Когда два резистора одного номинала подключены параллельно, то вы делите общее сопротивление на два, поскольку предоставляете электрическому току два пути, по которым он может пройти, вместо одного.
На практике нам нет необходимости устанавливать резисторы параллельно, но нам часто приходится подключать компоненты другого типа таким образом. Например, лампочки в вашем доме подключены таким образом. Поэтому очень полезно понимать, что сопротивление цепи уменьшается, если вы добавляете в нее компоненты при параллельном подключении.
Использование закона Ома
Закон Ома очень полезен. Например, он помогает нам определить безопасно ли использовать какой-либо компонент в данной цепи. Вместо того, чтобы подвергать воздействию повышенным напряжением компонент до тех пор, пока он не перегорит, мы можем предсказать, как он будет работать.
Например, вначале, когда вы поворачивали ось потенциометра, вы на самом деле не знали, как долго вы можете это делать, чтобы светодиод не вышел из строя. Поэтому было бы полезно точно знать, какое сопротивление надо подсоединить последовательно со светодиодом, чтобы адекватно защитить его, получая при этом свечение максимальной яркости.
Как читать справочные листы технических данных
Как и для большинства других случаев, ответ на этот вопрос можно найти в Интернете.
Здесь описано как можно найти справочные листы технических данных на изделия (их технические описания), выпускаемых тем или иным изготовителем (рис. 1.58).
Рис. 1.58. Типичный справочный лист технических данных, в который включены соответствующие технические характеристики изделия, в данном случае высокоэффективного светодиода в корпусе диаметром 5 мм
Во-первых, найдите компонент, который вас интересует, у поставщика, оформляющего заказы по электронной почте. Затем введите в поисковую систему Google номер детали и имя производителя.
Обычно в числе первых результатов запроса появятся справочные листы технических данных этого компонента. С использованием таких источников, как сайт компании Mouser Еlectronics, поиск осуществляется еще проще, поскольку он предоставляет прямую ссылку на справочные листы технических данных для многих изделий.
Приведем пример. Предположим, я хочу использовать красный светодиод типа TLHR5400, выпускаемый компанией Vishay Semiconductor, который стал настолько распространенным, что я могу его купить отдельно по цене $0,09 за штуку (≈2,7 руб.). Щелкните мышью по ссылке на лист технических данных, который представлен компанией Vishay Semiconductor. Почти немедленно на экране компьютера появится страница файла в формате PDF.
Этот лист технических данных для светодиодов типа TLHR, TLHG и TLHY, которые соответственно имеют свечение красного, зеленого и желтого цветов, что обозначается буквами «R», «G» и «Y» в наименовании светодиода. Пролистываю документ и нахожу таблицу «OPTICAL AND ELECTRICAL CHARACTERISTICS» (Оптические и электрические характеристики). В ней содержится информация о том, что при токе через светодиод величиной 20 мА он имеет типичное значение («ТYР.») прямого напряжения (Forward voltage) равное 2 В. Слово «MAX.» в таблице означает максимальное значение, которое составляет 3 В.
Теперь посмотрим на другой лист технических данных, поскольку все они имеют одну и ту же форму. Я выберу другой светодиод — компонент WP7113SGC компании Kingbright. Щелчок мышью по ссылке на сайте производителя и я получаю вторую страницу листа технических данных, где типичное значение прямого напряжения составляет 2,2 В, максимальное значение — 2,5 В, а максимальный прямой ток 25 мА. Кроме того, я нашел некоторую дополнительную информацию: максимально допустимое обратное напряжение — 5 В, а максимально допустимый обратный ток 10 мкА (означает микроампер, который составляет величину в 1000 раз меньше ампера). Эти данные говорят нам, что не следует прикладывать избыточное напряжение к светодиоду при подключении с обратной полярностью. Если же для светодиода превысить максимально допустимое значение обратного напряжения, то возникает опасность выхода его из строя.
Поэтому всегда старайтесь соблюдать полярность при подключении!
Компания Kingbright предоставляет сведения о том какую температуру может выдерживать светодиод: 260 °C (500 °F) в течение нескольких секунд. Это полезная информация, поскольку довольно скоро мы отложим в сторону наши зажимы типа «крокодил» и для соединения электрических компонентов будем использовать расплавленный паяльником горячий припой.
Поскольку мы уже вывели из строя батарейку, предохранитель и светодиод при выполнении всего лишь четырех экспериментов, поэтому возможно вы не удивитесь, что мы испортим, по меньшей мере, еще несколько компонентов при определении их предельных температурных значений при воздействии паяльника.
