Файл: Понятие электричества.pdf

Делитель напряжения
Последовательно подключённые резисторы делят поступающее на них напряжение в определённой пропорции.
Расчёт пропорции
Сила тока, протекающая через резисторы одинакова, т.к. они соединены последовательно, и по закону Ома может быть рассчитана как:
По тому же закону Ома можно вычислить напряжение V
out
, которое падает на резисторе R
2
:
Из полученной формулы видно, что чем больше R
2
относительно R
1
, тем большее напряжение падает на нём.

Считывание резистивных сенсоров
Если вместо R
2
использовать не постоянный резистор, а датчик, который меняет своё сопротивление, V
out
будет зависеть от измеряемого значения.
Микроконтроллер умеет измерять напряжение. Таким образом, мы можем использовать свойства делителя напряжения для получения показаний от сенсора.
Примеры резистивных датчиков
Термистор
Термистор изменяет своё сопротивление в зависимости от собственной температуры
Фоторезистор
Фоторезистор (англ. Light Dependent Resistor или сокращённо LDR) изменяет своё сопротивление в зависимости от силы света, попадающего на его керамическую «змейку»
Потенциометр

Потенциометр ещё называют переменным резистором, триммером. Это делитель из двух резисторов в одном корпусе. Поэтому у него 3 ноги: питание, выход, земля.
Соотношение R
1
и R
2
меняется поворотом ручки. От 100% в пользу R
1
до 100% в пользу R
2

Биполярный транзистор
Транзистор — это электронная кнопка. На кнопку нажимают пальцем, а на биполярный транзистор — током.
Транзисторы используют для управления мощными нагрузками при помощи слабых сигналов с микроконтроллера.

Нога, выполняющая роль «кнопки» называется база (англ. base)

Пока через базу течёт небольшой ток, транзистор открыт: o
Большой ток может втекать в коллектор (англ. collector) o и вытекать из эмиттера (англ. emitter)
Основные характеристики
Макс. напряжение коллектор-эмиттер V
CE
Вольт
Максимальный ток через коллектор
I
C
Ампер
Коэффициент усиления
h
fe
Типовая схема подключения

Транзистор усиливает максимально допустимый ток в h
fe
раз:
Пример расчёта
Если управляющий сигнал на базе транзистора с h
fe
и резистором номиналом 1 кОм составляет 5 вольт:

Какой максимальный ток сможет пропустить через себя транзистор?

Каким по величине будет управляющий ток?

Дано
Найти
Решение
Вывод
Если на базу подаётся 5 В через резистор в 1 кОм, транзистор откроется настолько, что будет способен пропустить до 250 мА. При этом управляющий ток составит всего 5 мА

Полевой транзистор
Полевой MOSFET-транзистор — ключ для управления большими токами при помощи небольшого напряжения.

«Кнопка» называется затвором (англ. gate)

Пока на затворе есть небольшое напряжение, транзистор открыт: o
Большой ток может втекать в сток (англ. drain) o и вытекать из истока (англ. source)
В отличие от биполярного транзистора полевой контролируется именно напряжением, а не током. Т.е. в открытом состоянии ток через затвор не идёт.
Используйте MOSFET для управления большими токами, от сотен миллиампер, когда дешёвого биполярного транзистора уже не достаточно.
Основные характеристики
Максимальное напряжение сток-исток V
DS
Вольт
Максимальный ток через сток
I
D
Ампер
Сопротивление сток-исток
R
DSon
Ом
Рассеиваемая мощность
P
D
Ватт
Типовая схема подключения

Рассеивание тепла
Транзистор не идеален и часть пропускаемой мощности превращается в тепло.
Если P
H
превысит P
D
, без помощи дополнительного охлаждения транзистор сгорит.

Пьезодинамик
Пьезоизлучатель звука (англ. buzzer) переводит переменное напряжение в колебание мембраны, которая в свою очередь создаёт звуковую волну.
Иначе говоря, пьезодинамик — это конденсатор, который звучит при зарядке и разрядке.
Основные характеристики
Рекомендуемое (номинальное) напряжение V Вольт
Громкость (на заданном расстоянии)
P Децибел
Пиковая частота
f
P
Герц
Ёмкость
C Фарад
Амплитудно-частотная характеристика
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) определяет громкость звука в зависимости от частоты управляющего сигнала, который и определяет высоту звучащей ноты.
Идеальная АЧХ — это прямая, т.е. одинаковая громкость вне зависимости от частоты. Но мир не идеален и разные виды излучателей имеют разные отклонения от идеала.

Подключение напрямую
Пьезодинамик потребляет всего пару мА, поэтому можно смело подключать его прямо к микроконтроллеру
Для звучания нужно подавать на динамик квадратную волну. Какой частоты будет волна, такой частоты будет и звук
Подключение с регулировкой громкости

Мотор
Мотор переводит электрическую энергию в механическую энергию вращения.
Самый простой вид мотора — коллекторный. При подаче напряжения в одном направлении вал крутится по часовой стрелке, в обратном направлении — против часовой
Основные характеристики
Рекомендуемое (номинальное) напряжение V Вольт
Потребляемый ток без нагрузки
I
F
Ампер
Потребляемый ток при блокировке
I
S
Ампер
Скорость вращения без нагрузки
ω с-¹
Максимальный крутящий момент
τ Н×м
Крутящий момент
Крутящий момент определяет какая сила воздействует на точку рычага на заданном расстоянии от оси вращения.
Силу иногда упрощённо измеряют в килограммах против гравитации Земли. А крутящий момент — в кг×см. Американцы любят измерять крутящий момент в унциях на дюйм (англ. oz×in).

Схема подключения без возможности реверса
Моторы — мощные потребители с рядом побочных эффектов. Для управления ими необходимы дополнительные компоненты.
Предельные характеристики
I
S
всегда много больше I
F
и для хобби-моторов составляет до 2 А. Выбирайте транзистор и диод, способные выдержать этот ток или не допускайте блокировки мотора.