ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ

     интересные РАДИОСХЕМЫ самодельные


» ПОИСК СХЕМ


» РАДИОБЛОГИ
Миниатюрный транзисторный усилитель 100W RMS
Мощный самодельный радиовещательный передатчик 88-108 МГц
Электронные компоненты и детали, доставка по России в сентябре всего 99р.
Усилитель мощности на 5000 Вт с питанием от 220 В
Источник тока на ОУ и транзисторе
Миниатюрный щуп-вольтметр
Программатор ARM Cortex USB и Flash Magic
Светодиодный свет для растений

ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ


Много у нас есть опытных специалистов в схемотехнике, но ещё больше новичков, которые пытаются поддавшись интересу загрузить в себя новые знания. Это правильно, и сейчас мы в поможем сделать первые шаги в радиоделе. Просто читайте теорию и походу выполняйте действия, и через пару часов, которые бы всё-равно потратили на просмотр какого-нибудь фильма, заложите себе неплохую стартовую базу в плане сборки простейших схем и измерении разных их параметров.

Основы радиоэлектроники

Для начала посмотрим на обыкновенную пальчиковую батарейку. На ней можно прочитать, что у неё напряжение 1,5 В. Давайте проверим.

Батарейка АА 1,5 В

Для этого понадобится мультиметр, то есть цифровой измерительный прибор. Вначале стоит обзавестись более дешевой моделью, обязательно с ручным выбором диапазона измерения.

Измерение напряжения

  • черный провод подключить к разъему «COM»;
  • подключите красный провод к разъему для измерения напряжения «V» (Подключение проводов другим способом может повредить измеритель);
  • установите ручку на нужное деление - раз ожидаем получить значение примерно 1,5 В, то установим ручку на значение 20 в диапазоне DCV или V (прямая линия у буквы V означает постоянное напряжение);
  • металлическими наконечниками проводов мультиметра касается полюсов батареи, но какой конец к какому? Попробуйте обе комбинации - результат должен быть одинаковым, только один раз оно отображается как «положительное» число, в других случаях ему предшествует минус. Для нас это не имеет значения, с вольтметром тоже ничего не случится;
  • читаем значение - в данном случае напряжение новой батарейки 1,62 В;
  • выключаем мультиметр (не забывайте, а то сядет батарея).

Измерение напряжения аккумуляторной батареи 1,5 В: а) красный наконечник измерителя касается плюса аккумуляторной батареи - положительный результат; b) красный наконечник измерителя касается минуса батареи - отрицательный результат с минусом перед цифрами.

Внимание! При проведении измерений, чтобы не повредить прибор всегда устанавливаем диапазон измерения на значение, превышающее максимальный результат, который ожидаем получить! Если не знаем чего ожидать, то самый безопасный вариант - установить измеритель на максимально возможный диапазон и уменьшить его потом до максимально точного измерения.

Давайте проверим и другие батарейки / аккумуляторы. Для тестов выбрали: заряженный аккумулятор 1,2 В размера AA - 1,34 В, NiMH аккумулятор частично разряжен - 1,25 В.

Теперь поместим наши 4 батареи в корпус общий, так называемый холдер. Затем вставьте концы проводов аккумуляторной сборки в отверстия макетной платы, как показано на фото ниже:

Батарейный отсек: а) пустой, b) со вставленными батареями, c) подсоединенный к плате

Следующим шагом будет подготовка перемычек, то есть короткие провода, которые будут соединять отдельные компоненты на макетной плате. Для этого достаточно отрезка компьютерного кабеля, кусачки или острый нож.

Компьютерный кабель: а) изолированный, b) после снятия изоляции

Сначала снимите изоляцию с провода. Внутри найдете более тонкие провода, скрученные вместе. Следующим шагом будет отрезание кусочка провода необходимой длины, удаление небольшого, примерно 1 см, фрагмента изоляции с обоих его концов, и все готово. Обратите внимание, что провода в кабеле компьютера тонкие и легко ломаются, с ними нужно обращаться осторожно и часто не гнуть.

a) клещи, b) провод со снятой изоляцией, c) готовые перемычки

Если что, можете купить готовый набор перемычек. Их большим преимуществом является то, что не нужно делать самому, и они сделаны из более толстой проволоки, которая не так легко ломается.

