Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
00215 004836 15200954 na godz. na dobę w sumie
Elektronika. Od praktyki do teorii - książka
Elektronika. Od praktyki do teorii - książka
Autor: Liczba stron: 336
Wydawca: Helion Język publikacji: polski
ISBN: 978-83-246-4896-2 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> komputery i informatyka >> elektronika >> elektronika
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook).

Wyjątkowy podręcznik dla amatorów elektroniki!

Zbudowanie własnego urządzenia elektronicznego to marzenie każdego majsterkowicza, wprost kipiącego pomysłami na ułatwianie wszystkim życia. Jednak czasami nawet świetnym innowatorom brakuje wiedzy, doświadczenia albo umiejętności. To Twój problem? Nie martw się! Żeby osiągnąć cel, potrzebne Ci są chęci oraz podręcznik - taki jak ten.

Ta książka prezentuje najlepsze z możliwych podejście do nauki elektroniki. Już od pierwszych stron zaczniesz pracować nad realnymi projektami. W serii interesujących eksperymentów poznasz najważniejsze elementy tej układanki oraz sposób ich działania. Jednak na samym początku przygotujesz swoją domową pracownię - będziesz potrzebował trochę miejsca, odpowiednich przyrządów i części. Potem będzie już tylko ciekawiej! Każdy kolejny projekt to nowe, trudniejsze wyzwanie. Jednak ponad 500 zdjęć gwarantuje, że poradzisz sobie w mig ze wszystkimi problemami. Spełnij swoje marzenia i zbuduj własne układy elektroniczne!

Zbuduj działające urządzenia - od prostych po skomplikowane!

 

 

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

• Kup książkę • Poleć książkę • Oceń książkę • Księgarnia internetowa • Lubię to! » Nasza społeczność Spis treści Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii 1 . Doświadczanie elektryczności . . . 1 Lista zakupów: Eksperymenty od 1 do 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Eksperyment 1: Posmakuj mocy! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Eksperyment 2: Jak nie należy używać baterii . . . . . . . . . . . . . . 9 Eksperyment 3: Twój pierwszy obwód. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Eksperyment 4: Zmiana napięcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Eksperyment 5: Zróbmy własną baterię . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2 . Przełączanie i nie tylko . . . . . . . . . 39 Lista zakupów: Eksperymenty od 6 do 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Eksperyment 6: Bardzo proste przełączanie. . . . . . . . . . . . . . . 43 Eksperyment 7: Diody sterowane przekaźnikami . . . . . . . . . . . 55 Eksperyment 8: Oscylator zbudowany na przekaźniku . . . . . . . 60 Eksperyment 9: Czas i kondensatory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Eksperyment 10: Przełączanie tranzystorami . . . . . . . . . . . . . . 73 Eksperyment 11: Projekt modułowy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3 . Wkraczamy głębiej . . . . . . . . . . . . . 95 Lista zakupów: Eksperymenty od 12 do 15 . . . . . . . . . . . . . . . 95 Eksperyment 12: Łączenie dwóch przewodów w jeden . . . . . 104 Eksperyment 13: Podgrzewanie diody . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Eksperyment 14: Pulsujące światło . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Eksperyment 15: Powrót do alarmu antywłamaniowego . . . . 127 v 4 . Układy scalone . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Lista zakupów: Eksperymenty od 16 do 24 . . . . . . . . . . . . . . 147 Eksperyment 16: Generowanie impulsów . . . . . . . . . . . . . . . 153 Eksperyment 17: Ustawianie wysokości tonu . . . . . . . . . . . . 162 Eksperyment 18: Miernik czasu reakcji . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Eksperyment 19: Podstawy logiki cyfrowej . . . . . . . . . . . . . . 181 Eksperyment 20: Funkcjonalne połączenie. . . . . . . . . . . . . . . 198 Eksperyment 21: Wyścig. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Eksperyment 22: Przełączanie i odbijanie. . . . . . . . . . . . . . . . 211 Eksperyment 23: Rzucanie kośćmi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Eksperyment 24: Alarm antywłamaniowy — dokończenie . . . 223 5 . Co dalej? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Lista zakupów: Eksperymenty od 25 do 36 . . . . . . . . . . . . . . 228 Przystosowanie Twojego miejsca pracy. . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Źródła informacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Eksperyment 25: Magnetyzm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Eksperyment 26: Generowanie prądu na własnym biurku. . . . 239 Eksperyment 27: Destrukcja głośnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Eksperyment 28: Zabawa z cewką. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Eksperyment 29: Filtrowanie częstotliwości . . . . . . . . . . . . . . 248 Eksperyment 30: Przesterowanie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 Eksperyment 31: Radio bez lutowania i zasilania . . . . . . . . . . 262 Eksperyment 32: Robot w formie wózka . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Eksperyment 33: Ruch krokowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Eksperyment 34: Połączenie sprzętu z oprogramowaniem . . . 293 Eksperyment 35: Zetknięcie z rzeczywistością . . . . . . . . . . . . 306 Eksperyment 36: Ulepszona wersja zamka szyfrowego . . . . . 310 Zakończenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 Dodatek A . Producenci i sprzedawcy dostępni w internecie . . . . . . . . . . . . 319 Podziękowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 O autorze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 vi Spis treści są elektrolityczne. Nie ma znaczenia, jeśli przewidziane są dla wyższego napięcia, chociaż w  takiej sytuacji będą fizycznie większe. Zobacz rysu- nek 2.14. Ceramiczne, o różnych wartościach. Upewnij się, iż jest wśród nich przy- najmniej jeden o wartości 0,0047 µF (jego wartość może być również zapi- sana jako 4,7 nF). Patrz rysunek 2.15. Rezystory Jeżeli kupiłeś tylko minimalny zestaw rezystorów, potrzebny do ekspery- mentów od 1 do 5, teraz przyszła pora, aby kupić wielki asortyment, który pozwoli Ci swobodnie wykonać kolejne eksperymenty. Wszystkie rezystory powinny mieć moc minimum 0,25 W. Głośnik Dowolny 8-omowy, miniaturowy głośnik, o średnicy około 3 cm, taki jak KDSG-30008 dostępny w sklepie www.elfaelektronika.pl. Patrz rysu- nek 2.16. Eksperyment 6: Bardzo proste przełączanie Potrzebne będą: Rysunek 2.15. Kondensatory cera- miczne w większości wypadków wyglądają właśnie tak, chociaż nie- które mogą być okrągłe lub podłużne. Sam kształt kondensatora nie ma dla nas znaczenia Rysunek 2.16. Taki miniaturowy gło- śnik, o średnicy około 3 cm, jest bar- dzo użyteczny przy weryfikacji dźwię- ków generowanych przez obwody tranzystorowe • baterie AA, liczba: 2, • uchwyt na dwie baterie AA, liczba: 1, • dioda LED, liczba: 1, • przełączniki biegunowe, SPDT, liczba: 2 (patrz rysunek 2.12), • rezystor 220 Ω lub podobny, minimum 0,25 W, liczba: 1 • zaciski-krokodylki, liczba: 8 • drut lub przewody testowe (pokazane wcześniej na rysunku 2.10), • szczypce z ostrzem do cięcia drutu oraz szczypce do zdejmowania izolacji, jeśli nie używasz przewodów testowych (patrz rysunek 2.4). Podczas trzeciego eksperymentu oświetliłeś diodę, podłączając ją do baterii, a następnie wyłączyłeś, usuwając bate- rie. Dla większej wygody nasze obwody powinny posiadać odpowiednie przełączniki kontrolujące źródło zasilania. Ponieważ jesteśmy przy temacie przełączników, zamierzam przedstawić wszystkie możliwe rodzaje przełączników i zasugerować konkretne możliwości przy użyciu obwodu elektrycznego. Połącz części