Когда схема не работает, код можно перечитывать часами, а можно за минуту проверить, доходит ли до светодиода питание.
Сегодня я покажу на практике, как работает мультиметр. В качестве примера мы будем использовать проект “Светофор” из предыдущего урока.
Перед началом
Чёрный щуп всегда в гнезде COM. Красный — в VΩ для всего, кроме тока; для тока — в mA.
Три правила, которые стоит запомнить до первого измерения:
- сопротивление измеряется только на обесточенной схеме — мультиметр сам подаёт ток через деталь;
- напряжение измеряется параллельно детали, ток — последовательно, в разрыв цепи;
- после измерения тока красный щуп возвращается в
VΩ, иначе следующее измерение напряжения закоротит источник через прибор.
Проверяем светофор
Светофор из первого урока — идеальный первый пациент. Схема простая, я знаю, как она должна работать, и любое расхождение с ожиданием сразу видно.
Проверка сопротивления
За сопротивление тока отвечают резисторы.
Переводим мультиметр в режим Ω и выставляем значение 2k, так как мы рассчитываем, что резистор должен быть на 220 Ом. Исправный резистор на 220 Ом с допуском 5% показывает от 209 до 231 Ом.
Проверка напряжения цепи
Теперь включаю плату и запускаю скетч светофора. Черный щуп ставим на минус или GND, а красный на плюс или на пин 11, к которому подключён красный светодиод.
Пока красный горит, прибор показывает чуть меньше 5 В. Когда гаснет — около нуля. Это digitalWrite(RED, HIGH) и digitalWrite(RED, LOW), только теперь их видно на экране.
На разных участках цепи будет разное значение напряжения:
| Где меряю | Примерно |
|---|---|
Пин 11 относительно GND |
5 В |
| На красном светодиоде | 2 В |
| На резисторе 220 Ом | 3 В |
Напряжение источника делится между деталями: 2 В забирает светодиод, остальное — резистор. В сумме получаются те же 5 В.
Ток: сколько потребляет светофор
Ток измеряется в разрыве цепи, поэтому схему придётся разомкнуть. Красный щуп переставляю в гнездо mA, режим постоянного тока. Провод между катодом красного светодиода и шиной GND убираю и на его место ставлю мультиметр.
Сначала прогноз по закону Ома: I = (5 − 2) / 220 ≈ 13,6 мА. Прибор должен показать примерно столько же, пока горит красный, и ноль — пока он погашен.
Теперь вопрос интереснее: сколько потребляет весь светофор? Для этого мультиметр ставлю в разрыв общего провода между шиной GND и платой. В фазе «красный + жёлтый» горят два светодиода, и ток удваивается — около 27 мА.
Это полезная цифра. Один пин Arduino Uno рассчитан максимум на 40 мА, а для долгой работы рекомендуют не больше 20 мА. Мой светофор укладывается с запасом, но если бы я подключил несколько светодиодов к одному пину, этот замер показал бы проблему раньше, чем сгорела плата.
После замера — щуп обратно в VΩ.
Мини-схема 1: один светодиод, разные резисторы
Светофор проверен. Теперь хочу понять, как резистор влияет на светодиод. Arduino здесь работает просто как источник питания: 5V → резистор → красный светодиод → мультиметр в режиме тока → GND.
Меняю резисторы и записываю, что получилось:
| Резистор | Прогноз тока | Яркость |
|---|---|---|
| 220 Ом | ≈ 13,6 мА | ярко |
| 1 кОм | ≈ 3 мА | заметно тусклее |
| 10 кОм | ≈ 0,3 мА | еле светится |
Вывод простой: резистор задаёт ток, а ток задаёт яркость. Падение напряжения на светодиоде при этом почти не меняется и остаётся около 2 В — это его характеристика, а не свойство схемы.
Мини-схема 2: регулятор яркости на потенциометре
Менять резисторы руками неудобно. Потенциометр — это резистор, сопротивление которого меняется поворотом ручки.
Сначала знакомлюсь с ним на выключенной схеме, режим Ω. Между крайними выводами сопротивление постоянное — это его номинал. Между средним и любым крайним — меняется от нуля до номинала, когда кручу ручку.
Теперь собираю: 5V → резистор 220 Ом → средний и крайний вывод потенциометра → светодиод → мультиметр в режиме тока → GND. Кручу ручку — ток плавно меняется, светодиод разгорается и тускнеет.
Резистор на 220 Ом здесь обязателен. Если выкрутить потенциометр в ноль, без него светодиод окажется подключён к 5 В напрямую и сгорит. Фиксированный резистор ограничивает ток сверху, потенциометр регулирует его ниже этого предела.
Мини-схема 3: датчик света на делителе напряжения
Arduino не умеет измерять сопротивление, только напряжение. Чтобы плата узнала положение ручки или уровень освещённости, сопротивление нужно превратить в напряжение. Для этого служит делитель напряжения.
Начну с потенциометра. Крайние выводы подключаю к 5V и GND, щупы в режиме напряжения — на средний вывод и GND. Кручу ручку — напряжение меняется от 0 до 5 В. Потенциометр делит напряжение пропорционально положению ручки.
Теперь заменю потенциометр двумя деталями: сверху резистор 10 кОм к 5V, снизу фоторезистор к GND. Напряжение в средней точке считается так:
U = 5 × Rфото / (10 кОм + Rфото)
Сопротивление фоторезистора растёт в темноте, а вместе с ним растёт и напряжение:
| Освещение | Rфото, примерно | U в средней точке |
|---|---|---|
| Под фонариком | 1 кОм | ≈ 0,5 В |
| Комнатный свет | 10 кОм | ≈ 2,5 В |
| Закрыт пальцем | 100 кОм | ≈ 4,5 В |
Конкретные сопротивления зависят от модели фоторезистора — перед сборкой стоит измерить свой в режиме Ω. Но принцип не меняется: свет превратился в напряжение. А напряжение Arduino прочитает функцией analogRead(), и на этом будет построен ночник.