Из опыта работы с программно-аппаратными комплексами (стр. 3 из 4)

На резисторе R13 полосы такие: 1-я - голубая, 2-я - серая, 3-я - коричневая,

4-я - золотистая.

Следовательно, сопротивление резистора R12 будет равно 46 Ом, а сопротивление R13 = 68 Ом. По формуле параллельного включения сопротивлений, общее сопротивление будет: 1/Ro = 1/R12 + 1/R13 = 1/46 + 1/68 = = 0,0217 + 0,0147 = 0,0364. Ro = 1/0,0364 = 27,4725 Ом.

Подключите мультиметр к схеме, так, как показано на рисунке.

Установите предел измерения сопротивлений до 1 Ком и произведите измерение. Полученный результат должен быть (примерно) равен 28 Ом.

Практика измерений

На этом уроке, мы на практике проверим действие закона Ома в цепях постоянного тока. Сначала исследуем параллельное и последовательное включение резисторов. Сейчас вам следует измерить величину сопротивлений R1, R2 и R3 (если вы этого не сделали в предыдущей теме при ответах на тестовые вопросы).

Сравните показания омметра с расчетными значениями сопротивлений, по цветным полосам. Полосы на R1: голубая, серая, красная, золотистая; на R2: оранжевая, оранжевая, красная, золотистая; на R3: коричневая, красная, красная, золотистая.

Рассчитайте общее сопротивление Ro включенных параллельно резисторов R1, R2 и R3, по формуле 1/R0 = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3. Установите перемычки и подключите мультиметр к схеме, как показано на рисунке.

На мультиметре установите предел измерения сопротивлений до 10 Ком. Включите учебный модуль и произведите измерение. Полученный результат должен совпадать с расчетным. Результат может немного отличаться в большую или меньшую сторону на 0,2 Ком вследствие разброса характеристик резисторов (вспомните для чего нужна четвертая полоса на резисторе). Если это не так то рассчитайте Ro еще раз, более внимательно.

Рассчетное значение Ro параллельно включенных резисторов R1, R2 и R3 равно 0,7792 Ком, или если округлить 780 Ом. Рассчитаем ток проходящий через Ro. По закону Ома ток проходящий в цепи равен отношению напряжения приложенного к цепи, на сопротивление цепи: Iо = U/Ro. Ранее мы замеряли максимальное напряжение источника питания PS-1. Оно равно приблизительно 11,5 В (Вольт).

Подсчитаем ток:

Iо = 11,5/780 = 0,0174 А (Ампера) или, примерно, 17 мА (миллиампер).

Включите мультиметр, так, как показано на рисунке, установите предел измерения до 0,1 А.

Поверните регулятор напряжения PS-1, до упора, по часовой стрелке. Включите учебный модуль и снимите показания мультиметра. Измеренный ток должен совпадать с расчетным.

Ток Io пропорционально распределяется на все три резистора - R1, R2 и R3, то есть через резисторы протекают токи зависящие от величины сопротивлений. Подсчитаем токи для каждого резистора.

I1 = U/R1 = 11,5/6800 = 0,00169 А;

I2 = U/R2 = 11,5/3300 = 0,00348 А;

I3 = U/R3 = 0,00958 А.

Если сложить все три полученных тока, то получим общий ток Io = 0,00168+0,00348+0,00958 = 0,01474 А. Проверьте это на практике включая мультиметр так, как показано на рисунке.

Теперь рассмотрим последовательное включение сопротивлений. На прошлом уроке, при ответах на тестовые вопросы, вы должны были записать значения сопротивлений резисторов R5, R6, R7, R8, в свои рабочие тетради. Если у вас этих данных нет, то произведите измерения сейчас и запишите значения в тетрадь.

Мы уже знаем, что при последовательном включении резисторов ток в любой точке такой цепи - величина постоянная. Соберите на модуле ЕВ-101 схему, показанную на рисунке.

Поверните ручку регулятора напряжения PS-1, по часовой стрелке до упора.

Установите предел измерения тока мультиметра до 10 мА. Включите учебную установку и запишите показания мультиметра. Рассчитаем ток проходящий через резисторы R5, R6, R7 и R8. Сначала найдем общее сопротивление Ro которое равно сумме этих сопротивлений. Ro = R5+R6+R7+R8 = 1КОм + 6,8КОм + 4,7КОм + 1,5Ком = 14КОм. Разделим приложенное напряжение U = 11,5В на полученное сопротивление Ro = 14Ком, чтобы найти ток Io. Io = 11,5/14 = 0,8мА. Сравните рассчитанный ток Io с измеренным. Результаты должны отличаться незначительно.

Следующим шагом будет измерение тока в разрыве цепи между R6 и R7. Снимите перемычку между R7 и R6. Отключите мультиметр от цепи, а на его место установите перемычку, так как показано на рисунке.

Включите учебную установку и снимите показания мультиметра. Его показания должны в точности совпадать с показаниями предыдущего измерения. Мы на опыте убедились, что ток в любой точке последовательно включенных резисторов величина постоянная, зависит от напряжения приложенного к цепи и общего сопротивления цепи.

