Aspect
#07
07 марта 1998 |
|
Начнем с азов - Электрическая сеть и закон Ома.
Нас уже довольно давно просят начать пуб- ликацию статей для начинающих "железячни- ков". Желание наших читателей для нас за- кон.:) Чтож,начем с азов... ────────────────────────────────────────── ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЗАКОН ОМА. Электрическая цепь является основой лю- бого радиотехнического устройства, в том числе и тех усилителей низкой частоты, приемников и других устройств, конструиро- вать которые ты собираешься. А пока разбе- рись в простейшей элекрической цепи и ее законах, в расчетах некоторых ее элемен- тов. Итак, простейшая электри- ческая цепь (рис. 2). Ее можно составить из источни- ка постоянного тока (GB), его нагрузки (H), то есть потребителя тока, выключа- теля (S) и соединительных проводников. Источником то- ка может быть батарея 3336Л, потребителем - лам- почка накаливания расчитан- ная на напряжение 3,5 В и ток 0,26 А (или резистор - радиодеталь, обладающая определенным сопротивле- нием), выключателем - тумб- лер или звонковая кнопка, соединительными проводника- ми - отрезки изолированного провода. Составь такую цепь, разложив ее элемен- ты прямо на столе. Она должна напоминать тебе цепь электрического фонаря. Все точки соединения желательно пропаять. Если бата- рея свежая (новая), нить накала лампочки исправна, все соединения надежны, то при замыкании контактов выключателя S в цепи потечет ток,и лампочка будет ярко светит- ся. Проверь, так ли это. Из подобных электрических цепей, только с другими элементами, будут слагаться все твои будущие радитехнические устройства. Запомни: ток во всей внешней части цепи, течет от положительного к отрица- тельному полюсу батареи. Для тех,кто не занет, что такое пара- лельное и последовательное соединение, попробую объяснить это на примере соединения резисторов: - это последовательно соединенные три резистора. - это параллельно соединенные два резистора. При последовательном соединении,ток во всй цепи,и в каждом из ее участков одина- ков. Проверить это ты можешь с помощью амперметра постоянного тока. Включи его, например, в разрыв цепи между положитель- ным полюсом батареи и лампочкой. На схеме показанной на рис.2, эта точка включения амперметра обозначена крестом. Затем амперметр включи между выключателем и отрицательным полюсом батареи. Всюду, в какой бы точке цепи ты не включал измери- тельный прибор, его стрелка будет фиксиро- вать одно и тоже значение тока - около 0,2 А. По мере разрядки батареи ток в цепи уменьшается, а свет лампочки тускнеет. Теперь проведи такой опыт: разомкни цепь выключателем, подключи к батарее вольтметр PU (рис.3), чтобы измерить напря- жение на ней, а затем,не отклю- чая вольтметр от батареи, вновь замкни цепь. Есть разница в по- казаниях вольтметра? После замыкания цепи вольт- метр должен показывать несколь- ко меньшее напряжение: он пока- зывает напряжение, развиваемое батареей на концах внешней цепи, которая всегда меньше "холостого" напряжения ба- тареи. Часть же напряжения падает (умень- шается, гаснет, теряется) на ее внутренем сопротивлении. По мере разрядки батареи,ее внутренее сопротивление,и падение напряже- ния на нем увеличиваются. Следующий опыт. Включи последовательно в цепь еще одну такую же лампочку на- каливания (рис.4). Как го- рят лампочки? В полнакала. Так и должно быть. Почему? Если не учитывать сопро- тивления соединительных проводников и контактов выключателя, каторые малы по сравниению с сопротивле- нием нитей накала лампочек, сопротивление внешнего участка цепи увеличится примерно вдвое. Теперь напряжение батареи оказы- вается приложенным к нитям накала двух лампочек. На каждую из них приходится вдвое меньшее напряжение, чем ранее на одну. Соответственно уменьшились ток, те- кущий через лампочки, и накал их нитей. В замкнутой цепи соотношение между действующим в ней напряжением, силой тока, развиваемой этим напряжением, и сопротив- лением цепи определяется законом Ома: Ток I прямо пропорционалени напряжению U,и обратно пропорционален сопротивлению R. Математически этот закон электрической це- пи выглядит так: U U I= ─── или U=I*R или R= ───. R I Учти: ток I, напряжение U,и сопротивле- ние R в формулах этого закона должны выра- жатся в основных электрических величинах - амперах (А), вольтах (В) и омах (Ом). Этот закон справедлив для участка цепи, например, для лампочки накаливания, или ре- зистора, включенных в замкну- тую цепь. В этом ты можешь убедиться сейчас же, составив такую же цепь, как та, схема которой изображена на рис.5. Напряжение