Электроника для начинающих (2-е издание)

7. Сделайте перерыв. Когда все остальное не принесло результатов, сделайте перерыв. Увлеченность работой в течение долгого периода времени может привести к сужению восприятия, которое мешает вам увидеть неисправность. Если вы ненадолго переключите ваше внимание на что-либо другое, а затем вернетесь к проблеме, то ее решение может внезапно стать очевидным.

Совет

Возможно, не помешает сделать закладку на этот перечень действий при поиске неисправностей, чтобы вернуться к нему позже, когда что-то не работает.

Майкл Фарадей и конденсаторы

Как я уже упоминал ранее, фарад назван в честь Майкла Фарадея (рис. 2.74). Этот англичанин изучал химию и физику и жил с 1791 по 1867 год.

Хотя Фарадей был не слишком образован и имел слабые познания в математике, в течение семи лет, пока он работал в качестве ученика переплетчика книг, у него была возможность прочесть множество различных книг, и таким образом ему удалось заниматься самообразованием. Кроме того, он жил в то время, когда относительно простые эксперименты позволяли раскрыть фундаментальные свойства электричества. Он сделал крупные открытия (в том числе открыл электромагнитную индукцию), которые привели к разработке электродвигателей. Он также обнаружил, что магнитное поле способно отклонять лучи света.

Рис. 2.74. Майкл Фарадей, в честь которого названа единица измерения емкости

Его работа отмечена множеством наград, а его портрет был нанесен на английские банкноты номиналом 20 фунтов стерлингов с 1991 по 2001 год.

Эксперимент 9. Время и конденсаторы

Электроны перемещаются практически со скоростью света, но мы, тем не менее, можем с их помощью измерять время в секундах, минутах или даже в часах. Описанный далее эксперимент покажет вам, как это сделать.

Что вам понадобится

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент снятия изоляции, тестовые провода, мультиметр

• Батарея 9 В и разъем (1 шт.)

• Кнопки (2 шт.)

• Обычный светодиод (1 шт.)

• Резисторы на 470 Ом, 1 кОм, 10 кОм (по 1 шт.)

• Конденсаторы емкостью 0,1 мкФ, 1 мкФ, 10 мкФ, 100 мкФ, 1000 мкФ (по 1 шт.)

Заряд конденсатора

Вначале настройте мультиметр на измерение постоянного напряжения в вольтах и измерьте разность потенциалов на клеммах 9-вольтовой батареи. Если оно меньше 9,2 В, то для этого эксперимента придется взять свежую батарею.

Установите на макетную плату две кнопки, резистор номиналом 1 кОм и конденсатор емкостью 1000 мкФ, как показано на рис. 2.75. С помощью тестовых проводов подключите мультиметр так, чтобы вы могли измерить напряжение на выводах конденсатора и при этом ваши руки оставались свободными.

Присоедините разъем к батарее и вставьте питающие провода в крайние отверстия, соединенные с двумя шинами макетной платы, расположив положительный провод слева, как показано на рис. 2.75.

Если мультиметр показывает больше, чем 0,1 В, разрядите конденсатор, нажав кнопку В, которая накоротко замкнет обе обкладки конденсатора.

После этого нажмите кнопку А и засеките на часах, будильнике или смартфоне, за сколько секунд конденсатор зарядится до напряжения 9 В. Если у вас мультиметр с автоматическим выбором диапазона, он должен сам переключиться с начального значения в милливольтах на вольты по мере увеличения заряда. Когда я проводил этот эксперимент, измерение заняло чуть более трех секунд.

Рис. 2.75. Простая установка для измерения времени заряда конденсатора. Емкость конденсатора равна 1000 мкФ, номинал резистора — 1 кОм

На рис. 2.76 изображена схема описанного устройства, которая поможет вам понять, как все работает.

Рис. 2.76. Электрическая схема установки, изображенной на рис. 2.75

Положительная обкладка конденсатора стала «более положительной», а его отрицательная обкладка стала «более отрицательной», поскольку положительные и отрицательные заряды притягиваются друг к другу на пластинах конденсатора. Разность потенциалов на выводах конденсатора возросла, хотя ток через него не проходит. Одно из первых утверждений, которые вы встретите при чтении популярных книг по электронике, гласит: конденсатор не пропускает постоянный ток.

Пока вы подаете на конденсатор неизменный во времени электрический потенциал, это утверждение остается верным.

Резистивно-емкостная цепочка

Выньте резистор 1 кОм и замените его резистором 10 кОм. Если мультиметр показывает вам, что на конденсаторе есть остаточное напряжение, разрядите его, нажав кнопку В. После этого повторите тест. Зафиксируйте, насколько долго конденсатор заряжается до 9 В через резистор номиналом 10 кОм.