Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 40)

Защитный диод

Как вы, наверное, заметили, я удалил диод из схемы. Но если вы взглянете на рис. 3.88 (я обещаю, что это последняя версия, по крайней мере, на данный момент), то увидите, что диод появился снова, хотя теперь он работает совсем иначе. Здесь он подключен параллельно к обмотке реле. Что же он тут делает?

Рис. 3.88. Теперь диод защищает транзистор от противоЭДС обмотки реле

Далее в этой книге мы подробнее рассмотрим свойства катушки. Но кое-что я расскажу вам прямо сейчас – обмотка из проводов сохраняет энергию, при подаче питания и высвобождает ее, когда питание отключается. Высвобождение энергии создает всплеск тока, который может повредить некоторые компоненты, особенно полупроводниковые приборы.

Поэтому подключение защитного диода параллельно обмотке реле – это стандартное решение. Диод должен быть включен так, чтобы нормальный рабочий ток протекал через катушку, а после снятия напряжения с обмотки выброс обратного тока гасился бы на диоде, защищая остальные компоненты схемы. Именно так все и происходит в нашей схеме.

Если у вас небольшое реле с маленькой катушкой, то можно в принципе обойтись без защитного диода. Но в любом случае защитный диод здесь не повредит.

Пора заняться макетом

В предыдущем разделе я привел множество объяснений, хотя обычно это мне не свойственно. Но мне захотелось продемонстрировать вам, как можно «с нуля» создать новую схему, имея только техническое задание. Теперь, наконец-то, пришло время собрать реальное устройство. А как же еще убедиться, что все наши идеи были правильными?

На рис. 3.89 показана компоновка макетной платы. Дорожки, соединяющие компоненты, показаны на рис. 3.90. Вместо источника звука для сигнализации, для наглядности, я использовал светодиод. Вскоре мы обсудим возможные варианты генерации звука.

Когда я сам собирал это устройство, то сымитировал датчики сигнализации, взяв нормально замкнутые кнопки. Просто мне хотелось сэкономить на компонентах, но если вы действительно решитесь использовать эту схему сигнализации, то вам понадобятся настоящие магнитные датчики, а не обычные кнопки. На экспериментальном макете устройства датчики заменены на два нормально замкнутых отрезка провода. Этого достаточно для тестирования устройства. Далее я буду называть их «провода датчика». На рис. 3.89 эти два скрещенных провода находятся в самой нижней части платы.

Перед подачей питания убедитесь в том, что скрещенные провода замкнуты друг с другом. Вначале ничего не должно происходить.

Теперь разъедините провода датчика. Сразу же загорится светодиод, а если вы в дальнейшем соберете следующий вариант схемы, то раздастся звук, оповещая о том, что сигнализация сработала.

Рис. 3.89. Окончательный вариант макета сигнализации

Теперь заново соедините провода, имитируя ситуацию, когда злоумышленник открывает окно, слышит сигнализацию и быстро закрывает окно. Если вы все собрали правильно, то светодиод будет продолжать гореть.

Пока все идет нормально. Наша схема работает. Сигнализация сама себя блокирует. Но в таком случае как же ее теперь выключить?

Нет проблем. Просто отключите питание. Реле вернется в исходное положение и, когда вы в следующий раз подадите питание, устройство снова окажется в режиме ожидания. В заключительном варианте этого проекта для выключения сигнализации вам потребуется ввести секретный код на клавишной панели. В эксперименте 21 я подскажу способ создать систему защиты с цифровым паролем. Вам понадобятся логические микросхемы, с которыми мы пока не имели дела.

Рис. 3.90. Макет сигнализации с показанными внутренними соединительными дорожками

Добавляем звук

Чтобы сигнализация подавала звуковой сигнал, можно использовать схему генератора и динамик из эксперимента 11. Хотя на самом деле есть и другие способы. Интегральная микросхема, известная как таймер 555, лучше подойдет для этой работы, но так уж получилось, что она будет следующей темой, о которой я расскажу вам в эксперименте 16.

Таймер 555 способен также удовлетворить пунктам 7 и 9 из технического задания, которые подразумевают задержку перед срабатыванием сигнализации. Поэтому отложим пока проект сигнализации, чтобы полностью завершить его в эксперименте 18.

Итоги

Хотя проект сигнализации еще не завершен, он затронул несколько важных моментов. Я резюмирую их здесь, чтобы ссылаться на них в дальнейшем.

• Транзистор способен обеспечивать высокий выходной сигнал в ответ на низкий входной, и наоборот.

• Реле может блокироваться во включенном состоянии при подаче напряжения на обмотку.

