Электроника для начинающих

В эксперименте 8, когда вы устанавливали конденсатор параллельно обмотке реле, конденсатор заряжался практически мгновенно перед тем, как разрядиться через обмотку реле. Если бы вы последовательно к конденсатору добавили резистор, то длительность разряда конденсатора, безусловно, возросла бы.

Изменяя длительность разряда конденсатора, вы можете измерять время, что является очень важным.

Снимите все компоненты с вашей макетной платы и используйте ее для сбора другой очень простой схемы, монтаж которой показан на рис. 2.74, где C1 — электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ, R1 — резистор 100 кОм, R2 — резистор 100 Ом и S1 — кнопочный переключатель, который вы уже использовали ранее. Установите на вашем мультиметре режим для измерения постоянного напряжения, подсоедините наконечники измерительных щупов к контактам конденсатора и нажмите на кнопку. Вы должны увидеть, как прибор будет увеличивать показания по мере того, как конденсатор будет накапливать заряд. (Это легче сделать с мультиметром, который не имеет автоматического определения диапазона, поскольку вам не придется ждать до тех пор, пока тестер определит используемый диапазон). Резистор R1 будет замедлять время заряда конденсатора.

Рис. 2.74.Посмотрите, как конденсатор накапливает заряд (увеличивает напряжение на выводах) после того, как вы нажали кнопку.

_{Замените резистор R1 резистором другого номинала, разрядите конденсатор, замкнув его выводы резистором R2, и повторите процесс измерения. S1 — кнопочный переключатель типа Выкл. (Вкл.); R1 — резистор 100 кОм; R2 — резистор 100 Ом; C1 — конденсатор 1000 мкФ} 

Отпустите кнопку, отсоедините ваш мультиметр и разрядите конденсатор, замкнув его выводы резистором R2 в течение одной или двух секунд. Теперь замените резистор R1, установив резистор номиналом 50 кОм, и повторите измерение. Тестер должен завершить отсчет за время, по меньшей мере, в два раза меньшее, чем в предыдущем варианте схемы.

Напряжение, сопротивление и емкость

Представьте, что резистор, имеющий некоторое сопротивление (resistance), это водопроводный кран, а конденсатор это некоторый надувной баллон (balloon) — емкостью (capacitance), которую вы хотите заполнить водой. Когда вы закрываете кран до такой степени, что через него течет маленькая струйка, емкость будет наполняться дольше. Тем не менее медленный поток воды все равно заполнит всю емкость, если вы будете ждать достаточно долго (предполагая, что баллон не будет разорван) и процесс закончится, когда давление внутри емкости не станет равным давлению (pressure) внутри трубопровода, который подает воду через кран (рис. 2.75).

Рис. 2.75. Когда кран закрыт наполовину, емкость будет заполняться дольше, но все равно она может «принять» такое же количество воды, которое будет равно ее объему и которое создаст давление, равное давлению внутри трубопровода

Аналогичное происходит и в нашей схеме, если вы ждете достаточно долго, то напряжение на выводах конденсатора должно достичь того же значения, которое имеет источник напряжения.

В цепи с напряжением питания 12 В конденсатор должен достичь напряжения 12 В (хотя это в итоге займет гораздо больше времени, чем вы думаете).

Это может показаться удивительным, поскольку ранее вы усвоили, что когда вы подаете напряжение на один конец резистора, то вы получаете меньшее напряжение по мере прохождения тока через него. Почему резистор передает полное напряжение, когда соединен с конденсатором?

Забудьте на некоторое время о конденсаторе и вспомните, как вы тестировали два одинаковых резистора с сопротивлением 1 кОм, соединенных последовательно (см. рис. 1.56). В этой ситуации каждый резистор представляет собой половину общего сопротивления цепи, поэтому на каждом резисторе падает половина общего напряжения цепи. Если вы подсоедините наконечник измерительного щупа черного цвета, подключенного к общей клемме (COM) вашего мультиметра, к отрицательному выводу источника напряжения, а затем другим щупом красного цвета, подключенным к гнезду для измерения напряжения (V), коснетесь центральной точки цепи, расположенной между двумя резисторами, то вы получите результат измерения, равный 6 В (рис. 2.76).