Нас уже довольно давно просят начать пуб-
ликацию статей для начинающих "железячни-
ков". Желание наших читателей для нас за-
кон.:) Чтож,начем с азов...
──────────────────────────────────────────
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЗАКОН ОМА.
Электрическая цепь является основой лю-
бого радиотехнического устройства, в том
числе и тех усилителей низкой частоты,
приемников и других устройств, конструиро-
вать которые ты собираешься. А пока разбе-
рись в простейшей элекрической цепи и ее
законах, в расчетах некоторых ее элемен-
тов.
Итак, простейшая электри-
ческая цепь (рис. 2). Ее
можно составить из источни-
ка постоянного тока (GB),
его нагрузки (H), то есть
потребителя тока, выключа-
теля (S) и соединительных
проводников. Источником то-
ка может быть батарея
3336Л, потребителем - лам-
почка накаливания расчитан-
ная на напряжение 3,5 В и
ток 0,26 А (или резистор -
радиодеталь, обладающая
определенным сопротивле-
нием), выключателем - тумб-
лер или звонковая кнопка,
соединительными проводника-
ми - отрезки изолированного
провода.
Составь такую цепь, разложив ее элемен-
ты прямо на столе. Она должна напоминать
тебе цепь электрического фонаря. Все точки
соединения желательно пропаять. Если бата-
рея свежая (новая), нить накала лампочки
исправна, все соединения надежны, то при
замыкании контактов выключателя S в цепи
потечет ток,и лампочка будет ярко светит-
ся. Проверь, так ли это.
Из подобных электрических цепей, только
с другими элементами, будут слагаться все
твои будущие радитехнические устройства.
Запомни: ток во всей внешней части
цепи, течет от положительного к отрица-
тельному полюсу батареи.
Для тех,кто не занет, что такое пара-
лельное и последовательное соединение,
попробую объяснить это на примере
соединения резисторов:
- это последовательно
соединенные три
резистора.
- это параллельно соединенные два
резистора.
При последовательном соединении,ток во
всй цепи,и в каждом из ее участков одина-
ков. Проверить это ты можешь с помощью
амперметра постоянного тока. Включи его,
например, в разрыв цепи между положитель-
ным полюсом батареи и лампочкой. На схеме
показанной на рис.2, эта точка включения
амперметра обозначена крестом. Затем
амперметр включи между выключателем и
отрицательным полюсом батареи. Всюду, в
какой бы точке цепи ты не включал измери-
тельный прибор, его стрелка будет фиксиро-
вать одно и тоже значение тока - около
0,2 А. По мере разрядки батареи ток в цепи
уменьшается, а свет лампочки тускнеет.
Теперь проведи такой опыт:
разомкни цепь выключателем,
подключи к батарее вольтметр PU
(рис.3), чтобы измерить напря-
жение на ней, а затем,не отклю-
чая вольтметр от батареи, вновь
замкни цепь. Есть разница в по-
казаниях вольтметра?
После замыкания цепи вольт-
метр должен показывать несколь-
ко меньшее напряжение: он пока-
зывает напряжение, развиваемое
батареей на концах внешней цепи, которая
всегда меньше "холостого" напряжения ба-
тареи. Часть же напряжения падает (умень-
шается, гаснет, теряется) на ее внутренем
сопротивлении. По мере разрядки батареи,ее
внутренее сопротивление,и падение напряже-
ния на нем увеличиваются.
Следующий опыт. Включи
последовательно в цепь еще
одну такую же лампочку на-
каливания (рис.4). Как го-
рят лампочки? В полнакала.
Так и должно быть. Почему?
Если не учитывать сопро-
тивления соединительных
проводников и контактов
выключателя, каторые малы
по сравниению с сопротивле-
нием нитей накала лампочек, сопротивление
внешнего участка цепи увеличится примерно
вдвое. Теперь напряжение батареи оказы-
вается приложенным к нитям накала двух
лампочек. На каждую из них приходится
вдвое меньшее напряжение, чем ранее на
одну. Соответственно уменьшились ток, те-
кущий через лампочки, и накал их нитей.
В замкнутой цепи соотношение между
действующим в ней напряжением, силой тока,
развиваемой этим напряжением, и сопротив-
лением цепи определяется законом Ома:
Ток I прямо пропорционалени напряжению U,и
обратно пропорционален сопротивлению R.
Математически этот закон электрической це-
пи выглядит так:
U U
I= ─── или U=I*R или R= ───.
R I
Учти: ток I, напряжение U,и сопротивле-
ние R в формулах этого закона должны выра-
жатся в основных электрических величинах -
амперах (А), вольтах (В) и омах (Ом).
Этот закон справедлив для
участка цепи, например, для
лампочки накаливания, или ре-
зистора, включенных в замкну-
тую цепь. В этом ты можешь
убедиться сейчас же, составив
такую же цепь, как та, схема
которой изображена на рис.5.
