Провода

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
(Северо-Кавказский гуманитарно-технический колледж)
Кафедра среднего профессионального образования
Дисциплина: « Электротехника и электроника»
Специальность: 270103.51 (270103)
Лекция № 5
Тема: «Электрические провода и соединение».
1.
2.
3.
4.
Электрические компоненты.
Соединение и соединители.
Включение электричества.
Реле и электромагнит.
Время: 2 часа.
2 курс. 3 семестр.
(Аудиторные часы: Лекции-16 часов (8), Практические занятия-16 часов(4). Зачет)
Ставрополь, 2011 год
Лекция 5 Электрические провода и соединение
1 Электрические компоненты
Изготовление электронной схемы требует обязательного соединения между
собой электрических компонентов, чтобы позволить току протекать через
них. В подразделах далее речь пойдет о связующем звене электроники:
проводах, кабелях и соединителях.
Провода
Провода, которые используются в электронике, на деле представляют собой
простую металлическую жилу, обычно из меди. Они имеют лишь одну
функцию - позволять течь потоку электронов.
При всем том оказывается, что при работе с электронными устройствами
можно применять несколько разных типов проводов, и о том, как правильно
выбрать нужный, мы и поговорим в этой лекции.
Многожильный или одножильный провод?
Если разрезать провод обычной бытовой электролампы (сначала, конечно,
следует убедиться, что это та самая старая лампа, которую хочет выбросить
ваша тетушка, а затем обязательно отключить ее от сети!), то можно увидеть,
что он состоит из нескольких жгутов очень тонких жилок, возможно, даже
изолированных.
Такой провод называется многожильным. Если же вдруг провод к лампе
окажется состоящим только из одного проводника, то перед вами одножильный провод. Примеры этих типов проводов изображены на рис. 5.
Рисунок 5 Типы проводов
В каких же случаях используется каждый из приведенных выше типов
проводов? Это не так сложно, как может показаться на первый взгляд.
Многожильный провод применяют там, где проводник нужно часто гнуть
или сматывать. К примеру, для выводов мультиметра используют именно
многожильные провода, потому что они часто сгибаются, и, если взять
простой провод, через несколько минут он просто сломается в месте изгиба.
Одножильный же проводник удобно использовать на макетных платах и
вообще там, где не планируется часто двигать провод. Одну жилу
значительно легче вставить в переходное отверстие на плате, да и форму, в
которую ее согнули, она держит не в пример лучше. Если для тех же работ
взять многожильный провод, то придется распутать его жилы, чтобы
протолкнуть в узкое отверстие, при этом не только испортится его внешний
вид, но и можно что-то замкнуть.
При сборке схемы правильный выбор провода почти столь же необходим,
как подбор радиодеталей согласно их параметрам. Провода характеризуются
толщиной, или, выражаясь техническим языком, диаметром. Чем толще
проводник, тем больший ток он может пропускать.
В качестве руководства по выбору толщины провода можно привести
следующие простые рекомендации.

Для
большинства
электронных
проектов
достаточно
проводов диаметром 0,5 мм.

Для применения в относительно тяжелых условиях, где
токи могут быть весьма значительны, рекомендуется брать
проводник диаметром не менее 1 мм.

