Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 22)

Рис. 2.66. На этой модифицированной схеме напряжение к кнопке подается через нижний контакт реле

На рис. 2.67 показано, как вы можете адаптировать макет установки в соответствии с новой схемой. Все, что вам потребуется сделать, – это развернуть кнопку на 90 градусов и добавить перемычку (на рисунке она находится слева от реле) для соединения с тем же контактом реле, который подает питание на светодиод, расположенный слева.

Нажмите кнопку (ненадолго). Замечаете, что происходит? Реле издает жужжание. Если вы не слышите звук, прикоснитесь к реле и ощутите вибрацию.

Теперь разберемся, почему возникает такой эффект. В неактивном состоянии подвижный контакт переключателя внутри реле прижат к нижнему неподвижному контакту. Положительное напряжение поступает на светодиод, расположенный слева, а также на кнопку. Следовательно, когда вы нажимаете кнопку, питание подается на обмотку реле. Внутренний подвижный переключатель перемещается вверх, но как только это произойдет, соединение источника питания с обмоткой будет разорвано и она обесточится. В результате переключатель вернется обратно в неактивное положение. Но при этом снова подается питание на катушку, и поэтому цикл повторяется. Таким образом, подвижный контакт реле колеблется между двумя состояниями.

Рис. 2.67. Макет устройства изменен в соответствии с новой схемой

Поскольку вы используете маломощное реле, оно включается и выключается очень быстро. Фактически, подвижный контакт реле совершает около 20 колебаний в секунду (слишком быстро для светодиодов, чтобы показать, что происходит на самом деле).

Внимание!

Когда реле работает в режиме колебаний, контакты могут быстро обгореть и разрушиться. Ток через кнопку при этом оказывается тоже немного больше допустимого. Поэтому не держите кнопку нажатой слишком долго!

Чтобы уменьшить нагрузку на компоненты, необходимо замедлить происходящие процессы, т. е. уменьшить частоту колебаний. Мы добьемся этого с помощью конденсатора.

Добавляем емкость

Параллельно катушке реле подключите электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ, как показано на рис. 2.68, убедившись в том, что короткий вывод конденсатора соединен с отрицательной шиной схемы; в противном случае он не будет работать. На корпусе конденсатора обычно присутствует символ «минус», обозначающий отрицательную обкладку. На рис. 2.68 я использовал символ «плюс», потому что он более заметен, чем минус, кроме того, мне хотелось бы придерживаться того же стиля, как и для светодиодов.

Внимание!

Подача напряжения неверной полярности на электролитический конденсатор очень опасна. Это может привести даже к взрыву компонента. Всегда тщательно проверяйте полярность при использовании электролитических конденсаторов.

Рис. 2.68. Наличие конденсатора большой емкости замедлит работу схемы

Теперь при нажатии на кнопку вместо жужжания реле будет периодически щелкать.

Конденсатор похож на маленький перезаряжаемый аккумулятор. Его емкость настолько мала, что конденсатор заряжается за долю секунды, до того как реле успеет разомкнуть свою нижнюю пару контактов. Затем, когда контакты разомкнуты, конденсатор отдает накопленный заряд реле (и светодиоду, расположенному слева). При этом в течение некоторого времени на катушку реле подается питание. После того как конденсатор исчерпает свой запас электроэнергии, реле переходит в неактивное состояние и процесс повторяется.

Во время этого процесса конденсатор периодически заряжается и разряжается.

Отключите правый светодиод и вы увидите, что светодиод, находящийся слева, периодически включается и выключается, постепенно угасая по мере уменьшения напряжения конденсатора.

Поскольку в процессе заряда конденсатор потребляет повышенный ток, ваша кнопка может перегреваться, если в эксперименте вы удерживаете ее в нажатом состоянии слишком долго.

Единица измерения емкости

Способность конденсатора накапливать энергию измеряется в фарадах, которые обозначаются прописной буквой Ф. Эта единица измерения названа в честь Майкла Фарадея, еще одного первопроходца в исследовании электричества.

Фарад – это довольно крупная единица измерения, которая делится на микрофарады (сокращенно мкФ, 1 микрофарад равен 1/1000000 фарада), нанофарады (нФ, 1 нанофарад равен 1/1000 микрофарада) и пикофарады (пФ, 1 пикофарад равен 1/1000 нанофарада). В США нанофарад используется реже, чем в Европе. Вместо этого номинал может выражаться с помощью пикофарад и долей микрофарада.

Пересчет единиц емкости приведен в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Конденсаторы-убийцы

Если конденсатор большой емкости заряжен высоким напряжением, он может удерживать это напряжение в течение нескольких минут и даже часов. Так как схемы в этой книге питаются от низковольтного источника, вы можете не беспокоиться по этому поводу. Но если вы настолько безрассудны, что откроете старый телевизор и начнете копаться внутри (чего я настоятельно не рекомендую), с вами может случиться неприятный сюрприз. Конденсатор большой емкости может убить вас так же легко, как если бы вы засунули пальцы в электрическую розетку.

Устройство конденсатора

Внутри конденсатора нет электрического соединения. Два его вывода соединены внутри с обкладками, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга и разделены изолирующим веществом – диэлектриком. Как следствие, постоянный ток не может проходить через конденсатор. Тем не менее, если вы подключите конденсатор к источнику питания, он начнет заряжаться, как показано на рис. 2.69, потому что заряд на одной пластине притягивает противоположный заряд на другой пластине.

В современных конденсаторах обкладки представляют собой полосы очень тонкой гибкой металлической пленки.

Рис. 2.69. Конденсатор, подключенный к источнику постоянного напряжения, будет накапливать одинаковые по величине и противоположные по знаку заряды

Есть два основных вида конденсаторов: керамические (обычно небольшой емкости, для накопления относительно малого заряда) и электролитические (которые могут иметь гораздо большую емкость). Электролитические конденсаторы обычно выглядят как миниатюрные «баночки» и могут быть любого цвета, хотя наиболее распространены черные. Старые керамические конденсаторы часто имеют форму диска, более современные похожи на маленькие шарики.

Керамические конденсаторы не имеют полярности, и это означает, что вам не нужно беспокоиться о том, как подсоединять их выводы к схеме. Электролитические требуют соблюдения полярности и не будут работать, если подключить их неправильно.

Условное обозначение конденсатора содержит две линии, представляющие собой две пластины внутри него. Если обе линии прямые, то конденсатор неполярный – его выводы можно подключать произвольно. Если одна линия изогнута, то эта обкладка конденсатора должна быть более отрицательной, чем другая. Иногда полярность обкладок конденсатора обозначают на схеме знаком «+». Эти варианты показаны на рис. 2.70.

Символ с изогнутой пластиной теперь встречается редко. Предполагается, что если у вас электролитический конденсатор, то вы разберетесь, как подключить его правильно. К тому же стали доступны многослойные керамические конденсаторы с более высокими номиналами, и они могут заменить электролитические.

Рис. 2.70. Условные графические обозначения неполярного и полярного конденсаторов

Замечание

На электрических схемах в этой книге будет использоваться только символ неполярного конденсатора. Какой конденсатор выбрать – керамический или электролитический, решайте самостоятельно.

На иллюстрациях макетных плат будут изображены электролитические конденсаторы там, где вы, как я полагаю, будете их использовать. Их можно заменить соответствующими по номиналу керамическими конденсаторами.

Соблюдайте полярность конденсаторов!

В самых распространенных электролитических конденсаторах используются алюминиевые пластины. В конденсаторах других типов обкладки содержат тантал или ниобий. Все эти конденсаторы очень чувствительны к полярности прикладываемого напряжения. Вот характерный пример: танталовый конденсатор был вставлен в макетную плату и неправильно подключен к источнику питания, обеспечивающему большой ток. Через минуту или около того конденсатор вздулся и взорвался, а разлетевшиеся горящие кусочки прожгли макетную плату (рис. 2.71).

Мораль такова: соблюдайте полярность!

Рис. 2.71. Последствия неправильного включения танталового конденсатора в цепь с мощным источником питания

Поиск неисправностей

По мере того как вы будете собирать на макетной плате все больше цепей, схемы будут усложняться, и более вероятными станут ошибки. Никто от них не застрахован.

Одна из распространенных ошибок макетирования – подключение провода к неправильному ряду макетной платы. Ее особенно легко допустить, когда у вас такой компонент, как реле, где контакты скрыты. При монтаже я обычно еще раз вытаскиваю этот компонент, проверяю заново и вставляю обратно, чтобы твердо убедиться в правильности подключения.

Более сложная ошибка возникает, когда вы забываете о соединениях, созданных внутренними проводниками макетной платы. Посмотрите на рис. 2.72. Казалось бы, что может быть проще? Очевидно, что ток протекает от положительной шины источника питания через светодиод, перемычку, а затем через резистор к отрицательной шине. Но если вы соберете компоненты так, как показано на этом рисунке, я абсолютно точно гарантирую вам, что устройство работать не будет.