electro_info

Потенциометри и потенциометрично свързване

Кондензатори и свързване на кондензатори

Цветен код на резисторите

Резистори

Последователно свързване на резистори (Rt=R1+R2+R3+R4):
Изчисляване на четири резистора последователно свързани. Полученият резултат е в омове.

Два паралелно свързани резистора (Rt=(R1xR2)/(R1+R2)):
Изчисляване на два резистора паралелно свързани. Полученият резултат е в омове.

Три паралелно свързани резистора (Rt=1/(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)):
Изчисляване на три резистора паралелно свързани. Полученият резултат е в омове.

Кондензатори

Паралелно свързване на кондензатори (Ct=C1+C2):
Изчисляване на три кондензатора паралелно свързани. Полученият резултат е в uF.

Два последователно свързани кондензатора (Ct=(C1xC2)/(C1+C2)):
Изчисляване на два кондензатора последователно свързани. Полученият резултат е в uF.

Три последователно свързани кондензатора (Ct=1/(1/C1)+(1/C2)+(1/C3)):
Изчисляване на три кондензатора последователно свързани. Полученият резултат е в uF.

Закон на Ом

Закон на Ом (V=IR):
Изчисляване на напрежение (V) въз основа на ток (I) и съпротивление (R). Ток в ампер и съпротивление в ом. Полученият резултат е във волт.

Закон на Ом (I=V/R):
Изчисляване на ток (I) въз основа на напрежение (U) и съпротивление (R). Напрежение в волт и съпротивление в ом. Полученият резултат е в ампер.

Закон на Ом (R=V/I):
Изчисляване на съпротивление (R) въз основа на напрежение (U) и ток (I). Напрежение в волт и ток в ампер. Полученият резултат е в ом.

Закон на Ом (P=VI):
Изчисляване на мощност (Р) въз основа на напрежение (U) и ток (I). Напрежение в волт и ток в ампер. Полученият резултат е във ват.

Потенциометри и потенциометрично свързване

1.Какво е потенциометър ?

Потенциометрите са специални устойства, които представляват резистори с регулируемо съпротивление. Те намират голямо приложение в електрониката и електротехниката. На картинката под текста виждате как изглежда един потенциометър. Устройството му е сравнително просто - състои се от лентичка специален материал с високо съпротивление и плъзгач, който се движи по нея. Цялата тази система е затворена в метална кутийка с цел по-голяма издръжливост.

2.Видове потенциометри

Отгоре е даден пример за въртящ се потенциометър, при който плъзгачът се движи по кръгла лентичка, чрез въртене на оста към която е прикачен. Този тип се използва много широко и със сигурност сте виждали такива на телевизорът или уредбата си.
Има и друг тип, при който се използва плъзгач движещ се по права лентичка, които се срещат изключително по музикалните пултове и май само там, защото са по-скъпи.
Има също и потенциометри за финна настройка на електронни схеми, които се по-малки и евтини от всички други видове, но са предназначени за директно запояване на печатни платки, като след това се използват по-рядко, за финни настройки на схемата и то само с отверка. Те се наричат тримери.

3.Как работят потенциометрите

Но как работи потенциометъра? Устройството е просто - лентичка, плъзгач, ос, но какво прави чудото и изменя съпротивлението им? Просто. Според закона за съпротивлението на проводниците, от Хъмфри Дейви то зависи и от тяхната дължина. А като преместваме плъзгача по лентичката точката от която електроните излизат от потенциометъра, за да продължат по веригата се отдалечава или приближава до точката от която влизат (края на лентичката от който е изведен извод). По този начин съпротивлението се променя. Просто и ефективно.

4. Реостати

По същият начин работят и реостатите, но там лентичката от материал с високо специфично съпротивление е заменена от дълъг кабел навит около бобина. Плъзгачът се движи отстрани на тази бобина, като по този начин се свързва с различни участъци от проводника. За съжеление реостатите са по-големи и скъпи от потенциометрите. Но те са по-издръжливи на високи напрежения и затова все още се използват в промишлеността.

5. Потенциометрично свързване

Потенциометричното свързване е начин да се експериментират зависимостите на закона на Ом. Всичко е много просто - точно както Ом е установил зависимостите в закона си, като е изчислявал как се изменя тока протичащ през даден проводник, като е изменял напреженията в края му, при константно съпротивление точно така и ние можем да експериментираме, но точно обратното - изменяме съпротивлението чрез потенциометър и измерваме как се изменят тока протичащ през него и напрежението в краищата му и как зависят те от съпротивлението при константно напрежение и ток от захранването. Вляво виждате как изглежда тази опитна установка.