Обломанный конец провода

Вне зависимости от того какие перемычки выберете: ручной работы или готовые, подготовим контактную пласту к дальнейшей работе. Потребуются 4 коротких перемычки (для подключения шин, распределяющих напряжение по плате) и две более длинные, желательно красная и синяя для питания.

Макетная плата с перемычками, соединяющими шины распределения напряжения

Теперь соберем свою первую схему на макетке. Возьмите резистор 22 кОм (красные / красные / оранжевые / золотые полосы). Каково его фактическое сопротивление? Проверим мультиметром.

Измерение сопротивления

  • черный провод подключить к разъему «COM»;
  • красный провод подключите к разъему красного цвета;
  • установите ручку переключателя - ожидаем получить значение примерно 22 кОм, поэтому установите на значение 200 кОм;
  • металлические концы проводов мультиметра касаются выводов резистора (неважно каким концом какой вывод);
  • считаем значение - для этого резистора сопротивление 22.1 кОм;
  • выключаем прибор (не забывайте).

Измерьте сопротивление резистора омметром

Как и в случае с батареями, здесь значение, измеренное мультиметром, отличается от номинала проверяемого элемента. Золотая полоса на резисторе означает допуск 5%.

22 кОм х 5% = 1.1 кОм

Следовательно, диапазон сопротивления для этого резистора может составлять от 20,9 кОм до 23,1 кОм. Теперь подключим пласту, батареи в холдере и резистор, как на фото ниже: 

Электронная схема простейшая подключена к макетной плате

В электронике схемы используются для иллюстрации соединений между отдельными элементами. В нашем случае это будет выглядеть так:

Электрическая схема простейшая

Символ, обозначенный как B1, - это батарейки, обеспечивающие общее напряжение 4 x 1,5 В = 6 В. А 22 кОм резистор помечен символом R1. По закону Ома:

I = U / R
I = 6 В / 22 кОм
I = 6 В / 22000 Ом
I = 0,000273A 
I = 273 мкА

Теоретически ток в схеме должен составлять 273 мкА. Но что сопротивление резистора может изменяться в пределах 5%. Напряжение обеспечивается батареями также не номинальные 6 В, и оно будет зависеть от уровня заряда батареи. Давайте рассмотрим фактическое напряжение, обеспечиваемое 4 батареями по 1,5 В.

Измерение напряжения

  • черный провод подключить к разъему «COM»;
  • красный провод подключите к разъему "V";
  • устанавливаем ручку переключения - ожидаем получить значение около 6 В, поэтому устанавливаем ручку на значение 20 в диапазоне DCV или V-, при необходимости включаем прибор, который должен показывать 0;
  • металлическими щупами проводов мультиметра касаемся проводов аккумуляторного держателя (в зависимости от того, каким концом к какому проводу прикасаемся, результат будет положительным или отрицательным);
  • считаем значение - напряжение аккумуляторной сборки 6.50 В;
  • выключаем питание.

Измерение напряжения аккумуляторной сборки

Подставим измеренные значения в формулу, полученную из закона Ома:

I = U / R
I = 6.5V / 22.1k Ом
I = 6,5 В / 22100 Ом
I = 0,000294A
I = 294 мкА

Попробуем проверить, получим ли этот результат, измерив ток мультиметром. 

Измерение тока

  • черный провод подключить к разъему «COM»;
  • красный провод подключить к разъему «мА»;
  • устанавливаем ручку - ожидаем получить значение 294 мкА, поэтому устанавливаем на значение 2000 мкА в диапазоне A-, при необходимости включаем прибор, который должен показывать 0;
  • Для проведения измерения сначала отключите схему, потому что весь ток должен протекать через измеритель полностью - коснитесь металлических концов проводов мультиметра, штырей перемычки, подключенной к положительному полюсу, и ножек резистора, подключенного к отрицательному полюсу;
  • считаем значение - ток 294 мкА;
  • выключаем прибор.

