Электроника для начинающих (2-е издание)

Когда я подключил к этой схеме осциллограф, который может измерять и отображать очень быстрые изменения напряжения, сигнал был похож на кривую, которую я добавил в нижней части рис. 2.85. Увеличение напряжения было таким быстрым, что казалось мгновенным.

То, что ток, протекающий через конденсатор, может изменяться практически мгновенно, хорошо известно и это часто используется в электронике. Но как такое возможно?

Рис. 2.85. Вместо светодиода с резистором в этой установке включен мультиметр

Этот вопрос заинтересовал первого экспериментатора, Джеймса Максвелла, который считал, что так быть не должно; поэтому он разработал теорию и придумал выражение для описания увиденного. Он назвал данное явление током смещения. Это соответствовало некоторым теориям, которые он разрабатывал в то время.

Сегодня есть и другие теории. Очевидно, что бросок тока резко меняет электрическое поле внутри конденсатора, и этот эффект может навести напряжение на противоположной обкладке. На самом деле все происходит гораздо сложнее, но в большинстве популярных книг просто говорится что-то вроде «конденсатор не пропускает постоянный ток, но пропустит колебания напряжения».

Если вы возьмете конденсатор меньшей емкости, то увидите, что он пропускает более короткий импульс. Уберите мультиметр и верните светодиод и резистор 470 Ом обратно в схему, а затем попробуйте использовать конденсаторы емкостью 100 мкФ, 10 мкФ, 1 мкФ и 0,1 мкФ. В последних экспериментах мигание светодиода вряд ли будет заметно.

Переменный ток

Если вы соберете предыдущую схему (см. рис. 2.84), но измените полярность питающего напряжения, она по-прежнему будет работать, хотя ток потечет в противоположном направлении (рис. 2.86). На рис. 2.87 показана экспериментальная установка, где резистор 10 кОм перемещен влево, а кнопка А — вправо. Мультиметр по-прежнему измеряет напряжение в точке между резистором и конденсатором. В схеме на рис. 2.86 отображена эта модификация устройства.

Рис. 2.86. Электрическая схема устройства, изображенного на рис. 2.87

Рис. 2.87. Полярность подачи питания изменена на обратную

После того как вы нажмете и отпустите кнопку В, чтобы разрядить конденсатор, мультиметр покажет значение напряжения около 9 В, потому что верхний вывод конденсатора подключен к положительной шине через резистор номиналом 10 кОм. Конденсатор не пропускает постоянный ток, и поэтому создается впечатление, что его сопротивление бесконечно, а положительному заряду «некуда идти». На рис. 2.88 показано, как увеличивается напряжение между двумя резисторами, когда растет сопротивление между этой точкой и заземлением.

Тем не менее, когда вы нажимаете кнопку А в вашей установке на макетной плате, это создает отрицательный импульс. Эффективное сопротивление конденсатора на некоторое время исчезает, пока проходит импульс, в результате чего показания мультиметра снизятся. Затем конденсатор медленно перезаряжается, как это было в предыдущем опыте. Кривая, изображенная внизу на рис. 2.87, демонстрирует общее представление о том, как изменяется заряд конденсатора.

Рис. 2.88. Когда у вас два последовательно соединенных резистора и левый из них подключен к источнику питания, а правый к отрицательному заземлению, то напряжение между ними увеличивается по мере роста номинала правого резистора

Подведем итог:

• Конденсатор не пропускает постоянный ток.

• Тот же конденсатор пропускает быстрые колебания напряжения, независимо от направления тока.

• Кроме того, конденсатор накапливает электрический заряд.

Это приводит к важному заключению. Поскольку переменный ток — это быстрая серия относительно отрицательных и относительно положительных импульсов, конденсатор позволяет им проходить через него.

Емкость конденсатора будет иметь большое значение. Когда вы используете малые номиналы, вы увидите, что они будут срабатывать быстро. Менее емкие конденсаторы будут пропускать высокочастотные колебания и блокировать низкочастотные — такое поведение очень полезно во многих областях применения, в том числе при работе с аудиосигналами. Вы убедитесь в этом сами в эксперименте 29. Учитывайте то, что звуковые сигналы являются разновидностью переменного тока, поскольку их амплитуда меняется очень быстро.

Когда конденсатор служит для пропускания переменного тока и блокирования постоянного, мы называем его разделителънъш конденсатором. Он обеспечивает передачу переменного сигнала из одной части схемы в другую, но блокирует напряжение постоянного тока, которое может существенно отличаться. Я продемонстрирую это свойство, когда мы доберемся до эксперимента 11.

Эксперимент 10. Транзисторные переключатели

Теперь, когда вы изучили свойства конденсаторов, я перейду к другому важному компоненту: транзистору. После знакомства с его работой вы увидите, как конденсаторы и транзисторы могут быть использованы вместе.

Что вам понадобится