Вам понадобятся:
1. Сетевой адаптер, макетная плата, провод, кусачки для отрезания проводов и инструменты для снятия изоляции.
2. Реле с двумя направлениями и двумя положениями переключения (DPDT — double-pole double-throw) или, иначе, двухполюсное двухпозиционное, с самовозвратом (без фиксации). Количество — 1 шт.
3. Светодиоды. Количество — 2 шт.
4. Кнопочный переключатель без фиксации, однополюсный однопозиционный(SPST — single-pole single-throw switch). Количество — 1 шт.
5. Зажимы типа «крокодил». Количество — 8 шт.
6. Резистор с сопротивлением близким к 680 Ом. Количество — 1 шт.
7. Конденсатор электролитический емкостью 1000 мкФ на рабочее напряжение не менее 25 В. Количество — 1 шт.
Посмотрите на откорректированное изображение цепи, показанное на рис. 1, и исправленную электрическую схему на рис. 2 и сравните их с предыдущими вариантами (см. рис. 10 и 11). Изначально в схеме было прямое соединение кнопки и обмотки реле. В новой версии напряжение питания поступает на обмотку, проходя сначала через контакты реле.
Рис.1. Небольшое изменение предыдущей цепи заставляет реле генерировать колебания, когда к нему приложено напряжение питания
Рис.2. Схема релейного генератора, выполненная с использованием условных графических обозначений
Теперь, когда вы нажмете на кнопку, положительное напряжение источника питания с помощью изначально замкнутых контактов реле поступает на ее обмотку и одновременно на левый по схеме светодиод. Но как только на обмотку реле будет подано напряжение, оно сработает, а изначально замкнутые контакты реле размыкаются. Это приводит к разрыву цепи, по которой напряжение питания подается на обмотку, поэтому реле возвращается в исходное состояние и контакты замыкаются снова. При этом напряжение питания опять будет подано на обмотку реле, которое снова разомкнет контакты. Такой периодический процесс будет повторяться бесконечно.
Поскольку мы используем очень маленькое реле, оно включается и выключается очень быстро. Фактически частота этих колебаний будет составлять 50 раз в секунду (слишком быстро для светодиода, чтобы увидеть то, что собственно делает реле). Прежде всего, надо убедиться, что цепь выглядит именно так, как это показано на схеме, а затем ненадолго нажать на кнопку. При этом вы услышите, что реле издает жужжащий звук. Если же вы плохо слышите, то слегка коснитесь реле пальцем, и вы почувствуете, что реле вибрирует.
Когда вы заставляете реле колебаться таким образом, то вы подвергаете риску сгорания или выходу из строя его контактов. Именно поэтому советую нажимать на кнопку в течение очень короткого промежутка времени. Чтобы сделать цепь более практичной, нам нужно нечто такое, что замедлило бы работу реле и защитило его от саморазрушения. Этим необходимым компонентом будет конденсатор.
Добавление емкости
Добавьте электрический конденсатор емкостью 1000 мкФ параллельно катушке реле, как это показано на схеме, которая приведена на рис. 3 и соответственно на рис. 4.
Рис. 3. Конденсатор подключается в нижней части этой схемы
Рис. 4. Добавление конденсатора заставляет реле вибрировать с меньшей частотой
Следует убедиться, что короткий вывод конденсатора подключен к отрицательному полюсу цепи; в противном случае он не будет работать. Дополнительно к короткому выводу на корпусе конденсатора имеется знак минуса, который напомнит вам, какой его вывод имеет отрицательную полярность. При подключении электролитических конденсаторов надо обязательно учитывать их полярность .
Теперь, когда вы нажмете на кнопку, реле должно медленно щелкать вместо генерирования жужжащего звука. Что же произошло?
Конденсатор похож на маленькую батарейку, которую можно подзаряжать. Он настолько мал, что заряжается за доли секунды, за это время у реле достаточно времени, чтобы разомкнуть нижнюю пару контактов. Затем, когда контакты разомкнуты, конденсатор начинает работать, как батарейка, подавая свое накопленное напряжение на реле. Это поддерживает реле в состоянии, когда на его контакты подается напряжение в течение 1 с. После того как конденсатор израсходует свой резерв энергии, реле переходит в исходное состояние и процесс повторяется.