Измерение тока в схеме

А далее простая схема, показывающая различия в подключении вольтметра и амперметра к тестируемой схеме:

Схема подключения вольтметра и амперметра к тестируемой схеме

Итак, вы научились измерять напряжение, ток и сопротивление с помощью мультиметра, а также собрали первую схему на макетной плате. Теперь добавим больше резисторов и проверим как это повлияет на ток и напряжение. Начнем со сборки в соответствии со схемой ниже:

Схема, состоящая из источника напряжения и 3-х резисторов

  • B1 - это по-прежнему холдер батареек с 4 АА, каждая с номинальным напряжением 1,5 В (для простоты назовём его одной батареей)
  • R1 - резистор 22 кОм (красные / красные / оранжевые / золотые полосы)
  • R2 - резистор 10 кОм (коричневый / черный / оранжевый / золотые полосы)
  • R3 - резистор 2,2 кОм (красные / красные / красные / золотые полосы)

Обратите внимание, что у каждого резистора одна и та же буква, меняется только номер рядом с ним. А как бы обозначили резисторы на схеме, если бы все 3 имели одинаковое сопротивление? Как и на схеме выше - каждому элементу будет свой порядковый номер. Это правило при маркировке электронных схем - каждый элемент одного типа имеет одинаковый буквенный символ, а номер рядом с ним отличается.

Вернемся к схеме, если уже нашли резисторы, соберём схему на макетной плате. Всё выглядит так:

Схема состоит из батареи и 3 резисторов, соединенных на плате

Во-первых, посмотрим какое напряжение подает аккумулятор в схему. Возьмем измеритель, подготовленный для измерения напряжения, с ручкой, установленной на 20 В. Приложим щупы измерителя по обе стороны от батареи B1:

Слева: схема подключения мультиметра, справа: мультиметр, измеряющий напряжение на обеих сторонах аккумуляторной батареи

Эта батарея подает в схему 6,02 В. Теперь измерим реальное сопротивление каждого из резисторов, использованных в эксперименте. Получили результаты: 21,9 кОм, 10 кОм и 2,23 кОм соответственно. Какой ток в цепи? Попробуем сначала посчитать:

I = U / R

Символ U означает напряжение, подаваемое в цепь аккумулятором. А символ R - это сумма сопротивлений всех электронных компонентов, то есть резисторов, поэтому:

R = U / (R1 + R2 + R3)
I = 6,02 В / (21,9 кОм + 10 кОм + 2,23 кОм)
I = 6,02 В / 34,13 кОм
I = 6,02 В / 34130 Ом
I = 0.000176 = 176 мкA

Теперь измерим реальную силу тока мультиметром:

Измерение тока в схеме

Проведём измерение, прикоснувшись к красному выводу батареи красным щупом, а черный провод первого резистора - черным. Как видно на картинке, ток точно такой же, как рассчитали выше: 176 мкА. Вы можете попробовать измерить ток подключив измеритель к другому месту в схеме, например между резисторами R3. Вы получите все время один и тот же результат. Сила тока в нашей схеме везде одинакова. Помните сравнение силы тока с напором воды? Наш «водяной ток» течет от одного конца батареи, последовательно через все резисторы, к другому выводу батареи, поэтому ток (протекающая вода) такой же везде.

Давайте проследим что происходит с напряжением в схеме. Аккумулятор дает напряжение 6,02 В, а ток во всей схеме составляет 176 мкА. Рассчитаем падение напряжения на каждом резисторе. Как обычно помогут закон Ома и формула I = U / R. Падение напряжения на резисторе R1, сопротивление которого 22 кОм:

U = I х R
U = 176 мкА х 21.9 кОм

Чтобы избежать путаницы, проведём преобразование единиц измерения:

U = 0.000176 A х 21900 Ом
U = 3.85 В

Падение напряжения на резисторе R2, сопротивление которого 10 кОм:

U = I х R
U = 176 мкА х 10 кОм
U = 0.000176 A х 10000 Ом
U = 1.76 В

Падение напряжения на резисторе R2, сопротивление которого составляет 2,2 кОм:

U = I x R
U = 176 мкА х 2,23 кОм
U = 0,000176 А х 2230 Ом
U = 0,39 В

Обратите внимание, что чем больше сопротивление данного резистора, тем выше падение напряжения на нем.

