Сопротивление

Как вы поняли, сопротивление, от слова «сопротивляться». Различные вещи и электронные компоненты по разному сопротивляются электрическому току. Вот вас колбасило из стороны в сторону. Ваша лампочка на потолке тоже сопротивляется электрическому току, освещая комнату. Ноутбук, с которого Вы читаете эту статью, тоже сопротивляется, высвечивая вам на дисплее эту статейку, и наконец электрический чайник на кухне сопротивляется так, что даже превращает воду в кипяток! Разные вещи обладают различным по величине сопротивлением и по разному себя ведут. Что-то греется, что-то крутится (кулер от компа), что-то светится, что-то говорит (радио).

В электронике есть такое понятие Ом. Но как понять, что такое Ом? Для этого давайте разберемся вот с такой схемкой:

Буковки в кружочках — это измерительные приборы:

Вольтметр служит для измерения напряжения, а амперметр — для измерения силы тока.

Итак, если пропустить по проводку электрический ток с силой тока в 1 Ампер, а на концах этого провода у нас будет напряжение в 1 Вольт, то значит этот проводок у нас обладает сопротивлением в 1 Ом.

В электронике и электрике сопротивление обозначается буквой R. Некоторые вещи имеют очень много Ом, то есть очень большое сопротивление. А некоторые вещи имеют очень мало Ом, то есть очень маленькое сопротивление. Например, человек имеет сопротивление от нескольких сотен Ом и до 100 КилоОм. Для расчетов берут 1 КилоОм. Сопротивление человеческого тела зависит от многих факторов, таких как пол, возраст, состояние кожи, сила прикосновения проводников к коже, уровень алкоголя в крови и тд.

Медный провод длиной в метр и сечением в 1 мм2 имеет сопротивление 0,1 Ом.

Но давайте же рассмотрим сопротивление с точки зрения гидравлики, как мы это делали с напряжением. Что же будет являться сопротивлением для потока воды и какие факторы влияют на сопротивление?

Садовый шланг или нефтяная труба будут оказывать бОльшее сопротивление потоку воды?

Конечно же, садовый шланг будет оказывать бОльшее сопротивление потоку. А почему? Потому что его диаметр намного меньше, чем у нефтяной трубы.

А теперь скажите, какой шланг будет обладать бОльшим сопротивлением, с учетом того, что их длины и диаметры равны? Гофрированный или гладкий?

Разумеется гофрированный. Его стенки будут препятствовать потоку воды.

И еще один нюанс. У нас есть садовый гофрированный шланг. Мы обрезали от него небольшую длину, но все равно остался еще большой моток шланга

У какого шланга будет больше сопротивление потоку воды? Думаю, у того, который длиннее.

Как ни странно, но дела с проводом обстоят точно также. Чем тоньше и длиннее проводок, тем больше его сопротивление электрическому току. Также смотря из какого материала он сделан. Различные материалы по разному проводят электрический ток. Есть те, которые замечательно проводят ток, а есть те, которые почти не пропускают через себя электрический ток.

Поэтому, сопротивление проводка можно описать одной формулой:

В технике до сих пор применяется устаревшая единица измерения удельного сопротивления Ом х мм2/м. Чтобы перевести в Ом х м, достаточно умножить на 10-6, так как 1 мм2=10-6м2.

Как вы видите из таблицы ниже, самым маленьким удельным сопротивлением обладает серебро, поэтому можно сказать, что провод из серебра будет наилучшим проводником в конструировании радиоэлектронных устройств.

В электронике есть специальные радиоэлектронные компоненты, которые обладают сопротивлением. Их называют резисторами.

Есть постоянные резисторы:

То есть, их сопротивление всегда постоянно и его нельзя менять.

На схемах постоянные резисторы обозначаются так:

Постоянные резисторы можно соединять параллельно:

Чтобы узнать общее сопротивление всех резисторов, нужно воспользоваться формулой, где сопротивление между точками А и В (RAB) и есть то самое R общее

Можно соединять и последовательно :

В этом случае :

Существуют также и переменные резисторы. Ими можно управлять и менять сопротивление в диапазоне, который на них написан:

Напряжение

Все вы не раз слышали такие фразы:

  • Не лезь туда, там высокое напряжение!
  • Напряжение в домашней сети 220 Вольт.
  • Напряжение батарейки 1.5 вольта.

Но вы когда-нибудь задумывались, что обозначает это слово?

