Последовательные и параллельные резисторы

1. Практика по генерации и измерению тока, напряжения и сопротивления

1. Получите источник тока, источник напряжения и два мультиметра, которые могут измерять напряжение, ток и сопротивление.
2. Получите два резистора 100-Ω и два резистора 10-Ω.
3. Приобретите макетную плату, которая представляет собой удобную платформу для соединения и организации различных элементов схемы. Макетная плата имеет множество групп контактов. Контакты каждой группы соединяются друг с другом в задней части платы, а провода, подключенные к одной группе, замыкаются друг на друга. К этой клемме подключается провод, вставленный в ту же группу контактов, что и клемма элемента цепи. Разные клеммы элемента цепи, не предназначенного для короткого замыкания, должны быть вставлены в разные группы контактов. В дальнейшем соединение двух выводов означает их подключение к одной и той же группе контактов (на рисунках отличительные узлы, обозначенные как «a», «b» и «c», представляют собой отличительные группы контактов на макетной плате). Делается это при условии, что такие клеммы изготовлены из проводов, которые можно удобно вставить в отверстие для штырька. В противном случае можно использовать кабели, банановые вилки и зажимы для выполнения электрических соединений (например, от клеммы на приборе к открытой ножке контакта на макетной плате).
4. Подключите выходную клемму источника тока к одной клемме 100-Ω резистора, а затем подключите другую клемму резистора обратно к другой клемме источника тока.
5. Генерируйте ток 1 мА через резистор.
6. Выберите режим измерения напряжения или вольтметра мультиметра, и подключите две клеммы мультиметра к двум клеммам резистора. Измерьте падение напряжения на резисторе.
7. Положительное показание означает, что потенциал на положительной клемме мультиметра выше, чем на отрицательной клемме. Используйте показания напряжения для проверки соотношения законов Ома (Рисунок 3).
8. Далее подключите одну клемму источника напряжения к одной клемме резистора, а другую клемму резистора подключите обратно к другой клемме источника напряжения. Создайте напряжение 10 В на резисторе 100-Ω.
9. Используйте мультиметр в режиме измерения тока или амперметра, а щупы соедините последовательно с резистором. Измерьте ток через резистор.
   1. Положительное показание означает, что электрический ток течет от положительной клеммы мультиметра к отрицательной клемме. Затем проверьте закон Ома (Рисунок 4).
   2. Обратите внимание, что мультиметр должен быть последовательно с резистором для измерения его тока (амперметр), но должен быть параллельно с резистором для измерения падения напряжения (вольтметр). При проведении этих измерений предположим, что «внутреннее» сопротивление амперметра очень мало, а сопротивление вольтметра очень велико. Если это не совсем так, то ток или напряжение, измеренные счетчиком, будут отличаться от значений до подключения счетчика.
10. Наконец, измерьте сопротивление напрямую с помощью мультиметра (Рисунок 5), выбрав режим измерения сопротивления. Соедините две клеммы измерителя с двумя клеммами резистора и считайте сопротивление. Убедитесь, что сопротивление имеет смысл на основе предыдущих измерений тока и напряжения.

Рисунок 3: Принципиальная схема подачи тока через резистор R и измерения напряжения.

Рисунок 4: Принципиальная схема подачи напряжения через резистор R и измерения тока.

Рисунок 5: Подключение мультиметра для измерения сопротивления резистора.

2. Резисторы последовательно

1. Соедините два резистора 100-Ω последовательно (см. рисунок 1). На макетной плате это означает подключение двух концов первого резистора в две разные группы выводов (не закороченные), скажем, группы a и b, и подключение двух концов второго резистора в группы выводов b и c (c — это еще одна группа выводов, не закороченная до a и b).
   1. Подключите общий ток 10 мА через оба резистора с помощью источника тока, как описано в шаге 1.4.
   2. С помощью мультиметра в режиме вольтметра измерьте падение напряжения на каждом резисторе. Затем подтвердите значения сопротивления R₁ и R₂ с помощью закона Ома.
   3. Теперь с помощью вольтметра измерьте напряжение V по всей последовательной комбинации (между точками a и c в Рисунок 1) и получите общее последовательное сопротивление.
   4. Введите измеренные значения сопротивления, как показано в таблице 1.
   5. Отключите источники питания и счетчики, затем используйте источник напряжения, чтобы обеспечить общее напряжение 10 В на обоих резисторах (между точками a и c).
   6. Используйте мультиметр в режиме амперметра для измерения тока (I₁) на входе R₁ и тока (I₂) на входе в R₂.
   7. Убедитесь, что I₁ равно I₂ (или приблизительно равно; любое небольшое различие может быть связано с немного отличающимися конфигурациями, включая незначительные изменения сопротивлений проводов).
2. Повторите процедуру в шаге 2.1 для двух последовательно соединенных 10-Ω резисторов и измерьте сопротивление провода с помощью мультиметра.
3. Повторите процедуру, описанную в шаге 2.1, для одного 100-Ω резистора, идущего последовательно с одним 10-Ω резистором, и повторите измерения сопротивления.

3. Параллельные резисторы

1. Соедините два резистора 100-Ω параллельно (см. рисунок 2). На макетной плате соедините два конца каждого резистора в две группы выводов, скажем, a и b.
   1. Источник общего падения напряжения V = 10 В с помощью источника напряжения.
   2. С помощью мультиметра измерьте ток I₁ при входе в R₁, тем самым подтвердив, что R₁ = V/I₁. Затем измерьте I₂, войдя в R₂, тем самым подтвердив, что R₂ = V/I₂.
   3. Теперь поместите амперметр перед параллельной комбинацией (перед точкой a в Рисунок 2) и получите общее последовательное сопротивление R = V/I.
2. Повторите вышеописанное в шаге 3.1 для двух 10-Ω резисторов параллельно, и снова для одного 100-Ω резистора параллельно с одним 10-Ω резистором.

4. Светодиоды с последовательным и параллельным подключением

1. Получите два небольших светодиодных источника света, которые можно рассматривать как два резистора.
2. Подключите источник 1 В к источнику питания 1 светодиода (аналогично подключению, как на шаге 1.5) и наблюдайте за его яркостью.
3. Теперь подключите два светодиода параллельно между источником 1 В (аналогично подключению, как в шаге 3.1) и наблюдайте за их яркостью.
4. Теперь подключите два светодиода последовательно и между источником 1 В (аналогично подключению, как на шаге 2.1.5) и снова наблюдайте за их яркостью.