2.01. Электрический ток и параметры цепи.md

В этом параграфе вы разберётесь, как работает электрический ток, изучите его основные параметры — напряжение, силу тока и сопротивление, — и научитесь собирать простые электрические цепи на макетной плате. Вы освоите работу с мультиметром для проверки цепей, познакомитесь с принципиальными схемами и ключевыми компонентами, такими как светодиоды и кнопки. Эти навыки позволят вам создавать устройства, например, фонарик или дверной звонок, и понять, как электроника применяется в реальной жизни.

Что такое электрический ток?

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, в нашем случае — электронов, по проводнику (например, по медному проводу). Чтобы ток появился, необходимы два условия: 1. Источник питания (например, батарейка), который создаёт энергию для движения электронов. 2. Замкнутая цепь — непрерывный путь, по которому могут двигаться электроны.

Представьте себе систему водяного отопления - насос создаёт давление, заставляя воду течь по замкнутому контуру труб. В электрической цепи батарейка — это насос, а электроны — это вода.

В электронике принято считать, что ток течёт от положительного полюса («+») к отрицательному («−»). Хотя на самом деле электроны движутся в обратном направлении, эта условность, принятая исторически, упрощает чтение схем. Если цепь разомкнута, например, из-за выключенной кнопки, ток не потечёт.

Параметры цепи

Электрический ток описывается тремя основными параметрами. Понимание их взаимосвязи — ключ к успешному созданию схем.

Напряжение (Вольты, В) — это «давление» или сила, которая толкает электроны по цепи. Чем выше напряжение, тем больше энергии у тока. Батарейка на 1.5 В питает пульт от телевизора, а в розетке — 220 В для мощной бытовой техники.
Сила тока (Амперы, А) — это «объём» электронов, проходящих через сечение проводника за секунду. В наших проектах ток обычно очень мал, поэтому мы измеряем его в миллиамперах (мА, 1 мА = 0.001 А). Например, обычный светодиод потребляет 10–20 мА.
Сопротивление (Омы, Ом) — это препятствие, которое материал оказывает току. Чем выше сопротивление, тем сложнее электронам двигаться и тем меньше сила тока. Провода имеют очень низкое сопротивление, а специальные компоненты — резисторы — используются для его увеличения, чтобы защитить другие элементы схемы.

Собираем цепь на макетной плате

Для экспериментов мы будем использовать макетную плату (breadboard). Это специальная пластиковая доска с множеством отверстий, которые соединены между собой металлическими дорожками. Она позволяет собирать и изменять схемы без пайки, что идеально для обучения.

Устройство макетной платы:

Боковые шины питания. Длинные ряды отверстий по краям, обычно помеченные красной (+) и синей (−) линиями. Все отверстия в одном таком ряду соединены горизонтально.
Рабочая область. Центральные ряды, разделённые канавкой. Здесь отверстия соединены вертикально, короткими рядами по пять штук.

Источник питания

Источник питания — это сердце любой цепи. В наших экспериментах мы будем использовать обычную батарейку на 9 В.

Однако для большинства наших компонентов напряжение 9 В является слишком высоким. Чтобы не повредить их, мы будем использовать специальное устройство — модуль питания для макетной платы. Он вставляется прямо в шины питания и преобразует 9 В в стабильные 5 В или 3.3 В. Выбор напряжения осуществляется с помощью перемычки на модуле.

5 В — для большинства стандартных компонентов, таких как светодиоды и простые микросхемы.
3.3 В — для более чувствительных датчиков и модулей.

Чтение электрических схем

Принципиальная электрическая схема — это универсальный язык инженеров, который показывает, как соединены компоненты. На схемах используются условные графические обозначения (УГО).

Как читать схему: 1. Найдите источник питания (обозначается как батарейка или символами +5V, GND). 2. Проследите путь тока от плюса (+) к минусу (- или GND — земля). 3. Убедитесь, что путь замкнут. Электроника работает только в замкнутой цепи. 4. Проверьте полярность компонентов. У некоторых, как у светодиода, важно, какой вывод подключён к «+», а какой к «−».

Основные компоненты

Познакомьтесь с компонентами, которые мы будем использовать в ближайших лабораторных работах.

Светодиод (LED). Устройство, которое светится при прохождении тока. Имеет полярность - длинная ножка (анод) подключается к «+», короткая (катод) — к «−». Используется во всей технике для индикации.
RGB-светодиод. Это три светодиода (красный, зелёный, синий) в одном корпусе. Позволяет, смешивая цвета, получить любой оттенок.
Кнопка. Размыкает и замыкает цепь при нажатии, позволяя управлять потоком тока.
Мультиметр. Универсальный измерительный прибор. Позволяет измерить напряжение, силу тока и сопротивление, чтобы проверить, правильно ли работает ваша цепь.

Зачем это нужно?

Понимание основ электрического тока и его параметров позволяет собирать схемы для реальных задач, таких как фонарик или дверной звонок. Макетная плата помогает быстро экспериментировать, мультиметр — проверять работу, а принципиальные схемы — проектировать и читать чертежи устройств. Эти навыки подготовят вас к работе с более сложными компонентами в следующих параграфах.

Вы познакомились с базовыми понятиями электроники. Если вы хотите сразу применить эти знания на практике, переходите к лабораторным работам, чтобы собрать свою первую электрическую цепь. Если же вы хотите глубже погрузиться в теорию и узнать, как управлять током, отправляйтесь в следующий параграф, где мы изучим сопротивление.