О сопротивлении и резисторах мы поговорим позже.

“Прозвонка” цепи

Значок на корпусе мультиметра:

Это важный для радиолюбителя режим - им можно проверить, есть ли контакт между двумя точками схемы. Если коснуться щупами двух концов провода, то мультиметр запищит: это значит, что провод исправен. Если внутри контакта нет, например провод оборван, то звука не будет. Как говорилось раньше, если электрическая цепь где-то разорвана, ток через нее не пойдет, и схема работать не будет. Этот режим позволяет проверить правильность соединений.

В конце измерений мультиметр надо выключить - он тоже работает от батарейки, и если оставить прибор включенным, она разрядится. Старые механические вольтметры и амперметры работали без батареек, современные приборы, увы, так не могут.

Важно: батарейки и аккумуляторы содержат едкие химические вещества. Поэтому их лучше не выкидывать вместе с обычным мусором - эти вещества попадают в воду и почву, отравляют растения и могут вредить людям и животным. Использованные батарейки стоит сдать в специальные пункты приема, обычно они расположены в крупных магазинах электроники.

1.3 Обозначения на схемах

Электрическую схему можно изобразить вот так:

Это конечно, красиво, но рисовать такую схему долго и неудобно, да и при большом количестве элементов читать схему будет сложно. Поэтому инженеры придумали стандартные обозначения элементов, чтобы при взгляде на схему сразу было понятно, какие элементы в ней используются.

Рассмотрим обозначения, которые пригодятся нам в дальнейшем.

Батарея

Это обозначение мы уже видели в предыдущей главе:

Рядом с батареей обычно указывается напряжение, например 9В.

Лампа накаливания

Лампа содержит внутри вольфрамовую нить, которая светится при прохождении тока.

Светодиод

В отличие от лампы накаливания, светодиод содержит внутри кристалл, светящийся определенным цветом. Второе важное отличие от лампы - при подключении светодиода важно соблюдать полярность. Диод может пропускать ток только в одном направлении, если включить его наоборот, он гореть не будет.

Подробнее про светодиод будет рассказано в следующей главе.

Резистор

Резистор - это элемент, обладающий определенным электрическим сопротивлением, оно измеряется в Омах или Килоомах. Рядом с резистором на схеме должно быть написано его значение.

На самом резисторе значение кодируется цветом полосок:

Их цвета можно посмотреть в интернете, но часто бывает проще измерить сопротивление мультиметром.

Резистор также может быть переменным: он может менять свое сопротивление, обычно вращением небольшой рукоятки.

Такие резисторы используются, например, в радиоприемнике для регулировки громкости.

В англоязычных статьях или компьютерных программах может использоваться другое обозначение резистора:

Конденсатор

Конденсатор - это элемент, способный накапливать электрическую энергию. Его емкость измеряется в нано, микро или пикофарадах, и обозначается нФ, пФ или мкФ (на схемах может применяться также обозначение u, например 10u = 10мкФ).

Конденсаторы небольшой емкости обозначаются специальными кодами, например “150” или “152”. Первые две или три цифры обозначают значение емкости в пикофарадах (пФ), а последняя цифра — количество нулей. Легко подсчитать, что “151” обозначает емкость “15 0” = 150 пикофарад, а “152” - “15 00”, т.е. 1500 пикофарад. Эти коды можно найти в Интернет, набрав в поиске “маркировка конденсаторов”. Бывают также конденсаторы переменной емкости, но в наших опытах они не пригодятся. Обычно они используются в радиоприемниках для перестройки частоты.

Наибольшую емкость имеют электролитические конденсаторы. В отличие от обычных, для их подключения важна полярность, и на схеме такие конденсаторы отмечают значком “+”.

На самом конденсаторе белой полоской отмечен “-”, как показано на рисунке.

