Сборка последовательно-параллельных резисторных схем

Еще раз, при сборке цепей из батарей и резисторов студент или любитель сталкивается с несколькими различными способами сборки. Возможно, наиболее популярным является беспаечная макетная плата: платформа для создания временных схем путем подключения компонентов и проводов к сетке взаимосвязанных точек.

Макетная плата представляет собой не что иное, как пластиковую рамку с сотнями маленьких отверстий. Под каждым отверстием находится пружинный зажим, который соединяется с другими пружинными зажимами под другими отверстиями. Схема соединения отверстий проста и единообразна:

Сборка последовательно-параллельной схемы на беспаечной макетной плате

Предположим, мы хотим собрать на макете следующую комбинированную последовательно-параллельную схему:

Рекомендуемый способ сделать это на макетной плате – для простоты соотнесения со схемой расположить резисторы примерно по тому же шаблону, что и на схеме. Если требуется 24 В, а у нас есть только 6-вольтовые батареи, для достижения того же эффекта можно соединить четыре батареи последовательно:

Это ни в коем случае не единственный способ соединить эти четыре резистора вместе, чтобы сформировать схему, показанную на рисунке. Рассмотрим альтернативный макет:

Последовательно-параллельная схема на клеммной колодке

Если требуется большая долговечность, не прибегая к пайке или скрутке проводов, можно собрать схему на клеммной колодке. В этом методе компоненты и провода крепятся механическим натяжением под винтами или тяжелыми зажимами, прикрепленными к небольшим металлическим стержням. Металлические стержни, в свою очередь, устанавливаются на непроводящем основании, чтобы они были электрически изолированы друг от друга.

Собрать схему с компонентами, прикрепленными к клеммной колодке, не так просто, как подключить компоненты к макетной плате, главным образом потому, что компоненты не могут быть физически расположены так, чтобы напоминать принципиальную схему. Вместо этого сборщик должен понимать, как преобразовать представление схемы в реальный макет на клеммной колодке. Рассмотрим пример того, как та же схема с четырьмя резисторами может быть собрана на клеммной колодке:

Другая компоновка на клеммной колодке, более простая для понимания и соотнесенная со схемой, включает в себя прикрепление параллельных резисторов (R₁||R₂ и R₃||R₄) к одним и тем же двум клеммам на колодке, например:

Сборка более сложных цепей в клеммных колодках

Сборка более сложных цепей на клеммных колодках требует тех же навыков пространственного мышления, но, конечно, и большей осторожности и планирования. Возьмем, к примеру, сложную схему, представленную в виде принципиальной схемы:

На клеммной колодке, использованной в предыдущем примере, едва хватает клемм для установки всех семи резисторов, необходимых для этой схемы! Определить все необходимые соединения проводов между резисторами будет непросто, но, проявив терпение, это можно сделать. Во-первых, начните с установки и маркировки всех резисторов на колодке.

Исходная принципиальная схема будет показана рядом со сборкой на клеммной колодке для справки:

Затем начните соединять компоненты вместе, провод за проводом, как показано на схеме. Обведите соединительные линии на схеме, чтобы обозначить их установку в реальной цепи. Посмотрите на следующую последовательность иллюстраций, когда каждый отдельный провод отмечается на принципиальной схеме, а затем добавляется к реальной схеме:

Хотя в этой сборке на клеммной колодке возможны незначительные изменения, выбор соединений, показанный в этой последовательности, является как электрически точным (электрически идентичным принципиальной схеме), так и дает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что ни одна клемма на колодке не обременяется более чем двумя проводами, хорошая практика в любой цепи на клеммных колодках.

Варианты соединения проводов для сборки схемы на клеммной колодке

Примером «варианта» подключения проводов может быть самый последний добавленный провод (шаг 11), который я поместил между левым выводом R₂ и левым выводом R₃. Этот последний провод завершал в цепи параллельное соединение между R₂ и R₃. Однако вместо этого я мог бы поместить этот провод между левым выводом R₂ и правым выводом R₁, поскольку правый вывод R₁ уже подключен к левому выводу R₃ (который был помещен туда на шаге 9) и поэтому является электрически общим с этой точкой.

Однако это привело бы к тому, что к правому выводу R₁ было прикреплено три провода вместо двух, что является бестактностью в работе с клеммными колодками. Работала бы схема в этом случае правильно? Безусловно! Просто более двух проводов, прикрепленных к одной клемме, создают «беспорядочное» соединение: что эстетически неприятно и может вызвать чрезмерную нагрузку на винтовой зажим.

Другой вариант – поменять местами клеммные соединения резистора R₇. Как показано на следующей диаграмме, полярность напряжения на R₇ отрицательная слева и положительная справа (-, +), тогда как полярность всех остальных резисторов положительная слева и отрицательная справа (+, -):

Хотя это не создает никаких электрических проблем, это может вызвать путаницу у любого, кто измеряет падение напряжения на резисторе с помощью вольтметра, особенно аналогового вольтметра, который будет занижать показания при подаче напряжения неправильной полярности. Для единообразия было бы разумно расположить все соединения проводов так, чтобы полярность падений напряжения на всех резисторах была одинаковой, например:

Хотя электронам не важна такая последовательность в компоновке компонентов, людям она будет удобнее. Это иллюстрирует важный аспект любой инженерной деятельности: человеческий фактор. Всякий раз, когда проект может быть изменен для облегчения понимания и/или облегчения обслуживания (без ущерба для функциональных характеристик) это должно быть сделано.

Резюме

• Схемы, собранные на клеммных колодках, может быть сложно скомпоновать, но когда они собраны, они достаточно надежны, чтобы считаться постоянными, и при этом их легко модифицировать.
• Плохая практика – закреплять более двух проводов и/или выводов компонентов под одним клеммным винтом или зажимом на клеммной колодке. Постарайтесь располагать соединительные провода так, чтобы этого не произошло.
• По возможности, создавайте схемы ясными и легкими для понимания. Несмотря на то, что компоновка компонентов и разводки обычно не имеет большого значения для работы цепи постоянного тока, она имеет большое значение для человека, который позже будет должен модифицировать или устранять ее неисправности.

Теги