Схемы управление электродвигателями моделей

Схемы управление электродвигателями моделей
Схемы управление электродвигателями моделей
Схемы управление электродвигателями моделей
Схемы управление электродвигателями моделей
Схемы управление электродвигателями моделей

Глава 16. Лучшая десятка профессиональных инструментов для работы с электроникой

Импульсы здесь, импульсы там. Считаем мегагерцы. Источник питания с изменчивой внешностью. Формирование специальных сигналов. В поисках иных миров. Анализируй это. Трио профессионалов. Как найти скидки на полезные инструменты.

Глава 17. 10 формул, которые должен знать каждый

Соотношения закона Ома. Расчеты сопротивления. Расчет сопротивления последовательных резисторов. Расчет сопротивления параллельных резисторов. Расчет емкости параллельных конденсаторов последовательных конденсаторов, трех и более последовательно соединенных конденсаторов, Расчет энергетических уравнений, Расчет постоянной времени. RC-цепочки, Расчеты частоты и длины волны, частоты сигнала,длины волны сигнала.


Данный учебный материал предназначен в первую очередь, для людей которые только начинают разбираться с миром электроники с самых азов, изучив данный материал вас уже никто не рискнет назвать чайником в электронике

Скачать учебный курс "Электроника для чайника" Электроника для начинающих чайников

Глава 1. От электронов к электронике

Что же такое электричество? Что такое электрон? Перемещение электронов по проводникам. Напряжение — движущая сила. Важная объединяющая теория: электроны, проводники и напряжение.
Откуда берется электричество? Батареи: когда другие уже устали, они все еще полны энергии, Тепличные условия — электрические розетки. Солнечные батареи, Где применяются электрические компоненты? Полный контроль над электричеством. Детектирование с помощью сенсоров.
Когда электричество становится электроникой Создание простой схемы, что делать дальше. Инструменты для конструирования. Измерительные инструменты
Удивительный мир величин - Единицы измерения в электронике Переход к большим или меньшим величинам. Префиксы + единицы измерения = ?
Понятие о законе ОмаВыводы из закона Ома, hасчеты с применением больших и малых величин Мощность и закон Ома.

Глава 2. Безопасность людей и устройств

Шестое чувство в электронике, Опасность поражения электрическим током. Электричество = напряжение + ток. Постоянный или переменный ток. Как не пострадать от удара током. Оказание первой помощи.
Статическое электричество и его последствия. Как статика может превратить радиоэлемент в щепотку золы. Советы по предотвращению накопления статического электричества
Заземление рабочих инструментов
Работа с переменным током.

Глава 3. Рабочее место радиолюбителя.

Ручные инструменты, без которых не обойтись. Отвертка. Обращение с утконосыми плоскогубцами. Увеличительные стекла. Место для инструментов. Наполняем мастерскую. Где хранить инструменты. Приспособления, которые не нужны каждый день (но могут пригодиться)
Работаем на сверлильном станке. Обрезка деталей при помощи станка или циркулярной пилы. Выполнение деликатных работ при помощи бор-машинки. Содержание инструментов чистыми и смазанными.
Сияющая электроника.Масло и смазка для содержания деталей. Инструменты для дальнейшей чистки и конструирования. Клеим на века. Обустройство лаборатории радиолюбителя. Основные ингредиенты идеальной лаборатории. Выбор идеального места для занятий электроникой. Тройная угроза: холод, жара и влажность

Глава 4. Первое знакомство: наиболее распространенные электронные радиодетали.

Пусть живут резисторы. Резисторы и значения их сопротивлений.Красный, синий, голубой — выбирай себе любой. Понятие допуска резистора.
Конденсаторы: резервуары электричества. Быстрый взгляд внутрь конденсатора. Фарады: большие и малые. Контроль рабочего напряжения. Диэлектрик здесь, диэлектрик там. Какую емкость имеет мой конденсатор? Когда микрофарад — не совсем микрофарад. Воздействие тепла и холода. Положительные отзывы о полярности конденсаторов. Изменение емкости.
Диоды. Важные параметры диодов: максимальные токи и напряжения. Где у диодов плюс? Забавы со светодиодами. Резисторы в паре со светодиодами
Транзистор: восьмое чудо света. Изучаем терминологию транзисторов. По поводу корпусов транзисторов. Вставляем транзистор в схему. Типы транзисторов.
Микросхемы Номера ИМС. Что такое цоколевка ИС? Самостоятельное исследование ИМС

Глава 5. Потребительская корзина радиолюбителя

Электрические соединения. Провода. Соединения и соединители. Включаем питание. Врубим питание от батарей. Питание от солнечных батарей. Включение и выключение электричества. Вкл. и Выкл. с помощью переключателей.
Щелчок реле Логика решений. Логические элементы. Использование логики в электронике. Основные логические элементы. Контроль частоты кварцевых резонаторов и индуктивных контуров. Накопление энергии в катушках индуктивности. Частота кварцевого резонатора. Детектирование.
Детекторы движения. Тепло, теплее, горячо: сенсоры температуры. Вибрации двигателя постоянного тока. Не пошуметь ли немножко? Говорит громкоговоритель. Генераторы звука.

Глава 6. Читаем схемы

Что такое принципиальная схема и зачем она нужна. Знакомство с символикой схемотехники. Простейшие схемотехнические символы
Условные графические обозначения электронных радиоэлементов.Символы логических элементов. Соблюдение полярности. Один элемент на все случаи жизни: радиодетали с переменным номиналом.
Фоточувствительные компоненты: видят свет даже в конце туннеля Альтернативные условные обозначения

Глава 7. Основы функционирования электронных схем

Из чего состоит электронная схема? Простейшие схемы. Питание лампы накаливания. Изменение величины тока с помощью резистора. Параллельное (последовательное) соединение элементов. Последовательное соединение. Параллельное соединение. Исследование схемы делителя напряжения. Измерение тока путем измерения напряжения. Резисторы и конденсаторы: одна команда.
Как работает динамический дуэт конденсатора и резистора Включение и выключение схем при помощи RC-цепи.
Поговорим о транзисторах. Транзистор как ключ. Транзистор как усилитель. Что еще могут делать транзисторы?
Операционный усилитель. Упрощение устройств при помощи интегральных схем

Глава 8. Все, что нужно знать о пайке

Паять иль не паять: вот в чем вопрос. Вещи, абсолютно необходимые для пайки. Выбор подходящего паяльника. Выбор наконечника. Подготовка паяльного оборудования. Успешная пайка. От холодной пайки, как от чумы.
Пайка и статическое электричество. Пресечение электростатического разряда в зародыше. Меры по борьбе со статическим электричеством.
Отпаиваем и перепаиваем. Пружинный отсос в работе. Отсос с грушей. Полезные советы и рекомендации.

Глава 9. Как подружиться с мультиметром

Как пользоваться мультиметром. Помните: безопасность прежде всего. Что выбрать: цифровой или аналоговый мультиметр? Мультиметр на ладони. Базовые свойства мультиметра. Входы мультиметра и их функции. Точность, разрешающая способность и чувствительность.
Мультиметр и аксессуары Максимальный предел. Автоматическая подстройка диапазона. Дополнительные полезные функции. Настройка мультиметра. Пять основных измерений, которые можно выполнить с помощью мультиметра. Измерение напряжения. Измерение тока Измерение электропроводности проводников. Тестирование исправности переключателя. Тестирование предохранителей Тесты резисторов, конденсаторов и других электронных компонентов. Тестирование резисторов. Тестирование потенциометров, диодов, конденсаторов, транзисторов

Глава 10. Логический пробник и осциллогра

С логическим пробником в джунгли электроники. Звук, свет, занавес! Слишком быстрые сигналы (даже для человека-молнии). Познай свою схему.
Приступая к работе с логическим пробником. Пожалуйста, соблюдаем стандартные меры безопасности. Подключение пробника к схеме. Когда индикаторы молчат. Приглядимся к осциллографу
Что же делает осциллограф? Основные функции осциллографа. Что выбрать: настольный, ручной или компьютерный? Полоса частот и разрешающая способность осциллографа. Вся подноготная осциллографа. Что значат все эти бегущие линии. Так когда же нужно использовать осциллограф? Подготовка осциллографа к работе: тестируем — три, два, один! Настройка и предварительное тестирование. Жива ли еще батарейка? Препарация радио в целях изучения аудиосигналов. Тестирование частоты сигналов в схемах переменного тока.

Глава 11. Мои первые макетные платы

Взгляд на беспаечные макетные платы. Беспаечные макетные платы внутри и снаружи. Макетные платы: большие и не очень. Создание схемы с использованием макетной платы. Почему нужно использовать зачищенные провода? Сборка схем на макетных платах. Аккуратность — в плюс. Шаг от беспаечных плат к стационарным. Моделирование на перфорированных макетных платах. Как стать круче в скручивании проводов

Глава 12. Делаем собственные печатные платы

Конструкция печатной платы. Как медь превращается в схему. Готово, заряжай: приступаем к изготовлению собственной платы. Выбираем подходящий лист меди. Режем и чистим.
Фотографический метод изготовления печатных плат. Изготовление маски. Позитивная и негативная сенсибилизация. Зеркальное отражение печатной платы. Подготовка печатной платы к травлению. Да будет свет: экспозиция и проявка печатной платы. Изготовление печатных плат по методу переноса с пленки. Перенос топологии на слой меди.
Выбор метода получения собственной топологии. Мои гравюры: вытравливаем печатные платы сами Шаг первый: осмотр платы. Чистка платы. Внимание, пожалуйста! С волнением о травлении. Приготовление травителя. Нам бы только что-то потравить. Последние приготовления и сверление. Печатные платы от профессионалов — делаем заказы. Теперь вы конструктор печатных плат. Использование САПР для конструкторских работ. Что может Sprint Layout Приступаем к работе по проектированию печатной платы.

Глава 13. Волнующий мир микроконтроллеров

Как работают микроконтроллеры? Что находится внутри микроконтроллера? Знакомство с микроконтроллером BASIC Stamp. Знакомство с семейством OOPic, с Basic Stamp 2
разработка схемы, программирование микроконтроллера. Вносить изменения так легко, Добавление в схему переключателя, Куда идти дальше?

Глава 14. Создаем собственные электронные устройства

С места в карьер: что для этого нужно. Делаем классный, отпадный мигающий фонарик. Таймер 555 на ладони. Перечень элементов для мигающего фонарика. Играем с пьезоэлектриками. Пьезо- что?
Эксперименты с пьезоэлектричеством. Подбор компонентов для пьезоэлектрического барабана. Конструируем великолепный инфракрасный детектор, который "видит в темноте". Выслеживая инфракрасный свет. Радиодетали, необходимые для сборки инфракрасного детектора
Как работает сигнализация.Перечень элементов для сигнализации на основе таймеров 555, Как потеряться и снова найтись при помощи электронного компаса, Заглянем под крышку компаса, Перечень элементов для электронного компаса, Да будет звук, когда есть свет., Как заставить будильник выполнять общественно-полезную работу, Перечень элементов для световой сигнализации,Маленький усилитель — серьезный звук
Устройство мини-усилителя. Удобный и компактный измеритель влажности. Как работает измеритель влажности. Классный генератор светомузыкальных Подключение светодиодов

Глава 15. Настоящий робот в вашей семье

Роботы: взгляд под микроскопом. Подготовка к конструированию робота. Изучаем детали машин. Тело для робота Сборка и монтаж электродвигателей Установка шарнирного колеса. Органы управления. Добавим роботу немного мозгов.
Размышления о микроконтроллерах. Обычные моторы — прочь, радиоуправляемые сервомоторы — сюда. Внутри сервомотора. Доводка серводвигателей. Поставим робота на колеса. Соединение робота с макетной платой. Как научить робота думать

Часть I Начала начал электроники

Говорите, что всю жизнь мечтали познакомиться с электроникой поближе, но не знали с чего начать? Тогда вы оказались в нужное время в нужном месте!

В последующих глазах будут освещены фундаментальные основы электроники и физики электронов: что они собой представляют и почему следует о них знать. Однако не стоит беспокоиться - вам не придется умирать от скуки над научнмми трудами по теоретической физике: мм подадим основные положения и правила в виде, легко доступном дль усвоения. Кроме того, здесь же вы познакомитесь с простыми рекомендациями по безопасности. Электроника - забавная вещь, но только к том случае, если вы не обожжетесь, не поджаритесь на электрическом стуле и не заедете себе в глаз взбесившимся резистором.

Глава 1 От электронов к электронике

В этой главе...
Разъяснение роли электронов, проводников и напряжения
Вопросы генерации электричества
Некоторые электронные компоненты
Соединение отдельных компонентов в электрическую схему
> Знакомство с некоторыми инструментами электроники
> Единицы измерения
> Закон Ома

Когда вы включаете поутру кофеварку, вы используете электричество. Когда вы щелкаете кнопкой на телевизоре, чтобы просмотреть повторный показ сериала Секс и город, - опять же, вы снова так или иначе задействуете электричество.

Поскольку вы используете электричество и электронные устройства постоянно, вам, наконец, становится любопытно попробовать собрать какую-то безделушку самому (или самой). Отлично. Но перед тем, как вы сможете окунуться в мир проводов и батарей, не помешает узнать, откуда взялся корень электро- в словах электричество и электроника.

В этой главе вы узнаете все о том, как электроны служат для образования электричества, и как обуздать это электричество в целях освоения основ электроники. Вы также познакомитесь с инструментами и компонентами, с которыми позже будете забавляться в главах 14 и 15.

Что же такое электричество?

Как и множество вещей в нашей жизни, электричество сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Должно одновременно совпасть множество условий, чтобы между вашей рукой и железной ручкой двери проскочила искра, или появилась энергия, чтобы можно было включить новейший суперкомпьютер. Для понимания того, как работает электричество, будет полезно разбить столь общий вопрос на частные.

Что такое электрон

Электрон представляет собой один из основополагающих "кирпичиков", составляющих природу. Электроны "приятельствуют" с другими такими "кирпичиками" - протонами. Как первые, так и вторые очень малы, и содержатся в..., ну, в общем, во всем на свете. Мельчайшая частичка пыли одержит миллионы миллионов электронов и протонов, так что можете представить, сколько же их содержится в каком-нибудь борце сумо.

Электроны и протоны имеют равные, но противоположные по знаку электрические заряды: у электронов отрицательные, а у протонов - положительные. Противоположные заряды всегда притягиваются друг к другу. Вы можете продемонстрировать самому себе подобное притяжение, сблизив пару магнитов. Если ближайшие концы магнитов представляют собой разные полюса, то они моментально встретятся и приклеятся друг к другу. Если же концы будут с одним и тем же по знаку полюсом, то они отшатнутся друг от друга, как политики после горячих телевизионных дебатов. Таким образом, поскольку электроны и протоны имеют разные знаки, они притягиваются друг к другу. Это притяжение действует, как клей, на уровне микромира, скрепляя собой всю материю Вселенной.

Хотя протоны относительно статичны, об электронах подобного не скажешь - они весьма ветрены и не собираются сидеть на одном месте. Они могут - и чаще всего так и делают - перемещаться между объектами. Например, пройтись в сухую погоду по ковру и остановиться на стальной дверной ручке; электроны, бегущие между этой ручкой и вашей ладонью, вызывают искру, которую вы сможете увидеть лишь иногда, но, определенно, почувствуете всегда. Молния тоже состоит из цепочки движущихся электронов - на этот раз они перемещаются между тучами и землей. Все это примеры неприрученной, дикой электрической энергии.

Перемещение электронов по проводникам

Как перебегают электроны из одного места в другое? Ответ на этот вопрос приоткроет еще одну частицу электрической мозаики. Чтобы перемещаться, электроны используют так называемые проводники. Таким образом, электричество представляет собой не что иное, как направленное движение электронов в проводнике.

В качестве проводников может выступать множество материалов, но одни из них предпочтительнее других. Электроны передвигаются значительно легче по металлам, чем по пластику. Вообще, хотя в пластмассе они и будут перемещаться вокруг своих приятелей протонов, им куда приятнее сидеть дома, чем куда-то бежать. Но в металле электроны вольны двигаться, куда захотят. Можно провести аналогию между свободными электронами в металле и камешками, брошенными на лед. Электроны скользят сквозь металл, как по льду. А вот пластик - изолятор -больше напоминает песок: камни вряд ли сдвинутся далеко от того места, куда упали, как и электроны внутри пластмассы.

Так какие же материалы представляют собой хорошие проводники, а какие - хорошие изоляторы? Обычно в качестве проводников используют медь и алюминий (чаще - медь). А в качестве изоляторов, как правило, выступают пластмасса и стекло.

Мерой способности электронов перемещаться по материалу служит сопротивление. Медный провод большого диаметра имеет меньшее сопротивление потоку электронов, чем провод из той же меди, но меньшего диаметра. Вам стоит как следует уяснить для себя смысл сопротивления, потому что каждый проект, связанный с электроникой, включает в себя резисторы. Резисторами называют элементы с определенным сопротивлением, которое помогает контролировать поток электронов в проводниках.

Напряжение - движущая сила

В предыдущих разделах пояснялось, как электроны двигаются и почему в проводниках они передвигаются более свободно. Но для того, чтобы они перемещались от одного места к другому, нужно какое-то воздействие. Эта сила, действующая между зарядами с разными знаками, называется электродвижущей силой, или напряжением. Отрицательные электроны двигаются к положительному заряду посредством проводника.

Помните, как Бенджамин Франклин запускал в шторм воздушного змея? Электрическая искра, пробежавшая по змею, помогла ученому сообразить, как двигается электрический ток. В этом случае электроны прошли по мокрому от дождя шнуру, который служил проводником. Если попробовать проделать тот же фокус с искрой, но при сухом шнуре, то у вас не получится ничего даже близко похожего. Напряжение представляет собой разность электрических потенциалов между отрицательно заряженными тучами и землей, которая и гонит электроны вниз по шнуру.

Ни за что не пробуйте повторить эксперимент Франклина сами! Запуская воздушных змеев в грозу, вы играете с молнией, которая может в мгновение ока превратить вас в кусочек тоста.

Что происходит с протонами?

Вы могли обратить внимание на то. что мы практически ничего не говорим о протонах. Хотя они, как и электроны, представляют собой элементарные заряженные частицы, только с положительным зарядом, мы фокусируем свое внимание на электронах прежде всего потому, что они значительно более подвижны, чем протоны. В большинстве случаев именно электроны передвигаются по проводнику, и именно их отрицательный заряд представляет собой электричество. Однако в некоторых случаях, например, в батареях, положительные заряды также перемещаются по проводнику. Для объяснения этого процесса вы должны узнать, что такое ионы, атомы, электрохимические ротации и, возможно, даже рассмотреть гипотезу о «дырках», широко используемую в полупроводниковой физике. Однако, поскольку для выполнения задач, с которыми вы столкнетесь в этой книге (да и в большинстве любительских проектов тоже), вам необязательно владеть теорией в столь полном объёме, мы оставим более сложные выкладки Эйнштейну и займемся поближе одними электронами.

Обычный ток в отличие от реального тока

Первые исследователи полагали, что электрический ток представляет собой движение положительных зарядов, поэтому они описали явление тока как поток положительно заряженных частиц к отрицательному потенциалу. Только значительно позднее эксперименты доказали само существование электронов и определили, что это они двигаются от отрицательного к положительному потенциалу. Однако традиция осталась в силе, и с тех пор движение электрического тока на всех схемах показывается стрелками в противоположном реальному потоку электронов направлении. Поэтому обычный ток представляет собой (условное) движение заряженных частиц от положительного к отрицательному потенциалу и этим противоположен току реальному.

Важная объединяющая теория: электроны, проводники и напряжение

Предположим, у вас есть отрезок провода (проводник), и вы хотите присоединить его к положительному выводу батареи, а другой его конец - к ее отрицательному выводу. В этом случае электроны потекут от отрицательного потенциала к положительному. Этот поток электронов и является электрическим током. То есть соединение в одно целое электронов, проводника и напряжения позволяет получить электрический ток в той форме, которую можно так или иначе использовать.

Для того чтобы помочь вам описать то, как тип проводника и величина напряжения влияют на электрический ток, мы сочли удобным провести аналогию с тем, как давление воды и диаметр трубы влияют на поток воды по этой самой, трубе.

> Увеличение давления воды заставляет протекать по трубе большее ее количество. Это явление аналогично увеличению напряжения, которое приводит к усилению электрического тока в связи с тем, что большее количество электронов принимает участие в направленном движении.

> Использование трубы большего диаметра также позволяет пропустить по трубе больше воды при одном и том же давлении. Этот эффект можно сравнить с использованием провода большего диаметра, который позволяет электронам течь без препятствий при одном и том же напряжении, опять же приводя к большему электрическому току.

Откуда берётся электричество?

Итак, мы уже знаем, что электричество появляется тогда, когда напряжение в проводнике создает электрический ток. Однако где же берется нужная энергия, когда вы соединяете отрезком провода, выключатель и электрическую лампочку?

Существует множество различных источников электричества- от старых добрых фокусов типа "пройтись-по-ковру-и-дотронуться-до-дверной-ручки" и до современных солнечных батарей, но, чтобы упростить изучение данного вопроса, мы рассмотрим только три их типа, которые вы в подавляющем большинстве случаев и будете применять на практике: батареи, обычные бытовые розетки и солнечные батареи.

Батареи: когда другие уже устали, они все еще полны энергии

Для генерации положительного напряжения на одном выводе электрической батареи и отрицательного - на другом используется процесс электрохимических реакций. В батарее заряд создается помещением двух разных металлов в определенный тип химического вещества. Поскольку перед вами отнюдь не учебник по химии, мы не будем углубляться в особенности работы батарей - просто поверьте, что именно такая структура служит для получения напряжения.

Батареи имеют два вывода (выводами называются металлические площадки на концах батареи, к которым подключаются провода). Не сомневаемся, что вы часто используете батареи для питания электричеством переносных устройств, например фонарика. В фонаре от лампочки отходит два проводка, которые подключены к соответствующим выводам батареи. Что же происходит дальше? А вот что.

> Напряжение толкает электроны через провод от отрицательного вывода батареи к положительному.

> Электроны, движущиеся по проводу, проходят через нить накала электрической лампочки и заставляют ее светиться.

Благодаря тому, что электроны двигаются только в одном направлении, от отрицательного вывода батареи к положительному, электрический ток, генерируемый батареей, называется постоянным током(на схемах часто обозначается DC - direct current). Он является противоположностью переменному току, который мы рассмотрим в следующем разделе, где речь пойдет об электрических розетках.

Проводки, идущие от лампочки, должны быть подключены к обоим выводам батареи. Это позволяет электронам двигаться от одного из них к другому, проходя через лампочку. Если не создать электронам подобную петлю из проводников, то они не смогут течь вообще.

Тепличные условия - электрические розетки

Когда вы включаете лампу в электрическую розетку на стене, вы используете то электричество, которое выработала электростанция. Последняя может быть расположена на дамбе на реке или получать энергию от другого источника - например, атомной электростанции. Чаще всего, однако, используют процесс сжигания угля или природного газа. Направление, в котором текут электроны, меняется 100 раз в секунду, т.е. они совершают однонаправленное движение 50 раз в секунду. Такое изменение потока электронов называется переменным током (АС- alternative current).

Изменение направления тока с возвращением к первоначальному направлению представляет собой цикл, или период. Количество таких периодов переменного тока в секунду называется частотой и измеряется в специальных единицах - герцах (Гц). В странах Европы используется частота, равная 50 Гц, а в Северной Америке - 60 Гц, т.е. электроны меняют направление своего движения 120 раз в секунду.

Электричество, вырабатываемое гидроэлектростанцией, получается при вращении водой турбины с намотанным проводом внутри гигантского магнита. Одним из свойств взаимодействия проводников и магнитов является тот факт, что в присутствии магнита при движении проводника, в последнем возникает наведенный поток электронов. Сначала эти электроны двигаются в одном направлении, а потом, когда петля проводника поворачивается на 180 градусов, магнит заставляет электроны идти в обратном направлении. Подобное вращение и создает электрический ток.

Включить вилку в электрическую розетку весьма просто, но в большинстве случаев для ваших проектов понадобится постоянный, а не переменный ток. Если вы хотите пользоваться розетками, то вам нужно будет преобразовывать ток из переменного в постоянный. Это легко сделать, если имеется источник питания. Источником питания является, к примеру, зарядное устройство для вашего мобильного телефона: оно потребляет переменный ток и выдает постоянный, который служит для запитки аккумуляторов, подробнее о разных источниках питания вы сможете узнать в главе 3.