Второй важный параметр для электролитического конденсатора - максимальное напряжение, оно указано на корпусе конденсатора. Если его превысить, конденсатор может выйти из строя или даже взорваться, но при нормальном использовании он совершенно безопасен. Поэтому, если на схеме написано 100мкФx15В, то можно использовать конденсатор с большим напряжением (например 100мкФх50В), а вот с меньшим (например 100мкФх6В) уже нельзя.

Транзистор

Транзистор - ключевой элемент современной электроники, причем как в переносном, так и в прямом смысле. С помощью транзистора можно усилить слабый сигнал, или управлять включением и выключением лампы большой мощности. К примеру, нельзя подключить напрямую мощный светодиод к выводу микроконтроллера, он не загорится. На помощь придет транзистор, способный управлять мощным током с помощью слабого сигнала.

Транзисторы бывают биполярные и полевые, о разных видах мы поговорим отдельно. А пока закончим с теорией, и приступим к практике.

1.4 Подключаем светодиод

Одним из наиболее популярных элементов для начинающих радиолюбителей является светодиод. Светодиодным освещением можно украсить колесо велосипеда, новогоднюю елку, корпус компьютера, есть даже женские украшения на основе светодиодов:

Схема подключения светодиода, и сам светодиод, выглядят так:

При подключении важно запомнить, что:

- Для светодиода важна полярность. Если подключить его наоборот, светодиод гореть не будет. Обозначение выводов показано справа от схемы.

- Обязательно нужен резистор для ограничения тока. Без него светодиод сразу же перегорит.

- Для светодиода важнее сила тока, чем напряжение. Можно использовать практически любой источник напряжения (6В, 9В, 12В), главное правильно подобрать номинал резистора.

Некоторые значения резистора для разных напряжений показаны в таблице:

Напряжение

Сопротивление

3.0В

56 Ом

4.5В

150 Ом

9В

390 Ом

12В

560 Ом

24В

1.2 КОм

Эти значения являются примерными. Например вместо сопротивления в 150 Ом подойдет и 220 Ом, светодиод лишь будет гореть чуть слабее, что возможно будет даже незаметно на глаз. Если установить резистор слишком малого сопротивления, светодиод будет гореть ярче, но быстрее перегорит. При слишком большом номинале резистора, он будет гореть очень слабо, но и потребление тока при этом будет меньше. Это можно использовать, например, для ночника.

Для более точного расчета можно воспользоваться онлайн калькулятором, например по адресу http://cxem.net/calc/ledcalc.php.

Можно подключить несколько светодиодов подряд, соединяя последовательно “плюс” с “минусом”, такое подключение называется последовательным:

Светодиоды будут гореть слабее, чтобы повысить яркость, можно взять резистор меньшего сопротивления.

Последовательно можно соединять не только светодиоды, но и батареи - их напряжение при этом суммируется. Это очень полезно, если нужно из нескольких батарей собрать источник питания с более высоким напряжением.

Кстати, в продаже есть и готовые светодиодные ленты разных цветов, в них уже встроены и светодиоды и резисторы. Такие ленты можно подключать напрямую к источнику в 12В.

Если посмотреть на такую ленту вблизи, то мы увидим знакомые элементы - светодиоды и резисторы.

Такой лентой можно не только украсить что-либо, но и даже использовать их для освещения комнаты.

Задание: опыты со светодиодом и батарейками

Опыт 1. Собрать источник питания.

Взять 3 батарейки АА, соединить их последовательно в одну большую батарею.

Следует убедиться, что общее напряжение соответствует сумме напряжений отдельных батарей.

Опыт 2. Собрать схему из светодиода и резистора на 220 Ом.

Для сборки нам понадобится макетная плата. Это плата с отверстиями, которые внутри соединены следующим образом:

Верхние и нижние линии используются для подключения питания, внутренние нужны для подключения элементов.

С помощью макетной платы и соединительных проводов очень быстро и легко собрать нужную схему:

Нетрудно убедиться, что все соединения образуют электрическую цепь, и при подключении батареи светодиод будет гореть. Плюс такой платы в том, что переключение или замена элемента занимает всего лишь несколько секунд.