Для монтажа на печатных платах при помощи проводов
удобно использовать совсем тонкий провод диаметром 0,25 мм.
Сказанное в предыдущем абзаце справедливо для всех проектов, с которыми
вы столкнетесь в главах 14 и 15. Провода большего диаметра используют в
задачах с большими величинами токов: например, для питания электроплиты
на кухне следует выбрать провод диаметром не менее 4 мм.
Если вам вдруг когда-нибудь придется работать над проектом, в котором вы
столкнетесь с более высокими напряжениями, чем те, которые встретятся в
этой книге, то для правильного выбора проводов лучше уточнить
технические требования или ознакомиться с рекомендациями надежных
источников. Диаметры проводов, которые предписаны к использованию в
бытовых условиях, приведены, например, в ГОСТ 22483-77. Убедитесь
также, что у вас имеются необходимые навыки и достаточный объем знаний
по
технике
безопасности,
прежде
чем
приступать
к
работе
с
высоковольтными цепями.
Тот, кто утверждает, что электроника сера и монотонна, или не знает, о чем
говорит, или никогда в жизни не видел проводов. Изолирующая оболочка
проводников
почти
всегда
имеет
определенный
цвет,
чтобы
идентифицировать назначение данного проводника.
Взгляните, к примеру, на провода, идущие внутри телефона к обычной 9вольтовой батарее. Как видите, один из проводов черный, другой - красный
. Красный провод всегда присоединяется к положительному выводу батареи,
а черный - к отрицательному.
При сборке схемы при помощи проводников (например, при использовании
макетной платы) также рекомендуется использовать разноцветные проводки,
чтобы показать разные типы подключений. Эта простая уловка поможет вам
(если, конечно, у вас не фотографическая память) или кому-нибудь еще легко
идентифицировать назначение подключений и элементов при повторном
взгляде на готовую схему.
Приведем список различных применяемых в электронике и устоявшихся
цветов, а также предполагаемое их назначение.

Красный используется для соединений с источником
положительного потенциала +U.

Черный
применяют
для
соединений
с
источником
отрицательного потенциала -U или с землей, хотя в последнем
случае разрешается использовать и зеленый.

Желтый
или
оранжевый
применяют
для
входных
сигналов, например с микрофона. Если таких сигналов в схеме
несколько, то желательно использовать свой цвет для каждого.
Связка проводов в кабели или шнуры
Кабелем называется группа из двух или более проводов, защищенных от
окружающей среды общим слоем изолирующего материала материала, как и
многожильный провод, речь о котором шла выше. Однако кабель
отличается от такого провода прежде всего тем, что в нем каждая отдельная
жила также спрятана в изолирующую оболочку. Таким образом, кабели
более устойчивы к механическим воздействиям, чем отдельные провода, и
потому их используют для прокладки между отдельно стоящими узлами
оборудования.
2 Соединение и соединители
Если взглянуть на типичный кабель, идущий, скажем, от компьютера к
принтеру, то можно увидеть, что на его концах есть некие штуковины из
металла или пластика. Неудивительно, что на корпусах компьютера и
принтера имеются розетки специальной формы, куда кабель и вставляется.
Наконечники кабеля оснащены ни чем иным, как соединителями. Такой
соединитель, который вставляется в разъем на корпусе, называют штекером,
а разъем в корпусе электронного устройства - гнездом или розеткой.
Штекеры и гнезда служат для подключения посредством соответствующего
кабеля разных устройств.
Ниже представлены типы соединителей, наиболее распространенные в
электронике.
Клеммные соединители и колодки применяют только вместе как
наиболее простой тип разъема. Клеммная колодка представляет собой
набор из некоторого числа прижимных винтов, которые нужно закрепить на
шасси или корпусе устройства. Далее конец провода, который нужно
подключить
при
помощи
данного
соединения,
припаевается
(или
зажимается) к клемме. Теперь, если нужно соединить два провода,
достаточно затянуть их клеммы при помощи одного и того же прижимного
винта колодки, обеспечив, таким образом, надежный контакт. В большинстве
простых проектов такого соединения хватает "с головой".
Еще
одна
вариация
клеммного
соединения
отличается
от
предыдущего типа лишь тем, что колодка предназначена для пайки
непосредственно на печатную плату. Такое изменение конструкции
позволяет просто вставлять один конец провода в контакт на разъеме, вместо
того, чтобы припаивать его к клемме.
Вилки (штекеры) и розетки (гнезда) используются, например, для
передачи аудиосигналов между электрогитарой и усилителем; в таком
случае кабель выглядит точно, как тот, что изображен на рис. 5.2. На обоих
концах этого кабеля есть по штекеру, а на корпусах гитары и усилителя
имеется по соответствующему гнезду. Такой тип кабеля состоит из одной
или двух сигнальных жил, вокруг которых под изоляцией обязательно
присутствует еще и металлическая экранирующая оболочка. Она уменьшает
внешние помехи и шумы, которые могут исказить сигнал.
Выводные колодки используются, как правило, для вывода сигналов с
печатных плат. Разъем такого типа соединителя устанавливается на
плате, а штекеры паяются или зажимаются в плоском кабеле 1.
Прямоугольная форма разъема позволяет относительно легко подводить
сигналы к каждому контакту и разводить их по плате. Такие соединители
характеризуются, прежде всего, количеством контактов, или штырьков:
например, существуют 40-или 28-выводной разъемы. Их чрезвычайно
удобно использовать в схемах с несколькими отдельными печатными
платами и большим количеством отходящих сигналов между ними; им также
можно найти применение при конструировании роботов и т.п.
рис. 5. Кабель гитарный со штекерным соединением
В электронике используется и множество других типов соединителей, о
которых, однако, совсем необязательно знать до тех пор, пока они не
понадобятся в каком-нибудь нетривиальном проекте.
И помните: если при постройке межгалактического звездолета или
сверхбыстрого карманного компьютера вам вдруг понадобится один из них,
вы всегда можете побродить по сайтам производителей на просторах
Интернет.
3 Включение электричества
Итак, вы уже отыскали пару проводов во все увеличивающейся куче
электронного хлама и готовы соединить вместе схему и батарейки. Но как же
вы собираетесь включать и выключать питание? Для этой цели существует
множество переключателей и реле, речь о которых и пойдет в этом разделе.
Когда ваша рука выключает свет в комнате, вы просто отсоединяете
контакты, через которые ток идет к лампе на потолке. Так работают все
ключи: контакт замыкается, чтобы пропускать ток, и размыкается, чтобы
останавливать его.
При выключении фонарика ключ переводится в положение "Выкл", при
котором контакт в цепи разрывается, и ток через ключ не поступает. При
включении соответственно (положение "Вкл.") контакт замыкается и
образует путь для тока.
Ручные фонарики, обычно, оснащаются скользящими, или ползунковыми,
переключателями. Такой переключатель скользит в направляющих и
замыкает или размыкает цепь. На рис. изображены и другие типы
переключателей (тумблеры, кулисный и лепестковый переключатели).
Все они выполняют одну и ту же функцию, поэтому желательно сразу
определить, какой из них будет наиболее удобно найти и использовать в
очередном изделии. К примеру, ползунковый переключатель удобно
применять для монтажа на гладкой и круглой ручке фонарика благодаря его
эргономической форме, а тумблер будет эффективнее на стационарном
приборе на рабочем месте.
Существуют еще и обычные кнопочные переключатели. Они бывают трех
видов.

