Перша сходинка. Резистори, частина друга (початок)


Статью просмотрели: 2107 человек

Доброго здоров'я, шановні читачі. Продовжимо наш огляд теми "Резистори" (початок за посиланням).

Цього разу, продовжуючи знайомство з резисторами, доведемо, що він підкорюється закону Ома та заодне познайомимося з графіками. Графік, це лінійне відображенням певної характеристики компонента в обраній системі координат. З ними вам доведеться мати справу дуже часто. Як приклад, можу навести масу графіків у Технічних паспортах (Datasheet) на електронні компоненти. В яких ми, власне кажучи, будемо невдовзі будемо розбиратися.

Дізнаємося про з'єднання резисторів, що таке подільник струму та подільник напруги і чим вони відрізняються. З'ясуємо, що означає падіння напруги.

Ознайомимося з основними правилами малювання електронних схем, монтажними інструментами

Омічна поведінка

Опір резистора, вимірюється в омах, та визначається як співвідношення напруги на ньому, до струму через нього при сталій температурі оточення. Для того, щоб переконатися у цьому замалюємо схему для зняття вольт-амперної характеристики провідника, у нашому випадку постійного резистора, в залежності від струму через нього та напруги на ньому.

Тепер зберемо схему використавши макетну плату.

Гадаю ви пам'ятаєте, шинки живлення позначені кольоровими смужками та символами "+" і "–" мають суцільне з'єднання. До них приєднуємо відповідні дроти живлення. Угорі задіяна позитивна шина живлення "+", унизу – негативна "". Робочі монтажні отвори, згруповані рядками по п'ять штук, теж з'єднані між собою. Для наочності, суцільні з'єднання задіяних шинок промальовані жовтими смужками. Виведемо потенціометр максимально ліворуч (по схемі), максимально обмеживши струм. Та увімкнемо живлення, з'єднавши між собою кінці касет для батарейок АА.

Ми з вами створили стенд для виміру вольт-амперної характеристики резистора.

На світлині бачимо результат першого виміру.

1. – 10,2 мА; 1,08 В

Далі збільшуйте струм за допомогою потенціометра кроками по 5,0 мА, фіксуйте новий показник струму та напруги і записуйте результат, почергово нумеруючи кожен крок. Так до останнього можливого значення.

Наприкінці експерименту обережно торкніться резистора, повторюю – обережно! Він досить-таки гарячий. Це результат дії струму. Те, про що ми з вами говорили.

Щодо макетної плати, конекторів, крокодилів, з'єднувачів на основі крокодилів я вже писав. А от потенціометр ви можете придбати у магазині Радіодеталі, наприклад, такий, що легко монтується на макетну плату. Він може бути не обов'язково 0,47 кОм, а десь близько цього, але обов'язково типу А (детальніше про типи трохи нижче).

Повернемося до нашого досліду. У вас утворився ряд результати вимірів. Наступним кроком буде створення графіка. Отже, створимо графічне відображення опірної характеристики резистора в залежності від зміни струму через нього.

Будуємо координатні прямі: горизонтальна – І (струм), вертикальна – U (напруга). На прямій І нанесемо поділки значень струму, на вертикальній U поділки значень напруги.

Далі, позначаємо крапками місця перетину значень струму та напруги відповідного кроку виміру.

1. 10 мА; 1,0 В;

2. 15 мА; 1,5 В і так далі.

Отримані графічні значення у вигляді крапок з'єднуємо суцільною лінією починаючи від 0 координат.

У нашому випадку ми отримали прямолінійну криву характеристики з рівномірним кутом нахилу. Така поведінка характерна для звичайних провідників струму і називається Омічною поведінкою. Тобто вона доводить – матеріал підкоряється закону Ома.

Чому я досить детально зупинився на знятті вольт амперної характеристики та побудові графічного її відображення?