Фарада это международная единица измерения емкости. Современные цепи обычно требуют небольших емкостей. Следовательно, обычно мы видим, что емкость измеряется в микрофарадах (одна миллионная фарады) и даже в пикофарадах (одна миллиардная фарады). Нанофарады чаще используются в Европе, чем в США. Посмотрите на приведенную таблицу пересчета (табл. 1).
Таблица 1.
(Вы, конечно, можете столкнуться с емкостью величиной более 1000 мкФ, но такое значение встречается крайне редко.)
Основные сведения о конденсаторе
Постоянный ток не проходит через конденсатор, но напряжение на его контактах накапливается очень быстро, затем оно остается после отключения напряжения питания. Помочь вам понять то, что происходит внутри конденсатора, когда он полностью заряжен, могут рис. 5 и 6.
Рис.5. Когда постоянное напряжение достигает конденсатора, по нему ток не протекает, но конденсатор заряжается, как маленькая батарейка. Положительный и отрицательный заряды на конденсаторе будут равны и противоположны по знаку.
Рис. 6. Когда постоянное напряжение достигает конденсатора, по нему ток не протекает, но конденсатор заряжается, как маленькая батарейка. Положительный и отрицательный заряды на конденсаторе будут равны и противоположны по знаку
В большинстве электролитических конденсаторов пластины представляют собой две полоски очень тонкой, гибкой, металлической пленки, часто обернутых вокруг друг друга и разделенных равномерным слоем тонкого изолятора. Дисковые керамические конденсаторы часто состоят из одного диска непроводящего материала с металлической краской, нанесенной на обе стороны, и припаянными к ней проводами.
Более подробно о типах и разновидностях конденсаторов читаем здесь
|
Базовые сведения |
Майкл Фарадей и конденсаторыПервые конденсаторы состояли из двух металлических пластин с очень тонким зазором между ними. Принцип работы этого устройства очень прост.
Обратитесь к предыдущему уроку, где мы рассматривали основную идею работы конденсатора.
Хотя Фарадей был относительно необразованным человеком и имел очень ограниченные познания в математике, у него была возможность читать большое количество книг, работая в течение семи лет в качестве помощника переплетчика и таким образом повышать свой образовательный уровень. Кроме того, он жил во времена, когда относительно простые эксперименты могли раскрыть фундаментальные свойства электричества. Таким образом, он сделал большие открытия, в том числе электромагнитной индукции, что привело к созданию электромоторов. Он также открыл, что магнетизм может влиять на поток света. Его работа была отмечена многочисленными премиями, а его портрет помещен на английскую 20-фунтовую банкноту, которая была в обороте с 1991 по 2001 год. |
Cбор схемы на макетной плате
Я обещал освободить вас от тех неудобств, которые связаны с использованием «крокодилов», и вот это время пришло. Пожалуйста, обратите ваше внимание на пластиковый блок с большим количеством маленьких отверстий в нем, который я просил вас купить. По причинам, о которых мне неизвестно, его называют макетной платой.
Когда вы вставляете различные электронные компоненты в отверстия этой платы, скрытые металлические полоски внутри макетной платы соединяют компоненты, давая возможность собрать ту или иную схему, протестировать ее, а затем также легко модифицировать. В заключение вы можете просто снять все компоненты с макетной платы и отложить их для будущих экспериментов.
Без сомнения, использование макетной платы это наиболее удобный путь проверить что-либо прежде, чем вы решите это сделать.
Почти все макетные платы сконструированы совместимыми с корпусами интегральных микросхем (которые мы будем использовать далее). Место для установки микросхемы это пустое пространство в центре макетной платы с рядами небольших отверстий с любой стороны — обычно 5 отверстий в каждом ряду. В эти отверстия можно вставлять и другие компоненты.
Кроме того, макетная плата должна иметь две колонки отверстий, проходящих вдоль двух сторон платы. Они используются для подключения положительных и отрицательных выводов источника питания.