zgodnie z rysunkami 2.17 i 2.18. Dłuższa końcówka diody LED musi zostać podłączona z rezystorem, ponieważ jest to część obwodu o wyższym potencjale. Przekonasz się, że będziesz musiał zastosować kilka odcinków przewodu. Proponuję użyć przewodu koloru zielo- nego, mówiącego, iż te części nie są połączone bezpośrednio z dodatnim lub ujemnym źródłem zasilania. Wybór koloru pozostawiam jednak Tobie. Jeśli zaopatrzyłeś się w przewody testowe, możesz posłużyć się nimi. Jakikolwiek sposób wybierzesz, prędzej czy później będziesz musiał nauczyć się zdejmować izolację z przewodów. Jest to bardzo ważna umiejętność. Rozprawmy się z nią już teraz. Eksperyment 6: Bardzo proste przełączanie 43 Dłuższa nóżka diody Krótsza nóżka diody Zestaw baterii 3V Rysunek 2.17. Jeżeli dioda jest włączona, przełączenie któregokolwiek z przełączników spowoduje jej wyłączenie. Przełączenie któregokolwiek z przełączników spowoduje jej włączenie. Użyj krokodylków do połączenia ze sobą przewodów, a także samych przełączników, jeśli te nie posiadają śrub na swoich końcówkach. Upewnij się, iż krokodylki nie dotykają siebie nawzajem Rysunek 2.18. Duże przełączniki biegunowe zakończone śrubami ułatwiają połączenie ele- mentów tego obwodu Narzędzia Jeżeli narzędzie do automatycznego zdejmowania izolacji (rysunek 2.19) nie poradzi sobie z drutem o średnicy 0,65 mm w sprawny sposób, spróbuj ideal- nego ściągacza izolacji, pokazanego na rysunku 2.4. Możesz też użyć zwykłych szczypiec z ostrzem, tak jak pokazuje to rysunek 2.20. Jedną ręką trzymasz przewód, a w drugiej narzędzie. Ściśnij rączki ze średnią siłą — wystarczającą do przecięcia samej izolacji, ale nie aż tak dużą, aby odciąć sam przewodnik w środku. Pociągnij przewód w dół, a samo narzędzie w górę. Poświęcając tro- chę czasu na praktykę, będziesz w stanie zdejmować izolację, odsłaniając koń- cówkę przewodu. Miłośnicy elektroniki typu macho mogą użyć swoich zębów do zdejmowania izolacji. Sam tak robiłem, będąc młodszym. Na dowód tego mogę pokazać dwa nieco uszczerbione zęby. Naprawdę, lepiej użyć odpowiedniego narzędzia do tego celu. Rysunek 2.19. Kiedy ściśniesz rączki narzędzia do automatycznego zdejmo- wania izolacji, szczęki po lewej stro- nie chwycą przewód, a ostre rowki po prawej wbiją się w izolację. Kiedy ściśniesz mocniej, obie szczęki oddalą się od siebie, zdejmując izolację z przewodu 44 2. Przełączanie i nie tylko Rysunek 2.20. Do usunięcia izolacji z końca przewodu możesz również użyć szczypiec z ostrzem. Wymaga to jednak trochę praktyki Rysunek 2.21. Osoby mające tendencję do gubienia narzędzi i braku cierpliwości do ich odnajdywania mogą ulegać pokusie zdejmowania izolacji przy użyciu wła- snych zębów. Nie jest to jednak dobre podejście Problemy z połączeniem Jeżeli przełączniki biegunowe nie są zbyt duże, możesz mieć problemy z podłą- czeniem do nich krokodylków razem z przewodami. Miniaturowe przełączniki, obecnie bardziej popularne od swoich odpowiedników większego rozmiaru, mogą sprawić szczególnie dużo problemów (patrz rysunek 2.22). Bądź cier- pliwy, już niedługo zaczniemy stosować płytkę prototypową, która całkowicie eliminuje potrzebę stosowania krokodylków. Testowanie Upewnij się, że dłuższy przewód diody jest podłączony do dodatniego źródła zasilania (w tym przypadku rezystora). Teraz przełącz dowolny z dwóch prze- łączników biegunowych. Jeżeli dioda świeciła się, zgaśnie, a  jeśli była zga- szona, zaświeci się. Przełącz drugi przełącznik, a uzyskasz dokładnie taki sam wynik. Jeżeli dioda nie zapala się, prawdopodobnie podłączyłeś ją odwrotnie. Inna możliwość to przypadkowe zwarcie baterii przez stykające się ze sobą zaciski krokodylki. Zakładając, że dwa przełączniki działają zgodnie z moim opisem, co dzieje się w tym obwodzie? Nadeszła pora przyjrzeć się pewnym faktom. Rysunek 2.22. Możesz korzystać z miniaturowych przełączników bie- gunowych, najlepiej w połączeniu z miniaturowymi zaciskami krokodyl- kowymi, ale uważaj na zwarcia Eksperyment 6: Bardzo proste przełączanie 45 PoDStaWy Wszystko o przełącznikach Kiedy przełączysz przełącznik biegunowy, jakiego uży- łeś w eksperymencie numer 6, łączy on swoje środkowe wyprowadzenie z  jednym z  wyprowadzeń skrajnych. Przełącz go z powrotem, a połączenie zostanie przenie- sione na drugie wyprowadzenie zewnętrzne. Pokazuje to rysunek 2.23. Środkowe wyprowadzenie jest nazywane biegunem przełącznika. Ponieważ przełącznik może znajdować się w jednej z dwóch pozycji, tworząc dwa możliwe połą- czenia, nazywany jest przełącznikiem dwupozycyjnym. Jak wspomniałem wcześniej, przełącznik tego typu określany jest skrótem SPDT. Niektóre przełączniki są typu włącz/wyłącz (on/off), co oznacza, że jeśli przełączysz je w jednym kierunku, utworzysz połączenie, ale w drugiej pozycji połączenia nie będzie. Większość przełączników w Twoim domu jest właśnie tego typu. Są one znane pod nazwą przełączni- ków jednopozycyjnych, określanych skrótem SPST. Jeszcze inne przełączniki mają dwa zupełnie niezależne bieguny, dzięki czemu możesz tworzyć dwa niezależne połączenia jednocześnie, przez jedno przełączenie pozy- cji. Są to tzw. przełączniki dwubiegunowe. Przyjrzyj się rysunkom od 2.24 do 2.26, przedstawiającym prze- łączniki „nożowe” starego typu (używane nadal w szkołach na przedmiotach związanych z elektryką), a zoba- czysz najprostszą możliwą reprezentację przełączania jedno- i dwubiegunowego, a także jedno- i dwupozy- cyjnego. Różnorodne przełączniki biegunowe, z kontaktami zatopionymi w ich wnętrzu, przedstawione zostały na rysunku 2.27. Rysunek 2.23. Środkowe wyprowadzenie jest biegunem przełącznika. Kiedy przełączasz dźwignię, biegun zmie- nia swoje połączenie na przeciwne Połączone Połączone Rysunek 2.24. Ten prymitywnie wyglądający jednobiegunowy, dwupo- zycyjny przełącznik wykonuje dokład- nie takie samo zadanie jak przełącz- niki biegunowe pokazane na rysun- kach 2.23 i 2.27 Rysunek 2.25. Jednobiegunowy, jednopozycyjny przełącznik tworzy wyłącznie jedno połączenie. Jego dwoma stanami są: stan włączony i wyłączony Rysunek 2.26. Dwubiegunowy, jed- nopozycyjny przełącznik tworzy dwa niezależne połączenia typu włączony/ wyłączony 46 2. Przełączanie i nie tylko PoDStaWy Wszystko o przełącznikach (ciąg dalszy) Żeby jeszcze bardziej urozmaicić cały temat, możesz również kupić przełączniki o trzech lub czterech biegunach. (Niektóre przełączniki rotacyjne mają ich jeszcze więcej, ale takich nie będziemy używać). Ponadto, niektóre przełączniki dwubie- gunowe mają dodatkową pozycję środkową (typu „wyłącz”). Aby podsumować wszystkie powyższe informacje, zbu- dowałem tabelę możliwych przełączników (rysunek 2.28). Możesz do niej zajrzeć, kiedy będziesz przeglądał katalog z częściami, aby przypomnieć sobie, co oznaczają poszcze- gólne skróty. Rysunek 2.27. To wszystko są przełączniki biegu- nowe. Ogólna zasada mówi, że im większy prze- łącznik, tym większy prąd może przewodzić Jednobiegunowy Dwubiegunowy Trójbiegunowy Czterobiegunowy Jednopozycyjny SPST ON-OFF DPST ON-OFF 3PST ON-OFF 4PST ON-OFF Dwupozycyjny SPDT ON-ON DPDT ON-ON 3PDT ON-ON 4PDT ON-ON Dwupozycyjny ze środkową pozycją typu „wyłącz” SPDT ON-OFF-ON DPDT ON-OFF-ON 3PDT ON-OFF-ON 4PDT ON-OFF-ON Rysunek 2.28. Tabela podsumowująca wszystkie możliwe opcje przełączników biegunowych i przyciskanych A co z przełącznikami przyciskanymi? Kiedy naciskasz dzwonek u drzwi, tworzysz połączenie elektryczne, więc jest to rodzaj przełącznika i, w rzeczy samej, jego właściwą nazwą jest przełącznik chwilowy, ponieważ tworzy on jedynie „chwilowe” połączenie. Każdy przełącznik ze sprężyną lub przycisk, który chce odskoczyć do swojej pierwotnej pozycji, określany jest mianem przełącznika chwilowego. Zachowanie