Урок 3: Потенціометр. Показуємо закон Ома на прикладі яскравості світлодіода

В цьому експерименті ми познайомимося з потенціометром і будемо управляти яскравістю світлодіода і зміною опору потенціометра.

Необхідні компоненти:

• потенціометр 2 кОм;
• світлодіод;
• резистор 220 Ом;
• дроти тато-тато.

В експерименті 1 для підключення світлодіода до цифрового виходу ми використовували обмежувальний резистор номіналом 220 Ом. Зараз ми розглянемо, як підібрати обмежувальний резистор і як впливатиме номінал резистора на яскравість світлодіода. Найголовнішим рівнянням для будь-якого інженера-електрика є закон Ома. Закон Ома визначає відносини між напругою, струмом і опором в ланцюзі.

Закон Ома визначається наступним чином:

V = I × R,

де V - напруга в вольтах; I - струм в амперах; R - опір в Омах.

В електричній схемі кожен компонент має деякий опір, що знижує напругу. Світлодіоди мають визначене падіння напруги на них і призначені для роботи в певному значенні струму. Чим більше струм через світлодіод, тим яскравіше світлодіод світиться, до граничного значення. Для найбільш поширених світлодіодів максимальний струм складає 20 мА. Звичайне значення падіння напруги для світлодіода - близько 2 В. Напруга живлення 5 В повинна впасти на світлодіоді і резисторі, оскільки частка світлодіода 2 В, то останні 3 В повинні впасти на резисторі. Знаючи максимальне значення прямого струму через світлодіод (20 мА), можна знайти номінал резистора.

R = V / I = 3 / 0,02 = 150 Ом.

Таким чином, зі значенням резистора 150 Ом струм 20 мА протікає через резистор і світлодіод. У міру збільшення значення опору струм буде зменшуватися. 220 Ом трохи більше, ніж 150 Ом, але все ж дозволяє світитися світлодіоду досить яскраво, і резистор такого номіналу дуже поширений. Якщо ми будемо збільшувати номінал резистора, то будемо зменшувати струм, що проходить через світлодіод, і, відповідно, яскравість світлодіода. Для зміни яскравості світлодіода ми будемо використовувати потенціометр. Потенціометри є змінними дільниками напруги і виглядають як ручки. Вони бувають різних розмірів і форм, але всі мають три виводи. Номінал потенціометра визначає опір між крайніми виводами, вони незмінні, поворотом ручки ми змінюємо опір між середнім і крайнім виводами від 0 до номіналу потенціометра або від номіналу до нуля.В експерименті потенціометр ми підключаємо послідовно з резистором 220 Ом, щоб не зменшити значення обмеження резистора для світлодіода до нуля і не спалити світлодіод. Схема підключення представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема підключення потенціометра і світлодіода

Скетч експерименту наведено в лістингу 3.1. Він зовсім простий - нам необхідно просто увімкнути світлодіод, підключений до цифрового виводу D10 Arduino.

Порядок підключення:

1. Довгу ніжку світлодіода (анод) підключаємо до цифрового виводу D10 Arduino, іншу (катод) - до однієї з ніг резистора 220 Ом (див. Рис. 3.1).
2. Вільну ногу резистора 220 Ом підключаємо до середньої ніжки потенціометра, другу (будь-яку крайню) приєднуємо до GND (див. Рис. 3.1) .
3. Завантажуємо в плату Arduino скетч з лістингу 3.1.4. Повертаємо ручку потенціометра і спостерігаємо зміну яскравості світлодіода від повного виключення до майже повної яскравості.