Даже в общении мы частенько его употребляем:

  • Ты меня напрягаешь.
  • Сними напряжение!
  • Я очень напряжен.

Значит, в электротехнике и электронике тоже что-то напрягается и создается так называемое «напряжение». Но что именно?

Итак, поехали. Я думаю, все вы видели и представляете, как выглядит водонапорная башня или просто водобашня. Грубо говоря, это большой сосуд, внутри которого плещется вода

Так вот, представим себе, что башня полностью заполнена водой. Получается, в данный момент, на дне башни ого-го какое давление! А что если слить из башни воду хотя бы наполовину? Давление на дно башни уменьшится. То есть давление на дне башни сразу станет меньше, чем оно было бы при полной башне. А давайте-ка нальем в пустую башню одно ведро воды! Давление на дно башни будет ну очень слабенькое. Это давление на дно и есть то самое напряжение (по аналогии с гидравликой). В данном случае, дно башни — это ноль, начальный уровень отсчета. За начальный уровень отсчета в электронике берут вывод батарейки или аккумулятора со знаком «минус». Можно даже сказать, что уровень воды в башне у 12 Вольтового автомобильного аккумулятора выше, чем уровень воды полутора вольтовой пальчиковой батарейки.

Напряжение бывает постоянным и переменным. На примере выше мы с вами рассмотрели постоянное напряжение. То есть давление воды на дно башни в течение времени постоянно. Пока в башне есть вода, она оказывает давление на дно башни. Вроде бы все элементарно и просто.

С постоянным напряжением вроде бы разобрались. Но какое же напряжение называют переменным? Само слово «переменный» говорит нам о том, что это напряжение меняется.

Все любят качаться на качелях:

Сначала вы летите в одном направлении, потом происходит затормаживание, а потом уже летите обратно спиной и весь процесс снова повторяется. Переменное напряжение ведет себя точно также). Сначала «электрическое давление» давит в одну сторону, потом происходит процесс затормаживания, потом оно давит в другую сторону, снова происходит затормаживание и весь процесс снова повторяется, как на качелях).

Значит, переменное напряжение меняет свое значение с течением времени, точно также, как и вы меняете свое положение в пространстве, когда качаетесь на качелях.

Тяжко для понимания? Тогда вот вам еще один пример из знаменитой книжки «Первые шаги в электронике» Шишкова. Берем замкнутую систему труб с водой и поршень. Поршень у нас находится в движении. Следовательно, молекулы воды у нас отклоняются то в одну сторону:

То в другую :

Так же ведут себя и электроны. В вашей домашней розетке они колеблются 50 раз в секунду. Столько-то колебаний в секунду называется Герцем. В литературе пишется просто Гц. Тогда получается, что колебания напряжения в наших розетках 50 Гц. В Америке частота переменного тока 60 Гц. Так уж у них повелось.

Сила тока

Электрический ток обладает силой? Да, представьте себе… А для чего нужна сила? Ну как для чего, для того, чтобы совершать полезную работу, а можно и не полезную, главное, чтобы что-то делать. Наше тело тоже обладает силой, у кого-то сила такая, что может одним ударом раздолбать кирпич в пух и прах, другой же не сможет даже и ложку поднять. Так вот и электрический ток обладает силой.

Представьте себе шланг, с которого вы поливаете свой огород:

Пусть шланг — это будет провод, а вода в нем — электрический ток. Мы чуть приоткрыли краник и вода побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабенькая. Мы даже не сможем облить кого-нибудь из шланга с такой струей. А теперь откроем краник на полную катушку! И струя у нас такая, что даже хватит, чтобы полить и соседский участок. 

Рассмотрим конкретный пример: представьте, что вы наполняете ведро. Напором из крана или из шланга вы наполните его быстрее? Диаметр шланга и крана при этом равны:

Разумеется, напором из желтого шланга! Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из крана и желтого шланга выходит разный. Или иными словами, из шланга количество молекул воды выбегает намного больше, чем из крана за одно и то же время.

С проводами точно такая же история. То есть за равный промежуток времени количество электронов, пробегающих по проводу может быть абсолютно разное. Теперь можно дать определение силе тока.

Итак, сила тока — это количество электронов, проходящих через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени. Ниже на рисунке заштрихована зелеными линиями эта самая площадь поперечного сечения провода, через который бежит электрический ток.

И чем большее количество электронов «бежит» по проводку (то есть через поперечное сечение их пройдет больше за какое-то время), тем больше будет сила тока в таком проводе. Рассмотрим формулу:

Сила тока измеряется в Амперах (названа в честь французского физика Андре Ампера, его портрет вы могли увидеть на главной странице приложения).

Имейте в виду, каждый отдельно взятый шланг выдерживает только определенный максимальный поток воды, иначе он или где-то продырявится от такого напора, либо взорвется. Да, слишком уж громко сказано! Так же и с проводами. Мы должны знать, какой максимальный ток мы можем подать в тот или иной провод, иначе он или расплавится, или сгорит.

И если садовый шланг может взорваться, то провод, по которому течет большая сила тока, может нагреться до такой степени, что начнет плавиться изоляция самого провода, а также сама жила, по которой течет электрический ток. Поэтому, для передачи большой силы тока используются очень толстые провода, чтобы они «не взорвались».

Азы пайки

Основы пайки

Первое, что необходимо сделать — подготовить все необходимое для пайки радиодеталей: паяльник, подставку для паяльника, деревянный брусок, припой, флюс, плоскогубцы или пинцет, бокорезы. Перед пайкой паяльник нужно подготовить. Для этого, с помощью напильника нужно заточить жало паяльника под 45 градусов (особенно это касается нового паяльника, т.к. антинагарное покрытие жала нового паяльника, препятствует лужению жала паяльника, соответственно и забору припоя). После того как зачистили жало паяльника, включите его в сеть и когда он прогреется до температуры плавления припоя, есче раз слегка обработайте жало паяльника, напильником, до появления блеска на рабочей части жала, и сразу после этого коснитесь наконечником жала флюса, и припоя. На наконечнике жала должна остаться часть припоя, далее нужно только потереть наконечник жала паяльника рабочей поверхностью о подготовленный деревянный брусок. После этого паяльник можно считать подготовленным к дальнейшей работе. В процессе работы для поддержания жала паяльника в чистоте, время от времени протирайте жало паяльника ХБ тканью, сложенной в несколько слоев.
Перед пайкой радиодетали, ее следует подготовить. С помощью узких плоскогубцев или пинцета, согните выводы детали таким образом, чтобы они входили в отверстия платы (это называется формовкой выводов радиоэлементов). Полезно иметь специальное приспособление для формовки выводов деталей под определенные расстояния между монтажными отверстиями. Вставьте деталь в отверстия на плате. При этом следите за правильным размещением (полярностью — если таковая имеется) детали, например, диодов или электролитических конденсаторов. После этого слегка разведите выводы с противоположной стороны платы, чтобы деталь не выпадала из своего посадочного места. Не следует разводить выводы слишком сильно.

Приступаем к пайке !

Расположив жало паяльника между выводом и платой, как изображено на рисунке, разогрейте место пайки. Время разогрева должно составлять не более 3-5 секунд, чтобы не вывести из строя деталь или плату.

Через 1-2 секунды поднесите припой к месту пайки. При касании припоем жала паяльника может брызнуть флюс. После того, как необходимое количество припоя расплавится, отведите проволоку от места пайки. Подержите жало паяльника в течение секунды у места пайки, чтобы припой равномерно распределился по месту пайки. После этого, не сдвигая деталь, уберите паяльник. Не сдвигая деталь, подождите несколько мгновений, пока место пайки не остынет окончательно.

Теперь можно отрезать излишки выводов с помощью бокорезов. При этом следите за тем, чтобы не повредить место пайки.

Критерии качественной пайки !

  • Качественное место пайки соединяет контактную площадку и вывод детали и имеет гладкую и блестящую поверхность.
  • Если место пайки имеет сферическую форму или имеет связь с соседними контактными площадками, разогрейте место пайки до расплавления припоя и удалите излишки припоя. На жале паяльника всегда остается небольшое количество припоя.
  • Если место пайки имеет матовую поверхность и выглядит исцарапанным, то говорят о «холодной пайке». Разогрейте место пайки до расплавления припоя и дайте ему остыть, не сдвигая детали. При необходимости добавьте немного припоя. После этого можно удалить остатки флюса с платы с помощью подходящего растворителя. Эта операция не является обязательной — флюс может оставаться на плате. Он не мешает и ни в коем случае не влияет на функционирование схемы (для эстетики внешнего вида платы, лучьше конечно удалить остатки флюса).