Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 18)

В 1878 году Чарльз Э. Скрибнер (изображен на рис. 2.33) разработал переключатель «складной нож», названный так, потому что деталь, которую держал оператор, напоминала рукоятку складного ножа. Из него выступал штекер, и когда его вставляли в гнездо, возникало соединение. Гнездо, фактически, содержало контакты переключателя.

Рис. 2.33. Чтобы удовлетворить потребности коммутации в телефонных системах Чарльз Э. Скрибнер в конце XIX в. изобрел переключатель «складной нож». Современные аудиоразъемы работают по тому же принципу

Аудиоразъемы гитар и усилителей по-прежнему работают по этому принципу, и когда мы говорим о штекерах, то этот термин отсылает нас к изобретению Скрибнера. Контакты переключателя до сих пор монтируются внутри гнезда.

Сегодня коммутационные панели стали такой же редкостью, как и телефонные операторы. Вначале их заменили на реле – электрически управляемые переключатели, о которых мы поговорим далее в этой главе. А затем реле были вытеснены транзисторами, которые выполняют все без участия каких-либо движущихся деталей. В эксперименте 10 вы будете управлять электрическим током с помощью транзисторов.

Введение в электрические схемы

На рис. 2.34 я изобразил соединение компонентов с рис. 2.26 в упрощенной форме, называемой «электрической схемой». С этого момента и далее я буду изображать электрические цепи в виде схем, потому что с их помощью легче понять принцип действия соединения. Чтобы интерпретировать схемы, вам необходимо знать некоторые символы.

Рис. 2.34. Устройство с двумя переключателями перерисовано здесь в виде электрической схемы

На рис. 2.26 и 2.34 изображены одни и те же компоненты и соединения между ними. Зигзагообразный элемент на схеме – это резистор, символ с двумя стрелками – светодиод, а батарея изображена как два параллельных отрезка разной длины.

Большой треугольник в символе светодиода показывает ток условного направления, который протекает от плюса к минусу. Две диагональные стрелки сообщают о том, что данный диод является светоизлучающим (я вернусь к другим видам диодов позже). В символе батареи более длинный отрезок соответствует положительному полюсу источника питания.

Проследите путь, который электрический ток проходит по цепи, и представьте тумблеры, переключенные в то или иное положение. Теперь вы должны четко понимать, почему любой из переключателей будет переводить светодиод из выключенного состояния во включенное и наоборот.

На рис. 2.35 представлена та же схема с небольшими улучшениями. Линии сделаны прямыми, положительный полюс источника питания теперь находится слева вверху, а отрицательный полюс – справа внизу. На схемах, как правило, ток условного направления протекает сверху вниз, а сигналы определенного вида (например, входной аудиосигнал в усилителе) проходят слева направо. Построение схемы «сверху вниз» облегчает ее понимание.

Рис. 2.35. Схема рис. 2.34 приведена в соответствие с принятым стилем изображения

Важно уяснить то, что эти две схемы соответствуют одному и тому же устройству, даже если выглядят они по-разному. Имеет значение только тип компонентов и способ их соединения. Точное местоположение компонентов не важно.

Замечание

Электрическая схема не подскажет вам, где устанавливать компоненты. Она всего лишь сообщает о том, как их соединять.

Кстати, в вашем доме тоже, возможно, есть пример схемы, изображенной на рис. 2.35, когда два выключателя освещения расположены вверху и внизу лестничного пролета и любой из них можно использовать для включения и выключения света. Эта ситуация показана на рис. 2.36, на котором фазный и нейтральный провода сети переменного тока обозначены внизу слева. Провод под напряжением (фазный) – переключаемый, а нейтральный провод идет вдоль него к лампе (белый кружок со спиральной линией, которая обозначает нить накала старомодной лампы накаливания).

Рис. 2.36. Та же схема, что и на предыдущем рисунке, используется в домах для управления одним источником света с помощью двух переключателей

Единственная проблема, связанная с электрическими схемами, заключается в том, что некоторые условные графические обозначения не стандартизированы. Вы можете встретить несколько вариантов, которые означают одно и то же. Я буду объяснять их по мере появления.

Условные графические обозначения на электрических схемах

1. Переключатель. На рис. 2.37 показаны пять вариантов изображения важнейшего компонента – однополюсного переключателя на одно направление. В каждом случае полюс располагается справа, а контакт слева, хотя для переключателя такого типа (SPST) это не имеет большого значения. Для этой книги я выбрал вариант, где каждый переключатель обведен белым прямоугольником, который указывает на то, что две части переключателя представляют собой один компонент.

