Основы

Основы электроники

Основы электроники и схемотехники начинаются с изучения последовательных и параллельных соединений электронных компонентов и их свойств.

Последовательное и параллельное соединение батарей

При последовательном соединении общее напряжение (Вольты) батареи равно сумме напряжений входящих в нее элементов. Получившаяся батарея будет иметь ту же емкость, что и одиночный элемент. При этом через все элементы будет течь одинаковый ток (Амперы), а максимально допустимый ток, который можно получить при разрядке батареи, равен максимальному току, который можно получить от одного элемента.


При параллельном соединении одинаковых элементов общее напряжение батареи (Вольты) будет равно напряжению одного элемента, а общий ток (Амперы) будет равен сумме токов каждого элемента. Емкость такой батареи равна сумме емкостей входящих в нее элементов.


Резюмируя, можно сказать, что последовательное соединение элементов в батарее увеличивает напряжение (Вольты), а параллельное соединение увеличивает ток (Амперы) и емкость (Амперы/Час).

На практике при создании BEAM-роботов своими руками чаще всего используют последовательно соединенные пальчиковые батареи по 1,5 вольта. Таким образом, три батареи дают 4,5 вольта, а четыре – 6 вольт.


Соединяют батареи как при помощи пайки, используя короткие отрезки проводов, так и применяя специальные отсеки для батарей.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

При последовательном соединении общее сопротивление составного резистора будет равно сумме сопротивлений отдельных резисторов.





При параллельном соединении величина обратная полному сопротивлению, равна сумме величин, обратных сопротивлений ветвей.





При использовании такого соединения резисторов, через каждый резистор потечет свой ток. Сила этого тока для каждого резистора будет обратно пропорциональна его сопротивлению. Таким образом, общая проводимость участка цепи с параллельным соединением резисторов увеличится, а его общее сопротивление наоборот уменьшится.

Для расчета сопротивления двух параллельно соединенных резисторов формула примет следующий вид:


Для трех:


При параллельном соединении двух одинаковых резисторов, их общее сопротивление будет равным половине сопротивления одного из резисторов:


Для N одинаковых резисторов:


Для параллельно подсоединенных резисторов с различным сопротивлением, их общее сопротивление окажется всегда меньше самого маленького из сопротивлений.

Если резисторы на участке цепи соединены между собой частично параллельно, а частично последовательно, то такое соединение называют смешанным. В зависимости от итогового типа соединения, смешанные соединения могут быть параллельного и последовательного типов.

Соединение резисторов

Используя приведеные выше формулы, мы можем, например, из трех резисторов получить сборки с шестью различными сопротивлениями. Рассмотрим это на примере трех резисторов с сопротивлением 1К (1 килоом) каждый.

Соединение конденсаторов

Для параллельного соединения конденсаторов, их общая емкость складывается. При этом допустимое напряжение для всего набора конденсаторов будет равно самому малому значению допустимого напряжения из всего набора.




При последовательном соединении уменьшается общая емкость и увеличивается общее напряжение конденсаторов.




Общее напряжение в данном случае будет равно сумме всех напряжений конденсаторов.

Закон Ома

Для вычисления напряжения, тока и сопротивления в цепи используют самый главный закон в электронике и электротехнике, который был эмпирически открыт в 1826 году Георгом Омом и получил его имя.

Соглано закону Ома для участка цепи, сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:


Где

I – величина тока, протекающего через участок цепи;
U – величина приложенного напряжения к участку цепи;
R – величина сопротивления рассматриваемого участка цепи.


При помощи второго варианта закона Ома для участка цепи можно вычислить приложенное напряжение к участку цепи, если мы знаем величину тока, протекающего через участок, и сопротивление этого участка.



Третий вариант закона Ома для участка цепи, позволяет вычислить сопротивление участка цепи по известным величинам напряжения и тока.



Используя третий вариант закона Ома можно, например, расчитать сопротивление ограничительного резистора для подключения светодиода к электрической цепи с напряжением, превышающим рабочее напряжение светодиода.

Подключение светодиодов


Предположим, что мы хотим подключить светодиод с рабочим напряжением 2В (2 вольта) и потреблением тока 20mA (20 миллиампер) к электрической батарее с напряжением 6В (6 вольт). Нам необходимо расчитать сопротивление ограничительного резистора. Падение напряжения на резисторе должно составлять 6В - 2В = 4В. Так как сила тока на всех участках цепи одинаковая, значит на нашем резисторе будет столько же ампер, сколько и на светодиоде, а именно 20mA = 0,02A. Используя закон Ома вычислим сопротивление резистора.






Сопротивление ограничительного резистора лучше выбирать с небольшим запасом. В нашем случае оно может быть 220 Ом.


Подключение светодиода

Основы схемотехники

При создании схем следует помнить о том, что можно разветвлять проводники, но нельзя соединять напрямую проводники, по которым могут проходить сигналы с разными значениями, иначе возникнет короткое замыкание.