Напряжение батареи GB=4,5 В,
а сопротивление резистора
R=10 Om, то амперметр PA бу-
дет показывать ток, равный
0,45 А (450 мА), а вольтметр PU - около
4,5 В. В данном случае все напряжение ба-
тарей через амперметр, внутреннее сопро-
тивление которого мало, приложено к резис-
тору R, поэтому на нем падает почти все
напряжение источника тока.
Замени резистор другим резистором,с но-
минальным (обозначенным на его корпусе)
сопротивлением 20...30 Ом. Вольтметр,
подключенный к резистору, должен показы-
вать то же напряжение. А амперметр?
Амперметр покажет значение тока меньшее,
чем в предыдущем случае. Если, например,
сопротивление резистора 30 Ом, то ампер-
метр покажет ток 0,15 А (150 мА). Впрочем,
зная сопротивление резистора и падение
напряжения на нем, значение тока в цепи ты
можешь узнать, неглядя на стрелку ампер-
метра. Для этого надо лишь разделить по
указаниям вольтметра (в вольтах) на сопро-
тивление резистора (в омах), то есть ре-
шить задачу,пользуясь формулой закона ома:
U
I= ───
R
Приемник или усилитель - это не просто
электрическая цепь, а взаимосвязанные
цепи, где одна цепь управляет другой,
электрическая из одной цепь передается в
другую.
Наглядной иллюстрацией
этого может быть, напри-
мер, такой опыт (рис. 6):
подключи к батарее 3336Л
проволочный переменный
резистор, сопротивлением
10..15 Ом, а между одним
из его крайних выводов и
движком (роль такого ре-
зистора может выполнить
небольшая часть спирали
электроплитки), включи ту
же лампочку накаливания.
Движок поставь в среднее
положение относительно
крайних выводов.
Как горит лампочка?
Вполнакала. Передвинь
движок к крайнему нижнему (по схеме) выво-
ду. Как теперь? Совсем не горит. А если
движок будет в крайнем верхнем (опять-таки
по схеме) положении? Лампочка станет го-
реть полным накалом. Как видишь, с помощью
переменного резистора можно плавно умень-
шать и увеличивать накал электролампочки.
В этом опыте две взаимосвязанные цепи.
Первую цепь образуют батарея GB и резистор
R, вторую - лампочка H и та часть резис-
тора между его нижним (по схеме) выводом
и движком, к которому лампочка подключена.
На всем резисторе падает (уменьшается) все
напряжение батареи. А та часть этого нап-
ряжения, которая приходится на нижний
участок резистора, через движок подается
на нить накала лампочки. И чем больший
участок резистора вводится во вторую цепь,
тем больше напряжение на нити накала лам-
почки, тем ярче она светится.
Переменный резистор, используемый таким
образом, выполняет роль делителя напряже-
ния батареи, или, как еще говорят, потен-
циометра. В данном случае он делит напря-
жение батареи на две части и одну ее
часть, которую можно регулировать, пере-
дает в управляемую им вторую цепь. Забегая
вперед, скажем, что принципиально именно
так происходит регулирование громкости в
приемниках и усилителях низкой частоты.
С помощью делителя напряжения ту же
лампочку можно питать от батареи, напряже-
ние которой значительно больше того напря-
жения, на которое расцчитана нить накала
лампочки.
Роль делителя могут вы-
полнять также два постоян-
ных резистора, как пока-
занно на схеме рис. 7.
Здесь сопротивление резис-
тора R2 должно быть таким,
чтобы на этом участке де-
лителя падало напряжение,
соответствующее наминаль-
ному напряжению лампочки H. В том случае,
если напряжение батареи вдвое больше нап-
ряжения, которое надо подвести к лампочке,
сопротивления резисторов делителя R1R2
должны быть примерно одинаковыми.
Подобные делители напряжения ты можешь
увидеть в любом радиотехническом устройст-
ве. Они будут непременными элементами и
твоих конструкций.
Есть, однако, другой способ питания той
же лампочки от батареи бОльшего напряжения
- путем включения в цепь гасящего резисто-
ра, то есть резистора, который будет га-
сить некоторую часть напряжения источника
питания.
Соедини последовательно две
батареи 3336Л - получится
батарея напряжением 9 В.
Подключи к ней ту же лам-
почку (3,5В X 0,26А), но
так, так показано на схеме
рис. 8, - через резистор
R с сопротивлением 20..25
Ом, рассчитанный на мощ-
ность рассеивания не менее
1 Вт. (диаметр такого ре-
зистора по центру около 5,5 мм). Резистор
такого сопротивления и такой же мощности
можно составить из двух резисторов мощ-
ностью по 0,5 Вт, (диаметр такого резисто-
ра по центру около 3мм), то есть резисто-
ров типа МЛТ-0,5 с номиналами 39...51 Ом,
соединив их параллельно. Лампочка, как ви-
дишь, светится нормально, только, возмож-
но, резистор(ы) немного греются.
В этом опыте резистор и нить накала
лампочки тоже, по существу, образуют дели-
тель напряжения. На нити накала падает
напряжение (около 3,5 В), соответствующее
ее сопротивлению (около 13 Ом), поэтому
она светится. Остальное напряжение батареи
падает на резисторе. Резистор, таким обра-
зом, гасит (поглощает) избыточное напряже-
ние батареи, поэтому его обычно и называют
гасящим.
С другой точки зрения, резистор ограни-
чивает ток в цепи, а значит, и ток, теку-
щий через нить накала лампочки. Поэтому
его можно назвать ограничительным. Задача
же его - создать для лампочки условия,
при которых бы ее нить накала нормально
светилась,и не перегорела.
Сопротивление гасящего (ограничительно-
го) резистора рассчитывают, исходя из того
избыточного напряжения, которое им надо
погасить, и тока, необходимого для питания
питания полезной нагрузки. В проведенном
опыте полезной нагрузкой была лампочка,
нить накала которой рассчитанна на напря-
жение 3,5В и ток 0,26А. А раз напряже-
ние батареи 9В, значит, резистор, являю-
щийся участком цепи, должен гасить напря-
жение 5,5В при токе 0,26А.
Каково должно быть сопротивление этого
резистора? По закону Ома - около 20 Ом.
U 5,5В
R= ─── = ─────── = 21,15 Ом.
I 0,26А
При напряжении батареи 9В,резистор такого
сопротивления не пропустит через себя к
нагрузке ток более 0,26А.
А какова должна быть мощность рессеева-
ния этого резистора? Посчитай ее по такой,
возможно, уже знакомой тебе формуле:
P=U*I. В этой формуле U - напряжение в
вольтах, которое резистор должен погасить,
а I - ток в амперах, которой должен быть в
нагрузке. Следовательно, для нашего приме-
ра мощность, выраженная в ваттах (Вт),
рассеиваемая гасящим резистором, состав-
ляет: P=5,5*0,26=1,43 Вт. Значит, резистор
должен быть рассчитан на мощность рассеи-
вания не менее 1,5 Вт. Это может быть,
например, резистор типа МЛТ-2,0 или прово-
лочный. Если резистор будет на меньшую
мощность рассеивания, например МЛТ-1,0 или
МЛТ-0,5 , то он обязательно будет греться,
что, возможно, и было в твоем опыте, и да-
же может сгореть.
Гасящие резисторы будут весьма много-
численными элементами электрических цепей
твоих будущих конструкций.
Тебе придется также рассчитывать и мощ-
ности, потребляемые конструкциями от
источников питания. Это для того, напри-
мер, чтобы знать, на какой срок работы
приемника или усилителя хватит электричес-
кой емкости питающей его батареи. Мощ-
ность, потребляемую от источника тока,
узнают умножением напряжения на концах це-
пи на ток в цепи. Так, например, мощность,
потребляемая лампочкой накаливания,
используемая тобой для опытов, состовляет
около 1 Вт (P=U*I=3,5*0,26=0,91 Вт).
Электрическая емкость батареи 3336Л
равна 0,5 А*ч (Ампер-час). Раздели эту
емкость на мощность, потребляемую лампоч-
кой, и ты узнаешь, на какое время (в ча-
сах) энергии батареи хватит на питание
лампочки. Да, всего пол часа. А если бата-
рея частично разряжена, и того меньше. :(
В заключение - небольшая консультация,
имеющая прямое отношение к теме этого
практикума. Дело в том, что на принци-
пиальных электрических схемах и объясне-
ниях работы радоаппаратуры номинальные
сопротивления резисторов принято обозначат
в омах. Например: (220) - в омах, (5,1к) -
в килоомах (1 кОм = 1000 Ом), (1,5 М) - в
мегаомах(1 МОм = 1000 кОм). В то же время,
на малогабаритных резисторах, выпускаемых
нашей промышленостью, их номинальные соп-
ротивления обозначены по другой условной
системе: единицу сопротивления Ом обозна-
чают буквой Е,килоом - К, мегаом - М. Соп-
ротивления резисторов от 100 до 910 Ом вы-
ражают в долях килоома, а сопротивления от
100 кОм до 990 кОм - в долях мегаома.
Если сопротивление резистора выражают
целым числом, то буквенное обозначение
единицы измерения ставят после этого чис-
ла, например: 27Е (27 Ом), 51К (51 кОм),
1М (1 МОм). Если сопротивление резистора
выражают десятичной дробью меньше единицы,
то буквенное обозначение единицы располо-
гают перед числом, например: К51 (510 Ом),
М47 (470 кОм).
Выражая сопротивление резистора целым
числом с десятичной дробью, целое число
ставят перед буквой, а десятичную дробь -
за буквой, символизирующей единицу измере-
ния. Например: 5Е1 (5,1 Ом), 4К7 (4,7
кОм), 1М5 (1,5 МОм).
Ну вот, как бы на сегодня все, (уж очень
меня достало набивать текст :). Если вы
что нибудь не поняли пишите к нам. Ваши
вопросы мы обязательно разьесним в следую-
щих номирах нашей газеты. В ближайшем бу-
дущем я планирую расказать вам, что из се-
бя представляет диод и как он работает. А
сейчас я вам посоветую сначала потрениро-
ваться с паяльником.
Знай: умение приходит с опытом!
(C) Fedy Savin
