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

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Очень простая схема[1]

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

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

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: источник питания + лампа.
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. 3. Обрыв цепи возле клеммы лампочки, от «-» стороны батареи.
||
Рис. 4. 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. 5. Обрыв цепи возле «+» клеммы батареи.
||
Рис. 6. 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.
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.
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.
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.
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.
Рис. 11. Простейшая цепь на клеммной колодке.

См.также

Внешние ссылки