Нормально замкнутые без фиксации: кнопка, нажатая на таком
переключателе, размыкает контакт.

Нормально
разомкнутые
без
фиксации:
кнопка,
нажатая
на
переключателе, замыкает контакт.

Переключатели с фиксацией: кнопка, нажатая один раз, замыкает
контакт, нажатая повторно — размыкает его.
В электронике кнопочные переключатели наиболее часто применяются для
запуска или прекращения работы какой-то схемы. К примеру, нормально
разомкнутая кнопка обычного дверного звонка при нажатии заставляет его
звонить.
Простые переключатели, речь о которых шла выше, относятся к так
называемым однополюсным однонаправленным ключам, обозначаемым в
литературе как SPST (Single-pole single-throw). Не стоит переживать о том,
чтобы запомнить все их типы, поскольку принцип работы всегда остается
один и тот же: к ключу подводится один провод, а другой выводится из него
наружу.
Ну а для того, чтобы просто разнообразить знания о различных типах
переключателей, приведем примеры еще и двухполюсных ключей. Тогда
как однополюсные переключатели имеют лишь два провода, двухполюсные
подсоединяются сразу к трем. Далее: если однонаправленные ключи
постоянно замыкают и размыкают только одну пару контактов, то
двунаправленные позволяют выбирать, какой именно из пары входных
проводов соединить с каким из двух выходных.
Существуют следующие одно- и двухполюсные варианты переключателей.