takie wskazujemy przez umieszczenie stanu chwilowego w nawiasach. Oto kilka przykładów: • OFF-(ON): Ponieważ stan ON (włączony) jest w nawiasach, jest stanem chwilowym. Zatem jednobiegunowy przełącznik tego typu tworzy połączenie jednie, kiedy go naciśniesz, a następnie, po puszczeniu, powraca do pozycji pierwotnej, w której nie ma kontaktu. Jest on również znany jako „normalnie otwarty” przycisk chwilowy, oznaczany skrótem „NO”. • ON-(OFF): Przeciwny rodzaj chwilowego przycisku jednobiegunowego. Jego normalnym stanem jest ON (włączony), ale kiedy go naciśniesz, przerwiesz połączenie. Zatem stan OFF (wyłączony) jest chwilowy. Jest on również znany jako „normalnie zamknięty” przycisk chwilowy, oznaczany skrótem „NC”. • (ON)-OFF-(ON). Taki przycisk ma środkową pozycję typu „wyłączony”. Kiedy naciśniesz go w którymkolwiek kierunku, utworzy chwilowe połączenie, a po puszczeniu powróci do wyjściowej pozycji środkowej. Możliwe są również inne warianty, takie jak ON-OFF-(ON) lub ON-(ON). Nie powinieneś mieć problemu z  wywnioskowaniem zachowania danego typu przycisku, o ile tylko będziesz pamiętał, że nawiasy oznaczają stan chwilowy. Rysunek 2.29. Szalony naukowiec jest gotowy do podłączenia energii do swojego ekspery- mentu. W tym celu stosuje jednobiegunowy, dwupozycyjny przełącznik „nożowy”, mon- towany zwyczajowo na ścianie laboratorium umieszczonego w piwnicy Eksperyment 6: Bardzo proste przełączanie 47 PoDStaWy Wszystko o przełącznikach (ciąg dalszy) Iskrzenie Kiedy tworzysz i przerywasz połączenie elektryczne, ma ono tendencję do iskrzenia. Iskrzenie nie służy przełącznikom. Powoduje ich stopniowe uszkadza- nie aż do momentu, kiedy przełącznik nie jest już dłu- żej w  stanie utworzyć pewnego połączenia. Z  tego powodu musisz używać przełączników pasujących do napięcia i prądu, jakimi posługujesz się w danym przypadku. Obwody elektroniczne zazwyczaj ope- rują na małych natężeniach i  napięciach, dlatego możesz używać niemal dowolnych przełączników, ale jeśli przełączasz energię dla silnika, początkowy prąd zapłonu będzie minimum dwa razy większy od prądu, jaki ten silnik pobiera w  trakcie normalnej pracy. Do włączania i  wyłączania silnika pobierają- cego 2 ampery prądu powinieneś użyć przełącznika 4-amperowego. Sprawdzanie przełącznika Do sprawdzenia przełącznika możesz użyć swojego miernika. Dzięki temu będziesz mógł się przekonać, które wyprowadzenia są połączone dla danego usta- wienia. Jeżeli zapomniałeś, jakiego typu przełącznik przyciskany masz w ręce, miernik pozwoli stwierdzić, czy jest on typu normalnie otwartego (czyli takiego, który trzeba nacisnąć, aby utworzyć połączenie), czy normalnie zamkniętego (czyli takiego, który trzeba nacisnąć, aby przerwać połączenie). Ustaw swój miernik na pomiar omów i dotknij końcówkami wyprowadzeń przełącznika, manipulując jednocze- śnie samym przełącznikiem. Nie jest to zbyt wygodne, ponieważ musisz pocze- kać, aż miernik dokona odpowiedniego pomiaru. Jeśli chcesz się dowiedzieć jedynie, czy dane ustawienie tworzy połączenie, użyj miernika z  nastawieniem „akustycznego testu przewodzenia”. Będzie on wtedy wydawał jednostajny dźwięk w  sytuacji napotka- nia kontaktu elektrycznego między końcówkami lub zamilknie, jeśli takiego kontaktu nie będzie. Przykłady mierników z testem przewodzenia pokazują rysunki od 2.30 do 2.32. Rysunek 2.33 przedstawia test przełącznika na okoliczność zwarcia (przewodzenia). Testu przewodzenia w swoim mierniku używaj wyłącz- nie w  obwodach lub komponentach, które nie są w danej chwili zasilane. Rysunek 2.30 Rysunek 2.31 Rysunek 2.32. Aby sprawdzić, czy nie ma przerwy w obwodzie, ustaw pokrę- tło swojego miernika na symbol poka- zany na zdjęciu. Używaj tego ustawie- nia wyłącznie, kiedy mierzony kompo- nent lub obwód nie jest zasilany Rysunek 2.33. Kiedy przełącznik łączy dwie ze swoich końcówek, miernik pokazuje zerową rezystancję między nimi i wydaje dźwięk, jeśli ustawiłeś go na test przewodzenia 48 2. Przełączanie i nie tylko tEoRia Pierwsze systemy przełączające Przełączniki wydają się być tak fundamentalną rzeczą w naszym świecie, a ich koncepcja jest tak prosta, że bardzo łatwo można zapomnieć, iż przeszły one stopniowy proces rozwoju i udoskonalania. Pionierom elek- tryki, którzy potrzebowali jedynie włączyć lub wyłączyć zasilanie pewnego urządzenia w laboratorium, w zupeł- ności wystarczały proste przełączniki nożowe. Kiedy jednak zaczęły powstawać systemy telefoniczne, zaszła potrzeba stworzenia rozwiązań bardziej zaawansowanych technicznie. Operator „łącznicy” musiał mieć możli- wość połączenia ze sobą par dziesięciu tysięcy linii. Jak można było zrealizować coś takiego? W roku 1878 Charles E. Scribner (rysunek 2.34) stworzył „scyzorykowy przełącznik typu jack”, nazywany tak ze względu na fakt, iż część trzymana przez operatora w ręku wyglądała jak rączka od scyzoryka (ang. jackknife). Z rączki tej wystawała wtyczka, która po włożeniu do gniazda tworzyła połączenie w jego wnętrzu. Dokładnie mówiąc, przełącznik stanowiło samo gniazdo. Rysunek 2.34. Charles E. Scribner wymyślił „scyzorykowy przełącznik typu jack”, aby zaspokoić potrzeby przełączania w systemach telefonicznych pod koniec XIX wieku. Dzisiejsze wtyczki typu jack, używane w systemach audio, nadal dzia- łają na tej samej zasadzie4 Do dzisiaj na tej samej zasadzie funkcjonują połączenia gitar ze wzmacniaczami, a kiedy nazywasz je połą- czeniami typu „jack”, termin ten wywodzi się od wynalazku Charlesa Scribnera. Połączenia nadal tworzone są w gnieździe typu jack. Oczywiście, w obecnych czasach „łącznice” są tak rzadkie, jak sami operatorzy telefoniczni. Na początku zostali oni zastąpieni przez przekaźniki — przełączniki sterowane elektrycznie, o których będę mówił w dalszej części tego rozdziału. Później przekaźniki zastąpiono tranzystorami, które sprawiły, że wszystko zaczęło działać bez jakichkolwiek części ruchomych. Zanim dotrzemy do końca tego rozdziału, Ty również będziesz przełączał prąd, używając tranzystorów. 4 Pokazane tutaj zdjęcie pojawiło się pierwszy raz w książce Herberta Newtona Cassona The History of the Telephone wydanej w roku 1910 w Chicago przez A. C. McClurg Co. Eksperyment 6: Bardzo proste przełączanie 49 Wprowadzenie do schematów Na rysunku 2.35 narysowałem obwód z eksperymentu numer 6 w uproszczonej formie, zwanej „schematem”. Od tego momentu będę przedstawiał obwody w formie schematów, ponieważ pozwalają one na ich łatwiejsze zrozumienie. Aby móc je właściwie interpretować, musisz poznać zaledwie kilka symboli. Większe wersje wszystkich schematów oraz płytek prototypowych dostępne są na stronie książki pod adresem http://helion.pl/ksiazki/ eleodp.htm. Porównaj ten schemat z obwodem na rysunku 2.17. Oba pokazują dokładnie tę samą rzecz: komponenty i  połączenia między nimi. Szare prostokąty to przełączniki, prostokąt reprezentuje rezystor, a symbol z dwoma strzałkami to dioda LED. Symbol diody LED zawiera dwie strzałki informujące, iż emituje ona światło. Jest to istotne, ponieważ istnieją inne diody — dotrzemy do nich później — którego tego nie robią. Trójkąt wewnątrz symbolu diody wskazuje zawsze kierunek od dodatniego do ujemnego potencjału zasilania. Prześledź ścieżki, którymi prąd może popłynąć przez obwód, i wyobraź sobie przełączniki zmieniające pozycję. Powi- nieneś teraz bez problemu zrozumieć, jak każdy z przełączników odwraca stan diody LED z włączonego na wyłączony i odwrotnie. Taki sam obwód jest używany w domach, gdzie jeden przełącznik znajduje się u dołu schodów, a drugi u ich szczytu i oba kontrolują tę samą żarówkę. Przewody w domu są znacznie dłuższe i ukrywają się gdzieś w ścianach, ale ponie- waż ich połączenia są takie same, mogłyby być przedstawione przy użyciu tego samego podstawowego schematu. Patrz rysunek 2.36. Schemat nie mówi, gdzie dokładnie należy umieścić poszczególne komponenty. Mówi jedynie, jak połączyć je ze sobą. Jest tutaj jeden problem: różni ludzie używają nieco odmiennych symboli do reprezentacji tej samej rzeczy. Wię- cej na ten temat dowiesz się w sekcji „Podstawy. Symbole używane na schematach”. 