В любом случае теперь мы знаем, что необходимо для нормальной работы светодиода, и мы можем сделать все соответствующие расчеты. Если у вас при вычислении возникнут какие-либо трудности при определении места, куда нужно поставить десятичную запятую, то перед продолжением изучения книги обратитесь к разд. «Фундаментальные сведения — Положение десятичного разделителя».
Закон Ома
По причинам, о которых я расскажу чуть позже, электрический ток обычно обозначается латинской буквой «I». Буквой «U» обозначают напряжение, а буквой «R» — сопротивление, обычно представленное в омах (поскольку с использованием большинства клавиатур не так легко напечатать букву «Ω»). Используя эти символьные обозначения, вы можете написать закон Ома тремя различными способами:
U = I х R.
I = U/R.
R = U/I.
Следует помнить, что U — это разность потенциалов (напряжение) между двумя точками простой цепи, R — сопротивление в омах между двумя этими точками, а I — ток в амперах, который проходит по этой цепи между двумя точками.
Буква «I» используется потому, что сила тока измеряется согласно создаваемой током индукции (inductance), что означает способность током индуцировать (создавать) магнитное поле.
Для обозначения электрического тока гораздо меньше вопросов вызывало бы использование буквы «А», но, к сожалению, уже слишком поздно что-либо менять.
Какое напряжение падает на проводе?
Обычно, мы можем не учитывать сопротивление проводов, например, у проводов малой длины, которые соединяют сопротивления, поскольку это очевидно. Однако если вы попытаетесь пропустить ток большой величины через длинный тонкий провод, то становится важным учитывать его сопротивление.
Насколько же это важно? Чтобы определить это, мы снова можем воспользоваться законом Ома.
Предположим, что очень длинный кусок провода имеет сопротивление 0,2 Ома. Допустим по этому проводу мы хотим пропустить ток величиной 15 А. Какое по величине напряжение будет отобрано у цепи за счет его сопротивления?
Снова начинаем писать то уравнение, которое вам уже известно:
R = 0,2 Ом
I = 15 А
Мы хотим знать напряжение U, падение напряжения, для провода, поэтому мы воспользуемся законом Ома, в котором напряжение U находится в левой части уравнения:
U = I х R.
Теперь в эту формулу надо подставить значения, которые были заданы в условии:
U = 15 А х 0,2 Ом = 3 В
Три вольта это не слишком большое значение, если у вас есть источник питания высокого напряжения, но если вы используете, например, автомобильный аккумулятор с напряжением 12 В, то провод такой длины будет отбирать в цепи четверть доступного напряжения (рис. 1.59).
Рис. 1.59. Когда питание какого-либо устройства осуществляется от автомобильного аккумулятора с напряжением 12 В, сопротивление провода отнимает у цепи некоторое напряжение и рассеивает в виде тепла
Теперь вы должны понимать, почему провода в автомобилях достаточно толстые — это связано с тем, что их сопротивление должно быть гораздо меньше 0,2 Ом.
Положение десятичного разделителя[2]
Легендарный британский политик Сэр Уинстон Черчилль был знаменит тем, что жаловался на «эти чертовы точки». Он имел в виду десятичные точки. Поскольку Черчиль был министром финансов в это время и нес ответственность за все расходы государства, то его затруднения при использовании десятичных точек создавали достаточно много проблем. Тем не менее, как бы то ни было, он всегда доводил дела до конца, что наверняка будете делать и вы.
Кроме того, вы можете воспользоваться карманным калькулятором — или следующими далее двумя основными правилами.
При выполнении умножения: перемещайте десятичные запятые
Предположим. Вам надо умножить 0,04 на 0,005:
1. Переместим десятичные запятые вправо за последние цифры обоих чисел. В данном примере нам потребуется выполнить всего 5 перемещений запятой, чтобы получить числа 4 и 5.
2. Умножим числа, которые у нас получились. В данном примере: 4 х 5 = 20.
3. Запишем окончательный результат, переместив в полученном числе десятичную запятую влево на то количество перемещений запятой, которое мы сделали в первом пункте, т. е. на 5. Таким образом, мы получим: 0,00020 или 0,0002.
При выполнении деления: аннулируйте десятичные запятые
Предположим. Вам надо разделить 0,006 на 0,0002:
1. Переместите десятичные запятые вправо в обоих числах на одно и то же количество позиций, до тех пор, пока оба числа не станут больше 1. В данном случае нам надо в каждом числе переместить запятые на 4 позиции. Таким образом, мы получим, что число 60 надо разделить на 2.
2. Выполните деление. В данном случае результат будет равен 30.
Насколько большое сопротивление требуется для светодиода?
Предположим, что мы применяем светодиод производства компании Vishay Semiconductors. Не забыли его технические характеристики, которые приведены в справочном листе технических данных? Максимальное значение прямого напряжения 3 В и безопасная величина тока 20 мА.