будьте гораздо внимательнее.
Рис. 1.45. Это вид схемы для эксперимента 4. При повороте оси потенциометра с номиналом 2 кОм сопротивление между используемыми его выводами будет меняться от 2000 до 0 Ом. Это сопротивление должно защищать светодиод от полного напряжения батарейки величиной 6 В
Рис. 1.46.Светодиод, приведенный на этой фотографии, вдруг сгорел, поскольку я излишне уменьшил сопротивление потенциометра
Для измерения напряжения в схеме, в которой используются батарейки, надо на мультиметре выбрать режим для измерения напряжения на постоянном токе — «V» и «DC», «» или «VDC», где DC (direct current) — постоянный ток, как это показано на рис. 1.47. Теперь измерительными щупами коснитесь выводов светодиода. Попытайтесь, удерживая щупы на месте, слегка повернуть ось потенциометра сначала в одну, а затем в другую сторону. Вы должны увидеть соответствующее изменение величины напряжения на выводах светодиода. Мы называем это разностью потенциалов между двумя выводами светодиода.
Рис. 1.47.В разных типах мультиметров для измерения постоянного напряжения требуются соответственно различные настройки. Так, в мультиметре с ручной установкой диапазона измерения (а) требуется установить переключатель режима работы в положение «DC», а затем с помощью дискового переключателя выбрать предельное значение напряжения, которое вы хотите измерить. В данном случае выбранное напряжение составляет 20 (поскольку значение 2 слишком мало). Использование тестера RadioShack с функцией автоматического выбора диапазона измерения требует установки переключателя в положение, например, «V» (б) или «VDC» (в) и тестер сам определит, какой диапазон использовать
Если вы вместо светодиода будете использовать устаревшую миниатюрную лампочку накаливания, то вы при измерении получите разность потенциалов, которая будет меняться в гораздо большей степени, поскольку лампочка ведет себя, как «простое» сопротивление, тогда как светодиод в некоторой степени осуществляет самонастройку, изменяя свое сопротивление в зависимости от изменения напряжения питания.
Теперь, чтобы измерить разность потенциалов между выводами потенциометра, коснитесь их измерительными щупами. Потенциометр и светодиод делят между собой все имеющееся напряжение таким образом, что когда разность потенциалов (падение напряжения) на потенциометре повышается, тогда разность потенциалов между выводами светодиода падает, и наоборот (рис. 1.48–1.50).
Рис. 1.48.Как измерять напряжение в простой цепи
Рис. 1.49.Прибор показывает значение напряжения на светодиоде
Рис. 1.50. Прибор показывает значение напряжения на потенциометре
Следует иметь в виду несколько обстоятельств.
• Если вы сложите все падения напряжения на каждом элементе цепи, то сумма будет равна тому напряжению, которое выдается батарейкой.
• При измерении напряжения вы всегда измеряете относительное напряжение между двумя точками в цепи.
• Измерительные щупы вашего прибора подсоединяйте очень осторожно, словно стетоскоп, без каких-либо нарушений или повреждений соединений в цепи.
Измерение тока
Сейчас я хочу выполнить несколько другое измерение. Я хочу измерить ток или силу тока в цепи, используя прибор, установив на нем «мА» (миллиамперы). Чтобы измерить силу тока, следует помнить, что:
• вы можете измерить ток только тогда, когда он проходит через ваш прибор;
• ваш измерительный прибор должен быть встроен в цепь;
• слишком большой ток может сжечь предохранитель внутри вашего прибора.
Следует убедиться, что на мультиметре установлен режим именно для измерения силы тока в миллиамперах (рис. 1.51–1.52, а), а не напряжения, как это было ранее. В некоторых приборах для измерения тока в миллиамперах требуется переключить одну из вилок измерительного щупа в другое гнездо — «mA» (см. рис. 1.52, б).
Рис. 1.51. Если вы попытаетесь измерить слишком большой ток, то в любом приборе обязательно должен сгореть внутренний предохранитель. В нашей цепи нет никакого риска, если вы установите регулятор потенциометра в среднее положение. Для измерения силы тока в миллиамперах выберите режим «mA» и запомните, что мультиметр при этом будет отображать значения, которые означают тысячные доли ампер
Рис. 1.52.Мультиметр с ручным выбором режима измерения такой, например, как приведенный здесь, при измерении тока в миллиамперах требует от вас переключения красного измерительного щупа в другое гнездо прибора. В большинстве современных мультиметров этого делать не нужно до тех пор, пока вам не понадобится измерять большие значения токов
Подключите ваш тестер в цепь как это показано на рис. 1.53.
