На новогодних каникулах я решила заняться рукоделием и пайкой.
Предлагаю простой дизайн для повторения.
Попутно разберемся в принципе его работы.
Но сначала поговорим о косвенном методе измерения сопротивления.
Представьте себе, что задача — измерить сопротивление резистора без использования омметра.
Взгляните на простую схему: батарея слева, тестируемый резистор вверху.
прием , последовательно соединенные амперметр и переменный резистор сопротивлением один килоом.
Вращая ручку резистора, добиваемся тока в цепи, равного 10 мА.
Обратите внимание, что напряжение аккумулятора (или блока питания) не играет принципиальной роли и может составлять около 5-9 вольт; главное точно регулировать ток в цепи.
Внимание! Если вы хотите повторить схему в реальности, то возьмите резистор сопротивлением около нескольких сотен Ом (идеально 150-300), и обязательно включите амперметр, начиная с верхнего предела измерения (например, 2 ампера).Если у вас нет инструментов, это не имеет значения.).
Перед первым включением установите положение ручки потенциометра примерно посередине.
Если вы что-то испортите, есть риск необратимо повредить устройство из-за высокого тока! В юности я в мгновение ока сжег катушку измерительного прибора и это было очень обидно.
Хотя некоторые современные цифровые устройства имеют предохранитель, рисковать не стоит. Добросовестно еще раз проверьте диаграмму.
Вы можете открыть эта диаграмма в симуляторе.
Теперь, не размыкая цепь, измерим вольтметром напряжение, которое создается протекающим током через исследуемый резистор.
Так: 
Прибор показывает значение 3,266 Вольт. Давайте вспомним закон Ома из школьного курса физики и применим его.
R=U/I U=3,266 I=0,01 (так как 10 мА = 0,01 А) Подставляем и получаем: R=326,6 Ом Если подключить щупы вольтметра к выводам настоящего амперметра, мы узнаем, какое падение напряжения на нем и его внутреннее сопротивление.
Попробуйте этот эксперимент и узнайте Р внутренний вашего устройства на разных лимитах.
(Помните об опасности повреждения прибора при малых диапазонах измерения!) Обратите внимание, что в симуляторе амперметр имеет нулевое внутреннее сопротивление.
Столь простые и примитивные эксперименты несправедливо обесцениваются многими начинающими радиолюбителями.Этот эксперимент продемонстрировал принцип работы приставки для измерения малых сопротивлений.Я сам поначалу так думал, за что поплатился серьезными пробелами в знаниях, что в конечном итоге привело к многолетним заблуждениям.
Если имеется источник тока с внутренним автоматическим регулированием, то мы получаем возможность измерить сопротивление по напряжению участка цепи.
Если вы чувствуете дискомфорт от фразы «ток создает напряжение на резисторе», не спешите возмущаться, ведь этот парадоксальный момент я постараюсь осветить подробнее в другой статье, а пока просто примите это как данность :)
▍ Схема и работа приставки
Схема, которую я предлагаю повторить найденный в журнале «Радио» №2, 1998г.Автор С.
Овсяк Я его немного доработал под имеющиеся детали, заменил микросхему операционного усилителя на LM358 и транзистор КТ817 или КТ815 (можно использовать любой мощный npn-транзистор с распиновкой эмиттер, коллектор, база в корпусе ТО220).
Еще я убрал переключатель и предел измерения 20 Ом.
Для упрощения.
Но сначала давайте разберемся, как работает схема.
Я перерисовал его для симулятора, упростив, но сохранив основную суть: 
Сначала посмотрите на левую сторону, которая представляет собой резистивный делитель напряжения.
Он питается стабилизированным напряжением +5В, которое обеспечивает микросхема 78L05. Суть ее работы можно описать примерно следующим образом.
На вход подается напряжение, превышающее напряжение стабилизации; на входе получаем стабилизированные пять вольт. Микросхема как бы «отрезает» все, что находится выше порога стабилизации, и рассеивает это в виде тепла в окружающее пространство.
Стабилизированное напряжение «делится» на две части делителем, из которых используется малая часть в один вольт. Это напряжение можно считать опорным, независимым от внешних условий.
Микросхема 78L05 также питает операционный усилитель.
Важно понимать, что точность схемы определяется линейным стабилизатором.Благодаря обратной связи ток через измеряемое сопротивление прием не зависит от напряжения источника питания всей схемы, которое может составлять 8-24 вольта.
▍ Обратная связь
Теперь рассмотрим схему «источник питания – прием — силовой транзистор — резистор сопротивлением 10 Ом».Ток, текущий по этому пути, создает напряжение на всех элементах цепи.
Но нас интересует напряжение на резисторе сопротивлением 10 Ом, который в схеме выполняет роль датчика тока.
Давайте представим, что прием изменил сопротивление, и возросший ток через датчик создал на нем напряжение выше 1 вольта.
Это приведет к тому, что напряжение на инвертирующем входе (тот, что со знаком минус) станет выше опорного (на неинвертирующем входе, который со знаком плюс), это вызовет уменьшение сигнал на выходе ОУ.
