Тематический конструктор для изучения источников питания

Продолжаем обзор тематических конструкторов-наборов компании Мастер Кит, предназначенных для детей в возрасте от 10 до 14 лет, а также для всех, кто интересуется электроникой и готов начать ее изучение с самого начала.

В этом обзоре мы рассмотрим конструктор, посвященный источникам питания. Конструктор NR07 "Источники питания" позволит узнать все об источниках питания и их разновидностях. Вы узнаете, откуда берется электроэнергия, познакомитесь с некоторыми видами электроэнергетики. В этом уникальном конструкторе рассматривается, как устроены батарейки, принцип их работы, как батарейки можно объединять вместе для создания мощных источников питания. Вы ознакомитесь с преобразованием солнечной и механической энергии в электрическую, зарядите аккумуляторы, научитесь управлять напряжением.

В состав обучающего конструктора "Источники питания" входят цветная брошюра объемом около 150 страниц и набор всех необходимых для проведения опытов электронных компонентов и материалов.

В брошюре подробно, понятным для ребенка языком, описаны 10 экспериментов, охватывающих различные области получения электроэнергии для питания электронных устройств и приборов. Юный экспериментатор научится получать электроэнергию из фруктов, овощей и напитков; познакомится с солнечными батареями и электрогенераторами; научится заряжать аккумуляторы и соединять элементы питания для увеличения напряжения, тока и мощности; познакомится с понятием потребления электроэнергии.

Рассмотрим список компонентов, входящих в набор:

И вспомогательные инструменты, детали и материалы:

*  - позиции, помеченные звездочкой, в состав набора не входят. Мультиметр не обязателен, но очень желателен, поскольку с его помощью можно оценивать количественные характеристики электрических процессов, протекающих при проведении опытов.

Приведем также оглавление брошюры:

Введение                                                                                                       

Техника безопасности                                                                                  

Список компонентов                                                                                     

Перечень графических обозначений                                                          

Правила пользования макетной платой                                                

Правила подключения источника питания к макетной плате                

ЭКСПЕРИМЕНТ № 1. Энергия фруктов и овощей                                 

ЭКСПЕРИМЕНТ № 2. Жидкие источники питания                                 

ЭКСПЕРИМЕНТ № 3. Батарейки. Способы включения                            

ЭКСПЕРИМЕНТ № 4. Солнечная энергия                                             

ЭКСПЕРИМЕНТ № 5. Механическая энергия                                           

ЭКСПЕРИМЕНТ № 6. Зарядное устройство для аккумуляторов              

ЭКСПЕРИМЕНТ № 7. Потребление энергии                                                        

ЭКСПЕРИМЕНТ № 8. Простой источник двуполярного питания           

ЭКСПЕРИМЕНТ № 9. Стабилизированный источник питания на 5 В    

ЭКСПЕРИМЕНТ № 10. Регулируемый источник питания                      

Для ознакомления с формой подачи теоретического материала приведем часть брошюры с описанием электронного параметрического стабилизатора напряжения:

« Что такое источник питания, Вы уже узнали из первых экспериментов данного конструктора. Вы узнали, что источником питания является сеть 220 В, которая есть в каждом доме. Что источником питания могут быть фрукты и овощи, сладкие и газированные напитки и даже простая вода. А также узнали, что в качестве источника питания используются батарейки и аккумуляторы, солнечные панели и ручные генераторы. Однако, всегда ли они могут быть полезными? Чаще всего для питания прибора необходимо стабильное и конкретное значение напряжения, а батарейка, которая со временем разряжается или солнечный элемент, который зависит от яркости света, обеспечить этого не смогут.

На помощь приходят стабилизаторы напряжения – микросхемы, которые при построении электронных приборов, дают возможность получить на выходе источников питания стабильное напряжение (его величина зависит от модели стабилизатора).

Стабилизатор напряжения 7805

Стабилизаторы делятся на два типа:

- фиксированные или нерегулируемые – выходное напряжение имеет постоянные значения (5 В, 6 В, 8 В, 9 В, 12 В, 15 В и т.д.);

- регулируемые – выходное напряжение можно регулировать в определенных пределах.

Обычно, стабилизаторы напряжения любого типа имеют 3 контакта:

- вход (IN);

- общий или земля (GND);

- выход (OUT).

К входному контакту подключается плюс источника питания, который имеет напряжение выше, чем то, которое нужно получить на выходе. Например, ко входу стабилизатора подключается плюсовой контакт батарейки, к общему контакту подключается минус батарейки, выходное напряжение измеряется между общим и выходным контактами.

Обязательным условием является то, чтобы входное напряжение отличалось от необходимого на выходе минимум на 2 В. Например, есть стабилизатор напряжения на 9 В, то есть на его выходе можно получить 9 В, то на его вход нужно подавать напряжение не менее 11 В. Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход, следует искать в документации производителя для каждой микросхемы отдельно. Как же работает такая микросхема? Внутри нее размещено неко- торое количество транзисторов, которые стабилизируют входное напряжение до заданного значения. Так как есть разница между входным и выходным напряжением, то при протекании тока через эту микросхему, на ней будет рассеивается определенная мощность (если помните, мощность P=U×I). Так как нагрузка соединена со стабилизатором последовательно, то ток, протекающий через нагрузку, равен току протекающему через стабилизатор. Поэтому, если разность между входным и выходным напряжением большая или ток довольно большой, лучше устанавливать стабилизатор на радиатор, который будет охлаждать его и защищать от перегрева. »

Практическая часть, посвященная стабилизатору:

« На рисунке представлена электрическая и монтажная схемы подключения стабилизатора напряжения на 5 В к источнику питания 9 В:

Параллельно входу стабилизатора включен электролитический конденсатор С1. На выходе микросхемы (контакт 3) установлен керамический конденсатор С2. Конденсаторы установлены для уменьшения пульсаций, которые могут появиться на входе и выходе микросхемы. Пульсации уменьшаются для того, чтобы электрическая цепь, которая подключается к стабилизатору, обеспечивалась стабильным напряжением. Номиналы этих конденсаторов почти во всех случаях производитель рекомендует в документации к стабилизаторам.

Электролитический конденсатор С1 снижает низкочастотные пульсации (напряжение медленно изменяется во времени), а керамический С2 – высокочастотные.

Измерьте выходное напряжение стабилизатора с помощью мультиметра в режиме вольтметра. Для этого установите регулятор в положение 20V (измерение напряжения до 20 В). Черный щуп соедините с общим контактом стабилизатора (точка В), а красный с выходом (точка А). Чему равно напряжение на выходе (примерно 5 В)? Проверьте напряжение на батарейке, измерив его мультиметром.

Оно больше выходного? »

Набор-конструктор NR07 будет интересен и ребенку как домашнее развлечение, и учащемуся как наглядное пособие для закрепления и расширения знаний, полученных в школе или другом учебном заведении.

Посмотрите видеоматериалы, иллюстрирующие возможности набора, в частности эксперимент, в котором в качестве источника питания используются жидкости и фрукты:

Также вы можете ознакомиться с видеоматериалами по тематическим и другим конструкторам Мастер Кит: