Цифровая электроника для начинающих

ограничения тока. Без него светодиод сразу же перегорит.

- Для светодиода важнее сила тока, чем напряжение. Можно использовать практически любой источник напряжения (6В, 9В, 12В), главное правильно подобрать номинал резистора.

Некоторые значения резистора для разных напряжений показаны в таблице:

Напряжение

Сопротивление

3.0В

56 Ом

4.5В

150 Ом

9В

390 Ом

12В

560 Ом

24В

1.2 КОм

Эти значения являются примерными. Например вместо сопротивления в 150 Ом подойдет и 220 Ом, светодиод лишь будет гореть чуть слабее, что возможно будет даже незаметно на глаз. Если установить резистор слишком малого сопротивления, светодиод будет гореть ярче, но быстрее перегорит. При слишком большом номинале резистора, он будет гореть очень слабо, но и потребление тока при этом будет меньше. Это можно использовать, например, для ночника.

Для более точного расчета можно воспользоваться онлайн калькулятором, например по адресу http://cxem.net/calc/ledcalc.php.

Можно подключить несколько светодиодов подряд, соединяя последовательно “плюс” с “минусом”, такое подключение называется последовательным:

Светодиоды будут гореть слабее, чтобы повысить яркость, можно взять резистор меньшего сопротивления.

Последовательно можно соединять не только светодиоды, но и батареи - их напряжение при этом суммируется. Это очень полезно, если нужно из нескольких батарей собрать источник питания с более высоким напряжением.

Кстати, в продаже есть и готовые светодиодные ленты разных цветов, в них уже встроены и светодиоды и резисторы. Такие ленты можно подключать напрямую к источнику в 12В.

Если посмотреть на такую ленту вблизи, то мы увидим знакомые элементы - светодиоды и резисторы.

Такой лентой можно не только украсить что-либо, но и даже использовать их для освещения комнаты.

Задание: опыты со светодиодом и батарейками

Опыт 1. Собрать источник питания.

Взять 3 батарейки АА, соединить их последовательно в одну большую батарею.

Следует убедиться, что общее напряжение соответствует сумме напряжений отдельных батарей.

Опыт 2. Собрать схему из светодиода и резистора на 220 Ом.

Для сборки нам понадобится макетная плата. Это плата с отверстиями, которые внутри соединены следующим образом:

Верхние и нижние линии используются для подключения питания, внутренние нужны для подключения элементов.

С помощью макетной платы и соединительных проводов очень быстро и легко собрать нужную схему:

Нетрудно убедиться, что все соединения образуют электрическую цепь, и при подключении батареи светодиод будет гореть. Плюс такой платы в том, что переключение или замена элемента занимает всего лишь несколько секунд.

Самостоятельная работа: испытать последовательное соединение нескольких светодиодов. Также интересно проверить разные резисторы, номиналом от 100 до 1000 Ом, и посмотреть, насколько сильно будет отличаться яркость светодиодов во всех случаях.

1.5 Опыты с диодом

Кроме светодиодов, существуют и обычные диоды. Нам впрочем, они не так уж часто будут пригождаться, но знать об их свойствах стоит. Диод - это полупроводниковый элемент, способный проводить ток только в одном направлении.

Направление тока легко запомнить, представив изображение диода как воронку для воды - очевидно что лить воду нужно в “широкую” часть. Можно взять самую первую схему с лампочкой и батарейкой, и включить в цепь диод. Легко убедиться, что если перевернуть диод, лампочка гореть не будет. Это может пригодиться, например если нужно защитить схему от неправильной полярности подключения.

Вторая полезная схема, которая может пригодиться - использование резервного питания:

В такой схеме схема работает от внешнего блока питания на 12В, также имеется резервная 9-вольтовая батарея. Ток может течь через диод только “от большего к меньшему”. Поэтому когда напряжение блока питания присутствует (а 12В > 9В), диод D2 “закрывает” батарею, если напряжения нет, схема будет работать от батареи.

Диоды также используются в любом блоке питания - они преобразуют переменный ток в постоянный. Такая схема подключения называется “диодный мост”.

По схеме несложно увидеть, что при любой входной полярности на верхнем выходе всегда будет “+”, а на нижнем “-”.

Самостоятельная работа: собрать схему из диодного моста, светодиода и резистора. Убедиться, что подключенный через мост, светодиод горит при любой полярности подключения батареи.

1.6 Опыты с конденсатором

Конденсатор - это элемент, способный накапливать электрический ток. Первый конденсатор был изобретен еще в 1745 году в голландском городе Лейдене, тогда он часто назывался “лейденской банкой” (leiden jar). Фактически, это и была банка, оклеенная изнутри и снаружи фольгой. Обкладки конденсатора способны накапливать электрический заряд, т.к. через изолятор электроны пройти не могут.

Современные конденсаторы, в принципе, работают по такому же принципу, только слои, разделенные изолятором, скручены и помещены в цилиндр. Емкость современного конденсатора гораздо больше, чем у старинных “банок”.

Соберем простую схему:

Испытать ее просто. Нажимаем кнопку “1” и держим ее некоторое время - конденсатор заряжается до напряжения, равного напряжению батареи. Затем отпускаем кнопку, конденсатор больше не соединен с батареей. Нажимаем кнопку “2” - и видим, что светодиод горит, хотя по сути, схема от батареи уже отключена. Светодиод горит за счет заряда, накопленного в конденсаторе. Разумеется, довольно-таки быстро он погаснет. Чем больше емкость конденсатора, тем дольше будет гореть светодиод. От электролитического конденсатора емкостью 10000мкф светодиод может гореть несколько секунд. Если же взять, конденсатор еще большей емкости, например так называемый ионистор, то светодиод может гореть до получаса. Бывают батареи ионисторов столь большой емкости, что от них может