Создание простых резисторных схем

Изучая электричество, вы захотите построить свои собственные схемы, используя резисторы и батареи. Некоторые варианты доступны в этом вопросе сборки схемы, некоторые проще, чем другие. В этом разделе я рассмотрю несколько методов изготовления, которые помогут не только построить схемы, показанные в этой главе, но и более сложные схемы.

Использование перемычек с зажимом типа «крокодил» для построения схем

Если все, что мы хотим построить, - это простая схема с одним аккумулятором и одним резистором, мы можем легко использовать зажим крокодила . перемычки вроде этого:

Проволочные перемычки с пружинными зажимами типа «крокодил» на каждом конце обеспечивают безопасный и удобный метод электрического соединения компонентов.

Если бы мы хотели построить простую последовательную схему с одной батареей и тремя резисторами, можно было бы применить ту же технику построения «точка-точка» с использованием перемычек:

Использование беспаечной макетной платы для более сложных схем

Однако этот метод оказывается непрактичным для схем гораздо более сложных, чем эта, из-за громоздкости перемычек и физической хрупкости их соединений. Более распространенный метод временной конструкции для любителей - беспаечная макетная плата . , устройство из пластика с сотнями подпружиненных соединительных розеток, соединяющих вставленные концы компонентов и / или куски сплошного провода 22-го калибра. Здесь показана фотография реальной макетной платы, за которой следует иллюстрация, показывающая простую последовательную схему, построенную на ней:

Под каждым отверстием в макетной плате находится металлический пружинный зажим, предназначенный для захвата любого вставленного провода или вывода компонента. Эти металлические пружинные зажимы соединяются под лицевой стороной макета, обеспечивая соединение между вставленными выводами. Схема соединения соединяет каждые пять отверстий вдоль вертикального столбца (как показано на длинной оси макета, расположенной горизонтально):

Построение последовательной схемы на макетной плате

Таким образом, когда провод или вывод компонента вставляется в отверстие на макетной плате, в этом столбце появляются еще четыре отверстия, обеспечивающие потенциальные точки подключения к другим проводам и / или выводам компонентов. В результате получается чрезвычайно гибкая платформа для построения временных цепей. Например, только что показанная схема с тремя резисторами может быть построена на макетной плате следующим образом:

Построение параллельной схемы на макетной плате

Параллельную схему также легко построить на беспаечной макетной плате:

Ограничения использования макетов

Однако у макетных плат есть свои ограничения. В первую очередь, они предназначены для временного только строительство. Если вы возьмете макетную плату, перевернете ее и встряхнете, любые подключенные к ней компоненты обязательно отсоединятся и могут выпасть из соответствующих отверстий.

Кроме того, макетные платы ограничены схемами с довольно низким током (менее 1 А). Эти пружинные зажимы имеют небольшую площадь контакта и поэтому не могут выдерживать высокие токи без чрезмерного нагрева.

Пайка или обмотка проводов

Для большей стабильности можно выбрать пайку или обмотку проводов. Эти методы включают прикрепление компонентов и проводов к какой-либо конструкции, обеспечивающей надежное механическое расположение (например, фенольная или стеклопластиковая плата с просверленными в ней отверстиями, очень похожая на макет без внутренних пружинных зажимов), а затем прикрепление проводов к закрепленным компонент приводит.

Пайка - это форма низкотемпературной сварки с использованием сплава олова / свинца или олова / серебра, который также плавится и электрически связывает медные предметы. Концы проводов, припаянные к выводам компонентов, или слишком маленькие медные кольцевые «контактные площадки», прикрепленные к поверхности печатной платы, служат для соединения компонентов друг с другом.

При намотке проволоки небольшой провод плотно наматывается вокруг выводов компонентов, а не припаивается к выводам или медным площадкам, а натяжение намотанного провода обеспечивает надежное механическое и электрическое соединение для соединения компонентов друг с другом.

Печатные платы (PCB)

Пример печатной платы , или PCB , предназначенный для использования любителями, показан на этой фотографии:

Эта плата выглядит медной стороной вверх:стороной, на которой выполняется вся пайка. Каждое отверстие окружено небольшим слоем металлической меди для приклеивания к припою. На данной плате все отверстия не зависят друг от друга, в отличие от отверстий на макетной плате без пайки, которые соединены вместе группами по пять штук.

Однако можно приобрести печатные платы с той же схемой подключения с 5 отверстиями, что и макетные платы, и использовать их для построения схем для хобби.

Производственные печатные платы имеют следы меди, нанесенной на фенольный или стекловолоконный материал подложки, чтобы сформировать заранее спроектированные соединительные пути, которые функционируют как провода в цепи. Здесь показан пример такой платы, это устройство фактически представляет собой схему «источника питания», предназначенную для приема 120-вольтного переменного тока (AC) от бытовой розетки и преобразования его в низковольтный постоянный ток (DC).

На этой плате появляется резистор, пятый компонент, считая снизу, расположенный в средней правой области платы.

На нижней стороне платы видны медные «следы», соединяющие компоненты вместе, а также серебристые отложения припоя, скрепляющие компоненты, ведущие к этим следам:

Паяная или обмотанная проволокой схема считается постоянной:то есть она вряд ли случайно развалится. Однако эти методы строительства иногда рассматриваются слишком постоянный. Если кто-то желает заменить компонент или существенно изменить схему, он должен потратить немало времени на отключение соединений. Кроме того, как для пайки, так и для намотки проводов требуются специальные инструменты, которые могут быть недоступны сразу.