Теперь проверим какое напряжение получим, приложив щупы мультиметра непосредственно перед и после следующих резисторов:

Слева: схема подключения мультиметра, справа: мультиметром измерение напряжения на обеих сторонах резистора R1

Слева: схема подключения мультиметра, справа: мультиметр измерения напряжения на обеих сторонах резистора R2

Слева: схема подключения мультиметра, справа: мультиметр, измеряющий напряжение на обеих сторонах резистора R3

Измеритель обнаружил определенное падение напряжения на каждом резисторе:

UR1 = 3,83 В
UR2 = 1,75 В
UR3 = 0,39 В
UR1 + UR2 + UR3 = 5,97 В
UB1 = 6,02 В

Сумма падений напряжения на отдельных резисторах практически равна напряжению, подаваемому на батарею. Теоретически напряжения UB1 и UR1 + UR2 + UR3 должны быть равны друг другу, но практика обычно немного отличается от этого. В этом случае разница, вероятно, связана с неточностью измерений. Также следует помнить что резисторы - не единственное сопротивление току. Провода, по которым протекает ток, тоже имеют небольшое сопротивление.

В любом случае мы экспериментально пришли ко второму закону Кирхгофа, который гласит: сумма напряжений источника в цепи постоянного тока равна сумме напряжений нагрузки.

Итак, мы проверили и рассчитали ток и напряжение в цепи, в которой резисторы включены последовательно. Напоминаем, что такое подключение показано на схеме:

Схема цепи, в которой резисторы включены последовательно

Последовательное соединение - это соединение при котором отдельные компоненты соединяются последовательно один за другим. Известно что:

  1. во всей такой схеме сила тока постоянна, независимо от того, где ее измеряем. 
  2. общее сопротивление - это сумма сопротивлений отдельных резисторов Rc = R1 + R2 + R3.
  3. сумма падений напряжения на отдельных резисторах равна напряжению батареи U B1 = U R1 + U R2 + U R3.

Рассмотрим схему, в которой резисторы включены параллельно. И начнем со схемы компоновки. Отметки на схеме будут соответствовать значениям элементов:

  • B1 - это холдер для батареек, номинальное напряжение на каждом элементе 1,5 В, всего 6 В
  • R1 - резистор 22 кОм (красные / красные / оранжевые / золотые полосы)
  • R2 - резистор 10 кОм (коричневый / черный / оранжевый / золотые полосы)
  • R3 - резистор 2,2 кОм (красные / красные / красные / золотые полосы)

Соберем схему на макетной плате. Каким будет полное сопротивление Rс всех резисторов в цепи? Прежде чем ответить на этот вопрос, обратите внимание что только R1 и R2 подключены параллельно. Вначале будем иметь дело только с ними. Формула общего сопротивления параллельно соединенных резисторов такова:

R 1,2 = (R1 х R2) / (R1 + R2)
R 1,2 = (22 кОм x 10 кОм) / ( 22 кОм + 10 кОм)
R 1,2 = 220 кОм / 32 кОм
R 1,2 = 6,9 кОм
R 1,2 = 6900 Ом

Суммарное сопротивление R1 и R2 составляет 6,9 кОм. Теперь снова посмотрим на схему - резисторы R1 и R2 включены последовательно по отношению к резистору R3. Упрощение схемы позволит выделить:

Последовательные этапы преобразования схемы: а) вид исходной схемы, b) схема эквивалентной схемы после замены двух ветвей одной замещающей ветвью с сопротивлением R1.2, c) схема эквивалентной цепи после замены резисторы R1.2 и R3 с резистором Rc.

Обратите внимание, что при замене исходной принципиальной схемы эквивалентное напряжение и ток в непреобразованной части схемы должны оставаться неизменными.

