Электроника для начинающих (2-е издание)

Рис. 1.56. Снимок экрана с техническим паспортом светодиода

Как подобрать резистор?

Для простой схемы, показанной на рис. 1.57, вам следует определить правильный номинал резистора.

Начнем с повторения правила, которое я приводил ранее:

• Если вы определяете разность потенциалов для всех устройств в цепи, общее значение останется таким же, как напряжение батареи питания.

Рис. 1.57. Эта простая схема позволяет вам вычислить номинал резистора

Батарея обеспечивает напряжение 9 В, из которых 2 В необходимо светодиоду. Поэтому резистор должен понижать напряжение на 7 В. А что насчет силы тока? Вспомните другое известное вам правило:

• Сила тока в простой цепи одинакова в любой ее точке.

Поэтому сила тока через резистор будет такой же, как сила тока через светодиод. Ваша цель – 20 мА, но закон Ома требует приведения всех единиц к соответствию. Если вы работаете с вольтами и омами, вы должны выразить силу тока в амперах. 20 мА составляют 20/1000 ампер, что равно 0,02 ампера.

Теперь вы можете записать то, что вам известно:

V = 7

I = 0,02

Какой вариант формулы закона Ома необходимо использовать? Тот, в котором искомый параметр находится слева:

R = V / I

Теперь подставим значения V и I в формулу:

R = 7 / 0,02

Для расчетов с десятичным разделителем существует прием, о котором я расскажу, но чтобы сэкономить время, получите ответ с помощью калькулятора:

7 / 0,02 = 350 Ом

Это нестандартный номинал резистора, но существует типовое значение 330 Ом. Кроме того, в том случае, если у вас более чувствительный светодиод, можно взять более высокий стандартный номинал – 470 Ом. Вы, вероятно, помните, что я выбрал резистор 470 Ом для эксперимента 3. Теперь вы знаете почему: я предварительно вычислил его номинал.

Некоторые люди совершают ошибку, полагая, что при делении значения напряжения на силу тока для определения подходящего номинала последовательного резистора они должны подставить величину напряжения питания (в данном случае 9 В). Это неправильно, потому что питающее напряжение подается и на резистор, и на светодиод. Чтобы найти требуемый номинал резистора, вы должны рассматривать разность потенциалов только на нем, а она равна 7 В.

Что произойдет, если вы возьмете другой источник питания? Далее в этой книге в ряде экспериментов вы будете использовать источник 5 В. Как это изменит соответствующий номинал резистора?

Напряжение на светодиоде по-прежнему составляет 2 В. Источник питания выдает 5 В, поэтому резистор должен понижать его на 3 В. Сила тока должна быть одинаковой, и тогда расчет выглядит так:

R = 3 / 0,02

Таким образом, номинал резистора составит 150 Ом. Но вовсе не обязательно, чтобы светодиод обеспечивал максимальную световую отдачу, а возможно даже, что у вас окажется светодиод, у которого предельный ток меньше 20 мА. Кроме того, если схема питается от автономного источника, то желательно уменьшить потребление энергии, чтобы батареи хватило на более долгое время. Учитывая это, вы можете выбрать более высокий стандартный номинал резистора – 220 Ом.

Нагрев проводов

Я уже упоминал, что провода имеют очень низкое сопротивление. Настолько ли оно мало, что его всегда можно игнорировать? Не совсем так. Если по проводу протекает большой ток, провод будет нагреваться, как вы сами могли это увидеть, когда замыкали 1,5-вольтовую батарею в эксперименте 2. И если провод становится горячим, вы можете быть уверены, что некоторое напряжение падает на самом проводе, в результате для любого подключенного устройства напряжение окажется меньше расчетного.

Опять-таки, чтобы провести расчеты, пригодится закон Ома.

Предположим, что очень длинный отрезок провода имеет сопротивление 0,2 Ом. Вы желаете пропустить через него ток в 15 А, чтобы запустить устройство, которое потребляет много энергии.

Начинаем с выписывания известных величин:

R = 0,2 (сопротивление провода)

I = 15 (сила тока в цепи)

Вам нужно найти падение напряжения между двумя концами провода (V). Поэтому следует выбрать тот вариант закона Ома, который содержит символ V слева:

V = I × R

Теперь подставим значения:

V = 15 × 0,2 = 3 В

Три вольта – несущественная величина, если у вас есть высоковольтный источник питания, но когда вы используете автомобильный аккумулятор на 12 В, такой отрезок провода будет потреблять четверть от имеющегося напряжения.

Теперь вы знаете, почему проводка в автомобилях выполнена довольно толстым кабелем – чтобы по возможности снизить падение напряжения.

Десятичные значения