батареи GB=4,5 В, а сопротивление резистора R=10 Om, то амперметр PA бу- дет показывать ток, равный 0,45 А (450 мА), а вольтметр PU - около 4,5 В. В данном случае все напряжение ба- тарей через амперметр, внутреннее сопро- тивление которого мало, приложено к резис- тору R, поэтому на нем падает почти все напряжение источника тока. Замени резистор другим резистором,с но- минальным (обозначенным на его корпусе) сопротивлением 20...30 Ом. Вольтметр, подключенный к резистору, должен показы- вать то же напряжение. А амперметр? Амперметр покажет значение тока меньшее, чем в предыдущем случае. Если, например, сопротивление резистора 30 Ом, то ампер- метр покажет ток 0,15 А (150 мА). Впрочем, зная сопротивление резистора и падение напряжения на нем, значение тока в цепи ты можешь узнать, неглядя на стрелку ампер- метра. Для этого надо лишь разделить по указаниям вольтметра (в вольтах) на сопро- тивление резистора (в омах), то есть ре- шить задачу,пользуясь формулой закона ома: U I= ─── R Приемник или усилитель - это не просто электрическая цепь, а взаимосвязанные цепи, где одна цепь управляет другой, электрическая из одной цепь передается в другую. Наглядной иллюстрацией этого может быть, напри- мер, такой опыт (рис. 6): подключи к батарее 3336Л проволочный переменный резистор, сопротивлением 10..15 Ом, а между одним из его крайних выводов и движком (роль такого ре- зистора может выполнить небольшая часть спирали электроплитки), включи ту же лампочку накаливания. Движок поставь в среднее положение относительно крайних выводов. Как горит лампочка? Вполнакала. Передвинь движок к крайнему нижнему (по схеме) выво- ду. Как теперь? Совсем не горит. А если движок будет в крайнем верхнем (опять-таки по схеме) положении? Лампочка станет го- реть полным накалом. Как видишь, с помощью переменного резистора можно плавно умень- шать и увеличивать накал электролампочки. В этом опыте две взаимосвязанные цепи. Первую цепь образуют батарея GB и резистор R, вторую - лампочка H и та часть резис- тора между его нижним (по схеме) выводом и движком, к которому лампочка подключена. На всем резисторе падает (уменьшается) все напряжение батареи. А та часть этого нап- ряжения, которая приходится на нижний участок резистора, через движок подается на нить накала лампочки. И чем больший участок резистора вводится во вторую цепь, тем больше напряжение на нити накала лам- почки, тем ярче она светится. Переменный резистор, используемый таким образом, выполняет роль делителя напряже- ния батареи, или, как еще говорят, потен- циометра. В данном случае он делит напря- жение батареи на две части и одну ее часть, которую можно регулировать, пере- дает в управляемую им вторую цепь. Забегая вперед, скажем, что принципиально именно так происходит регулирование громкости в приемниках и усилителях низкой частоты. С помощью делителя напряжения ту же лампочку можно питать от батареи, напряже- ние которой значительно больше того напря- жения, на которое расцчитана нить накала лампочки. Роль делителя могут вы- полнять также два постоян- ных резистора, как пока- занно на схеме рис. 7. Здесь сопротивление резис- тора R2 должно быть таким, чтобы на этом участке де- лителя падало напряжение, соответствующее наминаль- ному напряжению лампочки H. В том случае, если напряжение батареи вдвое больше нап- ряжения, которое надо подвести к лампочке, сопротивления резисторов делителя R1R2 должны быть примерно одинаковыми. Подобные делители напряжения ты можешь увидеть в любом радиотехническом устройст- ве. Они будут непременными элементами и твоих конструкций. Есть, однако, другой способ питания той же лампочки от батареи бОльшего напряжения - путем включения в цепь гасящего резисто- ра, то есть резистора, который будет га- сить некоторую часть напряжения источника питания. Соедини последовательно две батареи 3336Л - получится батарея напряжением 9 В. Подключи к ней ту же лам- почку (3,5В X 0,26А), но так, так показано на схеме рис. 8, - через резистор R с сопротивлением 20..25 Ом, рассчитанный на мощ- ность рассеивания не менее 1 Вт. (диаметр такого ре- зистора по центру около 5,5 мм). Резистор такого сопротивления и такой же мощности можно составить из двух резисторов мощ- ностью по 0,5 Вт, (диаметр такого резисто- ра по центру около 3мм), то есть резисто- ров типа МЛТ-0,5 с номиналами 39...51 Ом, соединив их параллельно. Лампочка, как ви- дишь, светится нормально, только, возмож- но, резистор(ы) немного греются. В этом опыте резистор и нить накала лампочки тоже, по существу, образуют дели- тель напряжения. На нити накала падает напряжение (около 3,5 В), соответствующее ее сопротивлению (около 13 Ом), поэтому она светится. Остальное напряжение батареи падает на резисторе. Резистор, таким обра- зом, гасит (поглощает) избыточное напряже- ние батареи, поэтому его обычно и называют гасящим. С другой точки зрения, резистор ограни- чивает ток в цепи, а значит, и ток, теку- щий через нить накала лампочки. Поэтому его можно назвать ограничительным. Задача же его - создать для лампочки условия, при которых бы ее нить накала нормально светилась,и не перегорела. Сопротивление гасящего (ограничительно- го) резистора рассчитывают, исходя из того избыточного напряжения, которое им надо погасить, и тока, необходимого для питания питания полезной нагрузки. В проведенном опыте полезной нагрузкой была лампочка, нить накала которой рассчитанна на напря- жение 3,5В и ток 0,26А. А раз напряже- ние батареи 9В, значит, резистор, являю- щийся участком цепи, должен гасить напря- жение 5,5В при токе 0,26А. Каково должно быть сопротивление этого резистора? По закону Ома - около 20 Ом. U 5,5В R= ─── = ─────── = 21,15 Ом. I 0,26А При напряжении батареи 9В,резистор такого сопротивления не пропустит через себя к нагрузке ток более 0,26А. А какова должна быть мощность рессеева- ния этого резистора? Посчитай ее по такой, возможно, уже знакомой тебе формуле: P=U*I. В этой формуле U - напряжение в вольтах, которое резистор должен погасить, а I - ток в амперах, которой должен быть в нагрузке. Следовательно, для нашего приме- ра мощность, выраженная в ваттах (Вт), рассеиваемая гасящим резистором, состав- ляет: P=5,5*0,26=1,43 Вт. Значит, резистор должен быть рассчитан на мощность рассеи- вания не менее 1,5 Вт. Это может быть, например, резистор типа МЛТ-2,0 или прово- лочный. Если резистор будет на меньшую мощность рассеивания, например МЛТ-1,0 или МЛТ-0,5 , то он обязательно будет греться, что, возможно, и было в твоем опыте, и да- же может сгореть. Гасящие резисторы будут весьма много- численными элементами электрических цепей твоих будущих конструкций. Тебе придется также рассчитывать и мощ- ности, потребляемые конструкциями от источников питания. Это для того, напри- мер, чтобы знать, на какой срок работы приемника или усилителя хватит электричес- кой емкости питающей его батареи. Мощ- ность, потребляемую от источника тока, узнают умножением напряжения на концах це- пи на ток в цепи. Так, например, мощность, потребляемая лампочкой накаливания, используемая тобой для опытов, состовляет около 1 Вт (P=U*I=3,5*0,26=0,91 Вт). Электрическая емкость батареи 3336Л равна 0,5 А*ч (Ампер-час). Раздели эту емкость на мощность, потребляемую лампоч- кой, и ты узнаешь, на какое время (в ча- сах) энергии батареи хватит на питание лампочки. Да, всего пол часа. А если бата- рея частично разряжена, и того меньше. :( В заключение - небольшая консультация, имеющая прямое отношение к теме этого практикума. Дело в том, что на принци- пиальных электрических схемах и объясне- ниях работы радоаппаратуры номинальные сопротивления резисторов принято обозначат в омах. Например: (220) - в омах, (5,1к) - в килоомах (1 кОм = 1000 Ом), (1,5 М) - в мегаомах(1 МОм = 1000 кОм). В то же время, на малогабаритных резисторах, выпускаемых нашей промышленостью, их номинальные соп- ротивления обозначены по другой условной системе: единицу сопротивления Ом обозна- чают буквой Е,килоом - К, мегаом - М. Соп- ротивления резисторов от 100 до 910 Ом вы- ражают в долях килоома, а сопротивления от 100 кОм до 990 кОм - в долях мегаома. Если сопротивление резистора выражают целым числом, то буквенное обозначение единицы измерения ставят после этого чис- ла, например: 27Е (27 Ом), 51К (51 кОм), 1М (1 МОм). Если сопротивление резистора выражают десятичной дробью меньше единицы, то буквенное обозначение единицы располо- гают перед числом, например: К51 (510 Ом), М47 (470 кОм). Выражая сопротивление резистора целым числом с десятичной дробью, целое число ставят перед буквой, а десятичную дробь - за буквой, символизирующей единицу измере- ния. Например: 5Е1 (5,1 Ом), 4К7 (4,7 кОм), 1М5 (1,5 МОм). Ну вот, как бы на сегодня все, (уж очень меня достало набивать текст :). Если вы что нибудь не поняли пишите к нам. Ваши вопросы мы обязательно разьесним в следую- щих номирах нашей газеты. В ближайшем бу- дущем я планирую расказать вам, что из се- бя представляет диод и как он работает. А сейчас я вам посоветую сначала потрениро- ваться с паяльником. Знай: умение приходит с опытом! (C) Fedy Savin
Другие статьи номера:
Похожие статьи:
В этот день... 14 декабря