Книга: Электроника для начинающих (2-е издание)
Назад: Эксперимент 2. Давайте испортим батарею!
Дальше: Эксперимент 4. Переменное сопротивление
Эксперимент 3. Ваша первая электрическая цепь
Теперь пришло время сделать с помощью электричества что-нибудь более полезное. Чтобы достичь этого, поэкспериментируем с компонентами, которые называются резисторами, и со светоизлучающим диодом.
Что вам понадобится
• Батарея 9 В (1 шт.)
• Резисторы: 470 Ом (1 шт.), 1 кОм (1 шт.), 2,2 кОм (1 шт.)
• Стандартный светодиод (1 шт.)
• Тестовые провода с зажимами «крокодил» на концах (3 шт.)
• Мультиметр (1 шт.)
Первое знакомство с резистором
Пришло время познакомиться с самым основным компонентом, который мы будем использовать в электрических схемах: скромным резистором. Как подразумевает его название, он оказывает сопротивление электрическому току. И как вы, наверное, догадались, номинал резистора измеряется в омах.
Если вы приобрели резисторы в отделе уцененных товаров, то надписи на упаковке могут отсутствовать. Не беда, определить их номинал достаточно просто. На самом деле, даже если упаковка четко промаркирована, рекомендую вам проверить эти резисторы, прежде чем мы пойдем дальше, потому что они могут легко перепутаться.
У вас есть два варианта:
• измерить сопротивление мультиметром, настроив его соответствующим образом.
• расшифровать цветовые коды, которые нанесены на большинстве резисторов. Я объясню это чуть позже.
После того как вы определили номиналы резисторов, хорошо бы рассортировать их по маркированным отсекам пластиковых коробок для мелких деталей. Лично мне нравится покупать эти коробки в сети магазинов Michael’s (в США), но есть множество других вариантов. Подойдут также маленькие полиэтиленовые пакеты, которые сможете найти в онлайн-магазине eBay по запросу: пластиковые пакеты для деталей.
Расшифровка номиналов резисторов
На некоторых резисторах их номинал указан микроскопической надписью, которую можно разглядеть с помощью увеличительного стекла (рис. 1.39).
Рис. 1.39. На некоторых резисторах указан номинал
Большинство резисторов промаркировано цветными полосками. Такая схема кодировки показана на рис. ЦВ-1.40.
Рис. ЦВ-1.40. Цветовая кодировка резисторов. Некоторые резисторы имеют 4 полоски слева, вместо трех, как поясняется в тексте.
На рис. ЦБ-1.41 изображены некоторые примеры цветовой маркировки резисторов. Сверху вниз: 1 500 000 Ом (1,5 МОм) при допуске 10%, 560 Ом при допуске 5%, 4700 Ом (4,7 кОм) при допуске 10% и 65 500 Ом (65,5 кОм) при допуске 5%.
Рис. ЦВ-1.41. Четыре примера цветовой маркировки резистора
Подытожим правила расшифровки обозначений резисторов:
• Не обращайте внимания на цвет корпуса резистора. (Исключением из этого правила является белый резистор, который может быть огнестойким или снабжен плавким предохранителем, его следует заменять точно таким же. Но вы вряд ли столкнетесь с таким резистором.)
• Найдите серебристую или золотистую полоску. После этого разверните резистор так, чтобы она оказалась справа. Серебристая полоска означает, что точностью номинала резистора составляет 10%, золотистая указывает на точность в 5%. Этот параметр называется допуском резистора.
• Если вы не обнаружили серебристой или золотистой полоски, разверните резистор так, чтобы цветные полоски оказались сгруппированы слева. Обычно их три или четыре.
• Цвет двух первых полосок, слева направо, означает две цифры номинала резистора. Цвет третьей по счету слева полоски означает, сколько нулей следует за двумя числами. Расшифровка значений цветов показана на рис. 1.40.
• Если вам попался резистор, у которого четыре полоски вместо трех, то первые три полоски — это цифры номинала, а четвертая — количество нулей. Трехзначные полоски позволяют более точно указать значение номинала резистора.
Запутались? Что ж, всегда можно проверить сопротивление резистора мультиметром. Учтите только, что показания мультиметра могут немного отличаться от заявленного номинала резистора. Это может произойти, поскольку ваш мультиметр обладает погрешностью, номинал резистора выдержан не совсем точно, или же действуют оба фактора. Небольшие отклонения не имеют значения для проектов этой книги.
Зажигание светодиода
Теперь посмотрите на один из ваших стандартных светодиодов. Старые лампочки накаливания давали мало света и слишком много тепла. Светодиоды гораздо «умнее»: почти всю энергию они превращают в свет, а их срок службы гораздо больше (если вы правильно с ними обращаетесь).
Но светодиод очень привередлив к количеству поступающей энергии и способу ее подачи. Всегда следуйте нескольким правилам:
• на длинный вывод светодиода следует подавать положительное напряжение по отношению к короткому выводу;
• положительная разность потенциалов между длинным и коротким выводами не должна превышать значения, указанного производителем, которое называется прямым напряжением'.
• сила тока через светодиод не должна превышать значения, указанного производителем. Оно называется прямым током.
Что произойдет, если вы нарушите эти правила? Вы узнаете это сами в эксперименте 4.
Убедитесь, что у вас есть свежая батарея на 9 В. Можно было бы воспользоваться разъемным соединителем батареи, как показано на рис. 1.8, но я думаю, что легче прикрепить пару щупов напрямую к полюсам батареи, как на рис. 1.42.
Возьмите резистор номиналом 2,2 кОм. Вспомните, что 2,2 кОм означает 2200 Ом. Почему же 2200, а не красивое округленное значение, например, 2000? Я объясню это вскоре. Смотрите далее в этой главе раздел «Странные числа», если вы хотите это узнать прямо сейчас.
Цветные полоски вашего резистора номиналом 2,2 кОм должны быть такими: красная, красная, красная, что означает 2, затем еще 2 и два нуля. Вам также понадобятся резисторы номиналом 1 кОм (коричневая, черная и красная полоски) и 470 Ом (желтая, фиолетовая и коричневая полоски), приготовьте их заранее.
Подключите резистор 2,2 кОм к цепи, показанной на рис. 1.42. Убедитесь, что вы правильно поставили батарею, положительная клемма должна быть справа.
ЗамечаниеСимвол «+» всегда означает «положительный». Символ «-» всегда означает «отрицательный».
Убедитесь, что длинный вывод светодиода находится справа, и следите за тем, чтобы ни один из зажимов «крокодилов» не касался другого. Правильно соединив детали, вы обнаружите, что светодиод тускло светится.
Теперь отключите резистор 2,2 кОм и замените его резистором 1 кОм. Светодиод загорится ярче.
Рис. 1.42. Ваша первая электрическая схема, включающая светодиод
Отключите резистор 1 кОм и замените резистором 470 Ом, яркость свечения светодиода еще больше возрастет.
Это может казаться очевидным, но здесь доказывается важное положение. Резистор уменьшает ток в цепи. Резистор с более высоким номиналом сильнее снижает ток, протекающий через последовательно включенный светодиод.
Проверка резистора
Я уже упоминал, что вы можете проверить номинал резистора с помощью мультиметра. Это действительно очень просто. Процесс измерения показан на рис. 1.43. Вначале не забудьте установить мультиметр в режим измерения сопротивления. Отключите резистор от других компонентов и прикоснитесь к нему щупами мультиметра. Если у вас мультиметр с ручным выбором диапазона, вы должны установить значение выше, чем ожидаете увидеть. В противном случае вы получите сообщение об ошибке.
Следует помнить о том, что вы получите более точные показания, если крепко прижмете щупы непосредственно к выводам резистора. Но не касайтесь резистора и щупов пальцами — вы же не хотите измерить сопротивление вашего тела вместе с сопротивлением резистора. Положите резистор на какую-нибудь площадку из изолирующего материала, например, на неметаллическую поверхность стола. Держите щупы за пластиковые рукоятки и сильно прижмите металлические кончики.
Рис. 1.43. Определение номинала резистора
Кроме того, вы можете использовать пару тестовых проводов. Прикрепите один из концов такого провода к выводу резистора, а затем присоедините другой конец провода к щупу мультиметра. Теперь вы можете проводить измерение резистора без участия рук, что гораздо удобнее.
Странные числа
После проверки нескольких резисторов (или их покупки в Интернете) вы заметите, что одни и те же пары цифр могут повторяться. В ряду номиналов порядка тысяч ом часто можно встретить значения 1,0 кОм, 1,5 кОм, 2,2 кОм, 3,3 кОм, 4,7 кОм и 6,8 кОм. Среди резисторов с номиналами порядка десятков тысяч ом мы обнаружим 10 кОм, 15 кОм, 22 кОм, 33 кОм, 47 кОм и 68 кОм.
Подобные пары цифр называются множителями, потому что вы можете умножить их на 1, или на 1000, или на 10 000, или на 100, или на 10, чтобы получить основные номиналы резисторов в омах.
Этому есть логическое объяснение. Давным-давно многие резисторы имели допуск 20%, и поэтому резистор с номиналом 1,0 кОм мог иметь фактическое сопротивление до 1 + 20% = = 1,2 кОм, в то время как резистор номиналом 1,5 кОм мог иметь сопротивление вплоть до 1,5 кОм - 20% = 1,2 кОм. Поэтому было бессмысленно указывать номинал между 1 и 1,5 кОм. Аналогично, резистор 68 Ом мог иметь номинал до 68 + 20% = 80 Ом, в то время как резистор 100 Ом мог иметь номинал вплоть до 100 - 20% = 80 Ом. Поэтому был нецелесообразен номинал между 68 и 100.
Числа в верхней строке табл. 1.4 — это стандартные множители для резисторов. Эти значения широко распространены и сегодня, несмотря на то, что современные резисторы обладают допуском в 10% или меньше.
Если вы возьмете все числа из первой и третьей строки табл. 1.4 (выделены полужирным шрифтом), то получите все возможные множители для резисторов с допуском 10%. Если затем вы добавите цифры из второй и четвертой строк табл. 1.4, то получите все возможные варианты для резисторов с допуском 5%.
Таблица 1.4
При создании устройств, описанных в данной книге, вам понадобится только шесть стандартных множителей из табл. 1.4. Это сделано специально, чтобы уменьшить требуемый набор резисторов. Если важна точность (например, в эксперименте 19, где схема определяет скорость ваших рефлексов), то подобрать сопротивление можно с помощью потенциометра. Как это сделать, я покажу уже в следующем эксперименте.
Компоненты, которые еще пригодятся
В следующем эксперименте вам снова потребуется батарея и светодиод. Резисторы тоже пригодятся в будущем.