Закон на Ом

1.История

През 1827 г. немският физик Георг Симон Ом измерва големината на тока, който тече в един проводник и как се изменя тя при различни напрежения приложени между двата края на проводника. В резултат от тези опити той установява, че между големината на тока в един проводник и напрежението между двата края на проводника има правопропорционална зависимост.

2.Същност

Закона на Ом е приложим само за резистори, чиито съпротивление не зависи на приложеното напрежение. Те се нарична омични или идеални резистори. За щастие на това правило има малко изключения, така че то е напълно приложимо. Все пак е добре да се отбележи, че на практика този закон не винаги е точен, защото няма устройство, което да е идеален резистор при всеки волтаж или напрежение. Винаги се стига до един момент, в който дадено устройство би пропуснало или спряло напълно волтажа, като изгори например или дефектира. Но това не е важно. Ом декларира зависимостта, която е открил чрез една проста формула с три величини - I (ток), U (напрежение) и R (съпротивление). В този смисъл формулата има три вариянта, с които всяка една от тези величини може да бъде открита, благодарение на останалите две. Ето ги и тях :

Въпреки всичко споменато горе, Закона на Ом е приложим до известна степен и за не-омични съпротивления - от долната формула излиза, че съпротивлението е равно на отношението между тока и напрежението. Тоест - според долната формула може да има устройство, чиито съпротивление да се изчислява с моментните състояния на тока и напрежението и то пак да влиза в правилата на закона на Ом. В този смисъл можем да кажем, че не всеки резистор е идеален.

Съпротивлението е характеристика на проводника. То зависи от размерите на проводника, веществото и температурата му, но не зависи от големината на тока и напрежението. Единицата за съпротивление се нарича ом и се означава така : . Един проводник има съпротивление 1 Ом, когато :

3.Приложение

Въпреки, че всички проводници имат съпротивление в електрониката се използват специални елементи, които представляват проводници със точно определено съпротивление и се наричат резистори или съпротивления. Може да видите пример за такива на картинката вляво. Резисторите идват с различни съпротивления и по различна форма - тези вляво са за запояване на печатна платка - има и други, за повърхностен монтаж, които са много по-малки и затова имат голямо приложение в електрониката днес. Несъмнено най-забележителни са резисторите в електронните чипове - те представляват слоеве върху полупроводника, направени от специални химикали, за да добият съпротивление. Техният размер е само няколко микрона.

Свързване на резистори

1.Същност

Когато имаме два или повече резистора има различни начини да ги свържем. Правилният избор може да зависи от някои неща. Примерно ако имаме няколко резистора с определено съпротивление, но ни трябва с такова, каквото нямаме можем да използваме начините на свързване, за да получим такова съпротивление, каквото ни трябва. Затова е хубаво да познаваме законите и зависимостите при различните видове свързване на консуматори. Ето това ще научим в този урок.

2.Последователно свързване

Последователно свързване имаме, когато консуматорите са свързани един след друг (в низ) във веригата. Пример за такъв вид свързване е даден на картинката вляво. На нея имаме два резистора, които са свързани последователно. Те са R1 и R2 . Нека означим тяхното съпротивление точно така, както са означени те - R1 и R2. Ако искаме да изчислим еквивалентното съпротивление на тази верига можем да направим това по един много лесен начин - просто като съберем съпротивленията на тези два резистора - примерно R1 = 5Ома, a R2 - на 6 Oма - то общото съпротивление на системата ще бъде - R = R1 + R2 = 6Ома + 5Ома = 11Ома. Въпреки, че тук говорим за свързване на резистори бих искал да добавя, че то е присъщо не само на тях - да предположим, че тъй като резисторите са консуматори то това свързване е присъщо на всички видове консуматори.

