Электроника:Постоянный ток/Комбинированные последовательно-параллельные схемы/Построение простых резисторных цепей

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Эксперименты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak)

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Построение простых резисторных цепей

Опять же, при моделировании схемы типа «источник питания + резисторы» студенту или любителю нужно выбрать средство для создания цепи заданной конфигурации. Пожалуй, самым популярным способом является беспаечная макетная плата: платформа для построения временных схем путем подключения элементов и проводов к сетке взаимосвязанных точек.

Макетная плата представляет собой не что иное, как пластиковую рамку с сотнями маленьких отверстий в ней. Под каждым отверстием находится пружинный зажим, который соединяется с другими пружинными зажимами, расположенных под другими отверстиями. Схема соединения между отверстиями проста и единообразна:

Рис. 1. Беспаечная макетная плата.

Последовательно-параллельная схема на беспаечной макетной плате

Предположим, мы хотим сконструировать на макетной плате вот такую комбинированную последовательно-параллельную цепь:

Рис. 2. Пример комбинированной последовательно-параллельной цепи.

Рекомендуемый способ сделать это на макетной плате - расположить резисторы примерно так же, как и на чертеже, чтобы было проще соотносить со схемой. Если требуется общее напряжение 24В, а у нас есть только 6-вольтовые батареи, можно просто соединить четыре последовательных аккумулятора:

Рис. 3. Электрическая цепь с четырьмя резисторами на макетной плате.

Это ни в коем случае не единственный способ соединить эти четыре резистора вместе, чтобы сформировать цепь, показанную на схеме. Вот, к примеру, другой вариант:

Рис. 4. Электрическая цепь с четырьмя резисторами на макетной плате – альтернативная компоновка.

Последовательно-параллельная схема на клеммной колодке

Более того, если нужна устойчивая конструкция, и чтобы при этом не прибегать к пайке или трудоёмкой проводной обмотке, можно построить данную схему и на клеммной колодке (другие названия – барьерная полоска или терминальный блок). В этом случае элементы и провода крепятся механическим натяжением под винтами или тяжелыми зажимами, прикрепленными к небольшим металлическим стержням. Металлические стержни, в свою очередь, установлены на колодку из непроводящего материала, что электрически их изолирует друг от друга.

Построить схему с компонентами, прикреплёнными к клеммной колодке, несколько сложнее, чем подключить элементы к макетной плате, главным образом потому, что компоненты не могут быть физически расположены так, чтобы визуально напоминать исходную схему. Вместо этого создатель цепи должен понимать, как «изогнуть» представление схемы в физический макет на барьерной полоске. Рассмотрим пример того, как одна и та же схема с четырьмя резисторами может быть построена на клеммной колодке:

Рис. 5. Первый вариант построения последовательно-параллельной цепи на клеммной колодке.

Другая компоновка клеммной колодки, более простая для понимания и напоминающая саму схему, включает в себя прикрепление параллельных резисторов (R₁//R₂ и R₃//R₄) к тем же двум клеммным точкам на полоске, как изображено вот здесь:

Рис. 6. Другой вариант построения той же последовательно-параллельной цепи на клеммной колодке.

Создание более сложных цепей на клеммной колодке

Построение более сложных схем на клеммной колодке требует тех же самых навыков пространственного мышления, но, конечно, требует большей аккуратности и тщательного планирования. Возьмем, к примеру, вот эту сложную схему, представленную в таком схематическом виде:

Рис. 7. Более сложная схема для реализации на клеммной колодке.

Клеммная колодка, использованная в предыдущем примере, едва-едва имеет достаточное количество клемм для установки всех семи резисторов, необходимых для данной схемы! Определить все необходимые соединения между резисторами будет непросто, но, проявив выдержку, этого можно достичь. Во-первых, начните с установки и маркировки всех резисторов на полоске.

На последующих изображениях исходная принципиальная схема (или соответствующий участок на ней) для справки будет показана рядом с цепью, построенной на клеммной колодке:

Рис. 8. Более сложная схема и соответствующая ей цепь, полностью реализованная на клеммной колодке.