Возвращаясь к теме: поскольку резисторы R1 и R2 соединены параллельно и последовательно с резистором R3, достаточно добавить сопротивление R 1.2, рассчитанное только что с помощью резистора R3, чтобы получить общее сопротивление Rc:

Rc = [(R1 * R2) / (R1 + R2)] + R3
Rc = R 1,2 + R3
Rc = 6,9 кОм + 2,2 кОм
Rc = 9,1 кОм
Rc = 9100 Ом

Мы знаем как рассчитать полное сопротивление схемы. Помните, что рассчитали его на основе номинальных значений сопротивления используемых резисторов. В качестве упражнения предлагаем рассчитать фактическое полное сопротивление в вашей схеме таким же образом (после измерения сопротивления всех резисторов с помощью мультиметра). Для данного случая это 9,1 кОм.

Для расчета силы тока необходимо знать напряжение, подаваемое аккумулятором:

Слева: схема подключения мультиметра, справа: измерение напряжения на обеих сторонах аккумуляторной батареи

В этой схеме аккумулятор, то есть источник напряжения, обеспечивает схему напряжением 6,10 В. Рассчитаем ток I:

I = U / Rc
I = 6,10 В / 9100 Ом
I = 0,00067 А = 0,67 мА = 670 мкА

Теперь посмотрим на напряжение в схеме, разместив щупы измерителя в разных местах:

Слева: схема подключения мультиметра; справа: измерение падения напряжения на резисторе R1

Слева: схема подключения мультиметра; справа: измерение падения напряжения на резисторе R2

Слева: схема подключения мультиметра; справа: измерение падения напряжения на резисторе R3

Батарея подает на цепь напряжение 6,10 В. Интересно, что падение напряжения на резисторах, подключенных параллельно, одинаковое (4,60 В каждое), хотя они имеют разное сопротивление. Падение на R3 составляет 1,49 В.

Получим ли мы те же значения из расчетов?

U R1.2 = I x R 1.2
U R1.2 = 670 мкА х 6,9 кОм
U R1.2 = 4,62 В
U R3 = I x R3
U R3 = 670 мкА х 2,2 кОм
U R3 = 1,47 В

Результаты вышли практически идентичными.

Теперь измерим ток в отдельных точках схемы:

Слева: схема подключения амперметра к цепи; справа: текущее измерение I

Слева: схема подключения амперметра к цепи; справа: измерение тока I1

Слева: схема подключения амперметра к цепи; справа: измерение тока I2

Батарея обеспечивает 6,10 В напряжения в замкнутом контуре, где течет ток 670 мкА. Сила тока (можем представить как протекающие электроны) делится на две ветви: некоторые из электронов проходят через ветвь, обозначенную I1, а некоторые - через ветвь I2. Во втором узле ветви I1 и I2 снова соединяются, чтобы дать ток I. Здесь и пришли к первому закону Кирхгофа: для каждого узла электрической цепи сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, исходящих из узла. В нашем случае:

I = I1 + I2

Посмотрим, будет ли рассчитанный ток такой же, как и измеренный:

I1 = U R1 / R1
I1 = 4.62 В / 22 кОм
I1 = 210 мкА
I2 = U R2 / R2
I2 = 4.62 В / 10 кОм
I2 = 460 мкА
I = I1 + I2
I =  210 мкА + 460 мкА

Экспериментально полученные результаты очень похожи на полученные расчеты, что прекрасно показывает связь теории и практики в радиоэлектронике.

В общем на сегодня всё, в одном материале не легко охватить огромный мир электроники, да и время нужно чтоб освоить всю полученную информацию. Дальше переходите в раздел схем для начинающих и пробуйте собирать девайсы попроще, а возникающие вопросы можно прояснить на форуме. Успехов!

   Форум




   Форум по обсуждению материала ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ


ТОЧНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Несколько методов точного измерения емкости конденсаторов. Теория и практика.


РАДИОПРИЕМНИКИ: ВИДЫ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Радиоприемники - обзор базовых конфигураций приёмной аппаратуры, этапы развития схемотехники.


УЛУЧШЕНИЕ ФОНАРИКА С ЗУ ОТ 220V

Классический фонарик со встроенным зарядным устройством можно неплохо улучшить, добавив пару микросхем и 18650 АКБ.



Радиосхемы » Теория электроники



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ


© 2010-2021 "Радиосхемы". Все права защищены  Почта  PDA   Группа вконтакте   Канал ютуб   Группа в фэйсбук