раньше времени «мудреными» терминами, в дальнейшем я попытаюсь каждому электри ческому процессу привести аналогию из другой области, которая, по моему мне нию, должна быть хорошо известна читателю Вообще аналогия — великая вещь, которая значительно облегчает представление себе чего то доселе неиз вестного. Например, можно долго описывать, что такое осьминог, и вы все равно ничего не поймете. А можно просто сказать, что он похож на большого паука, у которого ноги как веревки и который живет в воде. И не нужны страницы текста с десятком фотографий этого самого осьминога.

Правда, аналогия иногда играет злую шутку с объясняющим. Например, сравнить луноход с лягушкой может только человек с немножко воспаленным воображением. Но если эта аналогия выполнит свою «описывательную» функцию, то, надеюсь, «ученики» простят ее автора за подробный «полет мысли».

Итак, начнем. В названии этой части нет опечатки — сборка схемы в самом деле очень похожа на строительство дома. Притом похожа так сильно, что практически все радиодетали можно сравнить со стройматериалами, что я и сделал.

Самый универсальный стройматериал — это глина. Из нее можно сделать не только кирпич, но и всякие тарелки, свистульки и все остальное, что объединяется словом «керамика». Следующим в «табели о рангах» идет кирпич. Его можно использовать не только для возведения стен, но и вместо бордюров, а также можно подложить под котелок на костре. Жаль только, что ни тарелки, ни свистульки из него не сделаешь. Самый «сложный» стройматериал — железобетонная плита. Одна плита — одна стена. Но ни кирпич, ни глину плитой не заменишь.

В мире электроники «глине» соответствуют транзисторы, резисторы, конденсаторы и все остальное, что не относится к микросхемам; «кирпичу» — логические элементы и триггеры, а «плите» — счетчики, дешифраторы и все остальные сложные комбинационные микросхемы.

А теперь представим, что и одна плита, и один кирпич, и один спичечный коробок глины стоят одинаково (разница в цене не превышает 10%). Сразу становится ясно -—· для постройки дома лучше всего использовать железобетон, а не кирпич, а для изготовления тарелки — глину. Так и в электронике. Любую электросхему можно заменить схемой на транзисторах, но лучше так не делать — использование микросхем будет и легче, и удобнее, и выгоднее. Правда, иногда возникает надобность сделать «тарелку» и велик соблазн воспользоваться для этой цели микросхемой (т. е. «кирпичом»). Как вы правильно догадываетесь, лучше этого не делать.

Далее в этой части будут рассмотрены все три категории «стройматериалов» вместе с типичными для них схемами включения. Кстати, в электронике есть и четвертая по сложности категория «стройматериалов». Зовется такая деталь микроконтроллером. Но так как устройство микроконтроллера слишком сложно для понимания, а также из-за того, что перед своим использованием он требует обязательного программирования с помощью компьютера, в этой книге он рассматриваться не будет.

«Глина»

Радиодетали, относящиеся к этой «категории», часто делятся на два класса: активные и пассивные прибороы.

К активным относятся транзисторы, тиристоры и некоторые другие приборы, у которых коэффициент усиления (кус) больше единицы (т. е. те, у которых входной ток — ток, забираемый у источника сигнала, меньше выходного тока — тока нагрузки).

К пассивным относятся резисторы, конденсаторы, диоды и все остальные элементы, у которых кус лежит в пределах от 0 до 1.

Резистор

Самым простым элементом — как по устройству, так и по принципу действия — является резистор. Резистор — это прибор, который имеет какое-то известное с большой точностью сопротивление электрическому току (в дальнейшем — просто сопротивление). Его изображение можно найти на рис. 1.1, на схемах он обозначается буквой R. Сопротивление резистора может быть от долей ома до десятков мегаом (МОм), причем 1 МОм =« 1000 кОм = 1000 000 Ом.

Самый главный закон электроники, которому подчиняется все, — закон Ома:

R = U/I, U = RI, I = U/R,                                                                         (1)

где R — сопротивление (Ом);

I — ток (А);

U — напряжение (В).

Как видно из первой формулы, при неизменном (т. е. постоянном) сопротивлении R при изменении напряжения изменяется и ток, текущий через резистор; а из второй — чтобы при одном и том же R напряжения питания изменить ток, нужно изменить сопротивление резистора R.

Допустим, нам нужно зарядить маленький аккумулятор (напряжение — 1,3 В, ток заряда — 70 мА) от автомобильного напряжением 12 В. Если мы соединим их непосредственно, без резистора, то маленький аккумулятор, скорее всего, взорвется — будет превышен и ток, и напряжение. Поэтому их нужно соединить так, как показано на рис. 1.2. Осталось только определить сопротивление резистора

R1.