Безопасность, безопасность и еще раз безопасность! Важно уяснить и решить для себя в каждом конкретном случае - действительно ли вы хотите получать ток из настенной розетки? Использование батарей похоже на игры с милым домашним котенком, а питание от электричества в розетках - на приручение голодного льва. В первом случае вам грозят разве что поцарапанные руки, во втором же вы рискуете попасть на обед целиком. Если вам действительно столь необходимо подключиться к розетке, убедитесь, что понимаете, что делаете. Более подробные советы по безопасности приведены в главе 2.

Что появилось раньше: напряжение или ток

Электрические батареи являются источниками напряжения, которое создает электрический ток. В генераторах гидроэлектростанции возникающий ток создает напряжение. Что же появляется раньше? Этот вопрос напоминает другой известный философский спор - что появилось раньше: курица или яйцо? Напряжение, ток и проводники возможны только одноименно. Если к проводнику будет приложено напряжение, возникнет ток. Если этот ток течет по проводнику, значит на концах последнего появляется напряжение. Короче: не ломайте себе голову над подобными вопросами

Простой выбор: переменный ток или постоянный глазами чайника

Какая разница, какой ток использовать: переменный или постоянный? Оказывается, большая! Переменный ток дешевле получать и пересылать по линиям передачи, чем постоянный. Именно поэтому бытовое электричество обычно работает от переменного тока: всевозможные лампы, нагреватели и тому подобное.

Однако для проектов,предлагаемых в курсе электроника для чайника, значительно удобнее применять постоянный ток (как и во многих других случаях в электронике). Переменный ток несколько сложнее контролировать, поскольку неизвестно, в каком направлении он течет в каждый конкретный момент. Эта разница похожа из сложности ГАИ во время регулирования двухсторонней трассы сшестиполосным движением по сравнению с переулком с односторонним движением. Из этих соображений в нашей книге в большинстве схем будет использоваться именно постоянный ток.

Солнечные батареи

Они представляют собой полупроводниковые приборы. Как и обычные батареи, солнечные имеют проводки, подключенные к их противоположным выводам. Свет, попадающий на солнечную батарею, заставляет протекать в ней электрический ток. (Такая реакция на освещение является неотъемлемым свойством некоторых веществ и подробнее обсуждается во врезке "Причуды полупроводников". Курса электроника для чайника). После этого полученный ток течет через провода к устройству: к микрокалькулятору или к садовому светильнику около вашей входной двери.

Пользуясь калькулятором на солнечных батарейках, вы можете продемонстрировать окружающим, что работа устройства целиком зависит от количества света, попадающего на солнечные элементы. Включите калькулятор и наберите на клавиатуре несколько цифр (лучше что-нибудь побольше - на весь дисплей - например, сумму подоходного налога за прошлый год). Теперь закройте пальцем окошко солнечных батарей (оно обычно выглядит как прямоугольничек, закрытый прозрачным пластиком). После того как вы перекроете доступ свету, цифры на дисплее начнут блекнуть. Снимите палец с окошка, и они станут контрастными вновь. Следовательно, устройства, питающиеся от солнечных элементов, нуждаются в хорошей освещенности.

Где применяются электрические компоненты?

Электрические компоненты являются обязательной частью всех ваших электронных проектов. Вроде бы достаточно просто? Естественно, вы должны использовать какие-то средства для того, чтобы контролировать поток электричества, например как у реостата, который регулирует яркость освещения в комнате. Электричество просто-напросто запитывает энергией потребителей, таких как, скажем, акустические колонки. Другие же компоненты, которые называются сенсорами, служат для детектирования чего-либо (например света или тепла) и последующей генерации тока для ответной реакции, например включения сигнализации.

В этом разделе вы познакомитесь только с основными электрическими компонентами; главы же 4 и 5 содержат намного более обширный материал.

Контроль над электричеством

Электрические компоненты, или, как их еще называют, радиоэлементы, могут служить для того, чтобы контролировать электричество. Например, ключ соединяет электрическую лампочку с источником тока. Для того, чтобы разъединить их и, таким образом, выключить лампочку, нужно просто переместить ключ, создав разрыв цепи.

Можно упомянуть и другие элементы, служащие для контроля электричества: резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы. Намного больше информации вы сможете найти в главе 4.

Полный контроль над электричеством (ИС)

Интегральные микросхемы (ИМС, или просто - ИС) представляют собой компоненты, содержащие целую группу миниатюрных компонентов (резисторов, транзисторов, диодов, о которых вы прочтете в главе 4) в одном корпусе, который ненамного больше по размерам, чем один обычный радиоэлемент. Благодаря тому, что каждая ИС включает множество других компонентов, она одна может делать ту же работу, что и сразу несколько индивидуальных элементов.

Причуды полупроводников

Транзисторы, диоды, светоизлучающие диоды (СИД), интегральные схемы и другие электронные устройства состоят из полупроводников, а не проводников. Полупроводником называется материал, такой как кремний, свойства которого имеют общие черты как с проводниками, так и с изоляторами. Кремний - довольно важная штука в электронике. Фактически его именем даже назнали целую долину в Калифорнии. В свободном состоянии кремний проводит ток очень слабо, но при добавлении других веществ, например боpa и фосфора, становится проводником. Если добавляется фосфор, то кремний принимает форму полупроводника так называемого "n"-типа, если же используется бор, то он становится полупроводником "р"-типа. Полупроводник "n"-типа имеет больше электронов, чем обычный полупроводник, а полупроводник "р"-типа, соответственно, меньше.

Когда области полупроводника, содержащие бор и фосфор, располагаются в кремнии рядом друг с другом, получается так называемый "рn"-переход. В таком переходе ток течет только в одном направлении. Диоды - элементы, которые служат для преобразований переменного тока в постоянный с помощью течения тока, проходящего в одним напранлении, - как раз и представляют собой сегмент, состоящий из "pn"-перехода. Под воздействием света "pn"-переход генерирует электрический ток; это свойство используется в солнечных батареях. С другой стороны, если пропустить через переход электрический ток, то выделится свет, так работают светоизлучающие диоды (СИД).

В транзисторах используются переходы с тремя прилегающими областями с добавленными примесями. К примеру, одна с фосфором, вторая с бором, третья снова с фосфором, т.е. получается структура типа "npn". Ток в любом случае подастся на среднюю область(так называемая база). В большинстве электронных проектов вы будете работать с компонентами, сделанными из полупроводников, такими как транзисторы, диоды и интегральные схемы. Именно полупроводниковая технология позволила значительно уменьшить размеры электронных устройств и создать, в частности, карманные компьютеры и радиоприемники.

Примером интегральной схемы может служить аудиоусилитель. Такой усилитель можно использовать, чтобы увеличить мощность аудиосигнала. Например, если у вас есть микрофон, его выходной сигнал проходит через аудиоусилитель и становится достаточно мощным для того, чтобы быть услышанным из акустических колонок.

Есть еще один тип ИС, широко использующийся в электронных проектах: микроконтроллер. Это такой тип электронной ИС, который может быть запрограммирован для управления сложными устройствами, например, роботами. Мы дойдем до обсуждения микроконтроллеров в главе 13.

Детектирование с помощью сенсоров

Некоторые электрические компоненты генерируют ток, если подвергнуть их воздействию света или звука. Полученный ток можно использовать совместно с некоторыми компонентами, упомянутыми выше, для того, чтобы контролировать электричес включать или выключать различные устройства, например электрические лампы или громкоговорители.

Детекторы движения, сенсоры освещенности, микрофоны и датчики температуры - все генерируют электрический сигнал в ответ на какое-либо воздействие (соответственно движение, свет, звук и температуру). Эти сигналы могут затем использоваться для включения или выключения других устройств. Высокий уровень сигнала может, скажем, включать что-то, а низкий - выключать. К примеру, когда к вашей двери подходит очередной рекламный агент, детектор движения может включать свет (хотя лучше - пожарную сигнализацию).

На рис. 1.1 показаны диаграммы некоторых сигналов, с которыми вам придется часто встречаться.

Сигнал постоянного тока с амплитудой +5 В: высокий уровень.

Сигнал постоянного тока с амплитудой 0 В: низкий уровень.


Прямоугольные импульсы (меандр) постоянного тока с амплитудой 0-5 В: сигнал осциллятора (устройства, генерирующего колебания попеременно высокого и низкого уровней); если подать такой сигнал на электрическую лампу, то она будет постоянно мигать. Синусоидальный сигнал переменного тока с амплитудой -5...+5В. Такой сигнал приходит от микрофона, который генерирует переменный ток, используемый в качестве входного сигнала, например, усилителя. Микрофон генерирует форму сигнала, изображенную на рис. 1.1, когда на него воздействует звук камертона. Обратите внимание на то, что переходы от -5 до +5 В для синусоидального сигнала, изображенного на рисунке, постепенны, в то время как у прямоугольного сигнала они предельно резкие.

Более подробно о различных типах сенсоров вы сможете узнать в главе 5.

Питание

Электричество может подпитывать компоненты, чтобы они генерировали свет, тепло, звук, совершали движения и так далее. К примеру, электрический ток, подаваемый на двигатель постоянного тока, заставляет крутиться вал последнего, а заодно и детали, механически связанные с валом.

Вы можете запитать электричеством акустические колонки, электрические лампы, светодиоды, двигатели. В главах 4 и 5 будет рассказано об этих и других типах электрических компонентов.

Когда электричество становится электроникой

Если нужно использовать электричество, чтобы заработало какое-либо устройство, например, магнитофон, то это значит, что вы окунулись в мир электроники. Несомненно, вам не терпится создать собственную электронную поделку. В этом разделе будут описаны основы того, как взаимодействуют между собой электроника и ее устройства.


Создание простой схемы

Возьмем батарейки, резистор, светодиод и кусочки проводов и соберем их вместе - и вот перед вами простая электронная схема. Вот что представляет собой схема: провода, соединяющие компоненты таким образом, что через них ток течет и возвращается обратно к источнику питания.

На рис. 1.2 показана простейшая схема. Части схемы (также называемые компонентами) размещены на так называемой макетной плате и соединены между собой при помощи проводов. Принцип работы макетной платы, вкратце, таков: на ней есть отверстия, в которые удобно вставлять электронные компоненты для построения простых схем. Если вы останетесь удовлетворены результатом своей работы, то затем сможете перенести схему на печатную плату (об особенностях построения схем на макетных платах см. главу 11).

На рис. 1.2 показаны провода, присоединенные к обоим выводам батареи. Такое подключение позволяет току вытекать из батареи, проходить через светодиод и другие компоненты (в данном случае - резистор) и возвращаться в батарею, замыкая, таким образом, цепь с током. Схему можно довести до логического конца, присоединив ее к металлическому шасси, например к металлическому корпусу магнитофона. Такое соединение называется заземлением или, просто, землей и используется в качестве опорной точки для всех напряжений схемы. Заземление может как присоединяться к настоящей земле, так и быть отделено от нее, но в любом случае его потенциал служит точкой, от которой отсчитываются величины всех напряжений схемы. Более подробно вопросы заземления будут обсуждаться в главе 6.

Реальную схему можно представить в виде схемы принципиальной. Принципиальная схема представляет собой чертеж, на котором показано, как соединены между собой компоненты. Посмотрите на принципиальную схему, изображенную на рис. 1.3 и соответствующую той поделке, которую мы собрали ранее на рис. 1.2. Вы можете обратиться к главе 6, чтобы изучить множество других схем.


Что делать дальше

Если вы уже жаждете построить простую схему, чтобы проверить свои знания на практике, обратитесь к главе 14. К примеру, вы можете собрать с помощью макетной платы схему, которая генерирует сигнал тревоги, когда в комнате включается свет. Конструирование подобных вещиц - приятный способ познакомиться поближе с электроникой. Однако не стоит сразу прыгать в омут схемотехники, если вы совсем зеленый новичок - для начала прочтите еще несколько глав этой книги, особенно главу 2, в которой речь пойдет о безопасности.

После того как вы соберете парочку учебных проектов, представленных в главе 11, и как следует набьете руку, вы сможете перейти к главе 15, где вам предстоит серьезная работа - вплоть до сборки робота. Эти проекты занимают куда больше времени, но и результат оправдывает себя на все сто.


После того как вы поднатореете на проектах из этой книги, вы сможете самостоятельно двигаться дальше. Одним из мест, где всегда можно черпать идеи, является, конечно, Интернет. Мы порекомендуем вам, прежде всего, два сайта: discovercircuits. com и electronics-lab.com.

По ходу дела знакомимся с инструментами

Одной из самых замечательных вещей в электронном конструировании является то, что вам волей-неволей приходится иметь дело с какими-то новыми инструментами и электронными компонентами, чтобы посмотреть, что же из них можно собрать. Вы будете использовать одни инструменты, чтобы соединять компоненты схем, и другие, чтобы контролировать их работу.


Инструменты для конструирования

Наверняка вам будет приятно услышать, что для начала нужно не так уж много инструментов. Для того чтобы приступить к сборке проектов, приведенных в главе 14, вам понадобятся кусачки, утконосые плоскогубцы, щипцы для зачистки проводов и пара отверток.

Если же вы разрабатываете уже конечный вариант схемы, то можете добавить к этому списку паяльник для соединения элементов между собой. Выбор паяльника мы обсудим в главе 8.


В процессе работы, несомненно, вам потребуются и другие инструменты, которые было бы неплохо иметь под рукой. Возможно, вам пригодится магнит, чтобы вытаскивать винты и прочую мелочь из всяких труднодоступных щелей, куда они непременно попадут. Смотрите главу 3, где подробно описана комплектация рабочего места радиолюбителя.


Измерительные инструменты

При построении схемы и, тем более, при проверке ее работоспособности совершенно необходимо проводить измерения, чтобы понять- действительно ли схема работает, как запланировано, все ли собрано верно. Среди этих инструментов прежде всего следует обратить внимание на мультиметр, осциллограф и логический пробник. Все они подробно описаны в главах 9 и 10.

А пока мы уделим всего минуту, чтобы подсказать, как нужно использовать мультиметр: по той простой причине, что это первая вещь, которую вы должны купить и, возможно, даже единственная, без которой вам никак не обойтись.

Скажем, вы собрали схему и впервые включили ее. Что же делать, если вдруг она не работает? С помощью мультиметра вы легко найдете часть схемы, которая вызвала проблему. Этим универсальным прибором вы можете измерять напряжение, сопротивление и ток в различных точках схемы. К примеру, если в одной части схемы напряжение оказалось равным 5 Вольт, а в другой неожиданно упало до 0 Вольт, то логично будет предположить, что проблема заключается где-то в участке схемы между этими двумя точками. Вы также можете проверить (но только после отключения схемы от источника питания!) обрыв проводов или испорченные детали между этими двумя точками.


Перед тем как проверять схему на функционирование, не забудьте прочесть главу 2 по безопасности при работе с электричеством, иначе вы можете легко навредить себе или вашему будущему устройству.


Удивительный мир величин

Для того чтобы понять результаты полученных измерений, сперва необходимо знать единицы измерения электрических параметров и меры их величин. В следующем разделе мы с вами пройдем элементарные основы курса метрологии.


Единицы измерения в электронике

Единицы измерения служат для количественного определения какой-либо физической величины. К примеру, покупая яблоки, вы измеряете их вес в килограммах. Аналогично мультиметр измеряет сопротивление элементов в омах, напряжение - в вольтах, а ток - в амперах.

В табл. 1.1 показаны общепринятые единицы измерения и их аббревиатуры для физических величин, которые используются в электронике.


Таблица 1.1. Единицы измерения, используемые в электронике Физическая величина

Аббревиатура

Единицы измерения Символ единиц измерения

Компонент

Сопротивление

R

ом

Ом, Ω

Резистор

Емкость

С

фарад

Ф

Конденсатор

Индуктивность

L

генри

Гн

Катушка индуктивности

Напряжение

U (V или Е)

вольт

В


Ток

I

ампер

А


Мощность

Р

ватт

Вт


Частота

f

герц

Гц



Переход к большим или меньшим величинам

При измерении веса яблок очень даже можно столкнуться с малым количеством яблока (или его кусочка), а можно измерять и центнерами, не так ли? Диапазон измерения физических величин в электронике еще шире. В одной схеме вы можете иметь сопротивление в миллионы ом, тогда как в другой протекающий ток будет меньше одной тысячной ампера. Говоря о подобных величинах - как громадных, так и предельно малых, - приходится иметь дело со специальной терминологией.

Чтобы показывать очень большие и очень малые числа, в электронике применяют специальные префиксы, или приставки, и экспоненциальное представление. В табл. 1.2 показаны самые широко используемые префиксы и тип записи числовых величин.


. Таблица 1.2. Приставки, используемые в электронике

Число

Название

Экспоненциальное представление

Префикс

Аббревиатура

1000000000

1 миллиард

109

Гига

Г

1000000

1 миллион

106

Мега

м

1000

1 тысяча

103

кило

к

100

1 сотня

102



10

1 десяток

101



1

один

100



0,1

1 десятая

10-1



0,01

1 сотая

10-2



0,001

1 тысячная

10-3

милли

м

0,000001

1 миллионная

10-6

микро

мк

0,000000001

1 миллиардная

10-9

нано

н

0,000000000001

1триллионная

10-12

пико

п


Как же правильно прочитать число, записанное как 106 или 10-6? Экспоненциальное представление представляет собой наиболее удобный способ указания того, сколько нулей нужно добавить к числу в десятичной системе счисления, т.е. основанной на степени числа 10. Например, верхний индекс "6" в записи 106 означает, что точка, разделяющая целую и дробную части числа, должна находиться на шесть разрядов правее, а в записи 10-6 - что эту точку нужно сдвинуть на шесть разрядов левее. Таким образом, в числе 1 х 106 разделитель разрядов сдвигается на шесть мест вправо, и мы получаем в результате число 1 000 000 (1 миллион). В числе же 1 х 10-6 разделитель разрядов сдвигается на столько же мест влево, и результатом является 0,000001, или одна миллионная. 3,21 х 104 можно записать, сдвинув запятую на 4 знака вправо: 32100.


Префиксы + единицы измерения = ?

В предыдущих абзацах вы увидели как для обозначения физических величин и единиц их измерения используются аббревиатуры. В этом разделе мы научимся объединять их и использовать очень краткую запись. Например, ток 5 миллиампер можно записать в виде 5 мА, а частоту 3 мегагерца - как 3 МГц.

Кроме того, так же, как при измерении яблок удобнее всего пользоваться килограммами, а при строительстве загородного офиса большой компании вес стальных конструкций определенно будут измерять не иначе как в тоннах, в электронике тоже существуют такие физические величины, для измерения которых пользуются большими числами, и такие, которые измеряются малыми. Это значит, что чаще всего вам придется иметь дело с одним и тем же набором приставок для каждой физической величины. Ниже приведены такие комбинации величин и единиц их измерения.

> Ток: пА, нА, мкА, мА, А.

> Индуктивность: нГн, мГн, мкГн, Гн.

> Емкость: пФ, нФ, мкФ, мФ, Ф.

> Напряжение: мкВ, мВ, В, кВ.

> Сопротивление: Ом, кОм, МОм.

> Частота: Гц, кГц, МГц, ГГц.


Использование некоторых новых терминов

Хотя ранее в этой главе мы уже рассматривали такие понятия, как сопротивление, напряжение и ток, есть еще некоторые термины, которые могут оказаться для вас внове.

Емкость представляет собой способность накапливать заряд под воздействием электрического поля. Такой накопленный заряд может повышать или понижать напряжение более плавно, чем в отсутствие емкости. Для применения данного свойства на практике используется такой компонент, как конденсатор. На рисунке ниже показаны формы двух сигналов: первый сигнал представляет собой снижение напряжения от +5 В до 0 В в отсутствие конденсатора, второй - в схеме с конденсатором.

Частотой переменного тока называется мера повторяемости сигнала. Например, напряжение в настенной розетке совершает один полный цикл изменения 50 раз в секунду. На следующем рисунке показан синусоидальный сигнал, который совершает постоянные переходы от -5 В к +5 В и возвращается обратно к уровню -5 В, завершая тем самым цикл. Говорят, что сигнал имеет частоту 50 Гц, если он со-вершает 50 циклов в секунду.

Индуктивность - это способность запасать энергию в магнитном поле; эта накопленная энергия препятствует изменению тока точно так же, как энергия, накопленная конденсатором, препятствует резким изменениям напряжения. Для использования данного свойства на практике в электронике применяются катушки индуктивности, или дроссели.

Мощность служит мерой количества работы, которую электрический ток совершает при протекании через элементы схемы. К примеру, если приложить к электрической лампе напряжение, подведя ток при помощи проводов, то на нагрев этих проводов будет затрлчивться какая-то работа. В данном случае мощность можно вычислить, перемножив приложенное к лампе напряжение на ток, протекающий по проводам.



Используя информацию, приведенную в табл. 1.1 и 1.2, вы уже можете перевести экспоненциальную запись числа или аббревиатуру физической величины на человеческий язык. Ниже дано несколько примеров:


> мА: миллиампер, или 1 тысячная ампера;

> мкВ: микровольт, или 1 миллионная вольта;

> нФ: нанофарада, или 1 миллиардная фарады;

> кВ: киловольт, или 1 тысяча вольт;

> МОм: мегаом, или 1 миллион ом;

> ГГц: гигагерц, или 1 миллиард герц.


В аббревиатурах префиксов, которые представляют числа, превышающие 1, такие как М (для приставки Мега), используют прописные буквы. Аббревиатуры приставок, которые меньше 1, пишутся со строчной буквы - как, например, в слове милли. Единственным исключением из этого правила является приставка к для обозначения префикса кило-, которая также записывается с маленькой буквы.


Иногда все же для обозначения тысяч используют и прописную литеру К - а именно при записи килоом; если вы увидите запись вида 3,3 К, то это будет значить 3,3 килоома.


Вы должны научиться преобразовывать любое число к экспоненциальному виду, чтобы затем нормально проводить расчеты. Убедиться в этом вы сможете уже в следующем разделе.


Понятие о законе Ома

Итак, давайте предположим, что вы собрали свою первую схему. Вы знаете величину тока, которую компонент схемы может выдержать, не выходя из строя, и напряжение, выдаваемое источником питания. Следовательно, вам нужно рассчитать сопротивление, которое не позволит току в цепи превысить пороговое значение.

В начале 1800-х годов Георг Ом опубликовал уравнение, названное впоследствии законом Ома, которое позволяет выполнить такой расчет. Закон Ома гласит: напряжение равняется произведению тока на сопротивление, или (в стандартной математической записи):

U = I x R

Выводы из закона Ома

Помните ли вы из школы основы алгебры? Давайте еще раз вспомним вместе: если в уравнении с тремя величинами известны две, то достаточно легко рассчитать третью неизвестную величину. Закон Ома основывается именно на таком уравнении; члены уравнения можно переставлять как угодно, но зная любые два, всегда можно вычислить третий. Например, можно сказать, что ток является частным от деления напряжения на сопротивление:

I = U / R


Наконец, можно рассчитать сопротивление при известных токе и напряжении, переставив члены того же уравнения:

R = U/ I


Итак, пока вроде бы все ясно. Теперь давайте попробуем проверить наши знания на практике: пусть есть схема, питающаяся от 12-вольтовой батареи, и электрическая лампа (скажем, большой фонарик). Перед установкой лампочки в фонарик вы измерили сопротивление схемы мультиметром и нашли, что оно равно 9 Ом. Вот формула для расчета электрического тока по закону Ома:


I = U / R = 12 вольт / 9 Ом = 1,3 A


Ну, а что, если вы обнаружили, что лампочка светит чересчур уж ярко? Яркость можно изменить, уменьшив ток, т.е. просто добавив в схему резистор. Изначально мы имели сопротивление схемы 9 Ом; добавив 5-омный резистор в схему, мы повысим ее сопротивление до 14 Ом. В этом случае ток будет равен:


I = U/ R = 12 вольт / 14 Ом = 0,9 А


Расчеты с применением больших и малых величин

Предположим, что у вас есть схема с небольшой сиреной, которая имеет сопротивление 2 килоома, а также 12-вольтовая батарея. Для того чтобы рассчитать ток, вам нужно выразить сопротивление цепи не в килоомах, а в базовых единицах - омах, не используя приставку "кило". В нашем случае это значит, что нужно разделить напряжение на 2000 Ом:

I = U / R = 12 вольт / 2000 Ом = 0,006 A


В результате мы получили ток, записанный как доля 1 А. После окончания расчета будет удобнее вновь использовать префикс, чтобы дать ответ в более лаконичном виде: 0,006 А = 6 мА

Подводя итоги, можно сказать: для проведения расчетов необходимо все исходные величины преобразовать к базовым единицам счисления.


Мощность и закон Ома

Георг Ом (вот уж поистине, наш пострел везде поспел!) также нашел выражение для мощности, вычисляемое при известных напряжении и токе:

Р = U х I; или Мощность = напряжение X ток.

Это уравнение можно использовать для расчета мощности, потребляемой сиреной из предыдущего примера:

Р = 12 В х 0,006 А = 0,072 Вт, или 72 мВт.

