Конденсатор
Конденсатор обладает способностью накапливать электрический заряд (заряжаться). Единицей электрической емкости конденсатора является фарада (Ф) - дань памяти великому английскому ученому Майклу Фарадею.
Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд он может накопить. Самой большой емкостью обладают электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы имеют положительный и отрицательный полюса.
При включении конденсатора в электрическую цепь необходимо соблюдать его полярность, иначе конденсатор может выйти из строя. На корпусе электролитических конденсаторов вместе со значением емкости указывается значение рабочего электрического напряжения. Включение конденсатора в цепь, напряжение в которой превосходит его рабочее напряжение, не допускается.
Заряд конденсатора
Попробуем зарядить конденсатор. Подсоединим электролитический конденсатор с емкостью 100 микрофарад (100 µF) к полюсам источника тока так, как показано на схеме. Это можно сделать как вручную, удерживая проводники пальцами, так и воспользовавшись макетной платой.
Когда напряжение на конденсаторе уравняется с напряжением источника питания, процесс заряда конденсатора закончится и ток в цепи станет равным нулю. То есть, по окончании заряда электрическая цепь окажется разомкнутой.
Подождем несколько секунд, чтобы конденсатор успел зарядиться, и отсоединим его от источника питания.
Заряженный конденсатор может быть использован в качестве источника энергии. Подключим к нему светодиод, как показано на следующей схеме.
Заметим, что светодиод загорелся на мгновение и снова погас – это означает, что конденсатор полностью разрядился.
Попробуйте проделать этот опыт с конденсаторами разной емкости.
Мультивибратор
Используя свойство конденсатора заряжаться и разряжаться можно построить простейший генератор импульсов, который называется мультивибратор. Мультивибраторы широко применяются в автоматике,
с помощью мультивибратора можно заставить мигать светодиоды или периодически включать и выключать электромоторы.
Мультивибратор имеет два одинаковых плеча, которые представляют собой простые усилительные каскады. Выход каждого из каскадов соединен со входом другого, обеспечивая положительную обратную связь. Схема может находиться в одном из двух временно устойчивых состояний и периодически переходит из одного в другое и обратно.
Мультивибратор. Схема
После включения мультивибратора конденсаторы начинают заряжаться и разряжаться попеременно, а на выходах каждого из каскадов появляются импульсы электрического тока (начинают меняться высокий и низкий уровни напряжения). У симметричного мультивибратора длительность импульса и длительность паузы одинаковы.
Как нетрудно догадаться время переключения мультивибратора задают емкости конденсаторов, которые в симметричном мультивибраторе должны быть одинаковыми. Кроме того, должно обеспечиваться попарное равенство резисторов R1 и R4, R2 и R3. При этом R1 должен быть значительно меньше, чем R2.
Схему мультивибратора для удобства восприятия можно представить и расположив усилительные каскады последовательно. (Нумерация компонентов сохранена по предыдущей схеме.)
Мультивибратор. Схема с последовательным изображением каскадов
Подключение микросхемы показано на следующей схеме.
Попробуем собрать мультивибратор на макетной плате. При этом можно не снимать макетную плату с платформы робота, если она на ней закреплена, так как следующий наш робот будет построен на основе собранной вами схемы мультивибратора.
При сборке мультивибратора следите за тем, чтобы выводы конденсаторов и других деталей не замыкались друг с другом.
Настройка периода колебаний мультивибратора
На период колебаний мультивибратора влияют емкости конденсаторов, подключенные ко входу каждого из инверторов.
Попробуйте изменить длительность импульсов меняя в схеме конденсаторы. Используйте два конденсатора с емкостью 220 микрофарад (220 µF), а затем с емкостью 470 микрофарад (470 µF). Для нормальной работы мультивибратора емкости конденсаторов должны быть одинаковыми.