Денис Владимирович Голиков
Школа капитана Грампа. Scratch и Arduino для школьников

Знакомство с мультиметром

Современного школьного образовательного набора по электронике у меня в хозяйстве нет, поэтому буду обучать пацанов с использованием древнего мультиметра и разных деталей, выдранных из сломанных бластеров, панелей управления и wi-fi-буйков. Пригодится и антикварная плата Ардуино с платой джойстика. Надеюсь, мои ученики не смогут угробить ее своими кривыми ручонками.

Прозвонка

Познакомьтесь с одним из самых замечательных экземпляров моей коллекции – мультиметром. Этот доисторический прибор позволяет определять напряжение и сопротивление.

Перед началом работы установите батарейку внутрь мультиметра.

Воткните щупы и переключите мультиметр в режим прозвонки.

Коснитесь щупами друг друга. Раздастся писк! Это означает, что цепь замкнута и по ней протекает электрический ток. Ток вытекает из плюсовой клеммы Кроны, установленной в мультиметре, протекает по красному щупу, затем по черному, попадает в зуммер, который издает пронзительный писк, а потом снова затекает в Крону через минусовую клемму. Крона хитрым химическим способом снова разгоняет ток, и он опять вытекает из ее плюсовой клеммы.

Запомните!

Электрическая цепь – это несколько предметов, проводящих электрический ток и источник тока (батарейка) соединенные в кольцо. Если кольцо разорвать, то никакого тока не будет.

Положите перед собой провод и прикоснитесь щупами к разным концам. Если провод исправен, то по нему протечет ток, и вы услышите писк.

Напряжение

Важнейшее свойство электричества называется напряжение. Для измерения постоянного напряжения переключите мультиметр в область вольтметра V—. Для измерения переменного напряжения служит область V~. Переменное напряжение – примитивная технология 21 века, поэтому на нашем корабле она не используется. Переключите мультиметр в режим вольтметра как показано на рисунке.

На рисунке переключатель показывает на 20. Это означает, что в этом режиме мы сможем измерить напряжение от 0В до 20В. Для того чтобы измерить напряжение Кроны следует коснуться черным минусовым щупом отрицательной клеммы Кроны (—), а красным щупом положительной клеммы (+).

На экране мультиметра отобразится напряжение Кроны.

Если напряжение больше 9 вольт, то Крона новая, а если меньше, то скоро может потребоваться замена.

Внимание! Ни в коем случае не засовывайте щупы в розетки космического корабля! Это опасно для жизни! Без шуток.

Измерьте напряжение пальчиковой батарейки типа АА.

Если батарейка новая, то напряжение будет около 1.5 В. Разряженные батарейки имеют напряжение около 1 В или меньше.

Делитель непряжения

Знакомство с питанием Arduino

Макетная плата или «макетка», как ее иногда называют, предназначена для установки электронных компонентов. Для удобства в работе макетку лучше всего приклеить на подложку рядом с платой Arduino. Плату Arduino прикрутите винтиками или приклейте на толстый слой двустороннего скотча.

Все пятерки отверстий на макетной плате, пронумерованные как (a, b, c, d, e) и (f, g, h, i, j), соединены вместе. Всего есть 60 пятерок отверстий для установки электронных компонентов. Также есть две пары шин питания, обозначенных синей и красной полосками. К синим отверстиям следует подключать общий провод (GND), а к красным «+» питания.

Давайте исследуем, как изменяется напряжение Кроны, попадая на плату Arduino. Подключите Крону к разъему платы Arduino.

Загорится красный светодиод. Измерьте напряжение, поступающее на плату от Кроны. Черным щупом коснитесь пина GND, а красным пина Vin.

Напряжение должно быть около 9 В. (от 8.8В до 9.5В).

Измерьте напряжение между землей (GND) и пином 5V.

Напряжение должно быть около 5 В. (от 4.9В до 5.1В).

Измерьте напряжение между землей (GND) и пином 3.3V.

Напряжение должно быть около 3.3 В. (от 3.2В до 3.4В).

Делитель напряжения из двух резисторов

У меня в трюме пылится куча оружия с разряженными аккумуляторами. Использую его я не часто, поэтому постоянно забываю подзарядить. Надо будет попросить ребят заняться этим вопросом. Заодно научатся изменять уровень напряжения с помощью резисторов.

А вот и списочек оружия нашелся.

Дезинтегратор трехлинейный образца 2191 года. 10 шт. Напряжение аккумулятора 450 В.

Плазмомет Хайрема образца 2173 года. 3 шт. Напряжение аккумулятора 600В.

Бластер Наганта образца 2195 года. 25 шт. Напряжение аккумулятора 300В.

Надеюсь, что вы помните, что бортовая сеть космического корабля имеет напряжение 900В. Если Вы посмотрите на напряжение питания трехлинейного дезинтегратора (450В), то заметите, что оно ровно в два раза меньше напряжения сети. Для того чтобы получить это напряжение, 900В нужно разделить пополам. Для этого используется делитель напряжения, состоящий из нескольких резисторов.

Резистор, это электронный компонент, обладающий сопротивлением (поэтому иногда резистор так и называют – сопротивление). Сопротивление измеряется в Омах и килоомах (в тысячах Ом).

В состав набора входят резисторы с сопротивлением 330 Ом, 1кОм и 10кОм.

Для измерения сопротивления переключите мультиметр в режим Ω на 20К..

Измерьте сопротивление каждого вида резисторов. Коснитесь щупами ножек резистора и посмотрите на экран мультиметра.

Сопротивление резистора номиналом 330 ом немного меньше и равно 320 Ом.

Сопротивление резистора номиналом 1 кОм (1000 Ом) тоже немного меньше и равно 970 Ом.

Сопротивление резистора номиналом 10 кОм (10000 Ом) равно 9810 Ом.

Теперь переключите мультиметр в режим режим Ω на 2К. Сопротивление резистора номиналом 10 кОм в этом режиме измерить не получится.

Сопротивление резистора номиналом 330 ом в этом режиме измерилось точнее, оно равно 326 Ом.

Сопротивление резистора номиналом 1 кОм (1000 Ом) тоже измерилось точнее, оно равно 979 Ом.

Сопротивление резистора номиналом 10 кОм (10000 Ом) в этом режиме измерить нельзя, так как диапазон измерения 2К меньше чем 10 К. На экране будет показана единичка, это означает, что измерить значение невозможно.

Задание.

Измерьте сопротивление всех резисторов входящих в набор.

Напряжение 900В очень опасное, поэтому соберем макет делителя напряжения с использованием Кроны, напряжение которой ровно в 100 раз меньше бортового.

Для того чтобы разделить напряжение пополам нам потребуется собрать делитель напряжения из двух одинаковых резисторов. Вот так выглядит электрическая принципиальная схема делителя напряжения. Крона обозначается как G1, а резисторы как R1 и R2. Общий провод, подключенный к минусу Кроны, обозначен как GND. На рисунке показаны уровни напряжения.

Возьмите два резистора по 10кОм и соберите делитель напряжения на макетной плате, подав питание от пина Vin.

Переключите мультиметр в режим вольтметра и измерьте напряжение между землей (GND) и точкой соединения резисторов.

Напряжение будет около 4,3В, почти ровно половина от напряжения на Vin.

Напряжение разделится не ровно из-за различия сопротивлений резисторов. Если бы сопротивление резисторов было абсолютно одинаковым, то делитель разделил бы напряжение ровно пополам.