3.Успоредно свързване

Сега ще споменем и успоредното (също се нарича паралелно свързване). На картинката вляво има схема на този вид свързване. Отново два резистора, точно като по-горе, но този път успоредно свързани. Отново ще им зададен някакво съпротивление, но този път за да е по-лесно единият ще бъде примерно 4 ома, а другият - 6 ома. При паралелното свързване обаче еквивалентното съпротивление не се изчислява толкова лесно. За два резистора, обаче има една опростена формула - R = (R1 * R2) / (R1 + R2). Тоест в нашият случай еквивалентното съпротивление R е равно на (4 * 6) / (4 + 6) = 24 / 10 - 2,4 ома. Това не е особено трудно за пресмятане, но не бива да забравяме, че в нашият случай говорим само за два резистора - я си представете примерно 10 такива свързани паралелно - за такива случай има една универсална формула :

Тя може да изглежда малко сложна, но в действителност не е точно така. Ще вземем три резистора - един 6, един 4 и един 3 ома. Нека изчислим - 1/R = 1/6 + 1/4 + 1/3 . Сега трябва да приведем под общо знаменател - не сме в 5-ти клас, за да обяснявам това, но в този случай най-малкото общо кратно е 12. Като умножим всички дроби по него се получава - 1/R = 2/12 + 3/12 + 4/12 или 1/R = 9/12. Резултата е - R = 12/9 = 1.33 ома. Това е.

4.Смесено свързване

До тук добре. Разучихме двата вида свързване на консуматори. Но има един трети - всъщност той не е точно деклариран, а просто се отнася за всички други случаи с 3 или повече консуматора - резистора, в които не може да се определи точно едното или другото свързване. То се нарича смесено - ето един пример :

Тук имаме 7 резистора свързани по всевъзможен начин. Това е един типичен пример за смесено свързване. Сигурно се чудите точно как да се изчисли еквивалентното съпротивление на толкова много консуматори свързани по безразборен начин. Ето как - просто ги групираме в по-малки вериги, по два, за да си създадем представа за цялата верига. Примерно веднага може да се забележи, че R2 и R3 са свързани паралелно - изчисляваме за тях. След това - R5 и R6 - са последователно - изчисляваме и за тях. Сега след като имаме за двете групи - R2, R3 и R5, R6 еквивалентни съпротивления можем с тях да изчислим това за цялата средна част, като изчислим тези две групи и R4 със формулата за паралелно свързване. Сега имаме за R2, R3, R4, R5 и R6 едно съпротивление - накрая трябва просто да ги съберем с това на R1 и R7, тъй като средната част е последователно свързана с тях и - готово. Вече имаме за цялата система.

Съпротивление на проводници

Формулата за изчисляване на съпротивлението на даден проводник според неговите размери е въведена от английският физик и химик Хъмфри Дейви през 1821 г. Тя изглежда ето така :

Съпротивлението на проводника е право пропорционално на дължината му и обратнопропорционална на напречното му сечение.

Коефициента на пропорционалност се нарича специфично съпротивление и характеризира веществото, от което е направен проводникът. От формулата за съпротивление на проводници лесно можем да изведем формула, по която да изчислим специфичното съпротивление на даден проводник (неговият материал), като знаем неговото съпротивление, дължина и сечение :

Единицата за специфично съпротивление се нарича ом по метър (Ω.m)

Медните проводници са се наложили най-масово, заради ниската си цена и съпротивление

Ето таблица със някои материали и техните специфични съпротивления.

*Материал*	*Специфично съпротивление (Ω.m)*
Алуминий	25
Волфрам	50
Желязо	90
Злато	20
Мед	16
Олово	*190*
Сребро	15

Кондензатори и свързване на кондензатори

1.История

През далечната 1745 година в университета в холандският град Лайден е изобретено устройството, което може да се определи, като първият кондензатор създаван някога. То остава в историята като Лайденската стъкленица и представлява стъклен буркан, обвит в електропроводящ материал от външните и вътрешните му страни. От вътрешната му част е изведен извод, но връзка между проводникът отвън и този от вътре няма. Изобретателите на стъкленицата са открили, че тя има свойството да натрупва големи електрични заряди в себе си. Някои от великите учени после използвали това и свойство за да плашат гостите си, като ги карали да се подреждат в кръг и да се допират до заредената стъкленица, но тя останала в историята не само с това. Именно тя е първообраза на модерният кондензатор.