Самостоятельная работа: испытать последовательное соединение нескольких светодиодов. Также интересно проверить разные резисторы, номиналом от 100 до 1000 Ом, и посмотреть, насколько сильно будет отличаться яркость светодиодов во всех случаях.

1.5 Опыты с диодом

Кроме светодиодов, существуют и обычные диоды. Нам впрочем, они не так уж часто будут пригождаться, но знать об их свойствах стоит. Диод - это полупроводниковый элемент, способный проводить ток только в одном направлении.

Направление тока легко запомнить, представив изображение диода как воронку для воды - очевидно что лить воду нужно в “широкую” часть. Можно взять самую первую схему с лампочкой и батарейкой, и включить в цепь диод. Легко убедиться, что если перевернуть диод, лампочка гореть не будет. Это может пригодиться, например если нужно защитить схему от неправильной полярности подключения.

Вторая полезная схема, которая может пригодиться - использование резервного питания:

В такой схеме схема работает от внешнего блока питания на 12В, также имеется резервная 9-вольтовая батарея. Ток может течь через диод только “от большего к меньшему”. Поэтому когда напряжение блока питания присутствует (а 12В > 9В), диод D2 “закрывает” батарею, если напряжения нет, схема будет работать от батареи.

Диоды также используются в любом блоке питания - они преобразуют переменный ток в постоянный. Такая схема подключения называется “диодный мост”.

По схеме несложно увидеть, что при любой входной полярности на верхнем выходе всегда будет “+”, а на нижнем “-”.

Самостоятельная работа: собрать схему из диодного моста, светодиода и резистора. Убедиться, что подключенный через мост, светодиод горит при любой полярности подключения батареи.

1.6 Опыты с конденсатором

Конденсатор - это элемент, способный накапливать электрический ток. Первый конденсатор был изобретен еще в 1745 году в голландском городе Лейдене, тогда он часто назывался “лейденской банкой” (leiden jar). Фактически, это и была банка, оклеенная изнутри и снаружи фольгой. Обкладки конденсатора способны накапливать электрический заряд, т.к. через изолятор электроны пройти не могут.

Современные конденсаторы, в принципе, работают по такому же принципу, только слои, разделенные изолятором, скручены и помещены в цилиндр. Емкость современного конденсатора гораздо больше, чем у старинных “банок”.

Соберем простую схему:

Испытать ее просто. Нажимаем кнопку “1” и держим ее некоторое время - конденсатор заряжается до напряжения, равного напряжению батареи. Затем отпускаем кнопку, конденсатор больше не соединен с батареей. Нажимаем кнопку “2” - и видим, что светодиод горит, хотя по сути, схема от батареи уже отключена. Светодиод горит за счет заряда, накопленного в конденсаторе. Разумеется, довольно-таки быстро он погаснет. Чем больше емкость конденсатора, тем дольше будет гореть светодиод. От электролитического конденсатора емкостью 10000мкф светодиод может гореть несколько секунд. Если же взять, конденсатор еще большей емкости, например так называемый ионистор, то светодиод может гореть до получаса. Бывают батареи ионисторов столь большой емкости, что от них может несколько километров ехать троллейбус.

Кстати, конденсаторы можно соединять параллельно, при этом их емкость суммируется. Это может пригодиться, если в наличии нет нужного конденсатора: его можно собрать из нескольких меньшей емкости.

Самостоятельная работа: испытать в схеме конденсаторы разной емкости, проверить как влияет емкость на время свечения светодиода. Также можно испытать параллельное соединение конденсаторов.

1.7 Микросхема NE555

Следующей, и весьма полезной для радиолюбителя микросхемой, является таймер NE555. Она была создана еще в 1971, но до сих пор актуальна - с помощью NE555 можно создавать различные генераторы сигналов. Это может пригодиться в разных схемах, от мигания светодиодом, до трансформатора Тесла.