220 Rysunek 2.35. Ten schemat przedstawia taki sam obwód jak ten pokazany na rysunku 2.17 i ułatwia zrozumienie funkcji realizowanej przez przełączniki Rysunek 2.36. Obwód z dwoma przełącznikami, pokazany na rysun- kach 2.17 i 2.35, można często spotkać w okablowaniu domowym, szczególnie jeśli przełączniki znajdują się na obu końcach długich schodów. Rysunek pokazuje, czego mógłbyś się spodziewać po usu- nięciu tynku. Przewody łączą się w kostkach elektrycznych, znajdują- cych się w puszkach schowanych pod tynkiem 50 2. Przełączanie i nie tylko PoDStaWy Symbole używane na schematach Symbole schematów są jak słowa w języku: z bie- giem czasu ulegały mutacji, tworząc często trudne do zrozumienia odmiany. Dla przykładu, prosty przełącz- nik typu włącz/wyłącz (SPST) może być reprezento- wany przez jeden z symboli pokazanych na rysunku 2.37. Wszystkie one oznaczają dokładnie ten sam element. P1A P1B Rysunek 2.38. Różne style przedstawiania przełącznika dwu- biegunowego, dwupozycyjnego. W niniejszej książce stoso- wany jest symbol znajdujący się u dołu po prawej stronie Od czasu do czasu możesz spotkać schemat, w któ- rym przełączniki są porozrzucane po całej okolicy, ale ich oznaczenia (takie jak P1A, P1B, P1C) sugerują, że w rzeczywistości jest to jeden przełącznik z wie- loma biegunami. W tej książce przełączniki umieszczone są na szarych prostokątach. Te prostokąty nie są częścią standar- dowego symbolu; nie znajdziesz ich w innych książ- kach. Robię tak wyłącznie, aby przypomnieć Ci, że zawarte w nim elementy stanowią w rzeczywistości jedną zwartą całość. Ważnym elementem stylu, który często podlega zmia- nom, jest sposób przedstawiania połączeń przewo- dów z innymi. Według starej szkoły schematy poka- zywały półokrągły łuk w miejscach, gdzie przewody krzyżowały się bez kontaktu elektrycznego. Ponieważ nowoczesne oprogramowanie do rysowania sche- matów nie wyróżnia skrzyżowań w ten sposób, ten styl jest rzadko używany. Nowy styl, który spotkasz, przeglądając schematy w sieci, może zostać podsu- mowany następująco: • Kropka łącząca dwa przewody wskazuje, że istnieje między nimi kontakt elektryczny. • Brak kropki wskazuje brak kontaktu elektrycznego. Kontakt Biegun Rysunek 2.37. Kilka różnych stylów stosowanych do przed- stawienia jednobiegunowego, jednopozycyjnego przełącz- nika na schematach. W tej książce stosowana jest wersja przedstawiona na samym dole Rysunek 2.38. przedstawia przełączniki dwubiegu- nowe, dwupozycyjne. Przerywana linia wskazuje mechaniczne połączenie wewnątrz przełącznika, które sprawia, że przestawienie pozycji wpływa jed- nocześnie na oba bieguny. Pamiętaj, że bieguny są od siebie odizolowane elektrycznie. Eksperyment 6: Bardzo proste przełączanie 51 PoDStaWy Symbole używane na schematach (ciąg dalszy) • Problem polega na tym, że nie jest to zbyt intuicyjne, szczególnie jeśli dopiero zaczynasz korzystać ze schematów. Widząc dwa krzyżujące się przewody, łatwo można sobie wyobrazić, że tworzą one połączenie, nawet jeśli w miejscu ich przecięcia nie widać kropki. Właśnie z tego powodu postanowiłem w tej książce używać starego stylu z łukami (patrz rysunek 2.39). Można go podsumować następująco: jednak pamiętać, że podczas budowy układu wszyst- kie przewody prowadzące do masy muszą być połą- czone razem do ujemnego źródła zasilania. Idea symbolu masy sięga czasów, kiedy urządzenia elektroniczne były montowane w metalowych obudo- wach łączonych elektrycznie z ujemnym potencjałem zasilania. Symbol masy oznaczał faktycznie „pod- łącz do obudowy”. Niektóre odmiany symbolu masy zostały przedstawione na rysunku 2.40. Rysunek 2.39. W schematach połączeń kropka wskazuje zawsze kontakt elektryczny. Trzeba jednak dodać, iż połą- czenie w stylu krzyża, przedstawione w prawym górnym rogu rysunku, jest uważane za przejaw złego stylu, ponie- waż jeśli kropka zostanie przypadkowo pominięta lub źle wydrukowana, przecięcie takie można łatwo pomylić z poka- zanym w lewym dolnym rogu, gdzie przewody nie tworzą kontaktu elektrycznego. Wszystkie trzy konfiguracje u dołu wskazują brak połączenia, przy czym dominuje styl przed- stawiony jako pierwszy, styl środkowy jest spotykany najrza- dziej, a ostatni jest najbardziej staromodny — chociaż, ze względu na swoją klarowność, jest używany w tej książce • Kropka łącząca dwa przewody wskazuje połączenie elektryczne między nimi. • Łuk na przewodzie krzyżującym się z innym przewodem wskazuje brak połączenia elektrycznego. W niniejszej książce nie znajdziesz krzyżujących się przewodów bez kropki lub łuku. W obwodzie zasilanym baterią możesz znaleźć sym- bol baterii, chociaż częściej spotkasz małą notkę wskazującą, gdzie dodatni potencjał zasilania wcho- dzi do systemu, podczas gdy potencjał ujemny przed- stawiany jest jako symbol „masy”5. Symbole tego typu mogą być rozsiane po całym schemacie. Musisz Rysunek 2.40. Wszystkie przedstawione tutaj symbole mają to samo znaczenie: podłącz przewód do „masy” lub „obudowy”, lub ujemnego potencjału źródła zasilania. W tej książce używany jest symbol skrajnie prawy Książka zawiera kolorowy druk, dlatego będę stoso- wał kolor czerwony do oznaczenia potencjału dodat- niego i niebieski do oznaczenia potencjału ujemnego, jasno wskazując, gdzie należy podłączyć źródło zasi- lania. Nie będę używał symbolów masy. Moim celem jest ponownie zminimalizowanie ryzyka niezrozumie- nia, ponieważ wiem, jak frustrujące potrafi być zbu- dowanie obwodu, który nie chce działać. Z bardzo dużą niespójnością na schematach repre- zentowane są rezystory. Tradycyjny symbol zygzaka został porzucony w Europie. Zamiast niego używany jest prostokąt z  liczbą w  środku wskazującą rezy- stancję w omach. Spójrz na rysunek 2.41. W Europie zmieniony został również sposób reprezentacji miej- sca dziesiętnego: przecinki unikane są z  całej siły, ponieważ źle wydrukowane kropki mają tendencję do znikania (lub są z czasem mylone z brudem pojawia- jącym się na papierze). W związku z tym rezystor 4,7 kΩ przedstawiany jest jako 4K7, a 1,2 MΩ jako 1M2. Rysunek 2.41. Dwa style przedsta- wiania rezystora 220 Ω. Wyżej wer- sja stosowana w Stanach Zjedno- czonych, niżej wersja europejska 220 220 5 Chociaż autor nazywa ten symbol „uziemieniem” (ang. ground), tekst tłumaczony będzie konsekwentnie mówił o masie układu (pozostawiając termin „uziemienie” dla obwodów elektrycznych wymagających specjalnego zabezpieczenia przepięciowego) — przyp. tłum. 52 2. Przełączanie i nie tylko PoDStaWy Symbole używane na schematach (ciąg dalszy) Takim samym brakiem konsekwencji obarczony jest sposób oznaczania potencjometrów pomiędzy Europą i Stanami Zjednoczonymi, ale w obu przypad- kach znajdziesz strzałkę symbolizującą miejsce, gdzie ruchomy element (zazwyczaj powiązany ze środko- wym wyprowadzeniem) styka się z materiałem sta- nowiącym rezystancję. Patrz rysunek 2.42. Dodat- kowo diody LED są czasem pokazywane w  kółku, a czasem bez. Patrz rysunek 2.46. Rysunek 2.44. Symbol baterii jest przedstawiany często bez znaków + i –. Ja dodaję je dla przejrzystości Rysunek 2.42. Symbole potencjometrów: po lewej stronie wersja używana w Stanach Zjednoczonych, po prawej wer- sja europejska. W obu przypadkach strzałka symbolizuje ruchomy element dotykający rezystancji (najczęściej pod- łączony do środkowego wyprowadzenia) Rysunek 2.45. Symbol żarówki z żarnikiem Pozostałe symbole będę stopniowo przedstawiał w książce. Najważniejsze rzeczy do zapamiętania na teraz to: • Pozycje komponentów na schemacie są nieistotne. • Konkretny styl użyty do przedstawienia symboli na schemacie jest bez znaczenia. • Połączenia pomiędzy komponentami są niezwykle istotne. Rysunek 2.43. Trzy sposoby przedstawiania przełącznika przyciskanego Rysunek 2.46. Czasami dioda LED jest przedstawiana w otaczającym ją okręgu, a czasem bez niego. W tej książce stosuję wersję bez okręgu. Strzałki symbolizują emisję światła Eksperyment 6: Bardzo proste przełączanie 53 PoDStaWy Symbole używane na schematach (ciąg dalszy) Dla przykładu trzy obwody z diodą LED, które przed- stawiłem na rysunku 2.47, pokazują komponenty w różnym położeniu i przy użyciu różnych symboli, ale wszystkie trzy funkcjonują w dokładnie taki sam sposób, ponieważ ich połączenia są identyczne. Dokładnie mówiąc, wszystkie przedstawiają obwód, który zbudowałeś podczas eksperymentu numer 4, przedstawionego na rysunku 1.50. sygnałem audio w przypadku wzmacniaczy) po lewej stronie i wyjściem po prawej stronie. Zatem dodatnie napięcie dostarczane jest z góry, podczas gdy sygnał przepływa od lewej do prawej strony. Kiedy planowałem tę książkę, początkowo rysowałem schematy przestrzegające tych reguł „z góry w dół” i „od lewej do prawej”, ale po rozpoczęciu budowania i testowania obwodów zmieniłem zdanie. Do tworze- nia obwodów używamy części zwanej płytką prototy- pową. Jej wewnętrzne połączenia wymagają, abyśmy rozkładali komponenty zupełnie odmiennie w porów- naniu do typowego schematu. Na początku nauki elektroniki bardzo myląca jest konieczność przeno- szenia komponentów ze schematu do konfiguracji wymaganej przez płytkę prototypową. Właśnie dlatego przekonasz się, iż w  całej książce narysowałem schematy jaki zastosujesz do połączenia ich na płytce. Uważam, że korzyści płynące z takiego podejścia przeważają wadę, jaką stanowi odejście od powszechnie stoso- wanego stylu schematów. imitujące sposób, 2 kΩ Ω k 2 220 Rysunek 2.47. Wszystkie trzy schematy przedstawiają ten sam obwód. Zbudowałeś go, używając potencjometru, w trakcie eksperymentu numer 4 Często symbole na schemacie umiejscowione są w taki sposób, aby cały obwód był zrozumiały w spo- sób intuicyjny, bez związku z tym, jak konkretnie zbu- dujesz go przy użyciu fizycznych części. Porów- naj przykład na rysunku 2.48, przedstawiający dwa przełączniki DPDT, z  wersją pokazaną wcześniej na rysunku 2.35. Wcześniejsza wersja wygląda tak, jak- byś wygiął do góry część rysunku, natomiast rysu- nek 2.48 jaśniej przedstawia przepływ prądu. Na wielu schematach dodatni potencjał źródła zasi- lania jest pokazany u góry diagramu, a  ujemny lub masa u dołu. Wiele osób ma również w  zwy- czaju rysować schematy z  wejściem (na przykład Rysunek 2.48. Jest to jedynie inny, prostszy i bardziej przejrzysty sposób pokazania obwodu, który pojawił się wcześniej na rysunku 2.35 54 2. Przełączanie i nie tylko Eksperyment 7: Diody sterowane przekaźnikami Potrzebne będą: • zasilacz, szczypce z ostrzem oraz szczypce do zdejmowania izolacji, • przekaźnik DPDT, liczba: 2, • diody LED, liczba: 2, • rezystor w pobliżu wartości 680 Ω, liczba: 1, • przełącznik przyciskany, SPST, liczba: 1, • przewód jednożyłowy, 0,5 mm2 lub przewody testowe, • krokodylki, liczba: 8, • nóż do prac technicznych. Następnym krokiem na naszej ścieżce odkrywania obwodów przełączają- cych jest użycie zdalnie sterowanego przełącznika. Przez „zdalnie stero- wany” rozumiem taki, do którego możesz wysłać sygnał, aby go włączyć lub wyłączyć. Tego typu przełącznik określany jest mianem przekaźnika, ponie- waż przekazuje instrukcję z jednej części obwodu do innej. Często przekaź- nik jest kontrolowany przez niskie napięcie lub prąd, natomiast przełącza większe napięcie lub większy prąd. Taka konfiguracja może być bardzo wydajna. Na przykład kiedy uruchamiasz silnik samochodu, względnie mały i tani przełącznik wysyła sygnał poprzez długi, cienki i niedrogi przewód do przekaźnika znajdującego się w pobliżu rozrusznika. Przekaźnik uruchamia silnik przez krótszy, grubszy i  droższy przewód elektryczny zdolny do przenoszenia prądu rzędu 100 A. Podobnie, kiedy podnosisz pokrywę ładowanej od góry pralki, gdy ta obraca bębnem, zamykasz obwód małego przełącznika, który wysyła sygnał o małej wartości przez cienki przewód do przekaźnika. Przekaźnik odpowiada za wyłączenie potężnego silnika, który obraca bębnem pełnym mokrych ubrań. Zanim zaczniesz ten eksperyment, musisz podnieść klasę swojego źródła zasilania. Nie będziemy już korzystać z baterii, ponieważ większość przekaź- ników wymaga więcej niż 6 V. Ponadto powinieneś dysponować źródłem, które jest w stanie dostarczyć różnych wartości napięcia. Najprostszym roz- wiązaniem jest zasilacz uniwersalny. Zaczniesz od przygotowania zasilacza do pracy. Kiedy będzie działał, użyjesz go do zasilenia przekaźnika. Początkowo przekaźnik będzie przełączał obwód pomiędzy diodami, ale później zmodyfikujesz układ w taki sposób, aby diody zapalały się automatycznie. W końcu zbudujesz cały układ na płytce prototypowej i pożegnasz się z krokodylkami (od tej pory będziemy używać ich sporadycznie). Przygotowanie zasilacza Zasilacz wpinany jest do gniazdka elektrycznego i  powoduje konwersję napięcia zmiennego o dużej wartości na małą, bezpieczną wartość napię- cia stałego, które może zasilać urządzenia elektroniczne. Każda ładowarka używana w  połączeniu z  telefonem komórkowym, tabletem lub laptopem jest swego rodzaju zasilaczem, który dostarcza danemu urządzeniu energię poprzez specjalnie zaprojektowaną do tego celu wtyczkę. Prosiłem Cię, abyś zakupił zasilacz uniwersalny, mogący dostarczyć napięcia o różnych warto- ściach. Zaczniemy od pozbawienia go wtyczki. PoDStaWy Pomiar napięcia z zasilacza Jeżeli podłączysz swój zasilacz do gniazdka, a  następnie pod- łączysz miernik do jego wyjścia (ustawiając go wcześniej na pomiar woltów napięcia stałego), możesz zostać zaskoczony nie- spodziewanie dużym odczy- tem. Wynika to stąd, iż napięcie dostarczane przez niektóre zasi- lacze jest zdecydowanie większe przy braku odpowiednio dużego obciążenia, a  właśnie tak się dzieje ze względu na bardzo dużą rezystancję wewnętrzną Twojego miernika (zasilacz „myśli”, że nie jest w ogóle obciążony). Aby test odpowiadał rzeczywistości, wybierz rezystor o wartości 680 Ω i wstaw go pomiędzy wypro- wadzenia zasilacza. To sprawi, że napięcie na zasilaczu spadnie do odpowiedniego poziomu. Przyłóż końcówki miernika do obu koń- ców rezystora. Użycie rezystora o  wartości mniejszej niż 680 Ω nie jest zbyt dobrym pomysłem, ponieważ te zakupione przez Ciebie mają moc zaledwie 0,25 W i jeśli spró- bujesz wymusić na nich więk- szą moc, zaczną się nagrzewać i ostatecznie się przepalą. Prawo Ohma mówi nam, że kiedy rezy- stor o wartości 680 Ω jest pod- łączony do 12 V, płynący przez niego prąd jest rzędu 17,7 mA, a  wtedy tracona moc wynosi 0,21 W. Możesz również spró- bować połączyć kilka rezysto- rów równolegle, aby przekonać się, jak zachowuje się napięcie przy silniejszym obciążeniu. Eksperyment 7: Diody sterowane przekaźnikami 55 1. Zanim zaczniesz, upewnij się, że zasilacz nie jest podłączony do gniazdka! 2. Odetnij małą wtyczkę znajdującą się na końcu przewodu wyprowadzonego z zasilacza. Patrz rysunek 2.49. 3. Użyj noża lub scyzoryka, aby rozciąć dwa przewody na głębokość mniej więcej jednego centymetra, a następnie rozerwij je na kilka centymetrów. 4. Przytnij oba przewody, używając szczypiec z ostrzem. Jeden z przewodów utnij krócej od drugiego. W ten sposób zapobiegniesz przypadkowemu zwarciu obu przewodów (po odsłonięciu izolacji) i spaleniu zasilacza. 