Ладно, а что же делать, если напряжение на сирене нам не известно? Вы можете заняться простейшим преобразованием формулы для мощности, используя школьные знания (а вы-то думали, что зря протираете штаны на уроках физики!). Поскольку U = I х R, можно подставить это выражение в формулу для мощности, получив

Р = I2х R; или Мощность = квадрат тока х сопротивление.

Вы также можете использовать алгебраические преобразования, чтобы самостоятельно прикинуть, как можно рассчитать сопротивление, напряжение или ток, зная мощность и любой другой из этих же параметров.

Что, вы действительно так боитесь алгебры? Мария Ивановна завалила вас на экзамене двадцать лет назад? Ну что ж, тогда вы, видимо, с облегчением узнаете, что в Интернете существует множество уже готовых калькуляторов для вычисления по закону Ома. Погфобуйте выйти на тот же www.google.com и ввести в качестве ключевых слов "Калькулятор закона Ома". Ну, и не забудьте заглянуть в главу 17, где приведены 10 основных формул электроники.


. Глава 2

Безопасность людей и устройств

Вэтой главе...

> Здравый смысл при работе с электронными компонентами > Как избежать поражения электрическим током > Контроль статического электричества > Работа с переменным током > Техника безопасности при измерениях мультиметром > Пайка без страха и упрека > Правильная одежда - залог безопасности

Вы, вероятно, знаете, что когда в 1752 году Бенджамин Франклин запустил во время грозы воздушного змея, он открыл некоторые свойства электричества. Фактически он догадывался об этих свойствах и раньше - Франклин просто хотел в такой форме проверить теорию о проводниках. Хотя эксперимент и удался, его можно назвать как угодно, только не безопасным. Франклин едва остался жив, а если бы ему повезло чуть меньше, то чей бы портрет мы созерцали сейчас на сто долларовой банкноте?

Работая с электричеством, вы должны испытывать некое уважение к его мощи. В этой главе мы рассмотрим правила, позволяющие вам обезопасить как себя, так и ваши электронные поделки. Это, пожалуй, единственная глава во всей книге, которую вы обязаны изучить "от корки до корки", даже если вы уже не новичок в электронике.

Шестое чувство в электронике

В электронике шестое чувство - совсем не способность видеть духов чьих-то давно почивших родственников. В данном аспекте шестое чувство - это здравый смысл, т.е. то, что помогает вам остаться в живых в повседневной жизни. Это тот самый внутренний голос, который предостерегает вас от втыкания пальцев в патрон лампы, предварительно не отключив ее от сети.

Ни одна книга в мире не научит здравому смыслу. Мы рождаемся с ним и подсознательно возделываем этот дикий цветок в своем саду. Однако есть пара вещей, на которые только намекни, и будет понятно с полуслова, где речь идет о здравом смысле. Для начала запишем следующее.

> Никогда не стройте догадки. Семь раз промерьте, один - отрежьте. Представьте, что паяльник постоянно хочет ужалить вас, когда оказывается слишком близко. Ваши родные могут подумать, что это у вас от работы легкое помутнение рассудка, но зато вы никогда не обожжетесь и не получите электрический разряд в руку.

> Если не уверены, что делать, подумайте еще раз. Далеко не все в электронике так очевидно, как кажется на первый взгляд.


> He испытывайте судьбу. Если вы уже собрались рискнуть с вероятностью 50 на 50 что-то сделать, не отключаясь от сети, то сначала подумайте - а что же будет, если вы не угадаете.



Никогда не ослабляйте контроль над безопасностью. Не стоит портить все удовольствие от любимого увлечения или, может, даже вашего жизненного призвания простым несоблюдением техники безопасности.

Опасность поражения электрическим током

Вне сомнений, наиболее грозным аспектом работы с электричеством является опасность быть ударенным током. Поражение электрическим током представляет собой реакцию человеческого организма на воздействие электричества. Чаще всего реакция заключается в резком сокращении мышц (в том числе и сердца) и чрезвычайно сильного разогрева в месте контакта кожного покрова с электрической цепью. Нагрев приводит к ожогам, вплоть до смерти или физической травмы. И даже слабые токи могут нарушить сердцебиение.

Степень поражения током зависит от множества факторов, включая ваш возраст, состояние здоровья, величин напряжения и тока. Если вам за пятьдесят, и у вас слабое здоровье, вы вряд ли перенесете удар током так же спокойно, как если бы вы были двадцатипятилетним олимпийским атлетом. Однако не имеет значения, сколько вам и как вы здоровы, напряжение и ток могут оказаться слишком большими, поэтому всегда важно отдавать себе отчет, насколько сильно вы можете пострадать.


Электричество = напряжение + ток

Чтобы полностью понимать опасность поражения электрическим током, нужно знать основы того, из чего складывается электричество. В главе 1 утверждалось, что оно состоит из двух частей: тока и напряжения.

Ток и напряжение всегда действуют вместе, и их величина самым непосредственным образом влияет на последствия поражения электричеством. Давайте еще раз рассмотрим аналогию с водой, протекающей по трубе. Пусть вода- это ток. Увеличение диаметра трубы позволяет пройти через последнюю большему количеству воды, что соответствует увеличению тока в проводе большего сечения. Представьте себя под потоком воды, обрушивающимся с плотины Днепрогэса! Увеличение напора воды в трубе соответствует увеличению напряжения, а вы, должно быть, знаете, что даже небольшие количества воды под сильным давлением могут иметь разрушительную силу. То же утверждение справедливо и к электричеству. И даже малые напряжения при сильном токе могут убить человека.


Постоянный или переменный ток

Электрический ток может иметь две формы.

> Постоянный ток: электроны текут по проводам или в цепи всегда в одном направлении.

> Переменный ток: электроны циклически изменяют направление своего движения по проводам или в цепи.


Если последнее утверждение оказалось для вас новостью, возможно вам следует вернуться к главе 1, где приведены подробности.

Бытовые электрические сети США и Канады имеют напряжение 110 В, а Европы и СНГ - 220 В. Такие высокие величины напряжения запросто могут (часто так и происходит) убить человека. Следует соблюдать максимальную предосторожность, работая с сетью.

Пока вы не станете профессионалом в электронике, на первых порах лучше будет избегать схем, питающихся от домашних электрических сетей. Многим цепям вполне достаточно энергии от обычных батареек или преобразователей напряжения на малогабаритных трансформаторах. При таких токах и напряжениях до тех пор, пока вы не сделаете что-то действительно глупое - например, полижете контакты 9-вольтовой батареи (да-да - вас основательно стукнет током!), вам практически ничего не угрожает.


Основная опасность электрических домашних сетей заключается в воздействии тока на сердечную мышцу. Высокий ток переменного напряжения может вызвать сокращения этой мышцы и серьезные ожоги. Многие инциденты с электричеством происходят тогда, когда рядом никого нет, кто бы мог помочь жертве.

Наиболее часто встречающаяся форма повреждений, вызванных высоким постоянным током, - ожоги. Помните, что, хотя в этом случае напряжение не приходит прямо с электростанции, оно не становится менее опасным. К примеру, не стоит полагать, что, хотя обычная батарея имеет напряжение всего лишь 9 В, она совершенно безобидна. Если закоротить контакты батарейки проводком или при помощи медной монетки, батарея может перегреться - и даже взорваться! При взрыве осколки батарейки могут разлететься с большой скоростью и поранить руки или лицо.


Как не пострадать от удара током

Большинство случаев поражения электрическим током происходит вследствие собственной неосторожности. Вы должны соображать, что делаете, и тогда риск поражения значительно снизится.

Ниже приведены советы о том, как избежать удара током.

> Пытайтесь как можно меньше работать со схемами переменного тока. Конечно, совсем избежать встречи с ними невозможно. Если, например, ваша схема требует питания от розетки с последующим преобразованием переменного тока в постоянный с низким напряжением, то подумайте об использовании уже готового преобразователя с трансформатором, вставляемого в розетку. Так будет значительно безопаснее, чем преобразовывать ток самому.

> Разделяйте физически части схемы, в которых текут переменный и постоянный токи. Такая предосторожность сведет к минимуму опасность поражения током, если вдруг где-то оторвется оголенный провод.

> Убедитесь, что внутри вашей схемы вы обезопасили все проводящие части. Не стоит успокаиваться, если вы просто обмотали изолентой провод под переменным током внутри корпуса вашего устройства. Он может каким-то образом обнажиться или высунуться. Лучше применить хомуты или скобы, чтобы надежно закрепить провод в корпусе. Хомут представляет собой пластмассовую или металлическую ленту, которая зажимается вокруг провода и препятствует вытягиванию последнего из корпуса. Такие нехитрые приспособления можно купить практически в любом магазине электротоваров.

> Всегда, когда возможно, при разработке схем на переменном токе используйте металлический корпус, но только при условии его полного заземления. Для заземления металлического корпуса необходимо пользоваться трехвыводной розеткой и дополнительным "земляным" проводом. Удостоверьтесь, что зеленый провод (обычно таким цветом обозначают провод с потенциалом земли, а земля есть исходная точка для отсчета величин всех напряжений схемы) надежно закреплен на корпусе вашего изделия.

> Если вы не можете стопроцентно гарантировать качество заземления, то используйте пластиковые корпуса. Пластик изолирует вас от случайно оголившихся проводов или находящихся под напряжением частей схемы. В изделиях, которые не имеют полного заземления, следует применять только изолированные блоки питания, как это делается, к примеру, в компактных преобразователях напряжения (маленьких блоках питания, питающихся от сети и выдающих низкие напряжения на тот или иной вид разъема; вы можете использовать такой для зарядки вашего мобильного телефона). Когда вы вставляете преобразователь в розетку, с его выхода поступает практически безопасное низкое напряжение.

> Не стройте из себя клоуна для окружающих. Будьте серьезны и фокусируйте внимание в тот момент, когда работаете с электричеством.

> Не работайте во влажной среде. "Да как же иначе!" - могут воскликнуть некоторые. Но вы будете удивлены, если узнаете, что иногда делают невнимательные люди. И помните, что, наливая чай в чашку, вы не можете быть уверены, что, не разбрызгаете воду вокруг. Лучше оставьте свой напиток или чашечку с кофе на полке в стороне от вашего рабочего места.


Если возможно, работайте вместе с другими людьми. Пусть кто-нибудь всегда будет рядом, когда вы работ аете с электрической сетью переменного тока. Если недалеко будет человек, который сможет набрать 03 в то время, когда вы лежите на полу без сознания, вы будете ему потом очень благодарны. Серьезно.


Оказание первой помощи

Не сомневаемся, вы - самый осторожный и предусмотрительный человек на земле, и вас никогда и ни за что не ударит током, но на всякий случай и вы достаньте где-нибудь правила оказания первой помощи. А вдруг кто-нибудь (ну, разумеется, не вы!) сунет палец в розетку. Вы можете найти последовательность действий даже в Интернете, введя в строку поиска ключевые слова "оказание первой помощи". Такие же правила легко разыскать и в школе, и в отделе техники безопасности на заводе или в лаборатории.

Помощь пострадавшему от удара электрическим током может заключаться в сердечно-дыхательном стимулировании. Однако убедитесь, что вы когда-либо испытывали эту технику, прежде чем применить ее на ком-нибудь, иначе очень легко навредить больше, чем помочь. Информацию о стимулировании сердечной деятельности и дыхания можно найти на сайте

Статическое электричество и его последствия

Существует еще один тип электрической энергии, повседневно встречающийся и опасный как для людей, так и для электроники; он называется статическим электричеством. Электричество называется статическим, поскольку представляет собой форму тока, который накапливается на каком-либо изоляторе, как в ловушке, и остается там даже после того, как вы отключили источник питания. Обычные же токи - как переменные, так и постоянные - в отсутствие питания исчезают.

Древние египтяне открыли явление статического электричества, когда они проводили по кошачьей шерсти гладкими кусочками янтаря. После подобной процедуры янтарь и кошачья шерсть притягивались друг к другу какой-то неведомой силой. Точно так же два клубка кошачьей шерсти, которые были натерты янтарем, отталкивались друг от друга. Хотя египтяне и не понимали этой мистической силы, они знали о ней четыре тысячи лет назад, и доказательством тому были их вечно исцарапанные руки. (Для прямых наследников египетских фараонов - мы настоятельно не рекомендуем идти тренироваться на кошках.)

Статическое электричество накапливается до тех пор, пока оно не получает возможности рассеяться или как-то вырваться на свободу. В большинстве случаев со временем накопленный заряд рассасывается самостоятельно, но иногда он может "выстрелить" сразу. Молния- одна из наиболее распространенных форм мгновенно высвобождающейся энергии статического электричества.


Разработчики стараются сделать так, чтобы электронные компоненты могли выдержать статическое электричество. Так, например, большинство обычных конденсаторов (элементов, накапливающих в электрическом поле энергию) хранят очень малые заряды в течение очень малых периодов времени, но иногда применяются и такие (чаще всего в блоках питания), которые могут хранить небезопасный для жизни заряд в течение часов. Осторожно работайте с крупными конденсаторами, которые могут накапливать значительный заряд, чтобы не получить удар током.


Еще раз о человеке со стодолларовой банкноты

Бенджамин Франклин, впрочем, как и другие ученые того времени, знал о статическом электричестве весьма немного. Несмотря на это, одним из его многих изобретений является первый мотор, работающий целиком от статического электричества. Хотя сегодня этот двигатель представляет собой не более, чем любопытный с научной точки зрения факт, он доказывает еще раз, что статическое электричество - это такая же полноценная форма электричества, как переменный и постоянный токи.

Представьте себе двигатель без батареи. Тяжело? А Бенджамину Франклину приходилось представлять себе такие неправдоподобные вещи каждый день, потому что первые батареи были изобретены только после его смерти. Честь их изобретения принадлежит Алессандро Вольта (1800 год), вот почему его именем названа единица измерения электродвижущей силы (силы притяжения между положительными и отрицательными зарядами). И хотя старина Франклин не застал батареи, именно он первый придумал термин "статика", описывающий физические явления в его аппарате, который накапливал статическое электричество на заряженных стеклянных пластинах.


Вы и сами наверняка сталкивались со статическим электричеством, пересекая комнату, пол в которой был укрыт густым ковром. Когда вы идете по такому ковру, ваши ноги трутся о его мех, и тело накапливает заряд. Случись вам коснуться металлического предмета, например дверной ручки или металлической раковины, и накопленный заряд моментально разрядится, в результате чего вас слегка стукнет током.

Как статика может превратить радиоэлемент в щепотку золы

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчесывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, но ток его освобождения будет столь мал, что вы вряд ли даже почувствуете покалывание. Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести вам вред, когда происходит мгновенный разряд.

Однако многие компоненты, которые используются в электронном оборудовании, - от простых транзисторов до сложных интегральных микросхем - весьма чувствительны даже к небольшим статическим напряжениям. А уж больших значений напряжений транзисторы и ИС боятся независимо от величин токов. Среди таких чувствительных компонентов следует упомянуть КМОП-транзисторы и микросхемы и большинство компьютерных микропроцессоров. Остальные электронные компоненты также чувствительны к сверхвысоким уровням электростатических напряжений, но с опасными для них уровнями мы редко сталкиваемся в повседневной жизни. Больше о КМОП-технологии, транзисторах и других радиоэлементах вы сможете прочитать в главе 4.

И все же не все электронные компоненты чувствительны к статике; однако ради их же безопасности желательно всегда соблюдать правила работы в антистатической среде. В табл. 2.3 приведен список наиболее важных электронных компонентов и степени их уязвимости к разрядам статического электричества. О самих же компонентах более подробно написано в главах 4 и 5.


Таблица 2.3. Чувствительность к статике различных радиоэлементов

Низкая

Средняя

Высокая

Резисторы
Конденсаторы
Диоды
Трансформаторы
Катушки индуктивности
Все пассивные элементы (батареи, ключи, соединители) Биполярные транзисторы
Интегральные микросхемы ТТЛ
Множество линейных интегральных микросхем КМОП-транзисторы и интегральные микросхемы
МОП-транзисторы
Микропроцессоры и аналогичные компоненты

Советы по предотвращению накопления статического электричества

Можно с уверенностью заявить, что в большинстве электронных проектов, которые вы когда-либо захотите сделать, будет содержаться как минимум несколько радиоэлементов, уязвимых воздействию электростатического разряда. Однако вы всегда можете предпринять простые шаги, чтобы воспрепятствовать опасности электростатики.


> Используйте антистатический коврик. Такой коврик должен значительно уменьшить или вообще исключить возможность накопления электростатического заряда на столе и вашем теле в процессе работы с электронными устройствами. Антистатические коврики представляют собой покрытия, которые могут подходить для пола или стола. Настольные коврики выглядят как пористые поверхности, но на самом деле представляют собой проводящую пену. Вы можете (и даже должны) проверить ее проводимость, коснувшись выводами мультиметра (инструмента, узнать о котором во всех подробностях вы сможете в главе 9) разных сторон коврика с его противоположных по длине концов; показания при этом измеряются в омах. В результате вы должны получить какую-то конечную величину сопротивления, но никак не разорванную цепь (цепь, сопротивление которой равно бесконечности; см. главу 7).

> Используйте заземляющий браслет. В качестве дальнейшей меры, препятствующей уменьшению опасности появления статического заряда, при работе с электронными устройствами можно использовать антистатический наручный браслет. Такой браслет, подобный тому, что изображен на рис. 2.1, заземляет ваше тело, и тем самым препятствует накоплению на нем электростатического заряда. Вообще, это средство - самое надежное против электростатики, и при этом самое дешевое. Большинство таких браслетов стоят не более 5 долларов, и с лихвой окупают каждую потраченную копейку. Чтобы использовать браслет, нужно просто закатать рукав рубашки, снять все украшения, часы и другие металлические вещи, а затем обмотать браслет вокруг запястья и затянуть. Провод с защелкой на конце нужно присоединить к какому-либо предмету с потенциалом земли, как это поясняется в краткой инструкции, идущей в комплекте с браслетом.

> Носите антистатическую одежду. Правильный выбор одежды может заметно повлиять на скорость накопления статического заряда на вашем теле. Старайтесь всегда, когда это возможно, носить одежду из натуральных тканей, таких как хлопок или шерсть. Избегайте ношения тканей из полиэстера и ацетата, потому что как раз такие материалы обладают способностью хранить статическое электричество. Лабораторный халат будет не только очень внушительно выглядеть на вас (как будто вы обладаете парой ученых степеней), но и значительно уменьшит риск электростатического разряда. Халаты продаются по весьма умеренным ценам во многих специализированных магазинах, да и в магазине радиотоваров или ближайшем хозяйственном также имеет смысл поискать спецовку или передник.



Заземление рабочих инструментов

Инструменты, которые вы используете, работая с радиоэлементами, также могут накапливать электростатический заряд. Фактически даже значительный заряд. Если ваш паяльник работает от домашней электросети, заземление будет служить наилучшей защитой от разряда статики. Здесь будет даже двойная польза: заземленный паяльник не только исключит возможность ущерба от разряда, но и снизит ваши шансы получить удар током, если вы случайно коснетесь жалом оголенного провода под напряжением.

В самых дешевых паяльниках используется только двухжильный провод, т.е. соединение с землей отсутствует как таковое. Присоединить землю к такому инструменту безопасным и надежным способом практически невозможно, поэтому будет лучше, если вы потратите еще немного денег и купите новый, более серьезный паяльник.

Если вы заземлили себя с помощью антистатического браслета, то вам уже не требуется заземлять все металлические инструменты, такие как отвертки, кусачки и т.п. Ведь теперь все статическое электричество, накопленное этими инструментами, стечет через браслет на землю.


Работа с переменным током

Подавляющее большинство любительских электронных поделок работают от простых батареек. Это достаточно просто, но иногда для схемы требуется больше тока или более высокие значения напряжений, чем может дать батарея. Вместо того, чтобы самостоятельно собирать источник питания, который бы преобразовывал переменный ток из домашней электросети в переменный, намного безопаснее использовать заводской настенный компактный преобразователь (рис. 2.2). Такой преобразователь имеет внутри трансформатор и все остальные необходимые для преобразования детали, и до тех пор, пока вы не полезете его разбирать, можете считать себя в безопасности.


Где можно дешево достать компактные преобразователи напряжений

Вы можете купить преобразователь напряжений как сам по себе, так и в качестве довеска к какому-либудь электронному устройству. Новый преобразователь можно достать практически в любом магазине для радиолюбителей. И, наконец, можно приобрести уже бывший в употреблении прибор. Однако проще всего хорошенько поискать и найти дома преобразователь напряжения от радио- или мобильного телефона либо что-нибудь в этом роде. Просто проверьте значения выдаваемых тока и напряжения, которые обычно пишут прямо на корпусе преобразователя, и решите, подходит ли он к вашей схеме.


Иногда все же приходится работать со схемами, которые требуют потребления тока непосредственно от розетки 220 В. В таком случае вам уже не удастся ограничиться относительно безопасными батарейками, и не получится спрятаться за преобразователем напряжения. При работе с такими схемами всегда проявляйте предельную осторожность. И даже будучи супервнимательным, вы можете еще уменьшить риск при работе с переменным током от домашней электросети, следуя таким простым правилам.


> Всегда следите за тем, чтобы корпус схемы, работающей от переменного тока, был закрыт. Простой кусок пластика отлично оградит вас от опасности поражения электрическим током.

> Никогда не пытайтесь перехитрить собственную защиту устройства. Не используйте предохранители со слишком высокими значениями предельного тока и уж точно никогда не используйте "жучки".

> Работая со схемами переменного тока, всегда держите одну руку в кармане.

Это поможет вам уберечься от случайного касания элементов, находящихся под напряжением. Второй рукой вы будете пользоваться рабочими инструментами. Таким образом, вы точно избежите ситуации, когда одной рукой вы можете коснуться оголенного провода, а второй - земли. Подобная неосторожность приведет к тому, что ток потечет от одной руки к другой, прямо через ваше сердце.

> Постарайтесь, чтобы кто-то всегда находился рядом. Пусть в те моменты, когда вы разбираетесь со схемами переменного тока, рядом будет кто-то, кто сможет оказать вам помощь, случись что.

> Проверьте и перепроверьте результаты вашей работы до подачи напряжения на схему. Наилучший вариант - когда кто-нибудь, кто хоть немного разбирается в схемотехнике, проверит свежим глазом вашу схему до того, как вы впервые подадите на нее питание.

> Периодически осматривайте ваши схемы переменного тока на предмет изношенных, сломанных или оголившихся проводов и компонентов, требующих неотложного ремонта.

Во время тестирования схем, работающих от источника переменного тока, в первую очередь отключите питание. И не просто выключите его кнопкой на корпусе, а выдерните шнур из розетки.


Пошла жара: безопасная пайка

Во время пайки температура горячего жала паяльника может превышать 400°С. Чтобы понять, что в действительности означает эта цифра, достаточно сказать, что ту же температуру можно получить в духовке, выставленной на максимальную температуру. Можете себе представить ощущения, если вы вдруг дотронетесь до наконечника паяльника.

В большинстве электронных схем вполне достаточно совсем небольшого паяльника, вместо того чтобы сразу браться за автоген, напоминающий оружие Терминатора. В главе 8 процесс пайки будет рассмотрен более детально, пока же мы ограничимся перечислением мер безопасности, которые нужно постоянно держать в голове.


> Всегда держите паяльник в специально предназначенном для этого креплении. Никогда не кладите разогретый паяльник прямо на стол или рабочую поверхность. В противном случае вы рискуете устроить пожар или обжечь руки.

> Убедитесь, что провод не зацепился где-либо на столе или на другом объекте.

Иначе горячий паяльник можно легко выдернуть из крепления и уронить на пол. А может, даже на колени!

> Во время пайки выделяются довольно едкие и токсичные испарения. Убедитесь, что ваше рабочее место оборудовано хорошей вентиляцией, препятствующей скоплению вредных паров. Не горбьтесь над столом во время паяния, потому что пары могут распространиться прямо вам в лицо. Если вы не можете четко рассмотреть место соединения пайкой, лучше использовать увеличительное стекло, чем подносить плату близко к лицу.

> Если ваш паяльник имеет регулируемую температуру жала, выставьте такое ее значение, которое рекомендуется для данного типа припоя.

> Если у вас проблемы с ростом и другие отклонения здоровья от нормы, вам следует избегать припоев, содержащих свинец. В качестве альтернативы обычным припоям вы можете использовать бессвинцовый проволочный припой, специально разработанный для пайки электроники. Кстати, никогда не используйте серебряный и кислотный припой для работы с электроникой - они могут серьезно испортить вашу схему.

> И не пробуйте паять в схеме, находящейся под напряжением. Вы рискуете повредить или схему, или паяльник, а то и получить удар током.