2.Видове кондензатори

Модерният кондензатор е извървял дълъг път от своят първообраз, описан по-горе, но устройството му и начинът му на действие се е запазил и до днес. Всички кондензатори се състоят изолирани помежду си метални плоскости. Тези плоскости се наричат електроди. В повечето днешни кондензатори твърдите плоскости са заменени с метално фолио, но това всъщност не е голяма разлика. В модерната електроника могат да се различат няколко вида кондензатори по устройство :

Керамични кондензатори : Керамичните кондензатори използват метални пластинки за електроди, така че в това отношение не са особено интересни. Името им идва от това, че като изолатор между електродите се използва керамика, която е силен диелектрик и позволява тези кондензатори да имат голям капацитет при сравнително малки размери. Честно казано устройството им изобщо няма съществени разлики от това на плоският кондензатор (състоящ се от два електрода и въздух, като изолатор) и затова освен керамичните са се появили още десетки различни такива кондензатори, чиито разлики са само в материалът, който изолира електродите. Такива кондензатори са хартиените, слюдените, полиестерните и много много други.
Електролитни кондензатори : Когато говорим за големи капацитети със сигурност трябва да споменем електролитните кондензатори. Устройството им е изключително просто. Използва се навит на руло "сандвич" от две дълги ленти алуминиево фолио. Между тях има се поставя напоена с електролит хартия. Едната лента от този сандвич работи като положителен електрод, а другата - като отрицателен. При пускане на ток през кондензатора електролита претърпява електролиза и по пластинките се формира алуминиев оксид. Освен електролита това, което спомага за големият капацитет на тези кондензатори е това, че електродите му имат огромна площ .

Променливи кондензатори : Когато се налага даден кондензатор да бъде с изменчив капацитет на помощ на електротехниците идват променливите кондензатори. В наши дни тази технология вече се използва сравнително рядко, а и се е изменила до неузнаваемост, затова няма да я засягаме, а ще опишем доста по-простите такива от миналото. Те се срещат изключително често в старите радиоприемници. Състоят се от два гребена от редуващи се метални пластинки, изолирани помежду си и прикачени към ос. Когато оста се завърти металните плоскости се придвижват една към друга и всички от единият гребен влизат между всеки две от съседният и изграждат серия от кондензатори. Колкото повече потребителят върти оста толкова по-голяма площ от единият гребен влиза в другият и по-голям капацитет има серията от кондензатори.

3.Капацитет и пробивно напрежение

Има две величини, които характеризират един кондензатори и те са неговият капацитет и пробивно напрежение.

Капацитет : Капацитет на един кондензатор е показател за това какъв заряд може да съхранява той. Като формула капацитета може да се дефинира като отношението на количеството заряди на едната плоча на кондензатора и напрежението между тях. Единицата за измерване на капацитета се нарича фарад. Един фарад означава, че даденият кондензатор има един кулон заряд на едната плоча, а напрежението между двете е един волт. Колкото и да е странно фарадът обаче е твърде голяма единица за електрониката и затова в нея се използват различни пропорции от него - а именно пико- нано- и микрофарад (съответно 1 милионна, една милиардна и една билионна от фарадът).

· Пробивно напрежение : Тази величина е важен показател за кондензаторите, особено в електрониката. Тя показва какво е максималното напрежение, на което може да се подложи един кондензатор без да се разруши. При по-големи напрежения електричното поле между плочите става толкова силно, че електроните започват да се отделят от тях и да прескачат на съседната. Това е съпроводено с отделяне на искра и разрушаване на кондензатора. Затова всеки кондензатор трябва да се използва само на напрежението, за което е предназначен. Това е особено важно за електролитните кондензатори, защото разстоянието между техните електроди е изключително малко. Освен това при тях трябва да се спазва определен начин, по който се свързват, защото ако положителният и отрицателният електрод се разменят слоят от оксид по електродите ще се разруши, след което кондензатора е безполезен.

4. Свързване на кондензатори

а) Последователно свързване . Последователното свързване при кондензаторите е много подобно на това при резисторите - също имаме два или повече кондензатора свързани във верига един за друг. За наше съжаление, обаче техният капацитет не се изчислява толкова лесно, колкото при резисторите. Даже точно обратното - то се изчислява точно както при паралелното свързване на резистори - ако C1 и C2 са капацитетите на два кондензатора, свързани последователно, то общият им капацитет - С се изчислява така - 1/С = 1/С1 + 1/С2 ( а ако имаме повече от два кондензатора - + 1/С3 + 1/С4 ...... + 1/Сn).

б) Паралелно свързване. Ето тук имаме късмет при кондензаторите - при паралелно свързани кондензатори общият капацитет се изчислява просто, като съберем капацитетите на всички в системата. Примерно капацитета С в системата, показана на картинката вдясно е равен на С1 + С2. Виждате ли колко просто. Ако имаме повече от два кондензатора - просто добавяме и техните капацитети.

