Электроника:Эксперименты/Основные концепции и испытательное оборудование/Очень простая схема

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Эксперименты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak)

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Очень простая схема

Оборудование и материалы

• 6-вольтовая батарея
• Лампа накаливания 6 вольт
• Перемычки (зажимы)
• Беспаечная макетная плата
• Клеммник (клеммная колодка)

Начиная с этого эксперимента, считается, что мультиметр в перечень оборудования входит по умолчанию и не будет включаться в список требуемых оборудования и материалов.

Во всех последующих экспериментах на иллюстрациях изображён именно цифровой мультиметр (не аналоговый), если нет особых причин для использования аналогового измерителя.

При этом рекомендую использовать оба типа измерителей (и аналогового и цифрового), чтобы как следует ознакомиться с работой каждого из них в этих экспериментах.

Ссылки по теме

• «Уроки по электрическим цепям», том 1 «Постоянный ток», глава 1: «Основные концепты электричества»

Цели эксперимента

• Найти необходимую конфигурацию, необходимую для создания схемы
• Определить нормальные падения напряжения в рабочей цепи
• Понять важность непрерывности цепи
• Усвоить рабочие определения «разомкнутых» и «коротких» цепей
• Научиться использовать беспаечную макетную плату
• Научиться использовать клеммную колодку

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: источник питания + лампа.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: источник питания + лампа.

Ход эксперимента

Это самая простая полная схема в этом наборе экспериментов: только батарейка и лампа накаливания.

Подсоедините лампу к аккумулятору, как показано на рисунке 2 выше, и лампа должна загореться, при условии, что батарея и лампа находятся в хорошем состоянии и соответствуют друг другу по напряжению.

Если где-то в цепи есть «обрыв» (разрыв), лампа не загорится. При этом не суть важно, где именно он находится!

Многие студенты предполагают, что, поскольку электроны покидают отрицательную «-» сторону батареи и продолжают движение по цепи к положительной «+» стороне, провод, соединяющий отрицательную клемму батареи с лампой, более важен для работы схемы, чем другой провод, обеспечивающий обратный путь для электронов обратно к батарее. Этот никак не соответствует истине!

Рис. 3. Обрыв цепи возле клеммы лампочки, от «-» стороны батареи.	Рис. 4. Обрыв цепи возле клеммы лампочки, от «+» стороны батареи.
Рис. 5. Обрыв цепи возле «+» клеммы батареи.	Рис. 6. Обрыв цепи возле «-» клеммы батареи.

змерение напряжения в разомкнутой цепи

С помощью мультиметра, настроенного на соответствующий диапазон напряжения постоянного тока, измерьте напряжение на аккумуляторе, на лампе и на каждой перемычке.

Ознакомьтесь с нормальными напряжениями в функционирующей цепи. Теперь «разорвите» цепь в одной точке и повторно измерьте напряжение между теми же наборами точек, дополнительно измерив напряжение на разрыве следующим образом:

Рис. 7. Измеряем напряжения в точках обрыва цепи.

Какие напряжения измеряются так же, как и раньше? Какие напряжения изменились после разрыва?

Какое напряжение проявляется или падает при разрыве?

Какова полярность падения напряжения на обрыве по показаниям мультиметра?

Снова подключите перемычку к лампе и разорвите цепь в другом месте.

Ещё раз измерьте все «падения» напряжения, ознакомившись с напряжениями «разомкнутой» цепи.

Соберите ту же схему на беспаечной макетной плате, позаботившись о том, чтобы поместить лампу и провода на макетную плату таким образом, чтобы сохранялась непрерывность.

Показанный здесь пример – это только пример, а не единственный способ построить схему на макете:

Рис. 8. Построение нашей простой цепи на беспаечной макетной плате.

Случаи короткого замыкания

Поэкспериментируйте с различными конфигурациями на макетной плате, вставив лампу в разные отверстия.

Если вы столкнулись с ситуацией, когда лампа отказывается зажигаться, а соединительные провода нагреваются, возможно, у вас возникла ситуация, известная как короткое замыкание, когда ток проходит вокруг лампы путь с меньшим сопротивлением, что не даёт достаточного падения напряжения на лампе, чтобы зажечь её.

Вот пример короткого замыкания на макетной плате:

Рис. 9. Простейшая короткозамкнутая цепь на беспаечной макетной плате.

Пример случайного короткого замыкания

Вот пример случайного короткого замыкания, которое обычно делают студенты, не имеющие опыта с беспаечной макетной платой:

Рис. 10. Частая ошибка начинающих, приводящая к короткому замыканию при построении на макетной плате простейшей цепи.

Здесь на макетной плате нет «замыкающего» провода, но есть короткое замыкание, и лампа отказывается зажигаться.

Основываясь на своём понимании соединений отверстий на макетной плате, можете ли вы определить, где в этой цепи находится «короткое замыкание»?

Советы по предотвращению коротких замыканий

Как правило, следует избегать коротких замыканий, поскольку они приводят к очень высокой скорости потока электронов, вызывая критический нагрев проводов и быстрое истощение источников питания батарей.

Если источник питания достаточно мощный, короткое замыкание может привести к выделению тепла взрывоопасных масштабов, что приведёт к повреждению оборудования и опасности для находящихся поблизости людей.

Вот что происходит, когда ветка дерева «замыкается» на провода линии электропередач: ветка, состоящая из влажной древесины, действует как путь с низким сопротивлением для электрического тока, что приводит к выделению тепла и искрению.

Вы также можете построить цепь батарея/лампа на клеммной колодке (которая представляет собой отрезок изоляционного материала с металлическими стержнями и винтами для крепления проводов и клемм компонентов). Вот пример того, как эта схема может быть построена на клеммнике:

Рис. 11. Простейшая цепь на клеммной колодке.