> Не пытайтесь схватить паяльник, если он летит со стола. Пусть лучше летит, а если с ним что-то случится - купите новый. По неписаным законам Мерфи вы непременно схватите его за горячий конец. Поверьте - испытывать на себе температуру разогретого паяльника не стоит даже ради получения бесценного опыта.


Ношение защитной одежды

Итак, может показаться, что авторы действуют в стиле чересчур заботливых мамочек, советующих укутаться потеплее перед выходом на улицу, но в интересах практической безопасности при работе с электроникой мы еще раз настоятельно рекомендуем носить правильную одежду и защитные приспособления. Вот несколько дельных рекомендаций.

> При работе с высокоскоростной дрелью или подобным инструментом носите звукоизолирующие наушники: слишком громкий звук на протяжении длительного времени может повредить ваш слух.

> Во время обрезки проводов, сборки схем и, особенно, их пайки всегда надевайте защитные очки. Это поможет вам избежать попадания в глаза посторонних предметов и даже паров олова. В конце концов, вы ведь не хотите, чтобы вам в глаз выстрелил осколок откусываемого провода?!

> Носите удобную одежду, но не используйте ничего со свободными рукавами и длинными фалдами. Вообще - следует закатать рукава, заправить рубашку и снять галстук, если вы всегда надеваете последний, идя работать.

(Согласно директиве Европейского союза "По ограничению применения некоторых вредных веществ в электронном оборудовании" с 1 июля 2006 года все производство электроники обязано перейти на бессвинцовую пайку. При этом припои или радиокомпоненты, содержащие свинец, могут использоваться только в случае, если предприятие берет на себя обязательство по переработке изделия после окончания срока его эксплуатации. Большинство крупных производителей уже достаточно давно предлагает как припои без РЬ, так и микросхемы и элементы, предназначенные для пайки такими припоями. - Примеч. ред.)


Снимайте металлические украшения, работая с опасными напряжениями. Если вас вдруг ударит током, то в месте соприкосновения металла с кожей могут остаться ожоги. Еще можно как-то понять кольцо на пальце, но стоит хорошенько подумать, прежде чем работать с золотой цепью толщиной с мизинец на шее..

Часть II Ряд 5, стеллаж с инструментами: запасаясьвпрок

В этой части ...

Наступило нремл узнать, какие элементарные "кирпичики" вам нужно собрать для того, чтобы построить свою первую электронную схему. В главах этой части речь пойдёт о закупке в магазине необходимых инструментов, некоторых советах по хранению разного рода электронного хлама и, наконец, об оборудовании вашего рабочего места. Затем вы подробно узнаете о дюжине различных электронных компонентов - резисторах, конденсаторах и транзисторах, - которые им придется применять практически во всех схемах. Вы найдете для себя ответы на такие вопросы, как "Что они делают?", "Для чего нужны?" и "Кто из них что?"...

Или "Что из них кто?"?..


. Глава 3

Рабочее место радиолюбителя

В этой главе...

> Изучение основных рабочих инструментов, которые используются каждый день. > Знакомство с некоторыми забавными, хотя и не очень широко распространенными инструментами > Использование очистителей, смазочных материалов и других химических веществ Y Склеивание вещей с помощью клеев, липкой ленты и других адгезивных веществ > Поиск рабочего пространства и переделка его "под себя"

А теперь забудьте про все эти резисторы и токи с напряжениями. Вам, вероятно, не терпится с головой окунуться в действительно интересную практическую сторону электроники: работу с инструментами.

Каждое хобби можно охарактеризовать его собственным инструментарием и используемыми материалами. Электроника не является исключением из этого ряда. Вам, несомненно, понравится играться рабочими инструментами - от скромной отвертки до высокоскоростной дрели - особенно, если вы преуспеете в их правильном подборе.

Вы можете уже иметь дома некоторые или даже все инструменты. Если так, то вы находитесь во всеоружии и опережаете график. Соберите их, сложите в один ящик и... перейдите к следующей главе. Однако, если вы не знаете, с чего начать, и не имеете нужных вещей - не расстраивайтесь. Вам вряд ли понадобятся все до единого инструменты, описанные в этой главе, а собирать их можно по ходу того, как они вам будут нужны.

И, кстати, глава отнюдь не претендует на право быть всеобъемлющей. Например, здесь мы не будем подробно обсуждать инструменты для пайки или тестовое оборудование. Больше о всевозможных паяльниках и припоях вы сможете узнать в главе 8, а об аппаратуре для тестирования схем - мультиметрах, логических пробниках и осциллографах - в главах 9 и 10. Наконец, почитать о некоторых специальных инструментах, предназначенных для изготовления печатных плат, можно в главе 11.


Ручные инструменты, без которых не обойтись

Ручные инструменты - это главный отряд в армии вашей мастерской. С их помощью вы будете закручивать винты, отрезать провода, сгибать неподатливый металл и выполнять многие другие практические задачи. В следующих разделах будут описаны основные ручные инструменты и задачи, для которых они понадобятся.



Отвертка (инструмент, а не коктейль!)

Вы обязательно должны знать, что это такое, если только вас не взрастила стая волков в диких джунглях. Мы используем отвертки для скрепления вещей и наоборот - для разнимания деталей, скрепленных резьбовыми соединениями. Отвертки бывают множества видов и размеров. В электронике вам обычно будут нужны небольшие; например, такие, которые можно найти в так называемом "наборе часовщика", исключительно удобном для работы с миниатюрными предметами, повсеместно встречающимися в электронике.


Прикручивая крестиком

Винты имеют широкую гамму головок: например, крестообразные или обычные, с одной канавкой под отвертку (рис. 3.1). Соответственно, в каждом конкретном случае вам нужны отвертки, подходящие под нужную головку.

Кроме всего прочего, убедитесь, что вы выбрали отвертку нужного диаметра. Это особенно важно при закручивании винтов с крестообразными головками. Каждый вид отверток имеет несколько размеров, а использование неправильного размера может запросто привести к порче головки винта. Так что мы рекомендуем купить сразу набор отверток - таким образом вы наверняка будете иметь нужный размер в любом случае.


Различные винты для различных задач

С чего бы это (как вы думаете) винты бывают разных видов? На самом деле, точно этого не знает никто, но, вероятнее всего, здесь что-то непостижимым образом связано с загадочными кругами, которые оставляют пришельцы из космоса на полях бедных британских фермеров. Ладно, шутки в сторону! Каждый вид головки имеет свои собственные преимущества, что может оказаться полезным для его практического применения в том или ином случае. Вот список их преимуществ и недостатков

В большинстве случаев люди, работающие отвёртками, предпочитают обычные головки с плоской канавкой посередине, потому что такие винты можно закручивать при помощи широкого спектра отвёрток с разными размерами лезвий. Однако следует помнить, что все равно правильно закручивать винты только с помощью отвёртки соотвествующего размера.

Крестообразные винты легче использовать при полуавтоматическом или автоматическом. Отвертка благодаря большей степени симметрии быстрее попадает в вырез на плеске и имеет нужный контакт. Такие свойства делают крестообразный шлиц практически незаменимым при конвейерной сборке, и вы, скорее есего, встретите крестообразные винты в купленных вами, готовых электронных изделиях.

Головки с шестигранным шлицем и шлицами другой формы хорошо обеспечивает надежный, нескользящий контакт отвёртки с винтом. Такие головки могут пригодиться, если хочется потуже затянуть винт как, например, в высокоскоростном станке, где детали постоянно двигаются относительно друг друга, или в автомобиле.


Сколько же всего бывает различных типов винтов? Список приведен ниже.

> Винт с плоским шлицем: самый распространенный тип, с одной канавкой в головке. Подходит для закручивания отверткой с плоским лезвием.

> Винт с крестообразным шлицем: его головка имеет вырез в виде креста. По распространенности прочно занимает второе место после винтов с плоским шлицем.

> Винт с шестигранным шлицем: в таких винтах вырез в головке имеет форму шестиугольной звезды. Для того чтобы закрутить такой винт, необходимо использовать шестигранную отвертку или набор Г-образных шестигранных ключей (они еще называются ключами Аллена или торцовыми ключами). Неважно, что именно вы найдете, вы должны твердо помнить: применение шестигранных винтов требует соответствия размеров винта и закручивающего инструмента.

> Специальные винты: эти винты могут иметь совершенно различные головки. Обычно производители используют большинство таких винтов для каких-то специфических проектов и распространяют их только среди дистрибьюторов, так что вы вряд ли будете часто сталкиваться с ними в работе. Иногда они имеют собственные названия: Торкс, Позидрайв. Впрочем, не стоит заботиться о покупке таких винтов, если только они не будут позарез нужны. Как и для шестигранного шлица, необходимо использовать ту и только ту отвертку, которая подходит к данной конкретной головке по форме и размеру.


Отвертки с намагниченным наконечником

При работе с винтами малых диаметров очень полезным оказывается иметь отвертку с намагниченным наконечником. В таком случае можно подобрать отверткой винтик, насадить его на наконечник и правильно направить в отверстие (все это время он будет держаться на кончике отвертки благодаря магниту). Ловкость рук и никакого мошенничества! Если же у вас уже есть хорошие отвертки, но они не имеют намагниченных наконечников, можно купить в магазине намагничивающее устройство и самостоятельно как намагничивать, так и размагничивать отвертки и другие инструменты.

Не все винты делают из металлов. Есть и такие резьбовые соединения, винты в которых сделаны из пластика, так что в этом случае намагничивание мало чем поможет. Впрочем, и не все металлические винты поддаются магниту: сделанные из латуни, алюминия или некоторых сортов нержавеющей стали также не покорятся сверхъестественной силе опытной намагниченной отвертки.

А вот совет для тех, кто до сих пор использует ненамагниченные отвертки и затрудняется попасть винтом в нужное отверстие. Купите в любом хозяйственном магазине небольшой пакетик с обычной оконной замазкой, нанесите маленький ее кусочек на кончик отвертки и прикрепите к нему тот самый винт. Такое соединение достаточно прочно для того, чтобы можно было вставить винт в отверстие и начать закручивать.

Отхватывая концы: кусачки и инструменты для зачистки проводов

Инструменты по обрезке и зачистке проводов являются обязательными в списке радиолюбителя. Как видно из названия, областью их использования является откусывание проводов и зачистка их от изоляции. Соединение кусачек и инструмента по зачистке в "лице" можно видеть на рис. 3.2. Такие инструменты легко найти в любом магазине радиотоваров или даже хозяйственном магазине в соответствующем отделе.

При использовании специального инструмента для зачистки проводав вы легко можете правильно выбрать диаметр последнего (см. врезку "Для чего нужно знать диаметр провода"). Вы также сможете удалять с провода только изоляцию, не повреждая и не обрезая сам проводник


Для чего нужно знать диаметр провода

Для измерения толщины провода в странах Северной Америки используется специальная единица- так наэлпемнй "калибр" (gauge), или AWG (American Wire Gauge - калибр согласно американскому стандарту на диаметр проводов). Чем меньше калибр, тем больше провод. Наименьший провод, искользуемый в электронике, имеет 30 калибр и применяется для пайки на печатных платах (подробно об этом см главу 12). Для зачистки такого тонкого провода крайне рекомендуется использовать только специальный инструмент.

Для обычного монтажа радиодеталей используются провода с диаметрами от 20 до 22. В большинстве схем, предлагаемых в данной книге, вы также будете пользоваться им. Для особых работ, таких, как обмотка электродвигателей, лучше использовать провода с диаметрами 16-18 единиц. Для понимания данной системы единиц скажем следующее: провод 20 калибра имеет в диаметре 0,032 дюйма или 0,081 мм, независимо от того, сделан он из одного проводника или свит из нескольких жил. Больше о проводах и их калибоах можно будет прочесть в главе 5.

Многие радиолюбители предпочитают покупать инструменты для откусывания и зачистки проводов отдельно, ведь какой-то один из этих инструментов затупится быстрее, чем другой (в зависимости от вида работ и типа используемых проводов). К тому же, отдельные инструменты стоят дешевле комбинированных, и в случае замены их в будущем по одному, вы. сможете сэкономить деньги.


Для зачистки проводов можно пользоваться и обычными кусачками, которые изображены на рис. 3.3. С их помощью можно откусить провод непосредственно у поверхности печатной платы. Такой инструмент позволяет комфортно работать с проводами с 30 по 16 калибр, но более толстый провод может повредить или затупить режущие кромки. Для таких применений используют косые острогубцы или плоскогубцы. (В нашей стране и странах Европы распространена обычная метрическая система, т.е. все диаметры измеряются в миллиметрах. - Примеч. ред.)

Обращение с утконосыми плоскогубцами

Хватать и гнуть провода, а также удерживать детали во время сборки схемы помогут плоскогубцы. Для тонкой работы следует использовать пятидюймовые утконосые плоскогубцы (или острогубцы), такие как используют ювелиры и часовщики. Инструмент большего размера можно использовать для выполнения общих работ. Кстати, для справки: размер плоскогубцев отражает только их общие габариты, но не то, насколько широко раскрываются их щеки.


Следует контролировать, чтобы используемые плоскогубцы также были правильного размера. Применение инструмента меньших, чем нужно, размеров, может серьезно повредить его, а больших размеров - повредить компонент.


Увеличительные стекла: "А это - чтобы лучше видеть тебя..."

Увеличительные стекла с 4- или 8-кратным увеличением позволяют приближать и детально исследовать картину вашей работы. Вообще, лупа исключительно удобна при поиске замыканий из припоя, соединений холодной пайкой, непропаев (более подробно паяние и связанная с ним терминология будет раскрыта в главе 8).


Коэффициент увеличения лупы 4 или 8 означает, что она увеличивает изображение в 4 или 8 раз. Существуют линзы и с другими коэффициентами, но имеющие меньше 4 могут оказаться слишком слабыми, а имеющие больше 8 - слишком

сильными для деталировки, нужной для использования в электронике.


Взгляните на увеличительное стекло, изображенное на рис. 3.4. Оно прикреплено к регулируемому зажиму из разряда используемых для крепежа небольших деталей. Подобная конструкция (ее еще иногда называют "третья рука") может оказаться весьма удобной при паянии или другой работе, когда приходится работать с небольшими деталями, а обе руки заняты.

Есть еще один способ пользоваться увеличительными линзами - носить их на голове. Звучит сомнительно, на это действительно так. Само устройство крепится на голове, как обруч, а позицию увеличительного стекла при этом можно отрегулировать, чтобы оно находилось перед глазами. Если стекло уже не понадобится, то его легко отстегнуть.


Место для инструментов. Каждому - свое место

За долгие месяцы и годы увлечения электроникой вы, несомненно, скопите горы разного хлама. Конечно, вам будет хотеться помнить о том, что где лежит, и в этом поможет чемоданчик с отделениями. Такие чемоданы имеют множество ящичков и отделений для хранения гаек, винтов, резисторов, конденсаторов и другой полезной мелочи, Нужно просто выбрать такой чемодан, количество и размер ящиков в котором полностью удовлетворяет поставленным требованиям. Лучше всего выбирать такой, у которого присутствуют как большие, так и малые отделения: в больших удобно хранить инструменты и запасы материалов, например, припоя.

Можно порекомендовать делать на каждом отделении пометку о том, что там лежит. Такие пометки можно делать как от руки, так и с помощью специальной машинки (типа Brother P-Touch) для печати клеящихся этикеток. Для отделений, в которых хранится несколько разных типов деталей, удобно использовать специальные разделители и делать метки для каждой секции отдельно. Не следует писать прямо на ящичках маркером или чем-нибудь еще таким же перманентным. В первую очередь стоит подумать о гибкости в подходе - на тот случай, если вдруг захочется изменить содержимое ящика.

Наполняем мастерскую

Время от времени бывают необходимы обычные слесарные инструменты, особенно если вы будете конструировать и собирать электронные безделушки (например, понадобятся пила по металлу или дрель, если вы делаете моторизованную модель приведения на Хеллоуин). Однако не стоит беспокоиться о том, чтобы нестись сломя голову в ближайший строительный магазин за покупкой всех инструментов, которые там продаются. В зависимости от устройства, которое было решено сконструировать, будут нужны те или иные инструменты, другие же могут задействоваться только изредка. Да и все, чего у вас нет, в конце концов нетрудно одолжить. Только будьте добры возвратить то, что взяли, после того, как попользуетесь!

Ниже приведено несколько общих рекомендаций относительно того, что стоит иметь радиолюбителю или хотя бы знать, что это есть у соседа, который одолжит инструмент.

> Молоток с гвоздодером: используется везде, где только можно что-нибудь хорошенько стукнуть или быстро выдернуть. Самый что ни на есть обычный столярный молоток - как раз то, что нужно.

> Киянка: этот деревянный молоток служит для почти нежной подгонки тех деталей, которые никак не хотят становится вместе без усилий. Он также пригодится при изгибах листового металла в случаях, когда вы решили сделать Робота Робби или какой-нибудь другой агрегат в стильном металлическом корпусе.

> Ножовка: режет все что угодно. Особенно если с ней в комплекте идет набор полотен. Крупнозубые полотна режут дерево и поливинилхлоридные трубы, а полотна с мелкими зубцами отлично справляются с металлом.

> Стусло: служит для того, чтобы мастер мог ровно отпилить деталь под углом. Этот инструмент состоит из семи- или десятисантиметровой плоской поверхности, куда вставляется доска, и двух зажимов, образующих канал. Доска кладется на плоскость, а в канал вставляется полотно ножовки; таким образом, при распиле оно уже не съедет в сторону, и разрез будет сделан точно под таким углом, который планировалось получить. Не стоит скупиться на хорошее стусло, крепящееся к верстаку. Например, не следует тратить деньги на деревянное - долго оно не протянет. Лучше приобрести алюминиевое или хотя бы пластиковое, да и стоит такое ненамного дороже.

> Разводной ключ: иногда еще зовется трубчатым ключом. Такой инструмент может оказаться полезным дополнением к вашей мастерской.

> Плоскогубцы с фиксацией: фиксирующий механизм позволяет держать детали, пока их режут, шлифуют, сверлят или делают что-то еще. Пример данного инструмента показан на рис. 3.5.


> Гаечный ключ: этот инструмент позволит вам закручивать шестигранные гайки и крепежные винты. Лучше купить целый набор, так как тогда они окажутся дешевле в пересчете на штуку, да и никогда точно не знаешь, какой размер понадобится в следующую минуту.

> Рулетка: можно просто купить сантиметр в ближайшем магазине тканей. Вряд ли понадобится что-то более прихотливое или длинное.

> Набор напильников: используйте их для шлифовки грубых краев распиленных дерева, металла или пластика. Просто купите набор небольших напильников в магазине. Принцип и качество их работы ничем не отличается от собратьев большего размера, а в электронных поделках они несравненно удобнее.

> Автомагическая дрель: приобретите автоматическую дрель с реверсом и регулировкой скоростей. При работе с металлом и пластиком предпочтительнее включать дрель на малые обороты. Для выполнения простых, но деликатных работ даже лучше использовать ручную дрель. Но в целом при работе с электронными поделками достаточно иметь дрель с патроном на сверла 6 или 10 миллиметров {патрон - это зажим на дрели, в который вставляются сверла. Чем больше патрон, тем больше диаметр сверл, с которыми может работать дрель).

> Набор сверл: для дрели, естественно, необходимы разнообразные сверла. Убедитесь, что они достаточно остры и меняйте их или затачивайте по мере того, как они будут тупиться. Лучше купить сразу набор, а рекомендуемые диаметры для работы с электроникой: от 0,8 до 6 миллиметров.

> Тиски: используются для зажима деталей в процессе работы. Какие-то усовершенствованные тиски вряд ли понадобятся - будет достаточно и небольших, которые крепятся на краю верстака.

> Защитные очки: носите их, когда работаете молотком, режете, сверлите и вообще делаете что-то, а из эпицентра может вылететь стружка или кусочек металла. Пожалуйста, используйте их! А не просто держите на стеллаже в своей мастерской.


Где хранить инструменты

Итак, основные инструменты, которые понадобятся для работы с электроникой, были описаны в предыдущем разделе этой главы. Теперь, когда вы все это имеете, возникает вопрос, где хранить инструменты, чтобы они не путались под ногами в то время, когда не нужны, и одновременно были под рукой, когда понадобятся. Если у вас дома уже есть специальное место, оборудованное под мастерскую, можно повесить некоторые инструменты на стенку именно там. Позаботьтесь о специальном уходе за теми из них, которые используются чаще других: кусачками, плоскогубцами и т.п.

Остальные же можно укромно припрятать в небольшой ящик для инструментов, который будет стоять здесь же, возле рабочего места. Самый простой ящик реально купить за каких-то 10 долларов, а можно даже сэкономить, взяв старый дедушкин пластиковый ящик для рыбацких снастей (пластик вполне сойдет, ведь инструменты для работы с электронными устройствами в своем большинстве небольшие и легкие). Такой ящик имеет множество небольших отделений, в них удобно хранить винты и прочую мелочь, остающуюся после сборки схем и безделушек, а в большом отделении отлично поместятся остальные инструменты: молотки, отвертки и т.д.


Инструменты, которые не нужны каждый день (но могут пригодиться)

Существует еще немало инструментов, которые помогут более эффективно использовать ваше время, проведенное в мастерской. Их нельзя отнести к категории обязательных, но если они уже пылятся в гараже, то почему бы однажды не найти им применение и в электронике?


Работаем на сверлильном станке

Этот небольшой станок поможет проделывать всевозможные отверстия гораздо аккуратнее, чем с использованием автоматической дрели. Каким образом? Вы получите полный контроль над углом и глубиной каждого отверстия, ведь для того, чтобы держать обрабатываемую деталь, всегда лучше использовать тиски, а не голые руки. Станок может оказаться особенно удобным, если было принято решение самостоятельно сделать печатную плату (относительно технологии их изготовления см. главу 11). Если обеспечить себя небольшим сверлом, то можно легко и непринужденно проделывать отверстия для посадки выводных радиоэлементов практически в любой плате.


Вероятно, все домашние умельцы знакомы с размерами сверл, указанными в миллиметрах: 2, 3, 6 мм и т.д. Диаметры сверл выбираются из стандартного ряда, который имеет шаг 0,1 мм. В большинстве случаев такой точности более чем достаточно, и, как правило, остается только уточнить, есть ли такое сверло в магазине или даже дома в ящике с инструментами.


Обрезка деталей при помощи станка или циркулярной пилы

Использование станка или циркулярной пилы чрезвычайно заманчиво при необходимости распилить заготовку из дерева или пластика большой длины. Для того чтобы обеспечить прямой разрез, нужно использовать направляющую линейку и зажимы. Если нет уверенности в том, как эта направляющая выглядит или как точно ее использовать, рекомендуем сперва ознакомиться с руководством, прилагаемым к станку. Помните - безопасность прежде всего.

Если вы пилите пластик, то потрудитесь поменять диск на мелкозубый, иначе при использовании обычного диска для распила дерева вы рискуете раздробить вашу заготовку.


Выполнение деликатных работ при помощи бор-машинки

Бор-машинка, или мини-дрель, изображенная на рис. 3.6, представляет собой миниатюрный вариант автоматической дрели, но имеющий значительно более высокое число оборотов - 25 тысяч в минуту и даже выше (для сравнения - скорость вращения обычной бытовой дрели редко превышает 2500 об/мин). Усовершенствованные, фирменные бор-машинки, как правило, имеют регулируемый контроль оборотов.



Для выполнения любой работы при помощи бор-машинки точно так же необходимо выбирать правильный тип и размер сверла. К примеру, не следует шлифовать металл или пластик рашпилем, предназначенным для дерева, потому что опилки материала очень быстро забьют собой шлифующие бороздки на поверхности рашпиля. Правильно выбрать сверло, подходящее к материалу, с которым вы имеете дело, поможет инструкция, прилагаемая к такой минидрели.


Содержание инструментов чистыми и смазанными

Факт, проверенный жизненным опытом: электроника не любит грязи. Платы, компоненты, да и все остальное тоже должны сиять чистотой, иначе они не будут работать как надо или работать вообще. Особенно высокие требования к чистоте следует предъявлять во время пайки на печатной плате. Грязь на последней приводит к появлению плохо пропаянных соединений, а они, в свою очередь, - к тому, что схема или не будет работать вообще, или работать лишь иногда. Сейчас мы расскажем о некоторых вещах и методах, которые помогут вам содержать свое рабочее место в чистоте и порядке.


Сияющая электроника

Возможно, вы уже имеете под рукой все необходимые чистящие средства, подходящие для работ с электроникой, поэтому мы только быстренько пройдемся по дому, чтобы проверить, всем ли вы запаслись. Вот список, которым можно смело руководствоваться.

> Мягкая ткань: проще всего держать в чистоте рабочее место и инструменты, время от времени протирая их от пыли бязью. Не рекомендуется применять бытовые распылители с чистящим средством, потому что некоторые из них могут накапливать статическое электричество и, таким образом, повредить схему.

> Сжатый воздух: быстро убрать пыль с тонких электронных схем можно при помощи сжатого воздуха. Баллон с ним нередко можно найти в хозяйственном магазине.

> Бытовые чистящие средства: чтобы удалить присохшую грязь и жир с инструментов, рабочих поверхностей и внешних сторон электронного устройства, допускается нанести на них немного спрея из распылителя бытовой химии. Однако из-за водной основы таких средств запрещается использовать их для очистки схем, тем более находящихся под напряжением, так как вы непременно что-то замкнете.

> Очиститель/обезжириватель для электроники: если уж вам не терпится очистить от грязи непосредственно радиоэлемент или всю печатную плату то обязательно используйте только специально предназначенные для очистки электроники очищающие или обезжиривающие средства. Они продаются как в виде спреев, так и в бутылках со щеточками.


Некоторые электрические детали, особенно двигатели, обязательно должны быть покрыты машинным маслом или другой смазкой для нормального функционирования. Не переусердствуйте и не смойте ее с тех деталей, для работы которых смазка необходима. Если уж так приспичило очистить деталь, нуждающуюся в смазке, потрудитесь нанести после окончания работ свежую.


Масло и смазка для содержания деталей

В тех электронных устройствах, где используются механические детали, может понадобиться начальная смазка и периодическое ее повторение. В качестве примера можно вспомнить хотя бы шагающего робота. Подвижные соединения в его ногах требуют густой смазки машинным маслом или чем-то еще в том же роде для того, чтобы шарниры могли двигаться плавно. Какой именно вид смазки следует использовать, зависит от применяемой задачи.

> Для смазки вращающихся деталей лучше использовать светлое машинное масло, такое как для смазки швейных машин и музыкальных инструментов. Не стоит применять масла с антикоррозионными ингредиентами, потому что последние могут прореагировать с пластиком других деталей и расплавить их.

> Для скользящих и сцепляющихся деталей следует использовать синтетическую смазку, например смазку на литиевой основе.

Лучше всего купить и светлое машинное масло, и синтетическую смазку в одном из магазинов электроники или бытовой химии, швейной продукции и даже музыкальном.

Если помните, Железный Дровосек из Волшебника Изумрудного города сильно нуждался в большой банке машинного масла, чтобы постоянно содержать себя в порядке. Однако в большинстве электронных проектов даже для длительного поддержания их функционирования нужно совсем чуть-чуть смазки. Отличной альтернативой машинному маслу в бутылях и железных банках может служить жидкая смазка в шприцах. Как видно из наименования, такая смазка продается в гибких цилиндрических баллончиках, по форме напоминающих медицинский шприц. Его "игла" представляет собой узкий носик, который идеально подходит для работы в труднодоступных местах. Такие шприцы продаются в магазинах электротоваров и в некоторых фото- и музыкальных магазинах.


Некоторые механические компоненты не требуют наличия смазки и даже могут повредиться, если нанести на них масло. Существуют самосмазывающиеся пластики, которые теряют свои свойства, если окажутся подвергнуты воздействию масел на основе нефтепродуктов. Так что не спешите наносить смазку до тех пор, пока не будете на сто процентов уверены в том, что данный узел или деталь требует ее наличия. Лучше всего, особенно если устанавливается на место какой-то механический узел видеомагнитофона или CD-плейера, обратиться к инструкции производителя.


Наконец, несмотря на определенные удобства в использовании распыляющихся синтетических смазок (как например, WD-40), не стоит применять их в электронных устройствах. Вот два главных фактора, препятствующих этому.


> При использовании распылителя достаточно тяжело контролировать площадь покрытия смазываемой поверхности. Спрей может попасть на многие близлежащие детали, которые совсем не должны быть покрыты смазкой.

> Многие синтетические распылители являются изоляторами. Хорошо сбрызнув устройство, вы рискуете получить осадок на тех элементах, которые в процессе работы должны обеспечивать электрический контакт друг с другом. Соответственно, если распыление приведет к нарушению контактов, схема не заработает.


Смазывающий материал необходимо наносить непосредственно на деталь, требующую смазки.


Инструменты для дальнейшей чистки и конструирования

Работая с электроникой, можно использовать еще море других удобных средств для очистки, обслуживания и конструирования ваших поделок. Список таких полезных вещей включает следующее.


> Кисточки для рисования: такими кисточками очень удобно сметать уже порядком поднадоевшую пыль. Советуем избегать дешевых кисточек, щетина которых со временем выпадает. Лучше купить сразу пару кистей - одну тонкую и одну толстую, чтобы можно было выполнять любой тип работ по очистке. Еще можно использовать зубные щетки (только сначата неплохо бы их промыть от остатков пасты и хорошенько просушить).

> Фотографическая кисточка для объектива: сочетает мягкую кисточку и грушу, очищающую воздействием выдуваемого воздуха. Такую кисточку можно приобрести в фотоотделе крупного магазина.

> Контактный очиститель: позволяет легко очистить от грязи электрические контакты. Очистители обычно продаются в виде спреев, но можно их распылять сначала на кисточку, а затем ей уже и удалять грязь с контактов.

> Тканевые салфетки: с их помощью легко удалить избыток масла, смазки или очистителя. Можно приобрести упаковку подобных салфеток в любой аптеке.

> Марля: для марли справедливо утверждение о том, что чем шире лента, тем она лучше. Марля всегда очень чистая (фактически она должна быть стерильной) и не оставляет после себя тканевой пыли или ниток. Она весьма удобна для деликатной очистки радиодеталей.

> Палочки и пилочки для ногтей: тихонько отберите у своей сестры или подружки маникюрный набор. Хранящиеся в нем штучки для индивидуального ухода помогут вам соскоблить въевшуюся в печатную плату грязь и очистить электрические контакты.

> Канцелярская старательная резинка: небольшой кусочек ластика прослужит вам долгую и честную жизнь, помогая содержать в чистоте контакты, особенно залитые кислотой от потекших батареек. Однако следует соблюдать осторожность, вытирая грязь с поверхности печатной платы, поскольку несложно и "натереть" статический заряд. Во избежание подобных неприятностей убедитесь, что используете натуральный ластик розового цвета, а не изготовленный из полимера. Полимерные резинки могут оставить на плате грязь, которую потом значительно трудней вывести, чем ту, ради который вы брали эту резинку в руки.

> Замазка: лучше применять замазку, которая подходит для сборки пластмассовых авиамоделей. Она заполнит трещины и сколы, тем самым облагородив внешний вид ваших электронных поделок.


Клеим на века

Конструкторские работы во многих электронных проектах предусматривают использование клеящих веществ того или иного рода. К примеру, чтобы закрепить небольшую печатную плату внутри небольшого пластмассового корпуса, приходится сделать пару мазков клея.

В зависимости от типа задачи, можно использовать как обычный бытовой клей, так и эпоксидный или цианакрилатный, а то и двухстороннюю клеящую ленту или термопистолет с расплавленным силиконовым клеем. Ниже приведен список наиболее удачных решений.


> Белый бытовой клей (ПВА) продается практически во всех супермаркетах, строительных и хозяйственных магазинах. Он выпускается промышленностью в небольших банках и сохнет от 10 до 30 минут (однако полное время высыхания составляет до 24 часов). Этот клей идеально подходит для склейки дерева и других пористых материапов. Р.сли же вы собираетесь использовать металл или пластмассу, будет разумнее выбрать тот или иной клей из приведенных ниже.

> Эпоксидная смола продается в двух тюбиках. Непосредственно перед применением вы должны смешать равные части содержимого тюбиков и нанести получившуюся смесь на склеиваемые детали. Большинство эпоксидных клеев сохнет от 5 до 30 минут, но полное затвердение и в этом случае занимает до 12 часов. Место склейки эпоксидным клеем получается очень крепким и успешно противостоит жидкости.

> Цианакрилатный клей склеивает практически все на свете почти мгновенно. Однако используйте его очень осторожно, потому что с той же легкостью можно склеить и пальцы. При склейке гладких и идеально прилегающих поверхностей отлично подходит обычный цианакрилатный клей; если же поверхности не особенно плотно прилегают друг к другу, можно попробовать более вязкий, заполняющий впадины цианакрилат.

> Двухсторонняя клейкая пленка представляет собой быстрый, но не особо надежный метод крепежа деталей. Такая лента идеаkьно работает для крепления печатных плат в корпусе или надежной стяжки свободно болтающихся деталей. Лента удобна тем, что можно отрезать кусок практически любой формы и размера, который требуется, а если нужно заполнить широкую щель, то нетрудно наклеить ленту в несколько слоев. Перед поклейкой следует убедиться, что склеиваемые поверхности сухие и тщательно вытерты от пыли и грязи.

> Расплавленный силиконовый клей из термопистолета, изображенного на рис. 3.8, отлично подойдет для радиолюбителя, который не может выждать те несчастные несколько часов, что клей сохнет до полного отвердения. Чтобы нанести такой клей на место склейки, достаточно всунуть силиконовую палочку в термопистолет, включить его в сеть и подождать, пока он разогреется. Время высыхания клея составляет всего около 2 минут. Сам силикон водостоек и в расплавленном состоянии заполняет все щели и неровности, т.е. служит герметиком. Однако следует помнить, что температура его плавления составляет от 120 до 150°С - достаточно, чтобы обжечь кожу, если попадет, но, к счастью, все еще слишком мало, чтобы повредить радиодетали.



Обустройство лаборатории радиолюбителя

Правильный выбор места, где вы планируете оборудовать свою лабораторию, так же важен, как и грамотная разработка самих электронных проектов и ассортимент рабочих инструментов. Так же, как и в операциях с недвижимостью, для радиолюбительской лаборатории справедлив принцип приоритетного места расположения. Удачно заняв угол в доме или квартире, вы не только самоорганизуетесь, но и получите еще большее удовольствие от экспериментов с электроникой. Нет ничего хуже, чем работа на заваленном рабочем месте при скудном освещении в помещении с затхлым воздухом.

Основные ингредиенты идеальной лаборатории

Первыми составляющими хорошо устроенной электронной лаборатории являются:

> удобное рабочее место - естественно, со столом и стулом;

> хорошее освещение;

> легкодоступная электрическая розетка, обеспечивающая ток как минимум 15 А;

> инструменты и детали на расположенных рядом полках или стеллажах;

> комфортная и сухая климатическая обстановка;

> твердая и гладкая рабочая поверхность;

> тишина и спокойствие.


Идеальное рабочее пространство не должно изменить свои очертания, если вы оставите его на несколько часов или даже дней. Также было бы отлично, если бы оно оставалось труднодоступным или вообще недоступным для ваших детей. Любопытные дети и электроника несовместимы практически ни в одной пропорции!


Итак, вы уже придумали, где дома вы сможете найти прибежище и обустроить место для работы с электроникой? Если еще нет, то последующие разделы помогут вам решить этот вопрос окончательно.

Выбор идеального места для занятий электроникой

Перед началом практических работ по электронике хорошо подумайте над тем, где именно в вашем доме вы собираетесь работать долгими вечерами. Идеальным местом для оборудования вашей мастерской является гараж, поскольку там можно паять, пилить и строгать, не опасаясь за свой новый ковер. Вам не потребуется так уж много места - всего примерно 1 на 1,5 метра. Рабочее пространство можно устроить где-то сбоку и парковать машину как и раньше, если только там сбоку у вас уже не стоят велосипеды, газонокосилка, старые игрушки и черт знает что еще.

В городской квартире или доме можно использовать комнату, но только если она удовлетворяет хотя бы основным требованиям к мастерской и лаборатории. Если в комнате уже лежит ковер, то неплохо бы прикрыть его каким-нибудь защитным покрытием, чтобы воспрепятствовать накоплению статического электричества - например, использовать антистатический коврик. Более подробно о мерах антистатической безопасности вы могли прочесть в главе 2.

Кроме снижения риска статического разряда, использование специального покрытия позволит вам сразу убить и второго зайца: когда на нем скопится всякий нападавший со стола мусор, можно будет взять выбивалку, вытащить покрытие на улицу и хорошенько вытряхнуть. После этого покрытие станет как новенькое, а что касается выбивалки, то она и подавно останется в идеальном состоянии еще много лет.


Вообще-то спальня, кладовка или общая комната тоже могут оказаться приемлемыми для использования в роли мастерской, но лучше, если уж на то пошло, расчистить себе угол, в котором, кроме ваших инструментов, ничего не будет. Случается так, что приходится оставлять электронный проект на ночь или даже на неопределенное время, и хочется потом найти свою работу в том же виде, в каком ее отложили.

Если же ваше рабочее место находится в жилом пространстве дома, то желательно (крайне желательно) после окончания работы прятать его. Во время работы вы могли порядком насорить, особенно в середине процесса отладки проекта. В таком случае небольшая складная ширма поможет отлично скрыть ваше рабочее пространство, особенно если оно занимает угол в жилой комнате.

Если ваше рабочее место доступно другим членам семьи, то проследите, чтобы интегральные схемы и острые предметы не падали на пол - наступив на них, ваши близкие вряд ли испытают приятные ощущения! Еще лучше вообще ограничить доступ к рабочему месту тем, кто не знаком с правилами безопасности при обращении с электричеством и электроникой. Обычно наибольшее любопытство ко всем интересным штучкам проявляют дети, поэтому, если ониу вас есть, лучше держать схемы, инструменты и все остальные запасы где-нибудь на высокой полке или за закрытой дверью, вне пределов детской досягаемости.


Если же вас не удивляет идея работать в спальне или кладовке, то в один прекрасный день вам может взбрести в голову мысль расположить мастерскую в туалете. Тогда просто плотно закройте дверь, и никто не догадается, что на самом деле вы строите межгалактический космический корабль со встроенной кофеваркой.


Тройная угроза: холод, жара и влажность

Не столь уж важно, где именно вы организовали свою мастерскую - давайте лучше рассмотрим климатические условия на вашем рабочем месте. Если там, где вы работаете, холодно, жарко или сыро - откажитесь от этого места. Крайности температуры или

важности не только сделают неудобным процесс работы, но и могут оказать негативное влияние на саму схему.

Чтобы разобраться с требованиями к климатическим условиям, прочтите следующее.

> Если вы работаете в гараже, на чердаке или в подвале, то подумайте о термоизоляции вашего рабочего места, если она отсутствует. В целях изоляции можно применять стекловолокно, рулоны которого стоят относительно недорого, а установка требует только наличия инструмента для крепления скоб. Правда, стекловолокно может быть опасным, если вдыхать его пыль - потому упрямо соблюдайте все рекомендации, изложенные в инструкции по ее монтажу. При самостоятельном оборудовании вашего рабочего места стекловолоконной изоляцией надевайте перчатки, очки и респиратор.

> Некоторые подвалы и гаражи страдают от наличия избыточной влаги. Если рабочее помещение находится ниже уровня грунтовых вод, то на полу может скапливаться вода. Из соображений безопасности при работе с электричеством следует избегать мест, где пол мокрый или даже чуть влажный.

> Работая в гараже, проследите, чтобы ваш верстак не стоял рядом с дверью или окном. Этот шаг воспрепятствует попаданию влаги с улицы на ваш рабочий проект. Вы также не столкнетесь с травой, песком или всякими букашками на печатных платах. (Особенно неприятно, когда под кучей печатных плат начинают вить паутину ядовитые пауки - и такое случается!)


Верстак

Вам не потребуется очень большой и усовершенствованный верстак. Его размер лучше всего подобрать, исходя из типов задач, которые планируется решать с его помощью, но для большинства из них можно смело посоветовать поверхность метр на полметра. А может быть, у вас уже имеется небольшой письменный или чертежный стол, который можно приспособить и под верстак.

Если же нет, то вот, из чего его можно сделать.

> В качестве столешницы можно взять снятую с петель дверь. Выпилите под нее ножки длиной примерно 75 см из брусьев толщиной не менее 5 см и прикрепите их, используя поперечные брусья. Все материалы можно легко приобрести в любом хозяйственном магазине. Из соображений экономии можно взять и полое дверное полотно, но сплошное прослужит намного дольше и не будет прогибаться под большим весом. Кроме того, столешницу можно сделать и полностью самому, используя хорошую толстую фанеру или ДСП.

> Не хотите делать ножки для двери? Соорудите верстак, поставив полотно на пару пильных козел. Преимущества такой конструкции состоит в том, что, когда вы не работаете, верстак может постоять разобранным за дверью.

> Многие радиолюбители и домашние мастера предпочитают работать за столом, покрытым мягкой облицовкой. Такое покрытие действует как смягчающая подушка при падении печатных плат, ящиков и инструментов. Если и вы решите использовать кусок ковра, то возьмите новый, чистый кусок и обрежьте его до нужных размеров. Чем короче ворс, тем лучше (вы не будете терять в нем мелкие радиоэлементы). Неплохо приобрести коврик, предварительно обработанный антистатиком или, еще лучше, содержащий антистатические металлические нити. (Сомнительный совет, поскольку паять или пилить на коврике настоятельно не рекомендуется. - Примеч. ред.)

И еще! Помните - работая над проектом, вы будете проводить за рабочим местом целые часы. Вы вполне можете сэкономить, купив небольшой или недорогой стол, но если вы до сих пор не имеете удобного стула, поставьте его на первое место в вашем списке необходимых приобретений. Убедитесь, что высота стула установлена подходящей для вашего верстака. Неудобное сидячее положение может легко привести к болям в спине и повышенной усталости.

Глава 4

Первое знакомство: наиболее распространенные электронные радиодетали

В этой главе:

> Вся правда о резисторах > Быстрое изменение сопротивления цепи с помощью потенциометра (и для чего этого нужно) > Как правильно выбрать номинал конденсатора для вашей схемы > Расшифровка общепринятой маркировки на резисторах и конденсаторах > Изучение диодов, включая светоизлучающие диоды > Правда о транзисторах > Понимание принципов работы интегральных схем

Рассказы бывалых радиолюбителей пестрят упоминаниями о том, как из всякого подручного хлама собирались великолепные схемы. Этот самый хлам использовался в роли радиодеталей, которые являются основными рабочими элементами схемы. Хотя соединить между собой кусками провода можно даже просто батарейку и электрическую лампочку, и эта схема также будет называться электронным устройством, все же под настоящими приборами чаще понимают те, в которых используется целый арсенал резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов и интегральных схем. Все перечисленные выше радиоэлементы представляют собой "кирпичики", из которых строится любая радиолюбительская поделка.

Ассортимент радиодеталей и способы их взаимных соединений однозначно определяют принцип функционирования электронной схемы. Будучи связанными в одной последовательности, несколько резисторов, конденсаторов и транзисторов составляют простую электронную сирену; соединив же их по-другому, не так уж сложно сделать мигающий дорожный знак для вашей любимой железной дороги на радиоуправлении.

В этой главе вы сможете прочесть информацию об электронных радиодеталях, наиболее широко встречающихся в схемах: что они собой представляют, для чего их можно использовать и как они работают. Поскольку для того, чтобы стать профессионалом в электронике, нужно уметь с легкостью узнавать радиоэлементы по внешнему виду, вам предстоит выучить их отличительные свойства.


Пусть живут резисторы

Как вы помните, электрический ток представляет собой не что иное, как направленное движение электронов по проводнику. Чем больше электронов принимают участие в этом движении, тем сильнее будет ток. Резисторы - элементы, обладающие сопротивлением, - были названы так за свою способность сопротивляться току (resisto - "сопротивляться" в переводе с латинского), протекающему через них. Можно сказать, что резисторы представляют собой элементы, тормозящие электроны. Контролируя ток, протекающий через резистор, можно заставить схему функционировать по-разному.

Резисторы, как правило, представляют собой самые первые "кирпичики" электронных схем, поэтому вы встретитесь с ними в абсолютном большинстве проектов. Вот несколько функций, которые могут выполнять эти элементы.

> Ограничение тока на других радиоэлементах: некоторые радиодетали, такие как, например, светоизлучающие диоды (СИЛ), потребляют ток в широком диапазоне значений. Как ребенок, дорвавшийся до сладостей, светодиоды, если не ограничить их искусственно, попробуют поглотить ток практически любой величины, но если дать им слишком много току - они просто сгорят. Для ограничения тока, протекающего через СИД, очень удобно использовать резистор.

> Уменьшение напряжения на заданном участке схемы: во многих схемах необходимо подавать на различные участки разные значения напряжения, чтобы запитывать разные радиоэлементы. Это легко выполнить, имея под рукой резисторы. Соединив два резистора последовательно, как показано на рис. 4.1, можно получить схемотехнический узел, называющийся делителем напряжения. Полагая, например, что оба резистора имеют одинаковые сопротивления, можно сделать вывод, что раз они тормозят электроны в равной мере, напряжение в точке их соединения будет равно половине приложенного ко всему узлу напряжения.

> Контроль напряжения/тока, протекающего через другие компоненты: соединив резистор и конденсатор, можно получить простейший таймер. Если же поставить резистор на входе транзистора, то можно изменить нужным образом его коэффициент усиления. Ну, а если... Ладно, - надеемся, идея уже понятна.

> Защита входов чувствительных элементов: слишком большой ток может повредить некоторые радиодетали. Если же поставить резисторы на входах чувствительных транзисторов или интегральных микросхем, то тем самым входной ток ограничится до нужных значений. Хотя такое включение и не является стопроцентной гарантией от перегрузок токов, оно сэкономит вам немало нервов и денег, особенно если подумать, сколько времени ушло бы на поиск и устранение неисправности в схеме.


Резисторы и значения их сопротивлений

Раз уж мы договорились, что резисторы служат своеобразными тормозами для электронов, то теперь следует понять, насколько же сильно нужно вдавить педаль в пол, чтобы получить требуемый поток электронов. Причем такой контроль может включать в себя и изменение сопротивления резистора "на ходу".

Даже аматоры радиоэлектроники знают, что сопротивление измеряется в омах, и на схемах часто обозначается прописной греческой буквой омега: Щ. Чем выше значение сопротивления в омах, тем больше резистор тормозит ток, протекающий через него.

Чтобы понять, как можно изменить сопротивление проводника, полезно будет узнать, что существует два основных типа резисторов: постоянные и переменные. Вот чем они отличаются.

> Постоянный резистор обеспечивает некоторое постоянно заданное сопротивление току. Значение сопротивления можно расшифровать по цветовой маркировке на корпусе резистора. Зашифрованный код начинается ближе к одному из краев резистора и может состоять из четырех, пяти и иногда шести полосок разного цвета. Порядок полосок и разрядов, обозначаемых ими, приведены на рис. 4.2.


> Переменный резистор, или потенциометр, позволяет "на ходу" плавно изменять сопротивление от практически нулевого до некоторого жестко заданного фиксированного значения. Обычно максимальное значение сопротивления потенциометра обозначается на его корпусе. Более подробно о них можно будет прочесть в разделе "Подкручивая потенциометр".


Не все резисторы имеют цветовую маркировку. Иногда значение сопротивления может быть отпечатано прямо на корпусе. Это делают для так называемых точных резисторов: значение реального сопротивления таких резисторов очень близко к цифре, опечатанной на корпусе. Более подробно о них вы сможете узнать буквально через пару абзацев.


Красный, синий, голубой - выбирай себе любой

Как мы уже выяснили на предыдущих страницах, абсолютное большинство выводных резисторов имеет цветовую маркировку, однозначно определяющую их сопротивление в омах. Цветовой код представляет собой стандарт, принятый во всем мире и используемый вот уже на протяжении десятилетий. Однако, хотя цвета полосок и отвечают требованиям этого стандарта, самих полосок может быть четыре или пять в зависимости от точности номинала данного элемента.

Резисторы стандартной точности имеют на боку всего четыре полоски. Допуск номинала таких резисторов составляет не менее 2 процентов обозначенного на нем номинала. То есть номинальное и реальное значения сопротивлений стандартного резистора могут отличаться не более чем на 2 процента. В 99 процентах радиолюбительских проектов такой точности оказывается вполне достаточно. Однако есть еще и высокоточные резисторы; они имеют 5 полосок, и их допуск сопротивления - не более 1 процента от номинала. Более подробно о таких резисторах вы сможете прочитать в разделе, который называется "Пару слов о высокоточных резисторах" ниже в этой же главе.

Ну, а теперь пришло время узнать, что собой представляют полоски на резисторах стандартной точности.


> Первая, вторая и третья полоски, считая от ближайшего к маркировке края, обозначают непосредственно номинал резистора.

> Четвертая полоска указывает точность допуска сопротивления резистора и обычно для стандартного резистора обозначает 5 или 10 процентов от номинала из ряда сопротивлений (о нем подробнее в следующем разделе).


