Электроника для начинающих

Для изменения интенсивности света, производимого с помощью светодиода, мы могли бы использовать резистор, уменьшающий ток. Однако для включения светодиоды требуют определенного напряжения и тока, работая по принципу «ВКЛ-ВЫКЛ», они включены или выключены. С добавлением сопротивления можно варьировать ток, протекающий через них, изменяя таким образом яркость свечения. Для изменения интенсивности света мы должны прибегнуть к одной уловке, которая состоит во включении и выключении светодиода несколько раз в секунду. Это напоминает то, что происходит в кино, где движущаяся картина состоит из множества кадров в быстрой последовательности. Представьте, что у нас есть стопка с сотней фотографий нашего включенного светодиода, теперь быстро пролистаем эти фото: мы увидим фильм со светящимся светодиодом.

Теперь представим стопку с сотней фотографий выключенного светодиода и пролистаем ее: мы увидим выключенный светодиод. Что произойдет, если мы заменим один из снимков включенным светодиодом? Нам покажется слабое свечение. Заменим большее количество снимков: если бы мы имели пятьдесят снимков включенного светодиода и пятьдесят фото выключенного светодиода, тогда нам казалось бы, что светодиод горит наполовину.

Рис. 2.30. ШИМ-сигналом легко регулировать интенсивность света светодиода

Этот эффект в электронике получают с помощью сигнала, называемого ШИМ-сигнал (широтно-импульсная модуляция). Это электрический сигнал, который принимает либо значение 0 В, либо максимальное, то есть сигнал либо «включен», либо «выключен». Последовательность повторяется очень быстро в течение одной секунды, эффект не замечается человеческим глазом так же, как и в кино!

ШИМ-сигналы легко создать при помощи микроконтроллеров или с помощью интегральных схем.

Конденсаторы

Конденсаторы – это компоненты, способные накапливать электрические заряды. Они изготовлены в форме «сэндвича», сделанного из двух слоев проводящего материала, пластин, вмещающих изолирующий слой (иногда это просто воздух), называемый диэлектриком. В этом элементе нет контакта между частями и, следовательно, через него не протекает ток! Так и происходит в рабочем режиме, при постоянном токе. При использовании транзисторов либо при переменном токе конденсаторы ведут себя как специальные резисторы. На пластинах, из-за действия приложенных токов и напряжений, накапливаются заряды, положительные на одной стороне и отрицательные на противоположной. «Странное» поведение обусловлено изменением зарядов на пластинах. Способность удерживать заряд на пластинах называется емкость и выражается в фарадах (Ф), в честь английского физика Майкла Фарадея, жившего в начале XIX века. Емкость конденсаторов имеет очень широкий диапазон значений, начиная от тысяч микрофарад (мкФ) в конденсаторах, используемых в крупных источниках питания или усилителях, до пикофарад (пФ) в компонентах, используемых для радио и компьютеров. Конденсатор можно сравнить со стаканом, способным накапливать небольшое количество воды. На самом деле конденсатор больше похож на стакан с небольшим отверстием, через которое вода постепенно вытекает из стакана. Отверстие представляет собой потери заряда, которые неизбежно присутствуют в элементе.

Рис. 2.31. Изображение структуры конденсатора, в котором видны пластины и диэлектрик

Если мы подадим переменный ток на конденсатор, он будет вести себя как резистор: с увеличением частоты его сопротивление будет уменьшаться все больше и больше, пока не станет почти нулевым. Правильный термин, однако, это не сопротивление, а реактанс (реактивное сопротивление), который по-прежнему выражается в омах. Формула для определения реактивного сопротивления конденсатора при определенной частоте:

В формуле необходимо указать частоту колебаний тока в герцах, а значение емкости конденсатора в фарадах; постоянная Пи равна 3,14.

Давайте посмотрим, сколько составит реактивное сопротивление для 1 мкФ (10⁻⁶

) при 50 Гц.

При частоте 1 кГц (10³):

При частоте 100 кГц (10⁵):

Различение конденсаторов

Конденсаторы изготавливают с использованием различных технологий, которые отличаются друг от друга типом используемого материала для диэлектрика: это может быть керамика, пластик, бумага, специальные жидкости и металлы. Некоторые конденсаторы имеют полярность, которую необходимо соблюдать, чтобы не повредить компонент. На корпусе написана полезная информация для соблюдения значений, максимального рабочего напряжения, а также для определения полярности. Важно соблюдать максимальное рабочее напряжение, в противном случае вы рискуете повредить компоненты, продырявив диэлектрик. Гораздо сложнее определить значение конденсатора. Конденсаторы из различных материалов имеют разную форму, внешний вид и требования к эксплуатации. По сравнению с резисторами конденсаторы имеют гораздо более высокие погрешности (около 10 % и больше), и их реальное значение может сильно отличаться от номинального значения.