5. Usuń izolację z końców obu przewodów. Wystające przewody linki miedzianej zapleć, obracając je między kciukiem a palem wskazującym tak, aby żaden z nich nie odstawał. Patrz rysunek 2.50. 6. Upewnij się, że oba przewody nie dotykają siebie nawzajem, a następnie podłącz zasilacz do gniazdka. Ustaw miernik na pomiar woltów napięcia stałego (DC) i dotknij końcówkami przewodów zasilacza. Jeżeli wartość wyświetlona na zasilaczu jest poprzedzona znakiem minus, znaczy to, że końcówki są podpięte do przewodów odwrotnie. Zamień je miejscami, wtedy znak minus powinien zniknąć. W ten sposób dowiesz się, który przewód jest dodatni. 7. Zaznacz dodatni przewód zasilacza. Jeżeli izolacja przewodu jest koloru białego, możesz użyć do tego celu czerwonego markera. Jeżeli izolacja jest czarna, możesz dokleić etykietkę. Przewód dodatni pozostaje zawsze z takim potencjałem, niezależnie od tego, jak podłączysz sam zasilacz do gniazdka. Przekaźnik Przekaźnik, którego użycie Ci zalecam, ma małe szpilkowate nóżki u dołu obu- dowy. Ich rozstaw jest standardowy. Jeżeli kupisz inny rodzaj przekaźnika, będziesz musiał sam dojść do tego, które nóżki są podpięte do cewki, które łączą się z biegunami, a które z kontaktami normalnie otwartymi i normalnie zamkniętymi. Tego typu informacje znaleźć możesz na stronie katalogowej pro- ducenta, ale ja osobiście gorąco zachęcam Cię, abyś użył jednego z przekaźni- ków wspomnianych w liście zakupów. Dzięki temu łatwiej będzie Ci przestrze- gać zawartych dalej instrukcji. Prosiłem, abyś kupił dwa przekaźniki. Jednego z  nich będziesz mógł użyć w celach badawczych, tzn. będziesz mógł się do niego włamać i przekonać się, co znajduje się w środku. Jeżeli zrobisz to niezwykle ostrożnie, sam prze- kaźnik powinien później nadal nadawać się do użytku. Jeśli się nie uda, masz drugi w zapasie. Najprostszy sposób otwarcia przekaźnika opiera się na użyciu noża do otwie- rania paczek lub innego noża do prac technicznych. Technikę otwierania poka- zują rysunki od 2.52 do 2.54. Odcinaj delikatnie krawędzie plastikowej powłoki zawierającej przekaźnik aż do momentu, kiedy powstanie minimalna przerwa. Nie posuwaj się dalej; elementy w środku znajdują się bardzo blisko krawę- dzi. Teraz zdejmij górę. Możesz użyć cienkich szczypiec do wydłubania pozo- stałej części obudowy. Przestudiuj sekcję „Podstawy. Wewnątrz przekaźnika”, a następnie podłącz zasilanie do przekaźnika, aby przekonać się, jak działa. Rysunek 2.49. Przygotowanie zasila- cza uniwersalnego. Zacznij od odcięcia wtyczki dostarczającej niskie napięcie i wyrzuć ją do kosza Rysunek 2.50. Po drugie, odizoluj przewody w taki sposób, aby jeden z nich był krótszy od drugiego. Zmniej- szysz w ten sposób ryzyko ich wza- jemnego zetknięcia. Pokoloruj prze- wód z wyższym potencjałem, używając markera, lub doklej do niego etykietkę 56 2. Przełączanie i nie tylko D B D C A Rysunek 2.55 Rysunek 2.51. Oto jeden ze sposobów rozmieszczenia elementów wewnątrz prze- kaźnika. Cewka (A) wytwarza pole magnetyczne przesuwające dźwignię (B) w dół. Plastikowy element (C) napiera na giętkie metalowe paski i przesuwa bieguny prze- kaźnika (D) pomiędzy kontaktami Rysunek 2.52. Aby zajrzeć do zapieczę- towanego przekaźnika, przycinaj krawę- dzie przekaźnika do momentu, kiedy uzy- skasz minimalną wolną przestrzeń Rysunek 2.53. Wsuń ostrze noża, aby odciąć górę obudowy, a następnie powtórz tę procedurę dla pozostałych ścian obudowy Rysunek 2.54. Jeżeli będziesz naprawdę ostrożny, przekaźnik powinien nadal dzia- łać po otwarciu Rysunek 2.56. Najważniejszą rzeczą w trakcie otwierania obudowy przekaźnika jest cierpliwość. Szybsze metody przy uży- ciu ciężkiego sprzętu lub ognia zaspokoją potrzeby emocjonalne osób o mniejszych możliwościach koncentracji uwagi, ale wyniki mogą być nieprzewidywalne Rysunek 2.57. Cztery przekaźniki różnego typu zasilane napięciem 12 V, pokazane w swojej obudowie i bez niej. Przekaź- nik stosowany w samochodach (skrajnie lewy) jest najprostszy i najłatwiejszy do zrozumienia, ponieważ przy jego projekto- waniu rozmiar obudowy nie miał szczegól- nego znaczenia. Mniejsze przekaźniki są zaprojektowane bardziej pomysłowo, ich konstrukcja jest bardziej złożona i trudniej- sza do rozpracowania. Mniejsze przekaź- niki są przeważnie przeznaczone do prze- łączania mniejszych prądów niż ich więk- sze odpowiedniki Eksperyment 7: Diody sterowane przekaźnikami 57 PoDStaWy Wewnątrz przekaźnika Przekaźnik zawiera cewkę nawiniętą na metalowym rdzeniu. Kiedy przez cewkę przepływa prąd, meta- lowy rdzeń wytwarza siłę elektromagnetyczną, która ciągnie plastikową dźwignię. Ta dźwignia napiera z  kolei na sprężyste blaszki metalowe, powodując połączenie ze sobą dwóch wyprowadzeń. Zatem jak długo przez cewkę płynie prąd, tak długo przekaźnik jest „naładowany” i jego połączenia są zwarte. Kiedy przez cewkę przestanie płynąć prąd, przekaźnik „odpuszcza”, a  sprężyste metalowe blaszki odska- kują do swojej pierwotnej pozycji, rozwierając połą- czenia. (Odstępstwo od tej zasady stanowią przekaź- niki zatrzaskowe, gdzie powrót do pierwotnej pozy- cji wymaga impulsu przechodzącego przez drugą cewkę, ale tego typu przekaźnikami będziemy zajmo- wać się w dalszej części książki). Przekaźniki dzielą się na takie same kategorie jak prze- łączniki: SPST, DPST, SPDT itd. Porównaj schematy przedstawione na rysunku 2.58 ze schematami przełączników na rysunku 2.38. Główna różnica polega na tym, że przekaźnik posiada cewkę, która aktywuje przełącznik. Sam przełącznik pokazany jest w swoim stanie spoczynkowym, kiedy cewka nie jest zasilana. Kontakty przedstawione są jako małe trójkąty. Jeśli w przekaźniku znajdują się dwa bieguny, cewka akty- wuje oba przełączniki jednocześnie. Rysunek 2.58. Różne sposoby przedstawiania przekaźnika na schematach. U góry po lewej stronie przekaźnik typu SPST. U góry po prawej stronie i na dole po lewej SPDT. Na dole po prawej DPDT. W książce używane będą symbole umieszczone na dole rysunku Większość przekaźników nie wymaga polaryzacji, tzn. możesz zasilić cewkę w dowolnym kierunku, a przekaź- nik i tak będzie działał. Najlepiej sprawdzić to w karcie katalogowej producenta. Niektóre przekaźniki zasilane są napięciem zmiennym, chociaż większość przekaźni- ków niskiego napięcia korzysta z prądu stałego, takiego, jaki uzyskujesz na przykład z  baterii. W  tej książce będziemy korzystać z przekaźników prądu stałego. Przekaźniki cierpią na tę samą przypadłość co prze- łączniki: ich kontakty ulegają zniszczeniu pod wpły- wem iskrzenia spowodowanego przełączaniem zbyt dużych napięć. Nie warto oszczędzać, kupując prze- kaźniki przeznaczone dla mniejszego prądu i  napię- cia niż wymagane przez Twój układ. Przekaźnik może zawieść w najmniej oczekiwanym momencie, a jego wymiana będzie skomplikowana. Ze względu na dużą różnorodność typów przekaźni- ków radzę, abyś dokładnie przestudiował specyfika- cje, zanim dokonasz zakupu. Szukaj następujących podstawowych informacji: Napięcie znamionowe: Napięcie, jakiego powinieneś użyć do zasilenia przekaźnika. Minimalne napięcie zadziałania: Minimalne napięcie, jakiego potrzebuje przekaź- nik, aby zamknąć styki. Będzie ono minimalnie mniejsze od idealnego napięcia znamionowego. Prąd pracy: Prąd płynący przez cewkę, zwykle wyrażany w  miliamperach, po zasileniu przekaźnika. Cza- sami zamiast prądu określa się pobór mocy cewki wyrażony w miliwatach. Obciążalność styków: Maksymalny prąd możliwy do przełączania pomiędzy kontaktami w  przekaźniku. Zazwy- czaj jest on wyrażony w  odniesieniu do pew- nego obciążenia w postaci stałej rezystancji, tzn. dla urządzenia pasywnego, takiego jak żarówka. Jeżeli używasz przekaźnika do przełączania sil- nika, musisz wiedzieć, że ten bierze znacznie większy prąd przy rozruchu niż podczas regu- larnej pracy. Dla takiego przypadku najlepiej będzie, jeśli wybierzesz przekaźnik radzący sobie z prądem dwa razy większym od tego, jaki silnik pobiera w czasie normalnej pracy. 