Посмотрите на рис. 7, на котором показана верхняя часть типичной макетной платы, а на рис. 8 соответствующее изображение этой же самой платы в рентгеновских лучах, где видны металлические полоски внутри пластика под отверстиями.
Рис.7. Типичная макетная плата. Вы можете вставить компоненты в отверстия для очень быстрого сбора и последующего тестирования схемы.
Рис.8. Это изображение той же макетной платы, но в рентгеновских лучах. Оно показывает положение медных проводящих полосок, которые находятся внутри пластика платы. Эти полоски позволяют соединять между собой все электронные компоненты схемы.
Важное замечание!
На некоторых макетных платах каждая вертикальная колонка отверстий с левой и правой стороны разделена еще на две отдельные секции — верхнюю и нижнюю. Нужно использовать мультиметр в режиме прозвона для того, чтобы определить имеется ли между ними контакт или нет. На вашей макетной плате таких секций нет. Если же у вас плата с такими секциями, то, при необходимости их соединения, следует добавить перемычки из проводов.
На рис. 9 показано, как вы можете использовать макетную плату для сбора схемы генератора на основе реле (см. рис. 4). Чтобы выполнить эту работу вам понадобится подключить отрицательный и положительный выводы от вашего сетевого адаптера.
Рис. 9. Если вы разместите компоненты на вашей макетной плате в тех местах, которые показаны на рисунке, то получите ту же самую схему, которую вы сделали из проводов и «крокодилов» в эксперименте 8. Обозначения компонентов схемы: D1, D2 — светоизлучающие диоды; S1 — двухполюсное двухпо-зиционное электромагнитное реле; S2 — кнопочный однополюсный однопо-зиционный переключатель без фиксации; C1 — электролитический конденсатор на 1000 мкФ; R1 — резистор с минимальным сопротивлением 680 Ом
Рис.10. Если ваша макетная плата не имеет винтовых клемм, то надо к ней присоединить два коротких одножильных провода с оголенными концами, а уже к ним с помощью «крокодилов» подключать многожильные провода сетевого адаптера
Поскольку провода сетевого адаптера почти всегда выполнены из многожильного провода, то у вас, наверняка, возникнут затруднения при проталкивании их в маленькие отверстия макетной платы. Для решения этой проблемы к монтажной плате можно присоединить пару одножильных проводов (диаметром 0,64 мм) с оголенными концами, а затем использовать их в качестве клемм, к которым присоединить многожильные провода вашего сетевого адаптера, как это показано на рис. 10. (Вам все еще потребуется пара «крокодилов» для этой цели.) В качестве альтернативы вы можете использовать макетную плату со встроенными в нее клеммами для подключения напряжения питания, что, конечно, более удобно. Вам понадобится небольшой отрезок одножильного провода (диаметром 0,64 мм) или какой-либо другой коммуникационный провод для подачи напряжения питания на ваши компоненты, которые установлены на макетную плату, как это показано на рис. 11 и 12. Если вы выполнили соединения правильно, то цепь должна функционировать точно также, как и та, которая была изготовлена ранее.
Рис. 11. На макетную плату следует установить два светодиода, один резистор и все необходимые провода для изготовления перемычек
Рис. 12. Теперь следует добавить кнопочный переключатель, реле и конденсатор, чтобы завершить сбор схемы, которая показана на рис. 4 и 9. Когда кнопка нажата, реле начинает переключаться, а светодиоды мигать.
Геометрия металлических соединительных полосок в макетной плате часто заставляет вас соединять компоненты каким-либо «окольным» путем. Кнопочный переключатель, например, должен подавать напряжение на полюс реле, но он не может быть установлен на плату прямо напротив реле, поскольку в этом случае другой его вывод попадет на один из контактов реле.
Следует помнить, что полоски внутри макетной платы, к которым не подключены провода или в них не вставлены компоненты, останутся не использованными; они не будут оказывать какого-либо влияния на схему.
Я и далее буду приводить возможные варианты расположения элементов на макетных платах для схем, которые вы будете собирать в дальнейшем при усвоении начал электроники, но, в конечном счете, вам придется начинать осваивать самостоятельную компоновку деталей на платах, поскольку это одна из существенных частей такого хобби, как электроника.
Автор: Чарльз Платт