Рис. 1.1. Условное обозначение элементов — «глины»

Рис. 1.2. Схема простейшего зарядного устройства для аккумулятора GB2

Так как напряжение на обоих аккумуляторах практически не изменяется, то падение напряжения на резисторе R1 (т. е. напряжение на его выводах) равно 12,6 – 1,3 = 11,3 (В). Через него в аккумулятор GB2 должен течь ток 70 мА (0,07 А), (ток «бежит» от источника с большим напряжением к источнику с меньшим. Это легко понять, если убрать из схемы аккумулятор GB2 и провода, подходившие к его клеммам, закоротить), его сопротивление равно 11,3 : 0,07 = 161,4 (Ом). Ближайшее сопротивление по ряду Е24 — 160 Ом. Но резистор с таким сопротивлением используется очень редко, поэтому его трудно «достать». Более распространены резисторы сопротивлением 150 Ом. Его можно использовать в схеме, при этом зарядный ток увеличится до 11.3 : 150 = 0,075 (А). Поэтому нужно будет только немножко сократить время зарядки.

Рис. 1.3. Последовательное и параллельное соединение резисторов

Как видно из этого примера, в некоторых случаях номиналы элементов можно смело изменять в обе стороны, и от этого работа устройства почти не изменится. Но в некоторых случаях изменять номиналы нельзя. Я не буду здесь перечислять все случаи, когда «можно», а когда «нельзя», — это займет несколько страниц, которые вы с радостью перевернете, не читая. Но в дальнейшем, в процессе повествования, буду уточнять ответ на эти вопросы. Если в тексте (в тексте не только этой книги) про номинал какого-то элемента ничего не говорится, значит, его можно немножко изменить.

Если у вас нет резистора нужного Номинала, то его можно получить из нескольких резисторов меньшего сопротивления, включенных последовательно, или из нескольких резисторов большего сопротивления, соединенных параллельно (рис. 1.3).

При последовательном соединении сопротивление обоих резисторов нужно сложить (т. e. R = R1 + R2), при параллельном — суммарное сопротивление R высчитывается по формулам:

R = R1 ■ R2/(R1 + R2)

или 1/R = 1/R1 + 1/R2.                                                                            (2)

Если сопротивление всех резисторов (при параллельном включении) одинаково, то суммарное сопротивление можно вычислить по упрощенной формуле:

R = R1 /п.

где η — число резисторов

Если перед вами возникает противоположная задача, нужно подобрать два резистора R1 и R2 так, чтобы их суммарное сопротивление равнялось R, — то можно воспользоваться следующей формулой

(3)

R2 = R1 /(Rl/R – 1)

Кроме сопротивления, у резистора есть еще один параметр — мощность рассеивания. При протекании электрического тока через любой проводник (т. е. не изолятор) на нем выделяется некоторая мощность, зависящая от напряжения на концах проводника и тока в цепи:

В схеме на рис. 1.2 на резисторе R1 выделяется мощность, равная 11,32: 160 « 0,8 (Вт) Поэтому лучше выбрать резистор со стандартной мощностью 1 Вт. Если выбрать резистор мощностью 0,5 Вт, то он перегреется, почернеет и в конце концов выйдет из строя. Одноваттный же будет греться, но не перегреваться. Его можно заменить и более мощным резистором, который будет греться еще слабее, но это невыгодно — он больших размеров и дороже.

«Расшифровка» условного обозначения мощности резисторов на схемах приведена на рис. 1.4. Существуют такие миниатюрные резисторы (чип-резисторы) с ничтожной мощностью рассеивания. На схемах они иногда обозначаются тремя косыми палочками внутри прямоугольничка резистора При мощности рассеивания более 1 Вт эта величина указывается римскими цифрами.

Определить мощность рассеивания неизвестного резистора можно на глазок — с помощью линейки по размерам его корпуса: резистор мощностью 0,125 Вт имеет размеры 6,5×1,5 мм; 0,25 Вт — 6×2,5 мм; 0,5 Вт — 9,5×3 мм; 1 Вт — 12×6,5 мм; 2 Вт — 18×7,5 мм. Цифры эти приблизительны и у разных резисторов могут немножко отличаться.

Рис. 1.4. Условное обозначение мощности резисторов на схемах

Кроме постоянных резисторов, описанных выше, существуют также подстроечные и переменные резисторы. Их отличительная особенность — наличие третьего вывода (движка), который может плавно перемещаться по токопроводящему слою резистора от одного вывода к другому. При этом сопротивление между движком и обоими крайними выводами также изменяется. Такие резисторы применяются во всевозможных регуляторах; переменные резисторы — там, где некоторую величину нужно изменять довольно часто (например, регулятор громкости), а подстроечные — там, где величину нужно изменять всего несколько раз за всю «жизнь» устройства. Использовать вместо переменны» резисторов более дешевые подстроечные нельзя: подстроечные устроены гораздо проще, и их движки часто «царапают» токопроводящий слой. Такой резистор при интенсивном использовании придет в негодность раньше переменного.

Если на схеме нужно обозначить мощность подстроечного или переменного резистора, то ее пишут арабскими цифрами под максимальным сопротивлением резистора; палочками, как у постоянных резисторов, мощность обозначать нельзя.

Источник: А. С. Колдунов, Радиолюбительская азбука. Том 1. Цифровая техника. / А. С. Колдунов — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 272 с. — (Серия «СОЛОН — радиолюбителям» Выпуск 18)

Оставить комментарий

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