В табл. 4.1 расшифровываются коды, обозначаемые цветовыми полосками на резисторах, таким образом по прочтении этой таблицы вы сможете самостоятельно расшифровывать номинал резистора по его маркировке. Предположим, что некий резистор имеет четыре полоски: желтую, фиолетовую, красную и серебряную. Две первые полоски обозначают два первых разряда значения сопротивления резистора. Согласно табл. 4.1 желтая полоска обозначает цифру 4, а фиолетовая - 7, т.е. две первые полоски дают нам значение 47. Третья же показывает множитель, и в данном случае она имеет красный цвет, т.е. множитель равняется 100. Умножив 47 на 100, получаем значение сопротивления данного резистора 4700 Ом или, выразив сопротивление через килоомы, 4,7 кОм. Обратите внимание на то, что некоторые цвета используются для обозначения только строго определенных полосок, обозначающих допуски, поэтому числовое значение для них не указывается. (Не всегда на высокоточных резисторах пишется номинал сопротивления. Зато всегда - на резисторах, предназначенных для поверхностного монтажа, - так называемых SMD-резисторах (от англ. Surface Mount Device - устройство поверхностного монтажа). SMD-элементы представляют собой миниатюрные радиоэлементы, предназначенные для машинной пайки и использования в компактных электронных приборах и устройствах. - Примеч. ред.)

Таблица 4.1. Цветовая маркировка сопротивлений

Цвет

1-й разряд

2-й разряд

Множитель

Допуск, %

Черный

0

0

1


Коричневый

1

1

10

+1

Красный

2

2

100

±2

Оранжевый

3

3

1 000


Желтый

4

4

10 000


Зеленый

5

5

100 000

±0,5

Голубой

6

6

1 000 000

±0,25

Фиолетовый

7

7

10 000 000

±0,1

Серый

8

8

100 000 000


Белый

9

9



Золотой



0,1

+5

Серебряный



0,01

+10


Понятие допуска резистора

Последняя полоска на резисторе обозначает его допуск. Понятие допуска служит для учёта неизбежных вариаций номинала при изготовлении резисторов. Несмотря на то что нарезисторе может стоять цветовая маркировка, говорящая о том, что его сопротивление равняется, скажем, 2000 Ом, реальное значение может быть немного больше или немного меньше. Максимальное отклонение от указанного номинала и называется допуском сопротивленияи выражается в процентах (к примеру, допуск ±5% обозначает, что реальное значение сопротивления может варьироваться до 5 процентов как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения от указанного номинала). В большинстве случаев небольшая разность реальных и указанных сопротивлений не влияет существенно на работу схемы. Кроме того, зная допуски используемых резисторов, можно заранее решить, подходит ли резистор с такой точностью для вашей схемы. Значения допусков приведены в последней колонке табл. 4.1.

Давайте вернемся еще раз к нашему старому знакомому - резистору с желтой, фиолетовой, красной и серебряной полосками - из предыдущего примера. Глядя на последнюю колонку табл. 4.1, можно увидеть, что крайняя, серебряная, полоска обозначает 10%-ный допуск номинала резистора. Это значит, что реальное его сопротивление может «отличаться от указанного на 10 процентов как в большую, так и в меньшую сторону. Таким образом, сопротивление нашего резистора номиналом 4,7 кОм может иметь любое значение в интервале от 4230 до 5170 Ом.


Пару слов о высокоточных резисторах

На большинстве высокоточных резисторов стоит маркировка, состоящая из пяти цветных полосок. (там же, где её нет, номинал прописывается цифрами), Такие резисторы имеют намного более жёсткие допуски сопротивлений, чем стандартные. Высокоточные резисторы используются в тех схемах, где нужны точно заданные значения сопротивлений. К примеру, резисторы, которые используются в схемах таймеров или источников опорного напряжения, должны иметь как можно более точные сопротивления. Вот что обозначают цветные полоски на высокоточных резисторах.

> Полоски с первой: по четвертую указывают номинал резистора..

> Пятая полоска указывает допуск резистора (обычно 1%).


При разработке большинства схем приемлемая точность сопротивлений обычно оговаривается специально либо сразу для всех резисторов, либо для каких-то конкретных из них. Обычно такую информацию размещают в виде сноски в нижней части принципиальной схемы. Если же таковая отсутствует, то это чаще всего означает, что можно без последствий использовать стандартные резисторы с точностью 5 или 10 процентов.

(Информация о допусках элементов также обязательно указывается в перечне элементов. - Примеч. ред.)

Если вы не уверены в том, что правильно определили номинал резистора по его цветовой маркировке, то всегда можно проверить сопротивление с помощью мультиметра, как будет описано в главе 9.


Если вдруг стало жарко

Движение электронов через проводник всегда вызывает нагрев последнего. Чем больше электронов движется по проводнику, тем сильнее он будет разогреваться. По этой простой причине резисторы также маркируют согласно мощности, которую они могут выдерживать. Мощность измеряется в ваттах - чем больше ватт будет выделяться на резисторе, тем больше он будет нагреваться. В принципе, электронные компоненты могут выдерживать довольно значительный нагрев (сколько именно - зависит от размеров и типа конкретного радиоэлемента) до того, как они превратятся в щепотку золы. Рейтинг мощности как раз и указывает, какая мощность может выделиться в данном резисторе без опасности выхода его из строя. Она рассчитывается по простой формуле:


Р = U х I,

где Р - мощность в ваттах, I - ток, протекающий через резистор, в амперах, a U - напряжение на выводах резистора. Предположим, к примеру, что к резистору приложено напряжение 5 Вольт, и через него протекает ток 25 мА. Рассчитаем выделяемую на нем мощность, перемножив эти величины. Получим 0,125, или 1/8 Вт.

В отличие от сопротивления, мощность резисторов редко указывается на корпусе в том или ином виде. Ее можно или просто прикинуть, исходя из размеров радиоэлемента или, если известно, где он был куплен, уточнить у производителя или продавца. В схемах со значительной токовой нагрузкой, таких как управление двигателями или лампами, как правило, используются более мощные резисторы, чем в слаботочных схемах. Большинство резисторов, используемых в радиолюбительской электронике имеют допустимую мощность рассеяния 1/4 или 1/8 Вт.

Высокомощные резисторы имеют различные формы; некоторые показаны на рис. 4.3. Резисторы, имеющие допустимую мощность более 5 Вт, обычно покрыты эпоксидной смолой или другим влагонепроницаемым и огнеустойчивым покрытием и имеют форму параллелепипеда, а не цилиндра. Резисторы очень большой мощности могут даже иметь собственный теплоотвод, пластины которого служат для рассеяния избыточной мощности.

Подкручивая потенциометр

Переменные резисторы, известные также под названием потенциометры (на радиолюбительском жаргоне их еще часто называют просто "переменниками") позволяют подбирать любое значение сопротивления. Максимальный предел сопротивления обычно определяет диапазон возможных значений. (Поскольку нижний предел, как правило, близок к нулю. - Примеч. ред.) Большинство потенциометров маркируются верхним значением: 10 К, 50 К, 100 К, 1 М и т.д. Таким образом, к примеру, с помощью потенциометра на 50 кОм можно установить любое сопротивление между 0 и 50000 Ом. Помните, однако, что сопротивление потенциометра - величина очень приближенная. Если на переменном резисторе отсутствует маркировка, то всегда можно измерить его сопротивление при помощи мультиметра (подробнее об этом см. в главе 9).



Практически все потенциометры имеют крутящийся лимб, которым и устанавливается требуемое сопротивление, хотя иногда встречаются и ползунки (чаще на аудиоустройствах). Потенциометры с вращающимся диском достаточно удобны, чтобы их можно было смело рекомендовать для использования в радиолюбительской электронике.

В таких потенциометрах диск вращается почти на 360 градусов, хотя последнее зависит, скорее, от типа переменного резистора. На минимуме потенциометр имеет нулевое сопротивление, на максимуме - предельное. Регулятор громкости на вашем старом телевизоре или терморегулятор на грелке также представляют собой дисковые потенциометры, если вы не знали.



Конденсаторы - резервуары электричества

Конденсаторы занимают второе после резисторов место по степени использования в электронных устройствах. Они представляют собой довольно интересные электронные штучки. В них хранятся электроны, притягиваясь к положительному полюсу. Если убрать приложенное к конденсатору напряжение, то электроны постепенно рассосутся. Благодаря протяженности во времени накопления и рассасывания электронов, конденсаторы могут работать в качестве элементов, сглаживающих перепады напряжения. В некоторых случаях цепочку из резистора и конденсатора можно успешно использовать в качестве таймера (подробнее об этом читайте в главе 7). Именно благодаря конденсаторам становится возможной работа усилителей и тысяч других схем.

Конденсаторы используются в большинстве электронных устройств для выполнения самых разных функций.

> Создания таймеров: простейший таймер представляет собой своеобразный электронный метроном и состоит из конденсатора и резистора, который контролирует скорость хода такого метронома.

> Сглаживания напряжений: в источниках питания, преобразующих переменный ток в постоянный, практически всегда используются конденсаторы, помогающие сглаживать пульсации напряжения и, таким образом, получать стабильный постоянный потенциал.

> Ограничения постоянного тока: при последовательном соединении конденсатора и источника сигнала, например, микрофона, конденсатор блокирует постоянный ток, но пропускает переменный. (Данное свойство конденсатора основывается на том, что он представляет собой сопротивление, обратно пропорционально зависимое от частоты. Чем выше частота проходящего сигнала, тем меньше сопротивление конденсатора и наоборот; для постоянного тока частота изменения сигнала равна 0, потому сопротивление приближается к бесконечности. - Примеч. ред.)

Эта функция используется почти во всех усилителях.

> Подстройки частоты: конденсаторы часто используются для получения простых фильтров, отсекающих сигналы переменного тока с частотой ниже или выше некоторого заданного порога. Изменяя величину емкости конденсатора, можно изменить предельную частоту фильтра.


Быстрый взгляд внутрь конденсатора

Хотя может показаться, что конденсаторы должны являться весьма сложными элементами, особенно учитывая, сколько разных функций они выполняют, это далеко не так. Типичный конденсатор имеет внутри две металлические пластины, между которыми обязательно есть зазор, заполненный диэлектрическим материалом - как еще принято называть изолятор.

Среди диэлектриков, разделяющих пластины конденсаторов, можно упомянуть пластик, слюду и специальную бумагу. Более подробно о диэлектриках речь пойдет ниже в этой же главе, в подразделе "Диэлектрик здесь, диэлектрик там".


Фарады: большие и малые

Вы, вероятно, уже поняли, что, точно так же, как политики имеют хитрые отговорки на все обвинения, электроника имеет меры измерения для всех на свете физических величин. Конденсаторы характеризуются емкостью, которая, в свою очередь, измеряется в фарадах. Чем больше емкость конденсатора, тем больше электронов он может накопить за один раз. Примечательно, что емкость в 1 Ф очень велика, поэтому большинство конденсаторов маркируются на микрофарады, или миллионные доли фарада. Нередко встречаются и еще меньшие емкости: нанофарады (миллиардная доля фарада) и пикофарады миллионная миллионной 1 фарада). Эти приставки принято сокращать с помощью аббревиатур: микрофарады до мкФ, нанофарады до нФ, а пикофарады - до пФ. В иностранной документации микрофарады часто обозначают греческой строчной буквой μ: μ.F5. (Очень часто за рубежом (особенно на машинных чертежах) греческую р заменяют латинской и: uF для мкФ и т.п. - Примеч. ред.)


Ниже показано несколько примеров обозначения емкостей.

> Конденсатор 10 мкФ имеет емкость 10 миллионных фарада.

> Конденсатор 1 мкФ имеет емкость 1 миллионную фарада.

> Конденсатор 100 пФ имеет емкость 100 миллионных от одной миллионной фарада.

Контроль рабочего напряжения

Рабочим напряжением называется максимальное напряжение на конденсаторе, которое он может выдержать без ущерба для себя. При больших напряжениях ток может просто "пробить" диэлектрик, как молния небо во время грозы. Если подать на конденсатор напряжение, большее, чем то, на которое он рассчитан, то между металлическими пластинами проскочит искра, которая бесповоротно повредит его, сделав, таким образом, элемент бесполезным (закоротит его).

Типичный конденсатор, предназначенный для работы в схемах постоянного тока, имеет рабочее напряжение от 16 до 50 В. Как правило, большие значения и не требуются, поскольку напряжения питания таких схем обычно лежат в пределах от 3,3 до 12 В. Только в схемах, в которых планируются большие величины напряжений, имеет смысл позаботиться о выборе более высоковольтных конденсаторов. Из соображений безопасности хорошо выбирать конденсаторы, рабочие напряжения которых минимум на 10-15 процентов больше, чем максимально возможные в данной схеме.


Диэлектрик здесь, диэлектрик там

Предположим, что ваша подружка просит вас сделать ей банановый коктейль. Проблема в том, что у вас совсем нет бананов. Но есть огурцы, и потому вы импровизируете и преподносите ей огуречный коктейль собственной рецептуры. Упс! Далеко не равноценная замена, и вина в том совсем не бедных огурчиков, а целиком ваша. Аналогично разработчики радиосхем выбирают конденсаторы, исходя из материалов диэлектриков, которые их составляют. Те или иные материалы лучше подходят для разных областей использования: как и бананы оптимально подходят для бананового коктейля.

Наиболее часто в виде диэлектриков используются оксид алюминия, тантал, керамика, слюда, полипропилен, полиэстер (или майлар®), бумага и, наконец, полистирен. Если в схеме явно указано, что конденсатор такой-то должен быть такого-то типа, то необходимо потрудиться и найти требуемый.


В табл. 4.2 приведен список основных типов конденсаторов и их емкости.
Таблица 4.2. Характеристики конденсаторов

Тип

Диапазон емкостей

Применение

Керамический

1 пФ ... 2,2 мкФ

Фильтры, блокировочные конденсаторы

Слюдяной

1 пФ ... 1 мкФ

Таймеры, осцилляторы, точные схемы

Металлизированный фольговый

до 100 пФ

Блокировка постоянного тока, источники питания

Поликарбонатный

0,001 ... 100 мкФ

Фильтры

Полиэстеровый

0,001 ... 100 мкФ

Фильтры

Полистиреновый

10 пФ ... 10 мкФ

Таймеры, схемы подстройки

Бумажный фольговый

0,001 ... 100 мкФ

Общего применения

Танталовый

0,001 ... 1000 мкФ

Блокировочные, развязывающие конденсаторы

Алюминиевый электролитический

10 ... 220 000 мкФ

Фильтры, блокировочные, развязывающие конденсаторы


Большие конденсаторы в маленьких корпусах

Изготоаление конденсаторов с емкостями порядка фарад стало возможным только совсем недавно. Старые методы изготовления не позволяли получить конденсатор с емкостью, например 1 мкФ, который был бы меньше, чем хлебница.

Однако развитие технологий и создание новых материалов, таких как микроскопические углеродные гранулы, дало возможность производителям элементов изготавливать конденсаторы даже больших емкостей размерами не больше ладони. (Существуют конденсаторы очень большой емкости - ионисторы. - Примеч. ред.) Память в компьютерах, радиоприемники с электронными часами и многие другие электронные устройства нуждаются в источниках заряда, питающих отдельные узлы в течение длительного времени, когда нет доступа к обычному источнику питания. Именно конденсаторы и выступают в роли таких заменителей батареек.


Конденсаторы бывают совершенно различных форм (рис. 4.4). (На рисунке не показаны SMD-конденсаторы (безвыводные). - Примеч. ред.)


Алюминиевые электролитические и бумажные конденсаторы изготавливаются обычно цилиндрической формы. Танталовые, керамические, слюдяные и полистиреновые - более шаровидной, поскольку чаще всего их погружают в емкость с жидкой эпоксидной смолой или пластиком, что и придает им округлые очертания. Однако не все конденсаторы (особенно слюдяные или майларовые) имеют формы, соответствующие какому-то определенному типу, поэтому не стоит судить об их характеристиках только по внешнему виду.


Какую емкость имеет мой конденсатор?

Некоторые конденсаторы и правда имеют на боку маркировку, однозначно определяющую их емкость. Обычно так делают для больших алюминиевых электролитических конденсаторов - их размер позволяет печатать на корпусе как емкость, так и максимальное рабочее напряжение.

Однако более мелкие конденсаторы, такие как слюдяные дисковые конденсаторы с емкостями 0,1 или 0,01 мкФ, имеют только маркировку из трех цифр, обозначающую емкость и допуск номинала. Большинство радиолюбителей не имеют проблем с расшифровкой системы обозначения емкостей. Но есть одно "но" (это вредное "но" есть почти всегда). Эта система счисления основывается на пикофарадах, а не на микрофарадах. Впрочем, в остальном она совпадает с маркировкой на резисторах. Так, число 103, написанное на конденсаторе, обозначает, что после двух первых цифр, 10, следует дописать 3 нуля, что дает 10 000 пикофарад.

Как правило, любое значение свыше 1000 пикофарад измеряется в микрофарадах. Чтобы преобразовать емкость из пикофарад в микрофарады, нужно просто сдвинуть десятичную точку на 6 разрядов влево. Таким образом, емкость конденсатора из предыдущего абзаца (10 000 пикофарад), записанная в микрофарадах, равняется 0,01 мкФ.

Используя табл. 4.3, приведем удобный список основных типов маркировки на конденсаторах, подчиняющихся данной системе.

Таблица 4.3. Значения емкости у конденсаторов в зависимости от маркировки Маркировка Значение емкости 222 223

Маркировка

Значение емкости

пп (число от 01 до 99)

пп пкФ

101

0,0001 мкФ

102

0,001 мкФ

103

0,01 мкФ

104

0,1 мкФ

221

0,00022 мкФ

222

0,0022 мкФ

223

0,022 мкФ

224

0,22 мкФ

331

0,00033 мкФ

332

0,0033 мкФ

333

0,033 мкФ

334

0,33 мкФ

471

0,00047 мкФ

472

0,0047 мкФ

473

0,047 мкФ

474

0,47 мкФ


В другой, несколько реже используемой системе маркировки, применяются как цифры, так и буквы, например: 4R3

Расположение буквы R указывает позицию десятичной точки, разделяющей целую и дробную части, т.е. запись 4R3 обозначает на самом деле 4,3. Единицы измерения в этой системе записи не указываются, так что данная маркировка может стоять и на конденсаторе 4,3 пФ, и на конденсаторе 4,3 мкФ.

Емкость конденсатора можно измерить либо специальным прибором, либо простым мультиметром с емкостным входом. В большинстве мультиметров этот вход сделан таким образом, что конденсатор необходимо всунуть прямо в отверстия на приборе, чтобы исключить емкость проводов. Это позволяет получать более точные измерения. Более подробно о тестировании конденсаторов вы сможете узнать в главе 9.



Когда микрофарад - не совсем микрофарад

Большинство конденсаторов имеют весьма приблизительные параметры. Значения емкостей, отпечатанные на элементе, могут довольно значительно отличаться от реальных. Фактически они могут даже быть совсем разными. Эти проблемы связаны с технологиями изготовления конденсаторов, а совсем не с тем, что производители радиоэлементов нарочно хотят досадить радиолюбителям. К счастью, ошибки в точности емкости редко приводят к каким-либо негативным последствиям для большинства схем, однако следует помнить об этом, чтобы, если вдруг потребуется конденсатор высокой точности, знать, что покупать.

Как и резисторы, конденсаторы специально маркируются согласно их допускам, и эта маркировка также указывает процент допуска. В большинстве случаев допуск от номинала указывает одна буква, найти которую можно напечатанную саму по себе либо после кода, обозначающего величину емкости, например так: 103Z

Буква Z в данном случае указывает на то, что емкость конденсатора имеет допуск от +80% до -20%, т.е. реальная емкость этого конденсатора может отличаться от заявленной 0,01 мкФ на 80 процентов в большую сторону или на 20 процентов в меньшую. Значения основных букв, показывающих норму допуска, даны в табл. 4.4.


Таблица 4.4. Маркировка допусков емкости конденсаторов

Код

Значение допуска емкости

В

0,1 пФ

С

0,25 пФ

D

0,5 пФ

F

1%

G

2%

J

5%

К

10%

M

20%

Z

+ 80...- 20%


Воздействие тепла и холода

Есть еще один нюанс: емкость конденсатора меняется с изменением температуры, и эту зависимость описывают при помощи так называемого температурного коэффициента. В том случае, если фирма-производитель указывает на корпусе конденсатора температурный коэффициент, он обозначается в виде трехзначного кода, например NP0 (в данном случае такое обозначение говорит о том, что емкость изменяется на 0 процентов как в сторону отрицательных температур (N - negative), так и в сторону положительных (Р - positive). Конденсаторы с такой маркировкой очень устойчивы к перепадам температуры. (То есть их емкость практически не меняется во всем диапазоне допустимых температур. - Примеч. ред.)

Все большее число производителей радиоэлементов принимают на вооружение систему маркировки EIA (Electronics Industries Association - Ассоциация электронной промышленности, которая объединяет производителей электронного оборудования с целью разработки единых электрических и функциональных спецификаций интерфейсного оборудования. - Примеч. ред.), и в том числе маркировку электронных компонентов согласно температурным параметрам. Коды этой маркировки можно изучить в табл. 4.5. Три символа, использующиеся при записи кода, указывают допуски емкости в зависимости от температуры окружающей среды и максимальное отклонение во всем температурном диапазоне.

К примеру, пусть есть конденсатор с обозначением Y5P. Используя табл. 4.5, нетрудно установить, что его температурные характеристики таковы.

> Нижний предел допустимых температур: -30 °С. S Верхний предел допустимых температур: +85 °С.

> Изменение емкости во всем диапазоне допустимых температур (-30...+55 °С): +10%.


Таблица 4.5. Коды температурной зависимости емкости конденсаторов согласно системе EIA 1-й символ (1-я буква) Нижний предел допустимых температур, °С 2-йсимвол (цифра) Верхний предел допустимых температур, °С 3-й символ (2-я буква) Максимальное изменение емкости в диапазоне допустимых температур, %

Z

+10

2

+45

А

1,0

Y

-30

4

+65

В

1,5

X

-55

5

+85

С

2,2



6

+105

D

3,3



7

+125

Е

4,7





F

7,5





Р

10,0





R

15,0





S

22,0





Т

+22,0... -33%





и

+22,0... -56%





V

+22,0... -82%


Положительные отзывы о полярности конденсаторов

Еще одна, уже последняя, вещь, которую необходимо знать о конденсаторах, заключается в том, что многие конденсаторы, особенно это касается танталовых и алюминиевых электролитических, имеют полярность. По договоренности в большинстве случаев знак минус (-) обозначает отрицательный вывод такого конденсатора, а знак плюс (+), который, соответственно, должен обозначать положительный вывод, не указывается. На рис. 4.5, например, показаны два полярных электролитических конденсатора, на верхнем из которых отрицательный вывод указан знаком минус и стрелкой. (Очень часто отрицательный вывод еще и делают несколько короче положительного. - Примеч. ред.)



Обратите внимание на то, что полярными являются только конденсаторы больших емкостей (от 1 мкФ и выше), как правило, электролитические (хотя и среди них можно найти неполярные - такие часто используются в стереосистемах). Конденсаторы меньших емкостей (слюдяные, керамические, майларовые) не являются полярными, и потому на них нет специальных пометок.

Если конденсатор имеет полярность, то совершенно необходимо соблюдать ее при установке в схему. Если случайно перепугать местами выводы конденсатора- например, присоединить его "+" к земле, то можно запросто вывести конденсатор из строя или повредить другие компоненты схемы; конденсатор даже может взорваться!


Изменение емкости

Всегда приятно, если все получается именно так, как вы задумали. Вот почему полезно иметь под рукой переменные конденсаторы, которые позволяют изменять емкость, как вам требуется.

Наиболее распространенными типами переменных конденсаторов, с которыми сталкиваются радиолюбители, являются такие, диэлектриком в которых служит воздух. Эти конденсаторы часто можно встретить в радио с амплитудной модуляцией (AM), где они применяются для настройки требуемой частоты. Переменные конденсаторы небольших емкостей довольно часто встречаются в радиоприемниках и передатчиках на кварцевых генераторах, где они служат для точной подстройки опорного сигнала. Значения емкостей таких конденсаторов обычно лежат в пределах от 5 до 500 пФ.


Диодомания

Диод представляет собой простейшую форму полупроводникового прибора. Полупроводники используются в электронных схемах для контроля потока электронов (вы могли прочитать о них больше в главе 1). Диод имеет два вывода, каждый из которых обладает крайне большим сопротивлением для тока, текущего в одном направлении, и малым - для тока, протекающего в противоположном. Иными словами, диод служит своеобразным клапаном, пропускающим электроны лишь в одном направлении; в противоположном они пройти не могут.

Диоды используются в массе различных схем, и их можно разделить на несколько типов. Вот список наиболее широко применяемых диодов.