• Диод может препятствовать протеканию тока в тех цепях, где ток не нужен.

• При протекании через диод прямого тока напряжение снижается примерно на 0,7 В.

• Открытый транзистор также снижает напряжение примерно на 0,7 В.

• Падение напряжения на полупроводниковом приборе остается постоянным независимо от величины подаваемого напряжения. Следовательно, эффект более существенен, если подаваемое напряжение низкое.

• Катушка реле при выключении может создавать противоЭДС (выброс обратного тока).

• Защитный диод, подключенный параллельно обмотке реле, способен подавить противоЭДС. Диод должен быть закрыт при нормальном направлении тока и пропускать обратный импульс, созданный катушкой.

Глава 4

Микросхемы, вам слово!

Прежде чем перейти к увлекательной теме интегральных микросхем (часто именуемых ИС или просто микросхемы), я должен открыть один секрет. Некоторые из предыдущих экспериментов можно выполнить немного проще, если бы в нашем распоряжении были микросхемы.

Означает ли это, что вы напрасно потратили время? Конечно, нет! Я уверен, что конструируя схемы из отдельных компонентов, таких как транзисторы и диоды, вы получаете наилучшую возможность понять принципы электроники. Тем не менее, далее вы убедитесь, что микросхемы, содержащие десятки, сотни и тысячи транзисторных соединений, позволяют упростить решение многих задач.

Возможно, вас завлекут игры с микросхемами, но, вероятно, вы не будете столь же одержимы, как персонаж, изображенный на рис. 4.1.

Далее будут описаны дополнительные инструменты, оборудование, компоненты и расходные материалы, которые понадобятся в экспериментах с 16 по 25.

Рис. 4.1. Мой образец для подражания

Комплектующие для четвертой главы

Единственный новый инструмент, который может вам потребоваться для работы с микросхемами, – это логический пробник. Он определит, в каком состоянии находится вывод микросхемы, что поможет понять, как работает ваша схема. Пробник обладает памятью, поэтому он способен реагировать на одиночный импульс, который может оказаться слишком быстрым и незаметным.

Некоторые из моих читателей не согласны со мной, но я считаю логический щуп необязательным инструментом. При желании поищите в интернет-магазинах и купите самый дешевый, какой найдете. У меня нет каких-либо рекомендаций по поводу производителя.

Компоненты

Как и прежде, подробные рекомендации по приобретению комплектующих приведены в главе 6. Если вам больше нравится готовый набор компонентов, смотрите раздел «Наборы». Если вы предпочитаете покупать компоненты самостоятельно, смотрите раздел «Компоненты». Для расходных материалов смотрите раздел «Расходные материалы».

Как выбрать микросхему

На рис. 4.2 показаны две интегральные микросхемы. Вверху изображена устаревшая конструкция со штырьковыми выводами, расположенными на расстоянии 2,54 мм, которые вставляются в отверстия макетной или печатной платы. Я буду пользоваться исключительно такими микросхемами, потому что с ними проще работать. Микросхема, показанная внизу, разработана специально для поверхностного монтажа. Мы не будем использовать подобные микросхемы, потому что они не подходят для макетных или перфорированных плат.

Рис. 4.2. Микросхема для установки в монтажные отверстия (вверху) и микросхема для поверхностного монтажа (внизу)

Многие микросхемы для установки в отверстия на плате и для поверхностного монтажа сходны по функциям. Единственное различие – это размер (хотя некоторые версии для поверхностного монтажа работают при меньшем напряжении).

Корпус микросхемы обычно делается из пластика или эпоксидной смолы. Обычная микросхема, как правило, поставляется в корпусе с двухрядным расположением выводов; это означает, что он имеет два ряда контактов. Сокращенное обозначение такого корпуса – DIP (dual-inline package) или PDIP (если он сделан из пластика).

Корпуса для поверхностного монтажа часто обозначаются аббревиатурами, которые начинаются с буквы S, например SOIC (small-outline integrated circuit, микросхема в малогабаритном корпусе или ИС в корпусе типа SO). Существует множество вариантов микросхем для поверхностного монтажа, с разным расстоянием между выводами и другими параметрами. Все они не подходят для наших экспериментов, и если вы приобретаете компоненты самостоятельно, то должны быть внимательными, чтобы не купить такие микросхемы по ошибке.

Внутри корпуса находится тоненькая пластина из кремния (подложка), которая и дала жизнь названию «чип» (chip – тонкая пластина), применяемому для обозначения микросхемы в целом. Тонкие провода соединяют подложку с внешними выводами по сторонам корпуса микросхемы.