Однополюсные двунаправленные (single-pole double-throw —
SPDT). В таких ключах есть один входной и два выходных провода.
Переключатели данного типа применяются тогда, когда нужно
выбрать, какое из пары устройств должно быть подключено к схеме (к
примеру, зеленый светодиод может сообщать людям у кабинета о том,
что у доктора свободно, и красный — что занято).

Двухполюсные однонаправленные (double-pole single-throw —
DPST). В таких ключах есть уже два входных и всего один выходной
провод. Переключатели данного типа применяются для управления
двумя отдельными схемами. К примеру, одна из них может питаться от
источника 5 В, а вторая — от 12 В. Тогда одним-единственным ключом
можно будет включать или выключать сразу обе схемы.

Двухполюсные двунаправленные (double-pole double-throw —
DPDT). Наконец, в таком ключе есть два входных и сразу четыре
выходных провода. Двухполюсный двунаправленный переключатель
имеет три позиции. В первой замыкается одна пара выходных
контактов, во второй— все контакты размыкаются (иногда, впрочем,
подобные ключи не имеют позиции с размыканием). И в третьей
позиции со входными контактами замыкается вторая пара из четырех
выходных контактов. Ключи данного типа удобно использовать для
изменения полярности напряжения постоянного тока, поступающего к
двигателю, и, таким образом, управлять направлением его вращения. В
одной позиции мотор будет вращаться по часовой стрелке, в другой —
против, а в третьей он будет просто выключаться.
4. Реле и электромагнит.
Предположим, что ваш старший брат делает регулярные набеги на
холодильник, опустошая полки, и вы запланировали сделать такую
небольшую систему сигнализации, которая бы при приближении брата
включала на всю мощность сирену и световые сигналы предупреждения,
чтобы спугнуть его. Однако возникла небольшая проблемка: устройство
должно работать от 5-вольтового источника питания, а его может не хватить
для удовлетворения всех потребностей схемы. Решение проблемы —
использовать реле.
Реле называется просто электрически переключаемый ключ. Когда на реле
подается напряжение, в нем включается электромагнит и замыкает контакт
внутри. Если подключить реле к 220-вольтовой розетке, то им будет можно
коммутировать более чем достаточную мощность.
Электромагнит
Как же работает сердце реле — электромагнит! Он представляет собой
простую катушку из обычного провода, намотанную вокруг железного
стержня или даже просто гвоздя. Когда по проводу течет ток, этот стержень
приобретает магнитные свойства, если жe ток отключить, то свойства
пропадают.
Два магнита притягивают или отталкивают друг друга в зависимости от
того, какими концами (или полюсами) их приближать. Ключ, который
помещен внутри корпуса реле, т
имеет вид рычага, соединенного с
магнитом, как показано на рис. 5.7. Если подать на юнцы обмотки
напряжение, то электромагнит притянет рычаг и, таким образом, замкнет
контакт и скоммутирует положенные 220 В . Когда же напряжение с обмоток
снимается, электромагнит отключается, и пружина толкает рычаг вверх,
размыкая цепь.
В продаже имеются реле на напряжения питания 5, 12 и 24 В, оснащенные
как однополюсными, так и двухполюсными ключами (о типах ключей, если
помните, речь шла в разделе "Что внутри ключа?").
Лекция закончена. Вопросы
Задание:
1. Электрические компоненты электрической цепи.
2. Электрическое соединение и соединители.
3. Включение электричества.
4. Реле и ее применение.
5. Электромагнит и его применение.
Литература
1. Теоретические основы электротехники. Т.1. Основы теории линейных
цепей./Под ред. П.А.Ионкина. Учебник для электротехн. вузов. Изд.2-е ,
перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1976.-544с.
2. Матханов Х.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи.:
Учеб. для электротехн. и радиотехн. спец. 3-е изд. переработ. и доп. –М.:
Высш. шк., 1990. –400с.
3. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин,
А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. 528с.
Лекция подготовлена на кафедре
Среднего профессионального образования;