Клеммные колодки

Альтернативная технология строительства, используемая во всем промышленном мире, - это клеммная колодка . Клеммные колодки, также называемые барьерными полосами или клеммные колодки , состоят из отрезка непроводящего материала с несколькими небольшими металлическими стержнями, встроенными внутрь. На каждом металлическом стержне есть как минимум один крепежный винт или другой крепеж, под которым можно закрепить провод или вывод компонента.

Несколько проводов, скрепленных одним винтом, электрически являются общими друг с другом, как и провода, прикрепленные к нескольким винтам на одной шине. На следующей фотографии показан один из вариантов клеммной колодки с несколькими присоединенными проводами.

Еще одна клеммная колодка меньшего размера показана на следующей фотографии. Этот тип, иногда называемый «европейским» стилем, имеет утопленные винты, чтобы предотвратить случайное замыкание между клеммами отверткой или другим металлическим предметом:

Схема на клеммной колодке

На следующем рисунке показана схема с одной батареей и тремя резисторами, построенная на клеммной колодке:

Если в клеммной колодке используются крепежные винты для фиксации компонента и конца провода, для закрепления новых соединений или разрыва старых соединений не потребуется ничего, кроме отвертки. В некоторых клеммных колодках используются подпружиненные зажимы, аналогичные макетной плате, за исключением повышенной прочности, которые включаются и отключаются с помощью отвертки в качестве толкателя (без скручивания). Электрические соединения, устанавливаемые клеммной колодкой, достаточно надежны и подходят как для постоянного, так и для временного строительства.

Преобразование принципиальной схемы в схему схемы

Один из важных навыков для каждого, кто интересуется электричеством и электроникой, - это уметь «переводить» принципиальную схему в реальную схему, где компоненты могут быть ориентированы по-разному.

Схематические диаграммы обычно рисуются для максимальной читабельности (за исключением тех немногих примечательных примеров, нарисованных так, чтобы создать максимальную путаницу!), Но практическое построение схем часто требует другой ориентации компонентов. Построение простых цепей на клеммных колодках - один из способов развить навык пространственного мышления «растягивать» провода для создания тех же путей соединения.

Преобразование простой параллельной схемы в схему схемы

Рассмотрим случай параллельной схемы с одной батареей и тремя резисторами, построенной на клеммной колодке:

Переход от красивой, аккуратной принципиальной схемы к реальной схеме, особенно когда подключаемые резисторы физически расположены по линейной схеме. мода на клеммную колодку - не для многих очевидна, поэтому я опишу процесс пошагово. Во-первых, начните с чистой принципиальной схемы и всех компонентов, прикрепленных к клеммной колодке, без соединительных проводов:

Затем проследите соединение проводов от одной стороны батареи к первому компоненту на схеме, закрепив соединительный провод между теми же двумя точками на реальной цепи. Я считаю полезным перерисовать провод на схеме другой линией, чтобы обозначить, какие соединения я сделал в реальной жизни:

Продолжайте этот процесс, провод за проводом, пока не будут учтены все соединения на принципиальной схеме. Было бы полезно рассматривать общие провода в стиле SPICE:сделайте все соединения с общим проводом в схеме за один шаг, убедившись, что каждый компонент, подключенный к этому проводу, действительно имеет соединение с этим проводом, прежде чем продолжить к следующему. На следующем шаге я покажу, как верхние стороны двух оставшихся резисторов соединяются вместе, что является общим с проводом, закрепленным на предыдущем шаге:

Когда верхние стороны всех резисторов (как показано на схеме) соединены вместе и к положительной (+) клемме батареи, все, что нам нужно сделать, это соединить вместе нижние стороны и другую сторону батареи:

Обычно в промышленности все провода маркируются цифровыми бирками, а электрически общие провода имеют тот же номер бирки, как и при моделировании SPICE. В этом случае мы могли бы пометить провода 1 и 2:

Еще одно промышленное соглашение - немного изменить схематическую диаграмму, чтобы указать фактические точки подключения проводов на клеммной колодке. Это требует системы маркировки для самой полосы:номер «TB» (номер клеммной колодки) для полосы, за которым следует другой номер, представляющий каждую металлическую полосу на полосе.

Таким образом, схему можно использовать в качестве «карты» для определения точек реальной цепи, независимо от того, насколько запутанной и сложной может казаться соединительная проводка для глаз. Это может показаться чрезмерным для простой схемы с тремя резисторами, показанной здесь, но такая детализация абсолютно необходима для построения и обслуживания больших схем, особенно когда эти схемы могут охватывать большое физическое расстояние, используя более одной клеммной колодки, расположенной более чем на одна панель или коробка.

ОБЗОР:

• макетная плата без пайки представляет собой устройство, используемое для быстрой сборки временных схем путем подключения проводов и компонентов к электрически обычным пружинным зажимам, расположенным под рядами отверстий на пластиковой плате.
• Пайка представляет собой процесс низкотемпературной сварки, в котором используется сплав свинец / олово или олово / серебро для соединения проводов и выводов компонентов вместе, обычно компоненты крепятся к стекловолоконной плате.
• Обмотка провода представляет собой альтернативу пайке, в которой для соединения компонентов между собой используется проволока небольшого сечения, плотно намотанная вокруг выводов компонентов, а не сварное соединение.
• клеммная колодка , также известная как барьерная полоса или клеммная колодка - еще одно устройство, используемое для монтажа компонентов и проводов для построения цепей. Винтовые клеммы или тяжелые пружинные зажимы, прикрепленные к металлическим стержням, обеспечивают точки соединения для концов проводов и выводов компонентов. Эти металлические стержни устанавливаются отдельно на кусок непроводящего материала, такого как пластик, бакелит или керамика.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист юридической практики Ома с листом ответов
• Рабочий лист серии DC Circuits с листом ответов
• Таблица последовательно-параллельных цепей постоянного тока