> Зенеровский диод (стабилитрон). Ограничивает напряжение до определенного уровня. На таком диоде можно дешево и удобно построить регулятор напряжения для вашей схемы.

> Светоизлучающий диод (светодиод, или СИД). Все полупроводники излучают кванты света, если через них протекает ток. Светодиоды излучают этот свет в видимом диапазоне спектра. В настоящее время можно найти светодиоды всех без исключения цветов радуги.

> Кремниевый управляемый диод (тиристор). Тиристор представляет собой своеобразный ключ, используемый для контроля переменного или постоянного тока. Такие элементы широко применяют в реостатах для регулирования освещения.

> Выпрямительный диод. Этот основной тип диода преобразовывает (или выпрямляет) переменный ток в постоянный. {Запомните: переменный ток постоянно пульсирует между плюсом и минусом, а постоянный ток стабилен и может быть постоянно либо положительным, либо отрицательным. Примеры сигналов постоянного и переменного тока изображены на рис. 4.6). Диоды очень часто называют выпрямителями, поскольку эту функция является основным их свойством.

> Мостовой выпрямитель. Этот компонент состоит из четырех диодов, соединенных в виде прямоугольника. Такая схема преобразовывает переменный ток в постоянный с максимальной эффективностью.






Важные параметры диодов: максимальные токи и напряжения

За исключением зенеровских, диоды не имеют номиналов, как резисторы или конденсаторы. Диод просто выполняет свою функцию, контролируя направление потока электронов. Однако это не означает, что все диоды одинаковы. Они оцениваются по двум основным параметрам: предельному обратному напряжению и максимальному току. Эти критерии определяют класс диода, который используется в той или иной схеме.

> Предельное обратное напряжение представляет собой максимальное напряжение на выводах диода, приложенное к нему в закрытом состоянии. К примеру, если диод рассчитан на 100 В, не следует применять его в схеме, в которой к нему прикладывается большая разность потенциалов.

> Максимальный рабочий ток представляет собой ток, который диод может выдержать, не выходя из строя. Предположим, некоторый диод имеет данный параметр, равный 3 А. Ток, превышающий данное значение, диод не сможет выдержать - он перегреется и выйдет из строя.


Диоды идентифицируются согласно принятому в электронной промышленности стандарту - маркировке цифровым кодом. Классический пример такой маркировки представляет собой выпрямительный диод 1N4001, имеющий предельное напряжение 50 В и ток 1 А. Предельное напряжение диода 1N4002 равно уже 100 В, a 1N4003 - 200 В, и т.д. Однако не будем задерживаться на излишне подробном пояснении того, что значит каждая цифра и как она соответствует предельному напряжению или току диода: эту информацию можно легко найти в любой спецификации или каталоге электронных компонентов.

Хотите стать профи по диодам? Корпуса выпрямительных диодов от 3 до 5 А обычно покрыты черной либо серой эпоксидной смолой и имеют два длинных вывода, позволяющих устанавливать их непосредственно на печатную плату. Диоды, рассчитанные на большие токи - 20, 30 или 40 А, - обычно имеют металлический корпус с теплоотводом или специальным штифтом, к которому теплоотовод легко прикрепить. Наконец, некоторые диоды имеют корпуса, такие же как у транзисторов (о которых речь пойдет в следующем разделе).


Где у диодов плюс?

Все диоды обязательно имеют положительный и отрицательный выводы. Эти выводы получили специальные названия: положительный называется анодом, а отрицательный - катодом. Катод диода легко опознать по полоске красного или черного цвета, расположенной у этого вывода на корпусе. На рис. 4.8 как раз показан диод с подобной маркировкой полярности. Полоска, таким образом, соответствует вертикальной линии схемотехнического символа данного элемента. Важно, чтобы, "читая" принципиальную схему какого-либо устройства, вы правильно трактовали расположение в ней диода и направление протекающего тока

Как уже говорилось в самом начале этого раздела, диоды позволяют проходить через них току в прямом направлении и блокируют ток, протекающий в обратном. Таким образом, если вставить диод в схему неправильно, схема или не заработает, или некоторые элементы рискуют выйти из строя. Всегда внимательно проверяйте полярность диодов в схеме - лучше дважды перепроверить, чем один раз устранять последствия!

Забавы со светодиодами

Зажигая яркий свет, вы можете по достоинству оценить любопытное поведение некоторых полупроводников: они излучают свет, когда через них протекает ток. Этот свет обычно довольно слаб и лежит в инфракрасной части электромагнитного спектра, но существуют так называемые светоизлучающие диоды (или СИД), которые представляют собой источники значительного количества видимого света. Вы можете встретить такие диоды на кнопках управления компьютером или па клавиатуре. Большинство светодиодов светят красным, желтым или зеленым цветами, но сейчас можно найти инфракрасные, голубые и даже полностью белые светодиоды.

Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже. Предельное обратное напряжение на светодиоде может достигать 10 В, но при этом максимальный ток будет ограничиваться всего 50 мА. Если же подать на него больший ток, светодиод вспыхнет и сгорит, как спичка.

В спецификациях на светоизлучающие диоды обычно указываются два параметра, связанных с током: максимальный ток, который обычно записывается как прямой ток через диод, и пиковый ток. Пиковым током называют предельное значение тока, которое диод может выдержать на протяжении очень короткого интервала времени- порядка миллисекунды. Не следует путать прямой ток с пиковым током, иначе можно легко испепелить ваш диод.


Резисторы в паре со светодиодами

Чтобы ограничить ток на светодиоде, пользуются резисторами, как это и показано в схеме на рис. 4.9. Значение сопротивления резистора выбирается так, чтобы полученный ток был меньше максимального для данного светодиода. Расчет этого сопротивления предельно прост, и для большинства схем со стандартным 5 или 12-вольтовым питанием можно смело использовать резисторы примерно одних и тех же диапазонов номиналов.



Эти примерные значения сопротивлений приведены в табл. 4.5; они даны для стандартных светодиодов.


Таблица 4.6. Значения резисторов при ограничении тока через светодиод

Напряжение питания схемы, В

Значение сопротивления токоограничивающего резистора, Ом

3,3:5

330

6:9

560

12:15

1 000


В принципе, всегда можно выбрать и резистор с более высоким сопротивлением - в результате СИД просто будет светить менее ярко. Если же взять резистор с сопротивлением, которое меньше расчетного, то появляется риск спалить светодиод. Правда, благодаря тому, что сейчас светодиоды очень дешевы, можно себе позволить и поэкспериментировать с разными сопротивлениями, не грабя банки. Можно даже придумать интересную игру: как ярко засветится светодиод перед тем, как сгорит... Шутка!


Если вдруг потребуется более точный расчет сопротивления, то в придачу к значению максимально допустимого тока вам понадобится знать прямое падение напряжения на светодиоде. У большинства стандартных светодиодов это падение составляет от 1,5 до 2,3 В, и только у новых сверхярких светодиодов эта величина может превышать 3,5 В. (Прямое падение напряжения зависит от цвета светоизлучающего диода, который, в свою очередь, определяется типом полупроводникового материала СИД. - Примеч. ред.)

Расчет сопротивления токоограничивающего резистора, если уж совсем по научному, выполняется по формуле:


R = (Uпит. - U пр.) / Iпр., где
R - искомое сопротивление в омах; Uпит. - напряжение питания схемы, вольт; U пр. - прямое падение напряжения на светодиоде, вольт; Iпр. - прямой ток через диод, который планируется получить. Измеряется в амперах.

Вместо этого значения можно взять максимальный ток для данного диода или меньшее значение, но ни в коем случае не большее.

Предположим, ваша схема запитывается от источника питания с напряжением 6 В постоянного тока, и прямое падение напряжения на светодиоде составляет 1,2 В. Вы хотите получить прямой ток через светодиод 40 мА (это будет 0,040 ампера). Подставляя эти значения в расчетную формулу, приведенную выше, получим:


R = (6 -1,2)/0,040.

Выполнив расчет в голове (на бумаге, арифмометре, калькуляторе, компьютере), получим значение сопротивления 120 Ом. Таким образом, для того, чтобы, имея 6-вольтовый источник питания пропустить через светодиод ток, равный 40 мА, потребуется 120-омный токоограничиваюший резистор. Остается только напомнить, что при изменении величины питающего напряжения или типа светодиода (а следовательно, и прямого падения напряжения на нем), величину R необходимо пересчитать.


Транзистор: восьмое чудо света

Давайте на минуту попробуем представить себе мир без такой малой и простой вещи, как транзистор. Радио будет больше бытовой микроволновки. Мобильные телефоны вырастут до размеров стиральных машин, а одна-единственная современная графическая станция займет примерно... большую часть Киева!

Транзисторы появились как альтернатива вакуумным лампам. Два основных назначения транзистора (и, соответственно, вакуумной лампы) состоят в усилении сигнала или его включении/выключении. Несмотря на миниатюрные размеры транзистора, он отлично справляется с той же работой, что и электронная лампа, потребляя при этом значительно меньше энергии.

Транзисторы также с успехом применяют для усиления или переключения сигналов. Интересные аспекты работы схем на транзисторах могут, однако, легко запутать, пока вы не выучите всю их подноготную. Транзисторы представляют собой довольно сложные устройства, поэтому мы ограничимся рассмотрением только наиболее простых типов, с которыми радиолюбителям приходится сталкиваться уже в самом начале пути увлечения электроникой. Мы рассмотрим, прежде всего, как они выглядят, и какие параметры необходимо знать, чтобы эффективно работать с транзисторами.

Микропроцессор - самое сердце вашего домашнего компьютера - состоит из миллионов транзисторов. Не было бы этих маленьких устройств, человечество до сих пор бы не вошло в эру персональных компьютеров (Хм-м... Правда иногда, посреди ночи, засидевшись за этим проклятым монитором, невольно думаешь - а так ли они нужны человеку, эти транзисторы?)


Изучаем терминологию транзисторов

Резисторы, конденсаторы и даже диоды имеют достаточно простую и однозначную систему параметров. Но транзисторы... они просто обязаны быть сложнее! Эти мелкие штучки имеют такую кучу параметров, что на их полное описание не хватило бы и всей этой книги! Вот только несколько важнейших из них.


> Напряжение коллектор-база.

> Напряжение коллектор-эмиттер. (Этот термин, как и предыдущий, касается биполярного транзистора. Для полевого транзистора терминология незначительно отличается. - Примеч. ред.)

> Максимальный ток коллектора.

> Максимальная рассеиваемая мощность.

> Максимальная рабочая частота.


Я не бездушная железяка, я - транзистор!

На сегодняшний день можно перечислить несколько тысяч различных транзисторов, выпускаемых более чем двумя дестяками производителей. Как же можно их различить? Каждый тип транзистора характеризуется его кодом: как, например, 2N2222 или MPS6519. По этой причине, если вам необходимо переделать схему, взятую из книги или с веб-сайта, используйте код транзистора, чтобы найти соответствующую замену.


Ни один из важнейших параметров транзистора вы не найдете прямо на корпусе - это было бы слишком просто, не правда ли? Чтобы определить характеристики, нужно тщательно изучить спецификацию элемента или обратиться к технической документации на веб-сайте фирмы-производителя. Однако для того, чтобы впаять транзистор в схему, совсем не обязательно в совершенстве владеть подобной информацией и даже понимать ее целиком; вероятно, вы без особых проблем подберете интересующий вас транзистор и успешно вставите в схему.



По поводу корпусов транзисторов

Сам полупроводник, основа транзистора, имеет размер песчинки или даже меньший. К такой крошке практически невозможно подпаять провода, поэтому кристалл помещают в более просторный корпус из металла или пластика. Без преувеличений, можно найти десятки разных типов транзисторных корпусов совершенно отличных форм и размеров, но далеко не все описаны в этой книге. Однако же основные типы корпусов будут представлены на рассмотрение читателя; ниже приведены основные их отличительные признаки.

> Пластик или металл. Корпуса сигнальных транзисторов изготавливаются как из того, так и из другого: в основном используется пластик, но для некоторых прецизионных приложений применяют и металл, намного менее подверженный электромагнитным помехам на радиочастотах. Сигнальные транзисторы почти всегда имеют три вывода (и иногда четыре); если же у транзистора только два вывода, то, вероятнее всего, это фототранзистор, проводимость которого зависит от падающего света (о нем подробнее в главе 5).

> Размеры. Мощные транзисторы также выпускаются как в пластиковых, так и в металлических корпусах, но их размеры, как правило, больше, чем у сигнальных.


Вставляем транзистор в схему

Транзисторы обычно имеют три вывода, которые называются следующим образом:

> база,

> эмиттер,

> коллектор.


База транзистора присоединяется к источнику напряжения или тока и служит для управления включением и выключением транзистора. Выводы эмиттера и коллектора подключаются либо к положительному или отрицательному потенциалам, либо к земле. Что и куда именно - зависит от схемы.

Расположение контактов транзистора изображено на рис. 4.11. Лишь немногие транзисторы (и среди них в основном полевые) могут иметь четвертый вывод, который, как правило, служит для заземления корпуса на шасси схемы.

Является абсолютной и непререкаемой истиной, что транзистор нужно устанавливать в схему только согласно его цоколевке. Перепутав местами его выводы, можно запросто спалить и сам транзистор, и прихватить другие элементы схемы. Между тем (кажется, чтобы запутать радиолюбителя еще больше), в спецификациях часто (хоть и не всегда) указывают контакты транзисторов с видом на корпус снизу, потому что именно так вы его впаиваете в схему. Таким образом, часто можно встретить изображение расположения контактных выводов в таком виде, как будто его перевернули вверх ногами. Впрочем, нужно признать что такое представление в некоторой степени облегчает пайку транзистора в плату.


Типы транзисторов

Начнем с того, что транзисторы бывают двух типов: NPN и PNP. Эти загадочные аббревиатуры обозначают порядок наложения эдаких бутербродных слоев или - в нашем случае - pn-переходов в полупроводниковом материале, из которого и состоит транзистор. Конечно, просто глядя на транзистор нельзя сказать, какого типа полупроводниковая структура находится в середине его корпуса, если вы, конечно, не обладаете рентгеновским зрением; однако спецификация однозначно указывает тип транзистора, что и Доказано на рис. 4.12. Выбор типа транзистора зависит от того, как и для чего планируется использовать транзистор в схеме. Только вопрос о правильном выборе типа транзистора мог бы занять всю эту книгу, но смело можно утверждать, что спутывание или прямая замена NPN и PNP транзисторов недопустимы. (Замена одного типа транзистора другим в большинстве случаев допустима, но также требует значительного изменения схемы их включения. - Примеч. ред.) То есть, если в схеме указано, кто в таком-то узле требуется PNP-транзистор, то замена его на NPN, скорее всего, приведет только к появлению дымка из устройства.

Как будто вам и так мало запоминать, кроме типа перехода транзисторы характеризуются еще и технологией его создания. Существует два основных типа транзисторов: биполярные и полевые. И вот чем они отличаются.


> Биполярные транзисторы. Они являются, вероятно, более распространенным типом (именно о них, например, шла речь в предыдущих разделах этой главы). В базу такого транзистора подается небольшой ток, а он, в свою очередь, управляет количеством тока, протекающего между коллектором и эмиттером.

> Полевые транзисторы. Также имеют три вывода, но они называются затвор (вместо базы у биполярного), сток (вместо коллектора) и исток (вместо эмиттера). Аналогично воздействие на затвор транзистора (но на этот раз не тока, а напряжения) управляет током между стоком и истоком. Полевые транзисторы также имеют разную полярность: они бывают N-канальные (аналог NPN-биполярного транзистора) и Р-канальные (аналог PNP).


Технологически полевые транзисторы подразделяются на МОП-транзисторы (Металл-оксид-голупроводник - типичная структура полевого транзистора с индуцированным каналом. - Примеч. ред.) и транзисторы со встроенным каналом. Для начинающего радиолюбителя разница между ними не столь важна, но знание терминологии поможет вам выглядеть профессионалом, когда вы будете разговаривать с другими такими же знатоками.

Разряд статического электричества может повредить полевые транзисторы, поэтому, как минимум, следует хранить их в антистатической упаковке. При покупке полевых транзисторов необходимо брать их в антистатической сумке или пластиковой трубке и хранить там до тех пор, пока не используете.


Высокая плотность упаковки в интегральных схемах

Все перечисленные выше компоненты размещаются по одному в корпусе. Их называют дискретными радиоэлементами, т.е. изготавливаемыми по отдельности.

Теперь же мы перейдем к интегральным схемам, этому чуду мысли, созданному в XX столетии. Эти изумительные творения рук человеческих, также называемые ИС, представляют собой микроминиатюрные электронные схемы, размещенные на одном-единственном кристалле полупроводника. Типичная современная интегральная схема может содержать сотни транзисторов, резисторов, диодов и конденсаторов. Благодаря такой высокой плотности становится возможным строить целые схемы, используя всего пару-тройку корпусов. ИС являются "кирпичиками", из которых строятся более сложные схемы. Вы просто связываете отдельные микросхемы и в результате получаете практически любое готовое электронное устройство.

То, как радиоэлементы связаны между собой внутри кристалла, однозначно определяет функционирование микросхемы. Сами ИС можно как паять в схему, так и вставлять в разъемы.

Интегральные микросхемы чаще всего поставляются в корпусах с двухрядным расположением вывода (корпуса типа DIP - dual-in-line pin), изображенных на рис. 4.13. На иллюстрации показано несколько микросхем разных размеров, имеющих от 8 до 40 выводов. Наиболее часто на практике применяются 8-, 14-, 16- и 28-выводные корпуса.



Линейная, цифровая или комбинационная микросхема?

За годы, прошедшие с момента изготовления первых интегральных микросхем, мировая промышленность выпустила тысячи тысяч разных ИС, и каждая из них имеет какую-то особенность. Однако большинство интегральных схем, с которыми радиолюбители сталкиваются на практике, стандартизированы, и можно легко найти множество книг, поясняющих принципы их работы. Такие ИС выпускает большая часть фирм-производителей кристаллов, и их раскупают как крупные компании, так и индивидуальные радиолюбители. Существуют и микросхемы, которые называются специализированными, предназначенные для выполнения каких-либо специфических задач. Чаще всего специализированные под какую-то конкретную функцию микросхемы производятся лишь одной или, максимум, несколькими компаниями.

Независимо от того, стандартной или специализированной микросхемой является данная ИС, все их можно разделить на две категории: линейные схемы и цифровые. Эти термины основывается на типах электрических сигналов, функционирующих внутри схемы.

> Линейные ИС. Эти ИС предназначены для работы со схемами, в которых используются изменяющиеся напряжения и токи (аналоговые схемы). Примером аналоговой схемы может служить усилитель для электрогитары.

> Цифровые ИС. А эти ИС предназначены для работы со схемами, в которых используются только два уровня напряжения (цифровые схемы). Как указывалось в главе 1, эти два уровня служат для обозначения цифровых данных в двоичной форме (вкл./выкл., высокий/низкий уровни, 0/1 и т.п.). Как правило, уровень таких напряжений составляет 0 и (обычно) 5 В. Подробнее о цифровых схемах и двоичных данных рассказывается дальше в книге.


Большинство стандартизированных ИС относятся к одной из двух этих категорий, и потому при заказе микросхем их также разделяют на линейные и цифровые. Есть, правда, и такие, которые могут работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами, а другие могут преобразовывать сигналы из одной формы в другую. Однако нет смысла описывать все возможные функции микросхем в этой книге, остается лишь повторить, что практически все их можно отнести или к линейным, или к цифровым.


Номера ИМС

ИС, как и транзисторы, имеют уникальный цифровой код, или номер, по которому их можно различить. Этот код однозначно указывает тип устройства, как, например, 7400 или 4017. Зная его, всегда можно узнать о свойствах микросхемы, заглянув в спецификацию или через Интернет. Как правило, номер пишут прямо на корпусе ИС.

На корпусах многих микросхем также указывается и другая информация: например, номер согласно каталогу фирмы-производителя или маркировка даты изготовления. Не перепутайте эти цифры с номером микросхемы, идентифицирующим ее. Изготовители не имеют единого стандарта по виду отпечатанной на корпусе информации, потому часто приходится тратить некоторое время, чтобы правильно вычленить номер из имеющейся маркировки.


Что такое цоколевка ИС?

По своей природе интегральные микросхемы требуют наличия большого количества контактов. Эти контакты носят название выводов. Один из выводов может подключаться к источнику питания, другой к земле, третий использоваться как вход микросхемы, четвертый - как ее выход и т.п. Функции каждого вывода определяются цоколевкой, или схемой расположения выводов. Цоколевка не печатается на корпусе устройства, и, чтобы правильно подсоединить ИС к схеме, необходимо найти и изучить расположение ножек ИМС в спецификации. Спецификации по всем широко используемым (и многим специализированным) микросхемам можно найти в Интернет, поискав через Google или Yahoo! по номерам ИС.

Чтобы определить, какую функцию выполняет каждый конкретный вывод, по умолчанию им присвоены номера, которые считаются против часовой стрелки, начиная с верхнего левого угла (Как правило, но далеко не всегда. - Примеч. ред.), ближайшего к специальной метке. Эта метка носит название ключа и может представлять собой как значок, так и выемку на корпусе. Выводы нумеруются сверху вниз, начиная с первого - того, что возле метки. Возьмем, к примеру, ИС, изображенную на рис. 4.14. Она изготовлена в 14-выводном корпусе, и выводы нумеруются, начиная с левой стороны, т.е. слева сверху вниз расположены выводы с 1 по 7, а справа - с 8 по 14, причем они идут уже снизу вверх, не прерывая, таким образом, порядка нумерации.



На электрических принципиальных схемах соединения интегральных микросхем указываются в одном из двух видов.


> На некоторых принципиальных схемах ИМС указаны в виде контуров с пронумерованными выводами. Номера выводов соответствуют цоколевке ИС (помните, что они начинаются с ключа и считаются против часовой стрелки). Такие принципиальные схемы легко "читать" и паять по ним схемы, поскольку не требуется заглядывать в спецификацию для определения цоколевки - достаточно просто убедиться, что вы правильно посчитали выводы и точно следуете схеме их соединения.

> Если на схеме не указаны номера выводов, необходимо достать копию цоколевки. Для стандартных ИС расположение выводов нетрудно найти в книгах или спецификациях из Интернет, для нестандартных же часто помогает посещение Web-сайта фирмы-производителя, где, возможно, находится нужная спецификация.


Часто оказывается полезным сделать фотокопию расположения выводов из спецификации, даже если на принципиальной схеме указаны номера выводов. Имея ее под рукой, вы всегда сможете перепроверить свою работу (да и саму принципиальную схему) на предмет ошибок в разводке. Номера на схеме тоже ставил простой человек, и вы можете, таким образом, застраховаться от ошибок и потери времени.


Самостоятельное исследование ИМС

Интегральные микросхемы столь непостижимы, что им можно посвятить не одну книгу. Если ИМС вас интересуют, то можете заглянуть в приложение в конце книги, которое содержит адреса Web-сайтов, на которых размещены инструкции по применению различных популярных интегральных схем в готовых проектах.

Глава 5

Потребительская корзина радиолюбителя

В этой главе...

> Подбор правильного типа проводов > Питание от батареек и солнечных батарей > Использование переключателей > Контроль выходных состояний логических элементов > Подстройка сигналов при помощи катушек индуктивности и кварцевых генераторов > Детектирование при помощи сенсоров ^ Изучение принципа работы двигателей постоянного тока > Генерация звука при помощи громкоговорителей и сирен

Хотя резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы, речь о которых шла в главе 4, и являются чертовски важными электронными компонентами (будет очень и очень проблематично найти хоть одну схему в мире, где бы они не использовались), существуют и другие радиодетали, которые можно с успехом применять на практике.

Некоторые го этих дополнительных радиоэлементов, такие как провода, соединители и батареи, просты до неприличия. В конце концов, построить электронную схему без использования проводов или источника питания будет весьма затруднительно. Однако есть и более интересные детали, которые мы обсудим в данной главе, но которые применяются лишь от случая к случаю. Вряд ли кому-то, например, придет в голову идея использовать в каждой второй схеме сирену, однако, если вдруг понадобится построить устройство сигнализации, она несомненно пригодится.

В данной главе будут обсуждаться вопросы приобретения целого ряда разносортных радиодеталей: некоторые из них могут понадобиться радиолюбителю немедленно, о других же стоит помнить разве что на всякий случай.


Электрические соединения

Изготовление электронной схемы требует обязательного соединения между собой электрических компонентов, чтобы позволить току протекать через них. В подразделах ниже 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 поделками можно применять несколько разных типов проводов, и о том, как правильно выбрать нужный, мы и поговорим в этом разделе.


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. 5.1.


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 (о них подробнее в главе 7) 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.


Размер тоже важен

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.


Радуга из проводов

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 9-вольтовой 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 -Uили 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, 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.