Итак, соединяйте элементы вместе, провод за проводом, как показано на схеме. Выделяйте на схеме те соединительные линии, которые соответствуют созданным участкам в реальной цепи. Для примера посмотрите вот эту последовательность иллюстраций, когда очередной провод сначала выделяется на самой принципиальной схеме, а затем добавляется физически:

Рис. 9. Шаг 1

Рис. 10. Шаг 2

Рис. 11. Шаг 3

Рис. 12. Шаг 4

Рис. 13. Шаг 5

Рис. 14. Щаг 6

Рис. 15. Шаг 7

Рис. 16. Шаг 8

Рис. 17. Шаг 9

Рис. 18. Шаг 10

Рис. 19. Шаг 11

Хотя в этой цепи на клеммной колодке возможны незначительные изменения, выбор соединений, показанный в этой примерной последовательности, является электрически точным (электрически идентичным исходной схематической диаграмме). И кроме того, данная конфигурация ещё и тем хороша, что ни к одной винтовой клемме на колодке не прикреплено более двух концов проводов, что само по себе является хорошей практикой при построении цепей на клеммной колодке.

Варианты подключения проводов для построения цепи на клеммной колодке

Для примера другого «варианта» подключения проводов можно взять самый последний добавленный провод (шаг 11), который я поместил между левым контактом R₂ и левым контактом R₃. Этот последний провод завершал параллельное соединение между R₂ и R₃ в цепи. Однако я мог бы поместить этот провод и по-другому: между левым контактом R₂ и правым контактом R₁, поскольку правый контакт R₁ уже подключён к левому контакту R₃ (который был помещен туда на шаге 9) и поэтому данный контакт является электрически общим с этой точкой.

Однако это привело бы к тому, что к правому выводу R₁ прикреплено три провода вместо двух, что является крайне нежелательным при работе с клеммными колодками. Работала бы такая схема? Безусловно! Просто более двух проводов, прикрепленных к одной клемме, создают «бардачное» соединение: мало того, что это оскорбляет наше эстетическое восприятие, так ещё и может вызвать чрезмерную нагрузку на винтовой зажим клеммы.

Ещё вариант - поменять местами клеммы для резистора R₇. Как показано на следующей диаграмме, полярность напряжения на R₇ отрицательная слева и положительная справа (-, +), тогда как полярность всех остальных резисторов положительная слева и отрицательная справа (+, -):

Хотя это не создаёт никаких электрических проблем, это может вызвать путаницу у того, кто измеряет напряжения на резисторе с помощью вольтметра (особенно если это аналоговый вольтметр, который будет уменьшать масштаб при подаче напряжения не той полярности). Для единообразия разумнее располагать все соединения проводов так, чтобы полярность напряжения на всех резисторах была одинаковой, например вот так:

Хотя электронам абсолютно всё равно – согласована ли компоновка элементов – для людей это имеет значение. Это ярко иллюстрирует крайне важный аспект любой инженерной деятельности: человеческий фактор. Всякий раз, когда можно изменить для упрощения понимания и/или облегчения обслуживания – не в ущерб для функциональных характеристик, конечно же, – это должно быть сделано.

Итог

• Цепи, построенные на клеммных колодках, может быть, сложнее в реализации, однако, когда они созданы, они весьма надёжны, чтобы считаться стабильно работающими, при этом их легко модифицировать.
• Плохая практика - закреплять более двух концов проводов и/или выводов элементов под одним клеммным винтом или зажимом на клеммной колодке. Старайтесь располагать соединительные провода так, чтобы этого не происходило.
• По возможности, создавайте такие цепи, которые ясны и легки в понимании. Несмотря на то, что компоновка элементов и проводки, как правило, не имеет большого значения для работы цепи постоянного тока, она важна для людей, которым рано или поздно придётся изменять схему или устранять неполадки в ней.

См.также

Внешние ссылки