Что повлечет за собой уменьшение тока, протекающего в базу транзистора, до тех пор, пока напряжение на обоих входах ОУ не станет равным.
Работа этой схемы аналогична работе механического устройства, называемого центробежным регулятором.
Фото: Мирко Юнге, Лондонский музей науки, источник: Фонд Викимедиа
Суть его работы.
На вращающейся оси расположены грузы, закрепленные на рычагах.
По мере увеличения числа оборотов грузы расходятся под действием центробежной силы и через шарниры сила передается на дроссельную заслонку двигателя, снижая обороты.
Видеофрагмент работы центробежных регуляторов, есть английская озвучка, но есть русские субтитры.
В системе реализована обратная связь таким образом, чтобы стабилизировать параметры на определенном уровне, заданном разработчиком конструкции.
▍ Операционный усилитель
Здесь важно в общих чертах описать принцип работы ОУ.Надеюсь, что мне удастся сделать это правильно и без ошибок, так как я сам любитель.
Операционный усилитель – это специальное устройство, выполненное в виде микросхемы, отличающееся высоким коэффициентом усиления и наличием дифференциального входа.
Я думал о том, как визуализировать дифференциальный вход операционного усилителя.
И мне кажется, я нашел хорошую аналогию.
Представьте себе прямой руль велосипеда.
Воображаемая модель отличается от реального руля тем, что малейшее отклонение в сторону от прямого положения моментально поворачивает руль на максимальный угол.
Наверняка вы ездили на настоящем велосипеде и знаете, что если потянуть за оба конца руля с одинаковой силой, колесо не повернется.
То же самое произойдет, если вы изо всех сил оттолкнете от себя обе ручки.
Но если толкающая и тянущая силы разные, руль повернется.
Повернуть руль можно, используя только давление на руль, или, наоборот, только силу тяжести к себе.
При должном умении управляться можно, держась за два отрезка веревки.
Или толкать двумя палками (пробовал оба варианта :) Велосипедный руль является чем-то вроде механического аналога дифференциального входа ОУ и позволяет в общих чертах понять принцип работы.
Но, пожалуйста, не останавливайтесь на этой примитивной аналогии; Предлагаю вам самостоятельно углубиться в изучение этого замечательного класса устройств.
Хорошее мнемоническое правило: ОУ устанавливает выходной сигнал на «+» (положительный уровень питания схемы, также известный как VCC), если напряжение на его входе «+» выше, чем на входе «-» .Схема имеет петлю обратной связи, которая позволяет операционному усилителю выравнивать напряжения на своих входах, действуя через выход и цепь обратной связи.Обратное тоже верно.
Если сигнал на инвертирующем входе выше, чем на противоположном входе, то на выходе становится потенциал «минус мощности».
То есть ОУ «управляет» транзистором таким образом, что результирующий ток создает напряжение 1 Вольт на резисторе сопротивлением десять Ом.
По закону Ома нетрудно посчитать, что этот ток будет равен 100 мА.
Операционный усилитель принимает сигнал со своего прямого входа, к которому подключен выход делителя, в качестве опорного.
Реальные радиодетали имеют ряд параметров.
Усиливающие свойства транзисторов могут «плавать» из-за температуры.
Но благодаря схемотехнике ОУ постоянно контролирует напряжение на входах и «включает газ», когда ток через нагрузку недостаточен, или наоборот «закрывает» транзистор, когда ток слишком велик.
Да простят меня настоящие инженеры за такое бесплатное изложение.
Статья предназначена для тех, кто только начал свой путь в электронике или не собирается заниматься ею профессионально, наслаждаясь этим как хобби (как и я).
Так как резистор, который используется в схеме, будет отличаться незначительно, ровно на 10 Ом.
Кроме того, ток, выходящий из эмиттера транзистора, будет суммой двух токов.
Коллектор (который прошел прием ) и слабый основной.
Для компенсации устройству требуется калибровка.
Для этого вместо этого прием устанавливается амперметр и подстроечным многооборотным резистором устанавливается значение протекающего тока ровно 100 мА.
Как описано в статье в журнале Радио.
Я использовал сразу два устройства, соединенных последовательно: огромный лабораторный выключатель М2018 (купил на Авито за 600 рублей :) и советский Б7-41, который мне подарил отец.
Показания немного отличаются, но я решил довериться электронному прибору, так как указатель давал немного разные (буквально на толщину иглы) на разных пределах.
С неизмененными цифровыми показаниями.
Думаю, что точность достаточная для радиолюбительского использования.
Если у вас нет инструментов и умения собрать схему, то предлагаю ее модель в симуляторе.
▍ Сборка и пайка
Схему я перерисовал в китайском браузерном инструменте для разметки плат EasyEDA и в нем создал плату, адаптированную для сборки на макетной плате.
Обратите внимание, что в данной микросхеме два ОУ, у второго оба входа «посажены» на землю, чтобы он не улавливал помех и не переключался хаотично.
Подскажите пожалуйста, как использовать второй ОУ.Для удобства сборки я отзеркалил плату, чтобы ее было видно со стороны выводов.Хочу использовать его и расширить функции прибора, а также сделать схему с двумя пределами измерения, как в оригинальной.
Может быть, превратить его в регулируемый источник тока, чтобы можно было питать и тестировать светодиоды и лазерные диоды? Что вы думаете?
Синие дорожки спаяны из зачищенного одножильного медного провода, а красные — из изолированного медного провода.
Обожаю МГТФ (с тефлоновой изоляцией); он хорошо лудится, прекрасно гнется и имеет тонкую изоляцию, не плавящуюся при пайке.
При установке транзистора ориентируйтесь на контактную площадку квадратной формы, так обозначен первый вывод. Если держать транзистор маркировкой к себе, то первый вывод (эмиттер) окажется слева.
Трехногий стабилизатор делает то же самое.
У микросхемы LM358 первый вывод отмечен точкой на корпусе.
Если смотреть сверху, отведения отсчитываются против часовой стрелки.
Если кому-то нужны платы *.
gerber, дайте знать.
Кстати, конденсаторы, светодиод и его токоограничивающий резистор устанавливать не придется.
Эти детали не влияют на работу схемы.
Диод служит для защиты устройства от перенапряжения при отключении нагрузки.
прием .
Принцип действия защиты заключается в том, что низкоомная нагрузка шунтирует диод, который перестает проводить ток при напряжении на нем менее 0,6-0,8 вольта.
Если вы не понимаете, как это работает, я подготовил небольшой схема для симулятора , попробуйте замкнуть ключ и посмотрите на график вольтамперной характеристики диода в эти моменты.
Измерения сопротивления с насадкой необходимо производить на пределе измерения прибора, равном 200 милливольтам (мВ).
Один милливольт будет равен одному миллиому или одной тысячной ома.
Щупы вольтметра необходимо подключать непосредственно к месту подключения «крокодилов» устройства, чтобы сопротивление проводов, по которым он подключается от приставки, не входило в измеряемую цепь.
прием .
Кстати, именно по этой причине некоторые высокоточные измерительные резисторы имеют четыре вывода.
Казалось бы, абсурд. Ан нет, ток подается через две противоположные клеммы, а с двух других клемм снимается напряжение, чтобы сопротивление клемм не попало в измерительный участок цепи.
Существуют и SMD аналоги аналогичного четырехпроводного подключения.
Посмотрите, какой он красивый.
Из коллекции автора.
▍ Советы по сборке
Если вы только начинаете свой путь, хочу дать вам несколько советов, как избежать негативных эмоций и ошибок при сборке и настройке схем.
- При выборе деталей проверяйте каждую на работоспособность и соответствие номиналу.
Лучшим помощником радиолюбителя является «тестер транзисторов», который стоит недорого и заменяет сразу несколько приборов.
Рекомендую взять GM328A. Он может измерять сопротивление, емкость, индуктивность, напряжение до 50 В, частоту.
Может работать как генератор сигналов и генератор сигналов ШИМ.
Он сам определит цоколевку и параметры диода, транзисторов (полевых, биполярных), некоторых стабилитронов и тиристоров.
- Детали проекта собирайте по мере их поступления в отдельный контейнер с крышкой.
- Прежде чем впаивать детали в плату, проверьте их номинал.
Я целый день возился с этой схемой, прежде чем обнаружил ошибку - перепутаны резисторы делителя.
- Попробуйте поискать ошибки в схеме утром, когда вы отдохнули.
Иногда они очень простые, но в истощенном состоянии мозг их не замечает. Так вы будете испытывать меньше негативных эмоций при работе и отладке.
- Монтажный провод для макетирования легко получить из ненужных кусков витой пары, главное, чтобы он был медным, а не омедненным алюминиевым.
Чистить его от окислов очень удобно абразивной губкой для маникюра, которая продается в косметических магазинах.
Только что зачищенный, он прекрасно залуживается и легко паяется.
- Берегите пальцы от ожогов.
Они не должны страдать! Там, где есть хроническая травма и воспаление, возникают онкологические заболевания.
Используйте пинцет.
Пайка не идеальна, но я планирую разобрать эту плату и сделать заводскую плату и корпус.
Поделюсь всеми наработками по мере их завершения и решения, что делать со вторым ОУ в микросхеме.
Почему хорошие вещи должны пропадать зря, верно? 
Буду рада, если вдохновлю вас энтузиазмом и вы с удовольствием проведете выходные, а также узнаете что-то новое.
Теги: #Производство и разработка электроники #Сделай сам или Сделай сам #Электроника для начинающих #электроника #ruvds_статьи #ruvds_статьи #операционный усилитель #операционный усилитель #симулятор #сопротивление #эксперименты #электрический ток #напряжение #jscircuit
-
Что Не Так С Абстракцией Di Asp.net Core?
19 Oct, 24 -
Вычислительная Геология И Визуализация
19 Oct, 24