К слову, ваш телевизор и DVD-плейер также соединены посредством кабеля, имеющего штекерные соединители.

Соединения и соединители

Если взглянуть на типичный кабель, идущий, скажем, от компьютера к принтеру, то можно увидеть, что на его концах есть некие штуковины го 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 (о них более подробно см. в главе 12). Разъем такого типа соединителя устанавливается на плате, а штекеры паяются или зажимаются в плоском кабеле1. 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.

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.


Включаем питание

Даже все провода и разъемы в мире не смогут вам помочь, если в схеме отсутствует источник питания. После окончания первой фазы проекта - разработки схемы - понадобятся ток и напряжение, чтобы включить схему. Питание можно взять из настенной розетки (об этом уже говорилось в главе 3), от батареек или солнечных батарей.

Для электронных поделок основную роль играют именно два последних типа источников питания, поскольку они имеют небольшие габариты и являются переносными. В следующих подразделах речь пойдет о том, как правильно выбрать батареи или солнечные элементы для вашей схемы.


Врубим питание от батарей

Для получения электричества от батарей используется процесс, называющийся электрохимической реакцией, который генерирует положительный потенциал на одном выводе батареи и отрицательный- на другом. Этот процесс включает помещение двух разных металлов в химическое вещество определенного типа, но так как перед вами не Химия для "чайников" от Дж. Т. Мура, а электроника для чайников, то мы не будем углубляться в особенности протекающих внутри батарейки реакций.

В целом, батареи можно охарактеризовать согласно размерам, генерируемым напряжениям и типу химического вещества, содержащегося внутри (например, "угольно-цинковые" или "никель-кадмиевые" батареи).



Самые распространенные батареи - на каждый день

Итак, начнем со стандартных, неперезаряжаемых батарей, которые можно легко приобрести в магазине. Цилиндрическая батарейка любого распространенного типа- AAA, АА, С и D- генерирует 1,5 В. Транзисторная батарея выглядит иначе- она вьшолнена в виде па-раллелепипеда и больше всего по габаритам напоминает слегка уменьшенный спичечный коробок, генерирует она 9 В. Иногда встречаются еще и фонариковые батареи (такие большие квадратные батарейки, похожие на 9-вольтовые, которые иногда вставляют в фонари размером с хороший прожектор), напряжение на выводах которых равняется 4,5 В.

Для того чтобы получить требуемое напряжение, можно соединить вместе любое количество 1,5-вольтовых батарей. Так, соединив отрицательный полюс одной батареи с положительным полюсом второй (такое соединение называется последовательным), как показано на рис. 5.4, вы получите удвоенное напряжение, т.е. 3 В.


Батареи удобно укладывать в специальный отсек или пенал. Правильно вставив в него определенное количество батарей, можно сразу получить требуемое напряжение: скажем, 6 В при использовании пенала на четыре 1,5-вольтовые батарейки или 9 В для 6 штук и т.д. Такой отсек, рассчитанный на 4 батарейки типа АА, показан на рис. 5.5.


Максимальное время работы батарей типа АА

Мерой того, сколько тока может дать батарея за заданный промежуток времени, (то есть - ёмкость батареи. - Примеч. ред.) служат ампер-часы и миллиампер-часы. К примеру. 3-вольтовая транзисторная батарейка обычно имеет емкость 500 миллиампер-часов (это значение, впрочем, может варьироваться о зависимости от её типа; см раздел "Классификация батарей»). Такая батарея, следовательно, может запитывать схему, потребляющую 25 миллиампер, на протяжение 20 часов тех пор, пока напряжение на ее выводах не начнет падать. Батареи типа АА обычно имеет емкость около 1500 миллиампер, и, следовательно, набор из четырех последовательно соединенных батареек АА может питать ту же схему уже 60 часов.(Общая емкость батарей при последовательном соединении равняется емкости наихудшей из них. При параллельном соединении емкость суммируется, как будет видно из следующего абзаца. - Примеч. ред.)


Батарейки, которые работают и работают

Если имеется схема, которая потребляет довольно значительный ток, или некоторое устройство планируется использовать без вьтключения, то она может "высосать" батарейки так же быстро, как в кинотеатре -заканчивается попкорн. В таком случае вьтгоднее применять:

> батареи размеров С и D:поскольку они больше, чем простые батареи АА, следовательно, и химических веществ в них также больше, а значит, они и дольше прослужат;

Для многих проектов, в которых нужно получить напряжение питания, равное 9 В, предпочтительнее использовать 6 цилиндрических батареек типа АА вместо одной 9-вольтовой. Почему? Емкость таких батареек выше, чем у 9-вольтовой, и они прослужат дольше. Количество тока, которое батарея может генерировать до своего иссякания, зависит от типа и количества же химических соединений внутри. Шесть последовательно соединенных батарей типа АА содержат больше таких веществ, чем одна 9-вольтовая, и потому проработают дольше (в данном случае предполагается, что оба типа батарей содержат одинаковые по составу вещества, а речь об этом пойдет в разделе "Классификация батарей по их составу"). При использовании батареи она претерпевает необратимые изменения и изнашивается, в результате чего выходное напряжение постепенно падает. Если, к примеру, измерить напряжение на выводах 9-вольтовой батареи через несколько дней после ее использования, то его величина может упасть до 7 В. 4


> Перезаряжаемые батареи (аккумуляторы): некоторые батареи позволяют возобновлять начальный химический состав, возвращая, таким образом, способность генерировать ток. Они носят название аккумуляторов. Подробнее о них будет написано в следующем подразделе.


Хотя некоторые смельчаки и отваживаются перезаряжать обычные батареи, это очень плохая идея. Из батареи может вылиться кислота, а в худшем случае она может даже взорваться - далеко не самое безопасное зрелище!


Классификация батарей по их составу по их составу

Кроме размеров, батареи классифицируют и по составу химических веществ, которые они содержат. Обратите внимание на то, что те или иные вещества может содержать батарейка любого размера, а сам тип вещества определяет, прежде всего, не столько габариты, сколько то, можно ли перезаряжать данную батарею.

Перед покупкой перезаряжаемых батарей следует убедиться, что имеющееся зарядное устройство предназначено для заряда именно этого типа батарей.


Ниже перечислены батареи и составляющие их химические вещества, которые наиболее часто встречаются в доступных типах элементов питания.

> Угольно-цинковые: этот тип батарей находится в нижнем по качеству ряду непе-резаряжаемых батарей. Хотя такие элементы и стоят недорого, их приходится частенько менять.

> Алкалайновые: рекомендуем применять именно этот тип батарей. Срок их эксплуатации примерно втрое дольше, чем у угольно-цинковых, и если в каком-то из проектов обнаружится, что и такие батареи требуют частой замены, то пришла пора обращаться к аккумуляторам.

> Никель-кадмиевые (Ni-Cd): в недалеком прошлом это был наиболее популярный тип перезаряжаемых батарей. Основным недостатком таких элементов является так называемый эффект памяти, хотя сейчас производителям удалось свести его воздействие к минимуму. Этот эффект заключается в том, что перед повторной перезарядкой никель-кадмиевый аккумулятор требует полного разряда, да и сама зарядка также обязательно должна быть выполнена до конца, иначе батарея навсегда потеряет часть емкости. Никель-кадмиевые аккумуляторы генерируют около 1,2 В.

> Никель-металгидридные (Ni-MH): выходное напряжение батарей данного типа также составляет около 1,2 В, но они уже не страдают от эффекта памяти, присущего аккумуляторам предыдущего типа5. Если для некоего прибора было решено выбрать перезаряжаемые батареи, то мы бы порекомендовали именно этот тип. Покупка зарядного устройства и пары таких аккумуляторов может со временем сэкономить приличную сумму денег.

> Литиевые, или литий-ионные (Li-Ion): если в проекте необходимо использовать небольшую и легкую батарею, то стоит взглянуть в сторону литиевых элементов. Батареи данного типа могут генерировать более высокие уровни напряжения, около 3 В и выше, однако они стоят больше и не всегда перезаряжаются6. И все-таки, если в основу заложен вес изделия (как, например, в роботехнике), они могут стать основным источником энергии.7


Пока что не стоит волноваться по поводу тяжелого выбора между литий-ионными и литий-полимерными батареями. Хотя некоторые эксперты и уверяют, что технология производства литий-полимерных аккумуляторов постоянно эволюционирует и позволит в недалеком будущем добиться значительных успехов, в настоящее время не существует каких-либо параметров, по котором бы они чем-то превосходили обычные литиевые элементы . Потому при поиске подходящего источника питания следует руководствоваться исключительно степенью доступности и стоимостью.


Питание от солнечных батарей

В главе 4 обсуждалось интересное свойство полупроводниковых светоизлучающих диодов, которые генерировали свет при пропускании через них электрического тока. Оказывается, справедливо и обратное: если освещать полупроводники светом, то они будут генерировать ток. Каждый элемент солнечной батареи представляет собой всего-навсего большой диод, который генерирует электрический ток, будучи подвержен воздействию освещения - например, солнечного.

Для того чтобы запитать схему, с успехом можно воспользоваться солнечной батареей, состоящей из множества отдельных элементов. Для этого необходимо тщательно взвесить требования к току и напряжению источника питания и соотнести их с габаритами батареи. К примеру, солнечная батарея размером 25 х 25 см способна при ярком солнечном освещении генерировать ток до 100 мА при выходном напряжении 5 В. (Видимо, данные авторов несколько устарели: современные солнечные элементы имеют КПД до 18 %, и позволяют получить на такой же площади токи до 4 ампер при тех же остальных параметрах. - Примеч. ред.) Если же нужно получить ток 10 А, то размеры панели солнечной батареи могут оказаться чересчур большими для данного конкретного проекта.

Перед тем как остановить выбор именно на солнечных элементах, внимательно изучите следующие критерии.

> Планируется ли содержать солнечную батарею в частности и все изделие в целом на прямом солнечном свету? Если нет, то стоит подумать о выборе другого источника энергии или о проектировании схемы питания таким образом, чтобы ток от солнечных батарей заряжал аккумуляторы, питающие схему, даже когда темно.

> Соответствуют ли размеры солнечной батареи конструктивному решению всего изделия? Если нет, то следует или уменьшить потребление энергии или поискать другой источник питания.


В ключение и выключение 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.


Вкл. и Выкл. с помощью переключателей

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.


Начиная с простых вещей

Ручные фонарики, обычно, оснащаются скользящими, или ползунковыми, переключателями. Такой переключатель скользит в направляющих и замыкает или размыкает цепь. На рис. 5.6 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.


Что же собой представляет лепестковый переключатель? В главе 15 рассказывается, как его можно успешно использовать в качестве своеобразного мини-бампера, который сигнализирует роботу об ударе о какую-то поверхность.


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.


Что внутри ключа?

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.

> Однополюсныедвунаправленные(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).

> Двухполюсныеоднонаправленные(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.

> Двухполюсныедвунаправленные(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.


Щелчок реле

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.


Как работает 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, чтобы напугать целую армию братьев.


Наука об электромагнитах

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 на все ваши сирены и лампы (привет, братишка!). 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?").


Чаще говорят о замыкании контактов реле, чем о том, что внутри реле замыкается ключ и т.п. Также принято называть рычаг внутри реле якорем. Но, как его не назови, от этого реле иначе работать не станет.


Логика решений. Логические элементы

Тот, кому хоть когда-нибудь приходилось играть в шахматы, должен знать, что логика этой сложнейшей игры подчиняется весьма простым правилам. Если вражеский слон угрожает белой ладье, то у нее есть строго ограниченное количество ходов, и все их можно прокрутить в голове, чтобы попытаться спасти фигуру.

Однако, интересно, как же это удается компьютеру, когда вы играете с ним в виртуальные шахматы?

Опуская подробности о сложных программных и схемотехнических уловках, необходимых для переноса шахмат с доски на компьютер, можно смело утверждать, что все схемы и программы подчиняются какой-то строгой логике. Она, в свою очередь, обязана своим происхождением так называемым логическим элементам. Логические элементы представляют собой интегральные микросхемы, на выходах которых, подчиняясь некоторому набору правил и в зависимости от вида входных сигналов, формируются выходные сигналы. Как правило, стандартные элементы имеют пару входов, хотя есть, например, инверторы, имеющие лишь один вход, и элементы, имеющие более двух входов.


Использование логики в электронике

Хотя придумать новое поколение компьютерных шахмат может оказаться не по плечу начинающему радиолюбителю, логические элементы могут сослужить хорошую службу. Тот же микрокалькулятор, которым каждый день пользуются бухгалтеры, состоит из набора логики, которая складывает, умножает, делит и отнимает числа. На первом этапе знакомства с электроникой вполне можно самостоятельно построить схему на логических элементах, которая будет считать, сколько раз открывалась дверь в доме, и, таким образом, регистрировать количество уходов и приходов к вам домой.

Когда говорят о состоянии входов или выходов логических элементов, употребляют термины "высокий уровень напряжения" (логическая 1) и "низкий уровень напряжения" (логический 0). В типичной электронной схеме высокий уровень на входе ИМС означает наличие на нем напряжения 5 В, а низкий уровень - нулевой потенциал.


Основные логические элементы

Чаще всего приходится сталкиваться с логическими элементами пяти видов: И, ИЛИ, инвертором (элемент НЕ), И-НЕ (элемент И и элемент НЕ в одном корпусе) и ИЛИ-НЕ (ИЛИ и НЕ в одном корпусе). Выходные сигналы всех этих элементов для всех возможных комбинаций входных уровней показаны в табл. 5.7-5.11.

Название каждого логического элемента происходит от логики, которой подчиняется формирование его выходного сигнала. К примеру, на выходе элемента И сигнал принимает состояние с высоким уровнем напряжения только тогда, когда оба входа (вход первый И вход второй) сами имеют высокие уровни сигнала. А, например, для элемента ИЛИ выходной сигнал равен логической 1 тогда, когда равен 1 один ИЛИ другой входной сигнал. Схемотехнические символы, которыми обозначаются логические элементы на принципиальных схемах, будут приведены в главе 6.

Как правило, каждая интегральная микросхема содержит в одном корпусе сразу несколько логических элементов. Например, можно без труда найти ИС, состоящую из четырех элементов И с двумя входами каждый (счетверенный 2-входовый И). Для определения у такой ИМС назначения выводов, необходимо найти в спецификации цоколевку, в которой указываются номера всех выводов: входов, выходов, питания и земли. Эта информация вместе со структурной схемой ИС и поможет принять решение - подходит ли данная микросхема для применения в данной конкретной задаче.

При покупке микросхемы следует убедиться, что она имеет количество выводов, необходимое для вашего проекта. Также не стоит забывать, что существуют, например, 3-входовые логические элементы (их можно найти у большинства производителей).


Многие более сложные микросхемы состоят из разного количества простых логических элементов, объединенных с целью выполнения каких-то специфических функций, как, к примеру, счетчики или дешифраторы. Работая с такими ИМС, можно посмотреть в спецификации структуру схемы, чтобы понять, как работают отдельные части такой схемы, и лучше разобраться в назначении каждого вывода.


Контроль частоты кварцевых резонаторов и индуктивных контуров

Как катушки индуктивности, так и кристаллы кварца имеют самое непосредственное отношение к частоте. Так, индуктивности используются для вырезания всех частот, кроме заданной (этот метод широко применяется при настройке радиоприемника на конкретную станцию). Кварцевые резонаторы, в свою очередь, служат для генерации колебаний на определенной частоте.


Накопление энергии в катушках индуктивности

Пожалуй, любой, кто хоть раз пересекал страну на автомобиле, знает, как раздражает, когда с таким трудом найденная радиостанция пропадает из эфира каждые пятнадцать минут. Но что же происходит в середине радиоприемника, настроенного на определенную волну (хотя и ненадолго)?


Индуктивность и все ее названия

Часто можно услышать, как катушки индуктивности называют просто индуктивностью или дросселем, все эти термины можно употреблять взаимозаменяемо, но для инженера-разработчика они не всегда имеют одинаковый смысл. Так, катушки индуктивности используются для получения резонанса нл определенной частоте, а дроссели - для режекции (подавления) некоторого частотного диапазона. Однако в данной книге мы будем употреблять общий термин катушка индуктивности, невзирая на все эти не столь уж большие отличия.


Каждая радиостанция излучает электромагнитные волны на строго определенной частоте. При изменении радиоволны на самом деле происходит изменение этой частоты при помощи подстройки переменных электронных компонентов таким образом, чтобы все другие частоты отсекались.

Так какие же радиодетали служат для режекции всех частот, кроме вашей любимой "сто и сколько-то" мегагерц? Для этой цели как раз и применяются катушки индуктивности (или дросселя), объединенные с конденсаторами в один контур для фильтрации всех частот за исключением требуемой.

Катушки индуктивности широко применяются и в других областях электроники, например, во всех более-менее качественных источниках питания дроссели служат для уменьшения 50-герцевого шума, который приходит из входной линии 220 В переменного тока.

Сама индуктивность является свойством проводника, свернутого в кольцо, запасать в электромагнитном поле, окружающем дроссель при протекании через него тока, энергию. Величины индуктивности измеряются в генри (Гн), фактически же в миллигенри (тысячных долях Гн) и микрогенри (миллионных долях). Значение индуктивности катушки служит мерой запасенной энергии. Катушки также классифицируются по влиянию, которое они оказывают на уменьшение напряжения сигнала переменного тока. (Кроме реактивного сопротивления, в реальных катушках присутствует активная составляющая, т.е. простое сопротивление, как у резистора. У идеальной же катушки она равна 0, а присутствует только реактивная (частотозависимая) составляющая. -Примеч. ред.) Для оценки этого фактора существует система маркировки, аналогичная цветовой маркировке на резисторах, речь о которой шла в главе 4. На многих катушках, особенно с большими номиналами, печатают значение индуктивности в микрогенри. Они выпускаются самых разнообразных форм и размеров. Меньшие же катушки зачастую выглядят как маломощные резисторы, да и маркировка их похожа.

Индуктивности также могут быть постоянными и переменными. Независимо от типа, они представляют собой проводник, намотанный вокруг сердечника из непроводящего материала. Количество витков и диаметр провода, а также материал сердечника и определяют значение индуктивности постоянной катушки; у переменной же есть небольшой диск, вращая который, можно подстраивать количество витков, а значит, и саму индуктивность.

Сердечник катушки может выполняться из феррита или какого-то другого материала, включая воздух (чаще всего это или феррит, или воздух).


Частота кварцевого резонатора

При срезе под определенным углом кристалла кварца он начинает резонировать на определенной частоте. Такие кристаллы широко применяются в электронных схемах, например, в качестве осцилляторов для тактирования микроконтроллеров. Да и другие микросхемы также довольно часто нуждаются в кварце.

Частота кристаллов измеряется в мегагерцах (МГц); подробнее о единицах измерения рассказано в главе 1. Каждый кристалл упакован в пластиковый или металлический корпус и имеет два вывода, при помощи которых он подключается к схеме. Формы корпусов таких осцилляторов бывают довольно разнообразными.

Хотя этот совет и может показаться очевидным, при покупке кристалла необходимо убедиться, что для данной схемы нужен осциллятор именно такой частоты.


Детектирование

Существуют электронные элементы, которые при детектировании ими некоторого явления (скажем, изменения температуры до какого-то уровня) выполняют определенное действие (например, включают свет). Они называются сенсорами или детекторами. В этом разделе будет рассказано о типах сенсоров, с которыми можно иметь дело в разных электронных проектах.


Кто видит свет?

Среди стандартных радиоэлементов, речь о которых шла в предыдущих главах (а именно - в главе 4), есть такие, которые имеют важное и интересное свойство: зависимость характеристик от света. Производители радиоэлектронных элементов выпускают специальные резисторы, диоды и транзисторы, чувствительные к свету; сигнал на этих компонентах меняется соответственно количеству попадающего на элемент освещения. Светочувствительные компоненты можно использовать как сенсоры в охранной сигнализации, системах контроля и автоматического освещения, средствах коммуникации. К примеру, можно сделать датчик, который бы следил за тем, чтобы, когда машина выезжает из гаража, автоматические двери случайно не закрылись. Для дистанционного управления телевизором (оно ведь используется каждый день, не правда ли?) в телевизионном приемнике есть светочувствительный транзистор или диод, который и получает сигналы с пульта.

Ниже приведен миниобзор свойств светочувствительных резисторов и транзисторов.


> Светочувствительные резисторыназываются фоторезисторами или просто фотоэлементами . Их сопротивление меняется в зависимости от количества падающего света. Типичный фотоэлемент наиболее чувствителен в диапазоне видимого света, особенно в желто-зеленом диапазоне спектра.

> Светочувствительные транзисторы и диоды называются соответственно фототранзисторами и фотодиодами. По внешнему виду они абсолютно идентичны, поэтому в ящике стола их следует держать в разных отделениях. Эти элементы наиболее чувствительны к невидимому инфракрасному освещению (фактически - к теплу). Инфракрасные излучатели и светоприемники применяют в системах дистанционного управления.


В этой главе о светочувствительных элементах мы рассказали только основные сведения, но в главе 14 можно будет узнать о них значительно подробнее из интересных проектов, в которых используются фотоэлементы.


Детекторы движения

Легче всего увидеть детектор движения в действии, когда при приближении к крыльцу соседа неожиданно включается свет. Подобные интеллектуальные системы используются во многих домах, школах и магазинах для автоматического управления освещением или в качестве охранной сигнализации.

В большинстве детекторов движения используется техника, которая получила название пассивного инфракрасного детектирования и обычно использует напряжение 220 В. Как правило, такие системы монтируются на стену или на потолок, откуда они охватывают практически весь объем охраняемого помещения.

Если в устройстве используется питание от батареек, следует иметь компактный детектор движения, работающий от 5 В. Такие сенсоры можно приобрести у фирм, занимающихся продажей и установкой систем безопасности.


Внутри головки детектора движения

Внутреннее строение пассивного инфракрасного сенсора движения - весьма простое устройство. Детектор содержит два кристалла, линзу и небольшую электронную схему. Когда инфракрасный свет (который излучает любое нагретое тело, в том числе и человек) попадает на кристалл, тот генерирует электрический заряд. Поскольку любой человек, двигающийся в поле зрения сенсора, также испускает тепловые волны, сенсор движения легко зарегистрирует его присутствие.

Типичный сенсор движения имеет три вывода: на землю, на положительный источник питания и собственно выход сенсора. При 5-вольтовом питании детектора и при условии, что в поле зрения сенсора отсутствуют нагретые предметы или люди, напряжение на его выходе будет близким к 0 В. Если же фиксируется какое-то движение, то напряжение на выходе подскакивает до уровня питания (5 В).

Не стоит покупать пассивный инфракрасный сенсор отдельно от датчика. Сам сенсор не оснащен линзой, которая присутствует в полном датчике, но именно благодаря ей датчик способен улавливать движение, а не просто присутствие в радиусе обзора какого-то тела.


Другие типы детекторов движения

В случае, если вы заинтересовались системами наблюдения и хотели бы узнать о них больше, мы очень кратко рассмотрим другие типы сенсоров.

> Активные инфракрасные сенсоры движения. В них используются светоизлучающий светодиод и фотоприемник инфракрасного диапазона. В качестве последнего используется, к примеру, фототранзистор; он генерирует ток, когда на него попадает инфракрасный свет. Если кто-то пересекает пространство между светодиодом и фотоприемником, транзистор перестает генерировать ток, поскольку на пути света возникает препятствие. Такие сенсоры представляют собой всего-навсего разновидность электрического глаза, который отлично помнят поклонники фильмов про Джеймса Бонда, особенно те, кому за 40. Эффективно подобные датчики можно использовать только в пространствах с постоянным движением, например, в помещениях.

> Ультразвуковые сенсоры движения. Такие детекторы генерируют ультразвуковые колебания, которые отражаются объектами помещения. Если в комнате ничего или никто не двигается, ультразвуковая волна возвращается назад в датчик без изменения. Однако, как только кто-то или что-то совершит движение, волновая картина исказится, и это изменение включит сигнал тревоги. Подобные сенсоры вряд ли стоит использовать вместо обычных пассивных инфракрасных детекторов, если только ультразвуковая электроника не входит в зону ваших интересов.


Тепло, теплее, горячо: сенсоры температуры

Представьте себе - холодный зимний вечер, вы лежите в теплой к

Схемы управление электродвигателями моделей Схемы управление электродвигателями моделей Схемы управление электродвигателями моделей Схемы управление электродвигателями моделей Схемы управление электродвигателями моделей Схемы управление электродвигателями моделей Схемы управление электродвигателями моделей

Тоже читают:



Поздравление с повышением должности своими словами

Декоративная наволочка своими руками

Бумажный пакет для еды своими руками

Гелевые свечи своими руками в домашних условиях мастер класс для начинающих

Тексты поздравлений на 1 сентября