в) Смесено свързване. Ами в общи линии ако имаме повече от два кондензатора - и то свързани по разнообразен начин то капацитета им се изчислява, като разделим схемата на участъци и изчислим капацитета с горните формули. За повече информация погледнете урока 'Свързване на резистори' и точката смесено свързване там.

Полупроводников диод

За да разберете как работи полупроводниковият диод първо ще трябва да разберете както точно представляват полупроводниците и важните за тяхната работа p-n-преходи :

Диодите са неизменна част от всички електронни прибори

1. P-n-преходи

Свойствата на полупроводниците ги поставят в основата на съвременната електроника. Полупроводниковите прибори и интегралните схеми са етапи от технологичната революция, довела до масовото им използване в радио- и телевизионните приемници, компютрите, електронните часовници, мобилните телефони и много други навсякъде около нас.

В основата на полупроводниците стоят специални елементи. Обикновено това са материали с кристална структура, които има правилна решетка и няма свободни електрони, които да бъдат токоносители - тоест - те на практика са изолатори. Пример за такъв материал е силицият. Неговата кристална решетка може да видите на картинката под текста. Силициевият атом има външен електронен слой с четири електрона и в кристална решетка, както може да видите не оставя свободни електрони - за да стане този материал полупроводник му трябват примеси. Това става чрез процеса - замърсяване.

Вляво - силициев кристал без примеси - вдясно силициев кристал с атом фосфор

След процеса замърсяване в неговият кристал се добавя атом фосфор, който е в пета валентност и след като се свърже в решетката при него остава един свободен електрон. Ето вече имаме n-проводима област. Него да предположим, че този електрон изчезне някъде. На мястото, където е бил преди се образува дупка. Дупките представляват положителни токоносители в полупроводниците. Ако в една област има повече дупки, отколкото електрони тя се нарича р-проводима. Обикновено още при израстването на полупроводниковия кристал в него се внасят примеси от даден тип и той получава определена примесна проводимост. След това кристалът се обработва така, че в определена негова част се внасят примеси, които създават проводимост от противоположния тип. Например, ако кристалът има примесна p-проводимост, в дадена негова област се внасят донори, създаващи в тази област n-проводимост. Обратно, ако кристалът е с n-проводимост, в дадената област се внасят акцептори, които създават там p-проводимост. Така в кристала се получават две (или повече) области с различен тип примесна проводимост.

Границата между р- и n-областите в един полупроводников кристал се нарича р-п-преход.

Близо до границата между две области на полупроводниковия кристал с различен тип проводимост протичат процеси, които водят до изменение в концентрацията на токовите носители. Ако концентрацията на електроните и дупките е голяма, през граничната област тече ток. Когато концентрацията стане много малка, токът спира да тече. Това зависи от посоката на тока. Както се вижда, р-n-преходът играе изключително важна роля да пропуска ток само в една посока.

2.Полупроводников диод

Полупроводниковият диод е най-простият полупроводников прибор. Той се състои от два кристала с различна населеност - един р и един n-проводим. Когато тези кристали се допрат между тях се осъществява един интересен процес, при който всички електрони от двете области се преразпределят и между областите се появява участък, който се нарича преход. От тук нататък от този преход зависи дали ще протече ток през диода и в коя посока ще стане това. Диода има свойството да пропуска ток само в една посока - защо става така ? Погледнете симулацията за полупроводниковият диод. Когато се обърне посоката на тока (тоест пусне се в грешната посока) какво става ? Потока от електрони от едната страна запълват дупките в р-областта и те се изтеглят бавно към края. Електроните в n-областта пък се привличат от положителните заряди, и отблъскват от електроните от другата страна и се изместват и те в края. Така прехода се удебелява и в крайна сметка не пропуска никакви заряди.

Графика, показваща измененията в тока и напрежението при различните посоки на свързване на диода. Отляво е показано какво става, когато тока се подава в неправилната посока, а отляво - в правилната.

Но защо тока тече в обратната посока ? Ами просто - когато тока диода се свърже правилно - потока електрони навлиза в n-областта - те изблъскват електроните от там, които пък продължават през р-областта и от дупка на дупка прескачат тази част от диода и излизат от него. Когато дойдат още електрони в n-областта същото се случва с електроните, които са там и ако веригата е затворена - това се повтаря постоянно.

Следователно диодът има свойството да пропуска електричен ток само в едната посока. Това се използва в електрониката за изправяне на променливи токове. Токоизправителите са широкоразпространени уреди, чиито основни елементи са диодите.