И так, подведем итоги. Мы с вами умеем измерять сопротивление. Сопротивление при измерении должно быть отключено от цепи, так чтобы другие элементы цепи не влияли на результат измерений. Мы умеем измерять ток. Ток всегда измеряется в разрыве цепи. Мы умеем измерять напряжение. Напряжение измеряется всегда параллельно источнику питания. К источнику питания обязательно должна быть подключена нагрузка.

Резистивные делители напряжения

Мы с вами уже знаем, как произвести измерения тех или иных параметров в цепи постоянного тока, как рассчитать ток, сопротивление напряжение и мощность в электрической цепи. Эти знания нам необходимы, чтобы самостоятельно исследовать, ремонтировать или разрабатывать различные радиоэлектронные приборы. Закон Ома для цепей постоянного тока является линейной функцией, то есть все соотношения в расчетных формулах пропорциональны. Например, увеличение напряжения на нагрузке (лампа, резистор) приводит к пропорциональному увеличению тока через нагрузку, а такие цепи называются линейными. Это важное замечание и его следует запомнить.

В радиоэлектронике есть еще и нелинейные компоненты такие как конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и так далее. Мы пока не знаем, как они устроены и работают. Это предмет изучения следующих модулей. Но для обеспечения нормальной работы нелинейных элементов, очень часто, требуются так называемые резистивные делители постоянного напряжения.

Делители напряжения бывают, нужны и в цепях постоянного тока. Как они устроены и как их рассчитать мы разберем на конкретных, практических, примерах. Рассмотрим такую ситуацию, у нас есть лампа на напряжение 3 вольта мощностью 1,2 ватта и источник питания с напряжением 9 вольт. Как подключить лампу к источнику питания так, чтобы она не перегорела? Для этого последовательно с лампой нужно включить резистор (см. рисунок).

Мы не знаем величину сопротивления резистора Rд, поэтому ее нужно рассчитать. Сначала определим ток, проходящий через лампу. В нашем распоряжении есть две величины: Мощность лампы - P = 1.2Вт и рабочее напряжение лампы Uл = 3В. Вспомним формулу расчета мощности P = U*I. Отсюда можем найти ток через лампу Iл = P/Uл = 1.2Вт/3В = 0,4А. Мы знаем, что при последовательном включении сопротивлений (лампа в данном случае является сопротивлением), ток в любой точке цепи – величина постоянная. Задача дополнительного резистора Rд снизить величину напряжения с 9 вольт до 3 вольт, то есть напряжение в цепи должно распределиться так: 3 вольта на лампе и 6 вольт Ur на сопротивлении Rд.

Нам осталось рассчитать сопротивление дополнительного резистора Rд. По закону Ома Rд = Ur/Iл = 6В/0,4А = 15 Ом.

Теперь нам нужно определить какая мощность Pr должна быть у резистора, чтобы он не перегорел. По формуле расчета мощности найдем Pr = Ur*Ir = 6В * 0,4А = 2.4 Вт. Резисторы установленные на учебном модуле имеют мощность 0,125 Вт, следовательно, размеры нашего резистора будут намного больше. Для питания различных каскадов радиоэлектронной аппаратуры, практически везде применяют делители напряжения. Мы уже знаем, что для изготовления делителя нужно как минимум два резистора. В нашем примере вторым резистором была лампочка. Резисторы в цепи должны быть включены последовательно. Напряжение на каждом резисторе можно легко измерить вольтметром.

Рассмотрим цепь из двух включенных последовательно резисторов. Расчет делителя, обычно производится для заданного тока через нагрузку. В качестве нагрузки обычно используется резистор R2 показанный на нашем рисунке.

Из предыдущего примера, мы знаем, что нагрузкой может быть лампочка, или какая ни будь иная нагрузка - радиоприемник, калькулятор и т.п.

Принято говорить о выходном напряжении делителя относительно общего провода. Общий провод еще называют "землей" или "корпусом". Чаще всего общим проводом является минус источника питания. Соединение деталей подключенных к общему проводу, на электрической схеме можно не указывать, а ставить знак "корпус". Схемы на рисунках 1 и 2 одинаковы.

Входное напряжение делителя (напряжение источника питания) принято обозначать как Uвх, а выходное напряжение - Uвых.

И так, вернемся к расчету делителя напряжения. Основными, исходными параметрами для расчета делителя должны быть: ток I проходящий через нагрузку и выходное напряжение Uвых. Примем ток I = 0,1А и выходное напряжение Uвых = 4В, а напряжение источника питания U = 12В. В данном случае сопротивление R2 нас не интересует, а вот сопротивление R1 нужно рассчитать. Найдем напряжение Ur1 на сопротивлении R1. Очевидно, что Ur1 равно разности между входным напряжением U, и напряжением на выходе делителя Uвых; Ur1 = 12В - 4В = 8В.