58 2. Przełączanie i nie tylko Procedura Odwróć przekaźnik nóżkami do góry i podłącz do nich przewody oraz diody LED tak, jak pokazuje to rysunek 2.59. Użyj rezystora 680 Ω (jeżeli nie masz takiej wartości, może być również 1 kΩ). Podłącz również przełącznik przyci- skany. (Twój konkretny typ przycisku może być inny od pokazanego, ale będzie działał tak samo, jeśli tylko jest to przycisk typu SPST z wyprowadzeniami u dołu). Kiedy naciśniesz przycisk, przekaźnik spowoduje zgaśnięcie pierwszej diody i zapalenie drugiej. Po jego puszczeniu pierwsza dioda zapali się, a druga zgaśnie. Jak to działa? Porównaj schemat na rysunku 2.60 z  rysunkiem 2.59. Przyjrzyj się również rysunkowi 2.62, który demonstruje wyprowadzenia przekaźnika tworzące połą- czenia w jego wnętrzu dla przypadku zasilenia cewki i jego braku. Jest to prze- kaźnik typu DPDT, ale my używamy tylko jednego bieguna, zupełnie ignorując drugi. Dlaczego zatem nie kupiliśmy przekaźnika typu SPDT? Ponieważ zależy mi, aby przekaźnik miał ten konkretny rozstaw wyprowadzeń, kiedy będziesz modernizował swój obwód, przenosząc go na płytkę prototypową, co nastąpi już niebawem. Na schemacie pokazałem przekaźnik w  jego stanie spoczynkowym. Kiedy cewka zostaje zasilona, przełącznik przesuwa się do góry, co wydaje się być sprzeczne z intuicją, ale ten konkretny przekaźnik skonstruowany jest właśnie w ten sposób. Jeżeli jesteś pewien, że rozumiesz zasadę działania tego układu, nadeszła pora, aby przejść do kolejnego etapu: małej modyfikacji, która sprawi, że przekaźnik będzie przełączał się samodzielnie. Tym zagadnieniem zajmiemy się podczas eksperymentu numer 8. Napięcie 12 V DC z zasilacza Rysunek 2.59. Tak jak poprzednio zamiast zwykłych przewodów pokaza- nych na rysunku możesz użyć przewo- dów testowych 680 12 V DC Rysunek 2.60. Ten sam obwód poka- zany w formie schematu P o ł ą c z o n e P o ł ą c z o n e e n o z c ą ł o P e n o z c ą ł o P Rysunek 2.61. Układ wyprowa- dzeń przekaźnika, wrysowany w siatkę o grubości oczka rów- nej 0,1 cala. Tego typu prze- kaźnika będziesz potrzebował w eksperymencie numer 8 Rysunek 2.62. Połączenia między wyprowadzeniami przekaź- nika, kiedy ten nie jest zasilany (po lewej) i kiedy jest zasilany (po prawej) Większe wersje wszystkich schematów oraz płytek prototypowych dostępne są na stronie książki pod adresem http://helion.pl/ksiazki/eleodp.htm. Eksperyment 7: Diody sterowane przekaźnikami 59 Eksperyment 8: oscylator zbudowany na przekaźniku Potrzebne będą: • zasilacz, płytka prototypowa, szczypce do cięcia drutu i zdejmowania izolacji, • przekaźnik DPDT, liczba: 1, • diody LED, liczba: 2, • przełącznik przyciskany, SPST, liczba: 1, • krokodylki, liczba: 8, • rezystor w pobliżu wartości 680 Ω, liczba: 1, • kondensator elektrolityczny, 1000 µF, liczba: 1. Przyjrzyj się poprawionemu układowi połączeń na rysunku 2.63 oraz poprawionemu schematowi na rysunku 2.64. Porównaj je z  ich poprzednikami. Wcześniej istniało bezpo- średnie połączenie między przełącznikiem a  cewką przekaź- nika. W nowej wersji zasilanie jest dostarczane do cewki przez kontakty przekaźnika. Teraz po naciśnięciu przycisku kontakty przekaźnika w  sta- nie spoczynku przekaźnika zasilają jego cewkę, a także diodę LED po lewej stronie, ale kiedy tylko cewka zostanie zasi- lona, otwiera to połączenie między tymi kontaktami. To prze- rywa zasilanie cewki, powodując przejście przekaźnika w stan spoczynku i  ponowne zamknięcie kontaktów. Te dostarczają kolejną porcję energii do cewki, powodując ponowne otwarcie kontaktów. Ten cykl powtarza się w nieskończoność. Ponieważ używamy bardzo małego przekaźnika, jego przełączanie odbywa się bardzo szybko. W  ciągu sekundy następuje w przybliżeniu 50 oscylacji (zbyt wiele, aby diody LED były w stanie pokazać, co właściwie się dzieje). Upewnij się, iż Twój obwód wygląda tak jak ten przedstawiony na diagramie, i na krótką chwilę naciśnij przycisk. Powi- nieneś usłyszeć bzyczenie dochodzące z przekaźnika. Jeżeli masz problemy ze słuchem, dotknij delikatnie przekaź- nika, powinieneś poczuć jego wibrowanie. Jeżeli pozwolisz na pracę przekaźnika w takiej formie, narazisz go na spalenie lub uszkodzenie kontaktów. Dlatego pro- siłem, abyś nacisnął przycisk jedynie na krótką chwilę. Aby uczynić ten obwód bardziej praktycznym, potrzebujemy jakiegoś środka do spowolnienia przekaźnika i zapobieżenia jego samozniszczeniu. Tym środkiem jest kondensator. Rysunek 2.63. Mała poprawka poprzedniego układu sprawia, że pod dostarczeniu energii przekaźnik zaczyna oscylować Napięcie 12 V DC z zasilacza 680 Rysunek 2.64. Układ oscylatora pokazany w formie schematu 12 V DC 60 2. Przełączanie i nie tylko Dodawanie pojemności Podłącz kondensator elektrolityczny o pojemności 1000 µF równolegle do cewki przekaźnika, tak jak pokazuje to rysunek 2.65 i schemat na rysunku 2.66. Jeżeli nie jesteś pewien, jak wygląda kondensator, wróć na chwilę do rysunku 2.14. Wartość 1000 µF będzie nadrukowana na jego boku. Znaczenie tej wartości wyjaśnię później. Upewnij się, iż krótsze wyprowadzenie kondensatora jest podłączone do ujemnej części obwodu, w przeciwnym wypadku nie będzie on działał. Oprócz krótszego wyprowadzenia powinieneś również znaleźć znak minus na boku kondensatora. Jest to dodatkowe wskazanie, przypominające, która z jego „nóg” jest ujemna. Kondensatory elektro- lityczne są bardzo czułe pod tym względem. Jeśli teraz naciśniesz przycisk, przekaźnik powinien zacząć klikać o wiele wolniej. Dlaczego tak się dzieje? Kondensator można porównać do miniaturowej baterii wielo- krotnego ładowania. Jest ona tak mała, iż ładuje się w ciągu ułamka sekundy, zanim przekaźnik będzie miał czas na otwarcie swojej położonej niżej pary kontaktów. Potem, kiedy kontakty zostaną otwarte, kondensator zachowuje się jak bateria i zasila przekaźnik. Cewka otrzymuje energię przez około sekundę. Po wyczerpaniu energii przez kondensator przekaźnik powraca do stanu spoczynku i cały proces się powtarza. PoDStaWy Farady Farad jest międzynarodową jednostką miary pojemności. Nowoczesne układy wymagają zazwyczaj kondensato- rów o małej pojemności. Stąd o wiele łatwiej można spo- tkać kondensatory o pojemnościach rzędu mikrofaradów (milionowych części farada), a nawet pikofaradów (bilio- nowych części farada). W Europie (częściej niż w Sta- nach Zjednoczonych) używane są również nanofarady. Przyjrzyj się poniższej tabeli konwersji. 0,001 nanofarada 0,01 nanofarada 0,1 nanofarada 1 nanofarad 0,001 mikrofarada 0,01 mikrofarada 0,1 mikrofarada 1 mikrofarad 0,000001 farada 0,00001 farada 0,0001 farada 0,001 farada 1 pikofarad 10 pikofaradów 100 pikofaradów 1000 pikofaradów 1 nanofarad 10 nanofaradów 100 nanofaradów 1000 nanofaradów 1 mikrofarad 10 mikrofaradów 100 mikrofaradów 1000 mikrofaradów 1 pF 10 pF 100 pF 1000 pF 1 nF 10 nF 100 nF 1000 nF 1 µF 10 µF 100 µF 1000 µF Napięcie 12 V DC z zasilacza Rysunek 2.65. Dodanie kondensatora sprawia, że przekaźnik oscyluje wolniej 680 12 V DC Możesz również trafić na kondensatory o pojemnościach większych niż 1000 µF, ale są one rzadko spotykane. 