Рис. 1.53.Чтобы измерить ток в амперах, как это показано на левом (а) и правом (б) рисунках, измеряемый ток должен проходить через мультиметр. Когда вы будете увеличивать сопротивление потенциометра, то это приведет к уменьшению электрического тока, а меньший ток через светодиод заставит его светиться менее ярко
Не следует поворачивать потенциометр больше чем наполовину. Сопротивление потенциометра будет защищать ваш тестер, как и светодиод. Если через тестер пропускается слишком большой ток, то вы сможете обнаружить себя выполняющим замену внутреннего предохранителя тестера.
Если вы слегка измените положение регулятора потенциометра, повернув его в одну или другую сторону, то обнаружите, что изменение сопротивления в цепи будет приводить к изменению тока. Это может объяснить, почему светодиод перегорел в предыдущем эксперименте. Слишком большой ток делает его горячим, и это тепло расплавит его изнутри, как предохранитель в приведенном ранее эксперименте 2.
Более высокое сопротивление ограничивает ток или ее величину в амперах.
Теперь встройте мультиметр в другую часть исследуемой цепи, как это показано на рис. 1.53, б. По мере поворота потенциометра вперед или назад вы будете получать точно такие же результаты, что и в схеме, приведенной на рис. 1.53. Это происходит потому, что ток во всех точках такой цепи имеет одно и то же значение. Все это именно так, поскольку у потока электронов нет никакого другого пути.
Теперь наступило время, чтобы обратиться к некоторым цифрам. Здесь осталось проверить одну последнюю вещь. Отключите светодиод и замените его резистором с сопротивлением 1 кОм, как это показано на рис. 1.54.
Общее сопротивление в цепи теперь будет равно 1 кОм плюс сопротивление потенциометра, зависящее от положения оси регулятора, в которое вы его установили. (Разумеется, мультиметр тоже имеет некоторое сопротивление, но оно настолько мало, что мы можем им пренебречь).
Рис. 1.54. Если вы вместо светодиода установите резистор, то сможете проверить, что ток, который течет в цепи, будет зависеть от общего сопротивления в цепи при условии неизменного питающего напряжения
Сначала поверните ось потенциометра до упора против часовой стрелки, и у вас получится суммарное сопротивление в цепи, равное 3 кОм. Ваш мультиметр при этом должен показать приблизительно 2 мА. Затем поверните ось потенциометра в среднее положение, и вы получите общее сопротивление в цепи порядка 2 кОм. Ток в этом случае должен быть около 3 мА. Теперь поверните ось потенциометра до упора по часовой стрелке. Общее сопротивление в цепи станет равно 1 кОм, и вы получите ток, который будет около 6 мА. Вы можете заметить, что если умножить сопротивление на силу тока, то каждый раз получится число 6 — что всего лишь означает величину напряжения, которое приложено к цепи (табл. 1.6).
Фактически мы можем сказать:
вольты = килоомы х миллиамперы.
Но подождите секунду: 1 кОм это 1000 Ом, а 1 мА это 1/1000 А. Поэтому наша формула по-настоящему должна выглядеть следующим образом:
вольты = (омы х 1000) х (амперы х 1/1000).
После сокращения числителя и знаменателя на 1000 получим:
вольты = омы х амперы.
Это известно, как закон Ома, см. далее разд. «Фундаментальные сведения — Закон Ома».
Последовательно и параллельно
Перед тем как продолжить, вы должны узнать каким образом изменяется сопротивление цепи при последовательном и параллельном подключении резисторов (рис. 1.55–1.57, ЦВ-рис. 1.55–1.57).
Рис. 1.55. К одному резистору приложено все напряжение и в соответствии с законом Ома по нему протекает ток величиной U/R = 6 В/1000 Ом = 0,006 А = 6 мА
Рис. 1.56. Когда два одинаковых резистора подключены последовательно, электрический ток сначала должен пройти через один из них, а затем только через другой, поэтому на каждом из них падает половина приложенного напряжения. Общее сопротивление теперь становится равным 2000 Ом, и в соответствии с законом Ома по цепи протекает ток величиной U/R = 6 В/2000 Ом = 0,003 А = 3 мА
Рис. 1.57. Когда два одинаковых резистора подключены параллельно, то к каждому из них приложено полное напряжение, т. е. напряжения на них составляют по 6 В. Электрический ток проходит через них одновременно, поэтому общее сопротивление становится в два раза меньше по сравнению с тем, что было. В соответствии с законом Ома по цепи проходит ток, равный U/R = 6 В/500 Ом = 0,012 А = 12 мА
Следует запомнить, что:
• при последовательном соединении резисторов они подключаются таким образом, что следуют друг за другом;
• при параллельном соединении резисторов они подключаются таким образом, что располагаются рядом бок о бок.
Когда вы последовательно подключаете два резистора одного номинала, то вы удваиваете общее сопротивление, поскольку электрический ток в данном случае преодолевает два последовательных препятствия.