Рис. 2.37. Пять вариантов условного обозначения однополюсного переключателя на одно направление (SPST). Все они функционально идентичны

Рис. 2.38. Три варианта обозначения двухполюсного переключателя на два направления (DPDT)

На рис. 2.38 изображен более сложный вариант, двухполюсный переключатель на два направления. Пунктирная линия указывает на то, что оба сегмента переключателя движутся вместе, когда вы переключаете рукоятку, хотя каждый полюс и группа контактов изолированы друг от друга. Вариант обозначения, изображенный в центре рисунка, иногда встречается на больших схемах, где чертеж не позволяет расположить секции переключателя близко друг к другу. Каждая группа контактов обозначается аббревиатурой, заканчивающейся буквами А, В, С и т. д. При этом вы должны понимать, что все эти контакты находятся внутри одного переключателя.

2. Источник питания. Источник питания постоянного тока может обозначаться на схемах различными способами. На рис. 2.39 вверху изображены условные обозначения гальванического элемента и батареи. Короткая линия обозначает отрицательный полюс, длинная положительным. Традиционно одна пара линий обозначает один элемент на 1,5 В, две пары линий – элемент на 3 В и т. д. Но если в цепи присутствует источник высокого напряжения для электровакуумного прибора, составитель схемы обычно изображает пунктирную линию между элементами вместо нескольких десятков линий подряд.

Рис. 2.39. Различные варианты обозначения источника питания постоянного тока

Обозначение батареи чаще встречается на простых схемах, но обычно плюс и минус источника питания постоянного тока указывают отдельными символами, показанными в центре и внизу на рис. 2.39. Плюс указывают в одном месте схемы с помощью обозначения Vcc, V_cc, V+, +V или +V рядом с числом, которое обозначает напряжение. Изначально обозначение V_c относилось к напряжению на коллекторе транзистора. Обозначение V_cc – это напряжение питания для всей схемы, и теперь оно употребляется независимо от того, есть ли в схеме транзисторы. Многие люди произносят «вэ-цэ-цэ», не зная, откуда оно возникло.

На схемах в этой книге положительный полюс источника питания обозначен белым символом «плюс», заключенным в красный кружок[6].

Отрицательный полюс источника питания может быть обозначен любым символом, изображенным внизу на рис. 2.39. Он может называться «отрицательным заземлением» или попросту «заземлением». Поскольку многие компоненты могут быть совместно подключены к отрицательному потенциалу, вы можете встретить на схеме множество символов заземления. Это удобнее, чем рисовать линии, соединяющие все заземленные точки вместе.

В этой книге я решил использовать белый знак «минус», заключенный в синий кружок, потому что это интуитивно понятнее. Но такое обозначение не часто встречается на схемах.

Пока мы обсуждали устройства с батареей в качестве источника питания. В устройствах, которые подключаются к сетевой розетке, ситуация более сложная, потому что розетка имеет три разъема: находящийся под напряжением (фазный), нейтральный и заземляющий. На схемах источник переменного тока обычно обозначается так, как на рис. 2.40 слева. Рядом с символом часто указывают напряжение источника питания (в США это обычно 110, 115 или 120 В). Символы, изображенные на рис. 2.40 справа, обозначают шину заземления (корпус, шасси) устройства, в котором установлены электронные компоненты.

Рис. 2.40. Условное обозначение источника переменного тока (слева) и шины заземления устройства, использующего переменный ток (справа)

Обратите внимание на то, что контакт заземления в розетке переменного тока в помещении на самом деле заземлен за пределами здания. Электронные устройства с металлическим корпусом, которые подключены к этому контакту, будут заземлены. В устройствах, питающихся от батареи, и где нет высокого напряжения, заземлять корпус «на землю» не требуется, но символ заземления может по-прежнему использоваться.

Замечание

В Великобритании заземленное устройство иногда называется «замкнутым на Землю» (earthed).

3. Резистор. Существуют лишь два варианта условного графического обозначения резисторов, они показаны на рис. 2.41. Символ слева принят в США, число рядом указывает сопротивление в омах. Как вариант, резисторы могут обозначаться символами R1, R2, R3… с отдельным списком компонентов, в котором указаны их номиналы. Символ справа на рис. 2.41 применяется в Европе, в этом варианте число также обозначает номинал резистора в омах. Значение 220 Ом на этом рисунке было выбрано произвольно.