1000 μF Rysunek 2.66. Kondensator pojawia się na samym dole naszego schematu Eksperyment 8: Oscylator zbudowany na przekaźniku 61 PoDStaWy Kondensatory Prąd stały nie płynie przez kondensator, ale przyłożone napięcie prowadzi do bardzo szybkiego nagromadzenia się w jego wnętrzu ładunku, który pozostaje tam, nawet kiedy źródło zasilania zostanie odłączone. Pewne pojęcie na temat tego, co dzieje się wewnątrz kondensatora, kiedy ten jest w pełni naładowany, dają rysunki 2.67 i 2.68. Rysunek 2.67. Kiedy do kondensatora przyłożone zostanie stałe napięcie, nie płynie żaden prąd, ale on sam ładuje się tak jak bateria. Dodatni i ujemny ładu- nek są jednakowe, ale przeciwstawne wobec siebie Rysunek 2.68. Możesz wyobrazić sobie dodatnio naładowane cząstki skumulo- wane po jednej stronie kondensatora przyciągające ujemnie naładowane cząstki po jego drugiej stronie W większości nowoczesnych kondensatorów elektrolitycznych dwie płytki kondensatora zostały zredukowane do dwóch pasków bardzo cien- kiej i giętkiej metalowej folii, zwiniętych razem i odseparowanych jedynie równie cienkim izolatorem. Kondensatory ceramiczne o kształcie dysku zazwyczaj składają się jedynie z pojedynczego okrągłego elementu sta- nowiącego izolator z naniesionymi na obu stronach metalowymi okładzi- nami, do których przymocowane są wyprowadzenia. Kondensatory wykonywane są najczęściej jako ceramiczne (o względnie małej pojemności) i elektrolityczne (mogące przechowywać duży ładu- nek). Ceramiczne mają często kształt dysku i pomalowane są na żółto, elektrolityczne przypominają aluminiowe puszki z napojami i mogą być niemal dowolnego koloru. Przykłady kondensatorów obu typów poka- zane zostały na rysunkach 2.14 i 2.15. Kondensator może być niebezpieczny Jeżeli duży kondensator zosta- nie naładowany przy użyciu wysokiego napięcia, jego ładu- nek może przetrwać długi okres. Ponieważ obwody elektryczne budowane z pomocą tej książki używają bardzo niskiego napię- cia, nie musisz martwić się tym zagrożeniem, ale jeśli będziesz dostatecznie lekkomyślny, aby włamać się do starego odbior- nika i  zacząć w nim grzebać (czego nie pole- cam), może Cię spotkać niemiła niespodzianka. Rozładowujący się kondensator może zabić Cię z  równą łatwością co włożenie palców do gniazdka elektrycz- nego. Nigdy nie dotykaj dużych kondensatorów, o  ile nie jesteś pewien tego, co robisz. telewizyjnego 62 2. Przełączanie i nie tylko PoDStaWy Kondensatory (ciąg dalszy) Kondensatory ceramiczne nie mają polaryzacji, możesz podłączyć ujemne napięcie do którejkolwiek nóżki. Kondensatory elektrolityczne mają polaryzację i nie będą działać, jeśli nie podłączysz ich w prawi- dłowy sposób. Symbol reprezentujący kondensator ma dwie istotne odmiany: z dwoma prostymi liniami (symbolizującymi okładziny w jego wnętrzu) lub z jedną linią prostą i  jedną wykrzywioną, tak jak pokazuje to rysunek 2.69. Widząc wykrzywioną linię, powinieneś przyjąć, iż ta strona kondensatora powinna być przyłączona do niższego potencjału niż druga. Symbole na schemacie mogą również zawierać znak plus (+). Niestety, niektórzy twórcy schematów nie zadają sobie trudu narysowania zakrzywionej linii dla kondensatora z polaryzacją, podczas gdy inni rysują ją nawet, jeśli kondensator nie ma polaryzacji. Rysunek 2.69. Ogólny symbol kondensatora znajduje się po lewej stronie. Wersja po prawej stronie wskazuje na kondensator z polaryzacją, którego lewa okładzina powinna być „bardziej pozytywna” niż prawa. Znak plus jest często pomijany Polaryzacja kondensatora Kondensator elektrolityczny musisz podłączać w taki sposób, aby jego dłuższe wyprowadzenie miało potencjał wyższy od poten- cjału wyprowadzenia krótszego. Pokrywa kondensatora posiada zazwyczaj oznaczenie w  postaci znaku minusa w  okolicy krót- szego wyprowadzenia. Niektóre kondensatory mogą zachować się nieprzewidywal- nie, jeśli nie będziesz uważał na ich polaryzację. Zdarzyło mi się podłączyć kondensator tantalowy do obwodu zasila- nego przez źródło wydajne prą- dowo. Przyglądałem się właśnie całemu układowi, zastanawiając się, czemu nie działa, kiedy kon- densator wystrzelił, rozrzucając małe płonące fragmenty w pro- mieniu kilku centymetrów. Zapo- mniałem, że kondensatory tan- talowe są bardzo wybredne pod względem swojej polaryzacji. Wynik tego eksperymentu poka- zuje rysunek 2.70. Rysunek 2.70. Do tej płytki przez przypadek wpięty został odwrotnie konden- sator tantalowy, a źródło zasilania było w stanie wygenerować duży przepływ prądu. Po minucie działania kondensator „zbuntował się”, wybuchając i rozrzu- cając po okolicy małe płonące odłamki, które wypaliły plastik na płytce. Była to dobra nauczka, aby zwracać uwagę na polaryzację Eksperyment 8: Oscylator zbudowany na przekaźniku 63 tEoRia Michael Faraday i kondensatory Pierwsze kondensatory składały się z dwóch metalowych płytek z bardzo małą prze- rwą między nimi. Zasada ich działania była bardzo prosta: • Jeżeli jedna płytka była podłączona do dodatniego potencjału, dodatni ładunek przyciągał ładunki ujemne do drugiej płytki. • Jeżeli jedna płytka była podłączona do ujemnego potencjału, ujemne ładunki przyciągały dodatnie ładunki do drugiej płytki. Te proste zasady demonstrują zamieszczone wcześniej rysunki 2.67 i 2.68. Zdolność do przechowywania ładunku przez kondensator jest znana jako pojemność i jest mierzona w faradach. Jednostka ta pochodzi od nazwiska kolejnego pioniera w dziedzinie elektryczności — Michaela Faradaya (rysunek 2.71). Był on angielskim chemikiem i fizykiem, żyjącym w latach 1791 – 1867. Chociaż Faraday nie był człowiekiem wykształconym, a także słabo znał się na mate- matyce, miał możliwość przestudiowania różnorodnych książek podczas siedmiolet- niej pracy jako uczeń introligatorstwa i dzięki temu samodzielnego wykształcenia się. Ponadto, żył w czasach, kiedy względnie proste eksperymenty prowadziły do odkry- wania fundamentalnych praw związanych z elektrycznością. To wszystko sprawiło, że dokonał wielkich odkryć. Wśród nich znalazła się indukcja elektromagnetyczna — zjawisko, które otworzyło drogę do rozwoju silników elektrycznych. Odkrył również, że magnetyzm może wpływać na promienie światła. Jego praca przyniosła mu niesamowite zaszczyty, a jego podobizna była w latach od 1991 do 2001 drukowana na brytyjskich banknotach o nominale 20 funtów. Rysunek 2.71. Michael Faraday 64 2. Przełączanie i nie tylko Montowanie układu na płytce Wcześniej obiecywałem, że uwolnię Cię od frustrujących krokodylków i właśnie nadeszła ta pora. Zwróć teraz uwagę na blok plastiku z dużą liczbą małych otworów, o którego zakup prosiłem Cię na początku rozdziału. Jest on nazywany płytką prototypową. Kiedy wepniesz komponent w otwory, ukryte pod spodem metalowe paski utworzą dla Ciebie połączenia z innymi elementami układu. W ten sposób możesz stworzyć układ, przetestować go i w prosty sposób dokonać niezbędnych modyfikacji. Po skończonej pracy możesz wymontować wszystkie części z płytki i zachować je na potrzeby przyszłych eksperymentów. Płytki prototypowe są bez wątpienia najbardziej wygodnym sposobem przetestowania układu, zanim podejmiesz decyzję o jego wykonaniu w formie ostatecznej. Niemal wszystkie płytki prototypowe są przystosowane do współpracy z układami scalonymi (których będziemy uży- wać, poczynając od rozdziału czwartego). Kość wpinana jest po obu stronach pustego kanału biegnącego przez śro- dek płytki z wierszami małych otworów po jednej i drugiej stronie — zazwyczaj na jeden wiersz przypada około pięć otworów. Do tych otworów wstawiać będziesz pozostałe elementy układu. Dodatkowo, płytka powinna posiadać kolumny otworów biegnące z góry na dół na obu swoich krawędziach. Te uży- wane są do dystrybucji dodatniego i ujemnego potencjału zasilania. Przyjrzyj się rysunkom 2.72 i 2.73, przedstawiającym górną część typowej płytki prototypo
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Elektronika. Od praktyki do teorii
Autor:

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: