Вам понадобятся:
- Батарейки типа AA напряжением 1,5 В. Количество — 4 шт.
- Держатель для 4 батареек типа АА. Количество — 1 шт.
- Светодиод. Количество — 1 шт.
- Тумблер на одно направление (однополюсный). Количество — 2 шт.
- Резистор сопротивлением 220 Ом или близкий к этому значению мощностью минимум 0,25 Вт. Количество — 1 шт.
- Зажимы типа «крокодил». Количество — 8 шт.
- Провод или коммуникационные провода.
- Кусачки для проводов и инструмент для снятия изоляции с проводов, если вы не собираетесь использовать коммуникационные провода.
У эксперименте 3 вы зажигали светодиод за счет подключения батарейки, а также выключали его, отключая батарейку. Для большего удобства наши цепи должны иметь подходящие переключатели для управления напряжением питания, а поскольку я использую переключатели общего назначения, то собираюсь пустить в ход все их разновидности, используя цепь, которая предоставляет такие возможности.
Соедините все компоненты так, как это показано на рис. 1. Длинный вывод светодиода должен быть подключен к резистору, поскольку в этой точке цепи будет положительный потенциал.
Рис. 1. Если светодиод горит, то переключение любого из тумблеров приведет к его выключению. Если светодиод выключен, то переключение любого из тумблеров будет включать его. Для присоединения проводов друг к другу следует использовать зажимы типа «крокодил». Некоторые провода подключаются прямо к тумблерам, и поэтому будет лучше, если их выводы будут иметь винтовые соединения. Будьте внимательны, чтобы оголенные части «крокодилов» не касались друг друга.
Вы можете заметить, что в этой схеме добавлена пара небольших отрезков проводов, подключаемых к тумблерам. Я предлагаю для этого использовать зеленый провод, чтобы напомнить, что эти части схемы не имеют прямого соединения с положительным или отрицательным выводом источника питания. В принципе вы можете использовать провод любого цвета. Кроме того, для этой цели вы можете использовать коммуникационные провода с уже подсоединенными «крокодилами», если они у вас, конечно, есть. В противном случае вам наверняка придется удалять часть изоляции с проводов, что, безусловно, потребует от вас некоторого навыка, поэтому сейчас давайте потренируемся с этим.
Инструменты
Для снятия изоляции с проводов удобно использовать специальный автоматический инструмент (рис.2).
Рис.2. Использование автоматического инструмента для удаления изоляции, когда вы сжимаете рукоятки, губки слева зажимают провод, а острые лезвия с вырезами справа надкусывают изоляцию. Увеличение сжатия приводит к тому, что губки и лезвия отходят друг от друга, снимая изоляцию с провода
При использовании простых кусачек для проводов надо держать провод одной рукой и, удерживая инструмент другой рукой, слегка сжать рукоятки — с таким расчетом, чтобы этого усилия было достаточно только для снятия изоляции, и в то же время надо не переусердствовать, чтобы не перерезать провод (рис.2). Затем потяните за провод, одновременно отводя в противоположную сторону кусачки. После небольшой практики вы научитесь легко снимать изоляцию, оголяя концы проводов.
Рис. 3. Чтобы снять изоляцию с конца провода, вы можете использовать простые кусачки для проводов, но для этого вам потребуется немного попрактиковаться
Некоторые мастера для снятия изоляции с проводов используют свои зубы (рис. 4). Когда я был молод, я тоже использовал такой способ. У меня были два слегка раздвинутых зуба, чтобы делать это. На самом деле такую работу лучше всего доверить соответствующему инструменту.
Рис.4. Те, кто склонен забывать место, куда они положили свой инструмент, и кто чувствует, что искать его бесполезно, могут успокоить себя, используя свои зубы для снятия изоляции с провода. Однако это может оказаться не слишком хорошей идеей…
Проблемы подключения
В зависимости от размера тумблера, который вы используете, у вас могут возникнуть проблемы при закреплении «крокодилов» на выводах тумблера для подключения к ним проводов. С миниатюрными тумблерами, которые встречаются в наше время гораздо чаще, чем полноразмерные, может быть особенно хлопотно (рис. 5).
Рис.5. Можно, конечно, использовать миниатюрные тумблеры, лучше, конечно, соответственно с миниатюрными зажимами типа «крокодил», но при этом надо быть очень внимательным, чтобы не допустить короткого замыкания
|
Фундаментальные сведения |
| Все о переключателяхКогда вы переключаете тумблер, который используется в эксперименте 6, то вы соединяете центральный вывод тумблера с одним из его выводов на краю. Переключение назад приводит к тому, что центральный вывод соединяется с другим крайним выводом, как это показано на рис. 6.
Центральный контакт называют полюсом переключателя. Поскольку вы можете выполнить переключение или вернуть его обратно, то этот переключатель имеет только два возможных положения, поэтому он называется двухпозиционным переключателем або переключателем на два положения. Как указывалось ранее, однополюсный двухпозиционный переключатель имеет аббревиатуру SPDT (single-pole, double-throw). Некоторые переключатели являются переключателями типа Вкл./Выкл. (англ. ON/OFF), что означает, что они могут выполнить только одно соединение в одном положении, а в другом положении нет. Большинство из выключателей света в вашем доме являются именно переключателями такого типа. Они известны как однопозиционные переключатели. Однополюсный однопозиционный переключатель имеет аббревиатуру SPST (single-pole single-throw). Некоторые переключатели имеют два совершенно независимых полюса, поэтому вы можете одновременно делать два независимых подключения, когда переключаете переключатель. Такой переключатель называется двухполюсным переключателем. Обратитесь к фотографиям на рис. 7–9, где показаны перекидные переключатели «ножевого» типа устаревшей конструкции (они все еще используются на уроках физики), и вы получите начальное представление об одно- и двухполюсных, а также об одно- и двухпозиционных переключателях и тумблерах. Различные виды тумблеров, контактные группы которых находятся внутри корпуса, показаны на рис.10.
Для интереса вы можете приобрести переключатели, у которых три или четыре полюса. (Некоторые поворотные переключатели имеют даже большее количество полюсов, но мы их не будем использовать.) Кроме того, некоторые двухпозиционные переключатели имеют дополнительное «среднее выключенное» положение. Теперь выясним, что такое кнопочный переключатель? Когда вы нажимаете кнопку дверного звонка, вы замыкаете электрический контакт, поэтому это какой-то тип переключателя; на самом деле корректным названием для этого переключателя является «переключатель з самовозвратом» або «переключатель без фиксации», поскольку он осуществляет кратковременное соединение контактов. Любой подпружиненный переключатель или кнопка, которые «хотят» вернуться в свое исходное положение, называется переключателем без фиксации. При обозначении переключателя его кратковременное состояние будем заключать в скобки. Далее приведем некоторые примеры:
Другими возможными версиями переключателей такого типа могут быть: Вкл.- Выкл.- (Вкл.) или Вкл.- (Вкл.). Так как вы теперь понимаете, что состояние в скобках означает, что в нем переключатель находится кратковременно, то вы можете подумать, зачем нужны такие переключатели.
Искрение Когда вы замыкаете или размыкаете электрический контакт, возникают условия, способствующие возникновения искры. Искрение пагубно влияет на контакты переключателей. Оно «поедает» их до тех пор, пока переключатель уже не сможет выполнить нормальное соединение. По этой причине вы должны использовать переключатель, который рассчитан именно на те значения напряжения и тока, с которыми вы будете работать. Электронные цепи обычно относятся к цепям с относительно низкими значениями тока и напряжения, поэтому вы можете использовать практически любой переключатель. Однако если вы с его помощью включаете двигатель, то у него есть свойство создавать в момент подключения начальный импульс тока, который, по меньшей мере, будет в два раза больше номинального тока двигателя, когда он вращается с постоянной скоростью. Поэтому для включения и выключения двигателя, потребляющего ток 2 А, вам, возможно, понадобится переключатель на 4 А.
Проверка переключателя Для проверки переключателя вы можете использовать муль-тиметр. С его помощью вы можете определить: какие именно контакты переключателя замыкаются, когда вы выполняете переключение в одну или другую сторону. Прибор будет также полезен, если у вас есть кнопочный переключатель, и вы не можете вспомнить какого он типа — нормально разомкнутый (вы нажимаете на кнопку, чтобы замкнуть контакт) или нормально замкнутый (вы нажимаете на кнопку, чтобы разорвать контакт). На приборе выберите режим измерения сопротивления и коснитесь измерительными щупами выводов переключателя, когда вы его включаете/выключаете. При этом возникает некоторая трудность, которая связана с тем, что для того чтобы получить точный результат измерения, нужно ожидать некоторое время после изменения положения переключателя. Поэтому, если вы всего лишь хотите узнать о наличии или отсутствии контакта, то на мультиметре надо выбрать режим «прозвона» (рис. 11). При этом прибор будет выдавать звуковой сигнал при замыкании контактов и хранить молчание, если замыкания нет. На рис.11 приведен пример положения прозвонки тумблера мультиметром DT-832.
Когда переключатель замкнет контакты, то между соответствующими его выводами, к которым подсоединены измерительные щупы мультиметра, установленного в режим прозвона, прибор будет показывать нулевое сопротивление, и при этом еще будет раздаваться звуковой сигнал |
|
Базовые сведения |
| Старые системы переключателейПереключатели относятся к настолько фундаментальному явлению, существующему в нашем мире, а их концепция настолько проста, что очень легко забыть, что они прошли многоступенчатый процесс развития и улучшения конструкции. Примитивные ножевые переключатели вполне устраивали основоположников электричества, которые просто хотели выполнить или разорвать электрическое соединение каких-либо аппаратов в лаборатории, но затем, когда стали развиваться телефонные системы, потребовался более сложный подход. Обычно оператор на «коммутаторе» должен был найти способ подключить любую из 10 000 линий на своей панели. Как это можно было сделать?
Аудиоразъемы гитар и усилителей все еще работают по тому же принципу, а когда мы говорим про них «вставить в гнездо» («jacks»), то этот термин относится к изобретению Скрибнера. Контакт переключателя все еще находится внутри гнезда. В настоящее время, конечно, телефонные коммутаторы стали такой же редкостью, как и телефонные операторы. Сначала их заменили реле — переключатели с электрическим управлением, о которых я расскажу далее в этой главе. А затем реле были заменены транзисторами, которые осуществляют подключения не имея подвижных частей. Еще до конца этой главы мы, используя транзисторы, научимся выполнять переключения. |
Введення в графическое отображение схем
З рис. 11 я схему эксперимента 6 нарисовал несколько иначе, в более упрощенном виде, который известен, как «графический» или «схематический». Начиная с этого места и далее, я буду иллюстрировать цепи, изображая их графически, поскольку это делает их более простыми для понимания. Вам надо будет запомнить несколько символов, чтобы их интерпретировать.
Рис.11. Эта схема отображает ту же самую цепь, приведенную ранее на рис. 1. На этой схеме более понятны функции используемых переключателей (тумблеров)
Сравним это схематическое представление с изображением цепи, приведенной на рис. 1. Они оба иллюстрируют одну и ту же цепь: компоненты и соединения между ними. Серые прямоугольники на графическом отображении означают переключатели, а точнее тумблеры, зигзагообразной линией показан резистор, а символом в виде черного треугольника с поперечной линией, размещенных в небольшом кружке, и с двумя параллельными стрелками, направленными от него, показан светодиод.
В условном графическом изображении светодиода эти две стрелки показывают, что этот элемент излучает свет, поскольку таким же символом, но без стрелок, изображаются обычные диоды, к которым мы еще обратимся позднее. Черный треугольник внутри символа диода всегда направлен от положительного к отрицательному выводу источника питания.
Проследим путь, который проходит электрический ток в цепи, и мысленно представим, что переключатели установлены в то или иное положение. Вы теперь ясно должны понимать, почему тумблеры изменяют состояние светодиода при их переключении.
Та же самая цепь используется в домах, когда для подсветки ступенек один выключатель находится внизу, а другой, который управляет той же лампочкой, находится вверху пролета лестницы (рис. 12). Провода в доме, конечно, значительно длиннее и они переплетаются друг с другом прямо в стене, но поскольку их соединения аналогичны, они могут быть представлены той же самой схемой.
Рис.12. Схемы с двумя переключателями (выключателями) на рис. 1 и рис. 11 часто используются в электросети дома, особенно, когда надо установить выключатели для одного и того же светильника в нижней и верхней частях пролета лестницы. На рисунке показано, что можно найти внутри стен. Провода подключены к специальным клеммам, находящимся внутри распределительных коробок, которые скрыты от повседневного наблюдения.
В этой схеме не указано конкретно, где вы должны установить компоненты цепи. Она только показывает, каким образом нужно выполнить соединения. При графическом отображении схем имеется одна проблема: разные люди несколько по-иному изображают различные схематические символы, которые имеют один и тот же смысл.