Я хочу бути переконаним у тому, що незалежно від засвоєного, чи просто прослуханого, а може вже й підзабутого шкільного курсу, дав базове розуміння того, що таке графік. Звідки він береться, як формується та як його слід читати і розуміти.

З графіками вам доведеться мати справу дуже часто і вони повинні стати для вас джерелом інформації, а не просто якимись незрозумілими кривульками. 

Продовжимо нашу тему. Більшість електронних компонентів мають не омічну поведінку. Вона може бути наслідком ефекту генерування напруги (як у термопарах), або провідністю під впливом напруги (як у напівпровідниках), наслідком впливу температури (як у лампочках чи терморезисторах). На графіках лінії такої поведінки матимуть вигляд кривої, або навіть лінії, яка не проходить через точку початку координат. На малюнку зображені вольт-амперні криві лампочки – Л та терморезистора – Т.

До речі, здатність лампочки, у певній мірі, стабілізувати струм, що витікає з вертикальної спрямованості кривої, досить часто використовується аматорами.

Тож саме з матеріалів, для яких характерна омічна поведінка, які мають постійну величину опору (з врахуванням несуттєвої температурної стабільності) і виготовляються резистор. Які, як не крути, а вони є найбільш вживаним компонентом електронних конструкцій.

Декілька слів стосовно змінних резисторів.

Змінні резистори мають три основні типи. Тип А (А) з лінійною залежністю зміни опору від кута повороту ручки. Тип Б (В) з логарифмічною залежністю і тип В (С) з показовою або обернено логарифмічною залежністю (у дужках позначення латиницею). Чому я сказав – основні, бо на практиці існують ще й інші залежності але це вже резистори, які виготовляються за спецзамовленням. Змінні резистори з логарифмічною залежністю використовуються як регулятори у підсилювачах низької частоти, це пов'язано з фізіологічними особливостями сприйняття людським вухом рівномірності наростання змін сигналу.

Продовжимо знайомство з резисторами та способами їхнього використання.

Ми з вами вже дещо знаємо, розуміємо, а тому не будемо цього приховувати, а будемо активно користуватися набутими знаннями. Це я стосовно електронних схем. Починаючи з цього допису, кожен експеримент буде супроводжувати його персональна схема.

Отже, послідовне з'єднання резисторів.

Давайте, використавши наші знання Закону Ома підрахуємо, який струм проходитиме через резистор опором 100 Ом у колі з напругою 6,0 В. 

         I=U/R,

отже 6 В/100 Ом = 60 мА (0,06 А)

Складемо на макетній платі наведену схему. Виходячи з результатів досліду, відповідно до схеми, струм споживання колом становитиме 30 мА.

І знову ми звертаємося до Закону Ома. Який же опір має ланцюг з послідовно з'єднаними резисторами, що викликає споживання 30 мА струму?

 

 

У вас, поки-що, виникатимуть труднощі з оперуванням похідними формулами, користуйтеся «колом». Розуміння похідного перетворення формул з часом засвоїться – поступово і назавжди.

        R=U/I,

отже 6 В/0.03 A = 200 Ом

Виявляється опори резисторів склалися.

Саме так – при послідовному з'єднанні резисторів, їхні опори додаються. Згадайте, до того ж, наш експеримент з послідовно з'єднаними лампочками.

А математична формула виглядає ось так:  Rсум = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

На черзі паралельне з'єднання резисторів.

Зберемо схему як на малюнку. Струм кола склав 120 мА. Нам відомо, що через один резистор на 100 Ом проходить струм величиною 30 мА, через два, з'єднаних послідовно – 60 мА. Який же опір призводить до споживання колом 120 мА?

        R=U/I,

отже 6 В/0.12 A = 50 Ом

Отже, судячи з Закону Ома, ми отримали опір удвічі менший за опір одного з резисторів.

Давайте не будемо поспішати з висновками. З паралельним з'єднанням резисторів не все так просто. 


Я навмисне узяв два резистори однакового номіналу щоб продемонструвати вам таку ситуацію. А втім, по суті, виходить саме так. При паралельному з'єднанні резисторів однакового номіналу сумарний опір групи буде дорівнювати опору одного резистора поділеного на кількість резисторів у з'єднанні.

Давайте розглянемо наступну схему.

На ній ми бачимо з'єднання трьох резисторів різних номіналів (різної величини опору). І струми, які проходять через них, розподілилися в залежності від величини їхніх опорів. Перевірте це, вимірявши струм кожної ланки окремого резистора. Загальний струм споживання кола складає 66,6 мА давайте визначимо сумарний опір ланцюга з трьох паралельно з'єднаних резисторів.

        R=U/I,

отже 6 В/0.0666 A = 90,09 Ом

Якось несподівано?

Так, так. Саме такий опір матиме паралельне з'єднання трьох резисторів вказаних на схемі номіналів.

        90,09 Ом.

І математична закономірність паралельного з'єднання має наступний вигляд:

         1/Rсум = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +  ... + 1/Rn

Перевіримо:

1/100 (100 Ом) = 0,01; 1/1000 (1кОм) = 0,001; 1/10000 (10 кОм) = 0,0001, підсумуємо 0,01+0,001+0,0001 = 0,0111, визначимо сумарний опір 1/0,0111 = 90,09 Ом.

Що відповідає отриманому нами результату.

 

 

Для визначення сумарного опору групи резисторів про паралельному з'єднанні складаються величини їхньої електричної провідності.

Електрична провідністьце величина обернена опору, яка характеризує здатність тіла проводити електричний струм.

А взагалі, запам'ятайте одне правило: «При паралельному з'єднанні резисторів, їхній сумарний опір завжди менший за опір найменшого резистора у групі»

 

 

 

Для чого використовуються такі з'єднання.

Найчастіше – це потреба скласти необхідний опір з резисторів, які є під рукою, чи існують взагалі. Виходячи з розглянутих нами з'єднань – послідовне використовується тоді, коли з менших резисторів слід отримати більший, паралельне – навпаки.

Наприклад: Нам потрібно резистор з опором 250 Ом, ця величина випадає з ряду номінальних значень (принаймні Е24), тому її слід утворити з декількох резисторів.

Якщо компонувати його з менших – це звичайне додавання. Скажімо можна скласти з двох резисторів 120 та 130 Ом.

А якщо у нас є лише більші резистори? Тоді діємо відповідно до відомої нам формули. Наприклад у нас є резистор 300 Ом, виводимо похідну формулу:

1/250 (величина, яка нам потрібна) = 1/300 (є у нас)+ 1/х (слід додати)

        0,004 = 0,0033 + х

перетворюємо формулу для визначення х:

        х = 0,004 – 0,0033 = 0,0007

переводимо провідність у опір:

        1/0,0007 = 1428,57 Ом

Найближче значення з ряду номінальних значень (дивись першу частину) 1,5 кОм.

Якщо виникне бажання перевірити який ми отримало резистор, будь ласка – ви вже знаєте як це робити.

У першій частині я згадував, що існують певні складнощі з придбаванням прецизійних (високоточних) резисторів, а вони можуть знадобитися для ремонту вимірювальних приладів, чи для інших цілей.

Саме тому я інколи використовую паралельне, послідовне або навіть комбіноване з'єднання резисторів для підвищення класу точності. Як це?

Наприклад, мені потрібен резистор опором 20 Ом і бажано – точний. Я беру, скажімо, 2 резистори по 10 Ом, попередньо відібравши їх за точним значенням з урахуванням допустимого відхилення. Відхилення номіналу ряду Е24 складає ±5%. Тобто в ряду, серед резисторів маркованих як 10 Ом, можна зустріти реальне значення від 9,5 до 10,5 Ом і це є допустимим. Я відбираю з певної кількості резисторів один з найменшим, один з найбільшим значенням. Хай це будуть ті ж самі 9,5 та 10,5 Ом і з'єдную їх послідовно. В результаті я отримую резистор 20 Ом, більш вищого класу точності.

Так само можна підібрати і резистори для паралельного з'єднання.

Ще виникає інколи така ситуація. Скажімо, потрібен резистор потужністю 5 Вт, а у вас є лише 2-х ватні. У таких випадках можна скласти потрібний резистор паралельно – з трьох іншого значення. Чому з 3-х, бо сумарна потужність 3-х резисторів по 2 Вт складатиме 6 Вт, двох – лише чотири.

Загальна потужність ланцюга, завжди рівна сумі потужностей окремих елементів.

Наприклад: у ланці з напругою 12 В використано резистор опором 30 Ом, струм, який ітиме через нього становитиме 400 мА. Відповідно потужність потрібна – 4,8 Вт. Тобто слід брати резистор потужністю 5 Вт. А коли ми візьмемо три резистори по 90 Ом (підібравши з ряду Е24), при паралельному з'єднанні матимемо 30 Ом. Струм, який проходитиме через резистор 90 Ом буде 133 мА, отже і резистор потрібен потужністю 1,6 Вт, що в сумі складатимуть ті ж самі 4,8 Вт. Тобто ми знайшли чудовий вихід зі здавалося б безвихідної ситуації.

Наведений вище приклад – це приклад подільника струму. Ви вже зрозуміли, що при паралельному з'єднанні резисторів струм ділиться.

На практиці, частіше і досить широко використовується послідовне з'єднання резисторів з іншою метою – створення так званого подільника напруги. Що це таке?

Щоб зрозуміти це, зробимо невеличкий відступ.

Практично напруга будь якого електричного кола має два значення – напруга живлення та напруга падіння. Напруга живлення кола – це зрозуміло, а от з напругою падіння слід розібратися і зрозуміти. Це досить важливо!

Нам відомо, що коли на кінцях опору створити певний електричний потенціал, то через цей опір потече електричний струм величина якого визначається законом Ома. Це явище можна трактувати інакше: якщо через опір пропустити певний електричний струм, то на кінцях цього опору створиться падіння напруги, яке теж визначатиметься законом Ома.

Давайте більш детальніше розберемо цей важливий момент.

На схемі просте коло з одним резистором. Струм, який протікає через цей резистор становить 60 мА, падінні напруги на ньому дорівнюватиме напрузі живлення. Бо:

        U = I • R

що буде 0,06 • 100 = 6,0 В

Наступний малюнок дозволить нам деталізувати природу явища – подільник напруги.

Тож давайте уважніше роздивимося схему.

Батарея напругою 6,0 В забезпечує живленням ланку кола з трьох послідовно з'єднаних резисторів. Ланка помічена контрольними точками з номерами 1, 2, 3, 4. Якщо взяти до уваги, що сумарний опір ланки резисторів складає 1110 (10+100+1000) Ом – то цю послідовність опорів можна розглядати, як один опір навантаження, так само, як і на прикладі розглянутому вище. Точки 1 та 4 цієї ланки будуть кінцями опору, де падіння напруги дорівнюватиме напрузі живлення, а струм, який протікатиме цим колом складатиме 5,40 мА.

        І = V/R

тож 6 В / 1110 Ом = 0,0054 А

Далі цікавіше.

Визначимо падіння напруги на резисторі R1, для цього скористаємося формулою і твердженням: якщо через опір пропустити певний струм, то на кінцях цього опору створиться падіння напруги, у відповідності з законом Ома. А струм через ланку послідовно з'єднаних резисторів протікає однаковий – через кожен резистор, бо він обмежений опором резистора з найбільшим значенням і завжди менший, ніж струм, який би протікав через нього! То ж визначаємо скориставшись формулою U = I • R, виходячи з цього, падіння напруги на опорі R1 становитиме:

        UR1 = 0,0054 • 10 = 0,054 В, або 54,0 мВ

Аналогічно визначимо падіння напруги на інших резисторах ланки:

        UR2 = 0,0054 • 100 = 0,54 В, або 540 мВ

        UR3 = 0,0054 • 1000 = 5,40 В

Узявши відповідні резистори і склавши їх у подану схему на макетній платі, ви зможете перевірити ці розрахунки (Спробуйте зробити це самостійно). Слід лише не забувати, що точка 1 – це позитивний потенціал, а точка 4 – негативний. Саме для цього я й помітив місця з'єднання проміжними цифрами 2 та 3. Міряючи напругу падіння на резисторі R1, щуп «+» приєднуємо до точки 1, щуп «–» до точки 2, бо у точці 2 більш негативний потенціал у порівнянні з точкою 1. На схемі ви помітили маленькі позначки «+» та «–» поблизу кожного місця під'єднання щупів. Скажімо точка 2 має більш позитивний потенціал у порівнянні з точкою 3, а та, у свою чергу, більш позитивний ніж точка 4.

Для оперативного розрахунку падіння напруги на якомусь із резисторів можна скористатися наступною формулою: Urх = Uзаг Rх/(R1+R2+… Rn)

А тепер хочу подати на ваш розгляд ще одну схему. Ця схема має у своєму складі фрагмент окреслений пунктирною лінією.

Схожі поєднання резисторів ви знайдете практично на будь-якій аналоговій схемі. Така реалізація подільника напруги на практиці застосовується досить широко.

Хочу додати, що змінні резистори – це не що інше, як подільники напруги з можливістю оперативного регулювання коефіцієнту поділу.

Що ви скажете з приводу наступної схеми?

Правда дуже схожа на попередню? Так воно і є. Змінний резистор увімкнений подільником напруги.

При виведенні бігунця резистора максимально нагору, ми знімемо з його середнього виводу напругу живлення, а при опусканні його вниз – напруга на середньому виводі буде зменшуватися, поки не впаде до нуля, у самому нижньому положенні.

На практиці інколи використовують і реостатне увімкнення змінного резистора – тоді він регулює струм. Ми вже застосовували таке з'єднання на самому початку, для дослідження омічної поведінки резистора.

Для бажаючих зібрати таку схему для перевірки, поясню. Резистор R1 на цій схемі виконує роль обмежувача максимального струму. Адже без нього, вивівши бігунець резистора до кінця вниз, ми матимемо коротко замкнене коло зі струмом понад 1,0 А і можемо наробити лиха, вивівши з ладу наш мультиметр і змінний резистор. Тому призначення резистора R1, номіналом 62 Ом, обмежити струм кола на рівні близько 100 мА. Використавши вказані номінали резисторів ви зможете регулювати струм від 23 мА до 100 мА. Не забувайте у таких колах включення змінного резистора реостатом – контролювати його потужність, бо виділення зайвого тепла на ньому, якщо потужність не відповідає максимально можливій – виведе його з ладу. На схемі максимальний струм, який протікає колом, обмежений значенням 100 мА, при напрузі 6,0 В потужність резистора мусить бути не меншою за 1,0  Вт, бо максимальна розрахована потужність складає 0,6 Вт. А навантаження елементу на 70-80% відсотків його максимальної потужності – завжди збільшує надійність конструкції.

-------------------------------------------------------------------------------------

ВІДСТУП

Сьогоднішній відступ про інструменти. Інструменти вам будуть потрібні різні. І з часом ви матимете і свої "улюблені", і потрібні. А на початку…

Стосовно інструментів, важко давати якісь рекомендації, адже кожен з аматорів захопиться своїм видом діяльності. Комусь припаде до душі ремонт мобільних пристроїв, планшетів. Хтось захопиться комп'ютерами та ноутбуками, побутовою технікою. А когось цікавитеме створення власних конструкцій. І для кожного з цих видів діяльності потрібні будуть додаткові, суто специфічні інструменти.

Та все ж таки є інструменти без яких вам не обійтись ніколи, яким би видом діяльності ви не займалися. Саме такі універсальні інструменти будуть корисні і для початківця.

Перше – викрутки. В розділі магазину Радіодеталі "39.01. Отвёртки и наборы отвёрток" запропоновано величезну кількість, на різний смак та потребу. Початківцям достатньо буде мати першу пару – пласку та хрестоподібну розміром 3 мм. Потім ви докупите, все, що вам знадобиться.

Друге – кусачки, бокорізи, їх можна знайти в розділі магазину "39.02. Кусачки, клещи для зачистки проводов".

 

 

 

 

 

 

 

 

З приводу цього інструменту, я б порадив мати Бокорізи 8-46 та Кусачки BK-109. Обидва інструменти потрібні в різних випадках. Кусачками ліворуч зручно розправлятися з дротами. Відкусити, зачистити. А ті що праворуч, з гострими кінчиками та виступаючою робочою частиною, зручні під час роботи з друкованими платами. Ними зручно відкусити зайві кінці компонентів після розпаювання на плату. Викусити щось, звідкись у важкодоступному місці.

Третє – плоскогубці, вони знахоляться в розділі "39.03. Плоскогубцы и длинногубцы". 

З цим інструментом ситуація приблизно така ж сама: бажано мати Плоскогубці-кусачки RT-509 і Длінногубці ферроникеливі 98-515.  

Інструментом ліворуч зручно відкусити якийсь товстий дріт, утримати гайку, чи відкрутити її, тримати дріт під час зняття ізоляції, тримати якісь деталі під час нагрівання. Інструмент праворуч використовується для таких самих операцій, правда більш тонших. Ще довгоносі плоскогубці використовуються для утримання компонентів під час паяння, як тепловідвід. Ними зручно формувати або випрямляти виводи компонентів.

Четверте – пінцет. Пінцети бувають різні – прямі, зігнуті, з фіксацією. Виготовляються з різноманітних матеріалів (немагнітні, магнітні, металеві, вуглепластикові). Та я би там не було найбільш вживаним різновидом є прямий немагнітний. Пінцети можна знайти в розділі "39.06. Пинцеты" інтернет-магазину Радіодеталі.

Раджу звернути увагу на такий варіант "Пинцет прямой 140мм". На початку це буде саме те. А потім ви зрозумієте і оберете собі щось більш необхідніше.

Пінцет виготовлено із нержавіючої сталі, отже він не магнітний. Не дуже маленький, зручно лежить у руці.

Вам сподобається.

Для чого застосовується? Утримати дріб'язок, який неможливо узяти пальцями. Притримати компонент під час паяння, використати як тепловідвід, взяти щось гаряче. Будете працювати – зрозумієте. Інструмент зручний і потрібний для аматора. 

 

 

Ну і п'ятий необхідний різновид інструменту – скальпель, або модельний (дизайнерський) ніж, розділ "39.05. Скальпели".

В магазині пропонують стандартні скальпелі, а також ручки під змінні леза - Ручка скальпеля

Для таких ручок існує вибір змінних лез, таких як Лезвие №11 та Лезвие №12.

Які можна міняти в міру потреби і не перейматися заточуванням. 


Також можна обрати модельний ніж 8PK-394A. Як і для скальпеля, для таких ножів теж існує вибір змінних лез, таких як 508-394A-B.

Я гадаю вам не варто розповідати для чого можуть знадобитися аматору такі гострі інструменти. Хочу лише сказати, що вони значно гостріші за кухонного чи кишенькового ножа. А їхні леза виготовлені з більш якісної сталі. Продовження далі

Комментарии к статье

Отсутствуют
  • Вы, клиент нашего интернет-магазина? Войдите чтобы оставить комментарий
    Войдите
    Впервые в интернет-магазине? Чтобы продолжить вам нужно зарегистрироваться, это займет несколько минут
    Зарегистрируйтесь
Наверх