Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 69)

Книга Making Things Talk, ее автор Том Иго (Тот Igoe) (издательство Make: Books, 2011 год)[15]. Это масштабное и всеохватывающее издание рассказывает о возможностях контроллера Arduino для взаимодействия с окружающей средой и даже для получения доступа к веб-сайтам.

Книга TTL Cookbook («ТТЛ-рецепты») Дона Ланкастера (Don Lancaster) (издательство Howard W. Sams & Со, 1974 год). Дата выхода 1974 год – это не опечатка. Возможно, вы встретите и более поздние издания, но что бы вы ни купили – это книги, которые являются переизданиями. Ланкастер написал свое руководство до того, как принципы работы микросхем серии 74хх были воспроизведены в КМОП-микросхемах с аналогичным расположением выводов (например, в серии 74НСхх), но это по-прежнему хороший справочник, поскольку принципы и маркировка микросхем не поменялись. Написан он очень точно и лаконично.

Просто имейте в виду, что информация о напряжении высокого и низкого логических состояний теперь не является точной.

Книга CMOS Sourcebook («Основные КМОП-микросхемы») Ньютона К. Браги (Newton С. Braga) (издательство Sams Technical Publishing, 2001 год). Эта книга полностью посвящена КМОП-микросхемам серии 4000, а не серии 74НСхх, с которой мы в основном имели дело. Серия 4000 более ранняя и требует аккуратного обращения, поскольку она сильнее подвержена воздействию статического электричества, чем последующие поколения. Тем не менее, эти микросхемы по-прежнему широко доступны, а их главное преимущество – способность работы в широком диапазоне напряжений, как правило, от 5 до 15 В. Это означает, например, что вы можете создать 12-вольтовую схему на таймере 555 и соединить выход таймера напрямую с КМОП-микросхемой. Книга хорошо структурирована и содержит три раздела: основы КМОП-логики, функциональные диаграммы (показывающие расположение выводов всех основных микросхем) и простые схемы, демонстрирующие, как заставить микросхемы выполнять основные функции.

Encyclopedia of Electronic Circuits («Энциклопедия электронных схем») Рудольфа Ф. Графа (Rudolf F. Graf) (издательство Tab Books, 1985 год). Разносторонняя коллекция схем с минимальными пояснениями. Эта книга пригодится, если у вас есть идея и вы хотите узнать, каким образом кто-либо другой подошел к ее решению. Примеры часто предоставляют более ценную информацию, чем общие объяснения, а эта книга является большим сборником примеров. В этой серии было опубликовано много дополнительных томов, но начните с этого, и вы найдете в нем все необходимое.

Книга The Circuit Designer’s Companion («Компаньон проектировщика схем») Тима Уильямса (Tim Williams) (издательство Newnes, второе издание, 2005 год). Много полезной информации о создании устройств для практического применения, но стиль изложения сухой и довольно технический. Может оказаться полезной, если вы заинтересованы воплотить ваши электронные проекты в реальном мире.

Книга The Art of Electronics («Искусство электроники») Пола Хоровитца (Paul Horowitz) и Уинфилда Хилла (Winfield Hill) (издательство Cambridge University Press, 2-е издание, 1989 год)[16]. Тот факт, что эта книга переиздавалась 20 раз, говорит о следующем: 1) многие считают ее фундаментальным справочником; 2) должны быть широко доступны подержанные экземпляры, что является важным фактором, поскольку розничная стоимость книги составляет 100$. Она написана двумя академиками и имеет более технический подход, чем «Практическая электроника для изобретателей», но я нахожу ее полезной для поиска вспомогательной информации.

Книга Getting Started in Electronics («Первые шаги в электронике») Форреста М. Мимса-третьего (Forrest М. Mims III) (издательство Master Publishing, 4-е издание, 2007 год). Хотя первое издание вышло в 1983 году, эта книга по-прежнему увлекательна. Я думаю, что изложил здесь многие темы из нее, но вы можете извлечь дополнительную пользу, если почитаете объяснения и советы в совсем другом источнике. К тому же эта книга чуть дальше заглядывает в теорию электричества, написана на доступном для понимания языке и снабжена прекрасными иллюстрациями. Предупреждаю – это книга небольшого объема с разнородной подачей материала. Не стоит ожидать, что она ответит на все ваши вопросы.

Эксперимент 25. Электромагнитные явления

Теперь, когда я предложил возможные направления для дальнейшей работы, позвольте затронуть очень важную тему, которая ждала своей очереди: взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями. Так мы придем к вопросам воспроизведения звука и к работе радио, я опишу основы самоиндукции, которая является третьим и последним основным свойством пассивных компонентов (другие два – сопротивление и емкость). Я оставил индуктивность напоследок, поскольку в цепях постоянного тока она имеет ограниченное применение. Но как только мы начинаем работать с аналоговыми колебаниями, она становится фундаментальной.

Двусторонняя взаимосвязь

Электрическое поле может создавать магнитное. Магнитное поле может приводить к появлению электрического.

Два принципа лежат в основе электромагнитного взаимодействия:

• Когда ток течет по проводу, вокруг провода образуется магнитное поле. Этот принцип используется почти в каждом электродвигателе.

• Когда провод перемещается в магнитном поле, в проводе возникает электрический ток. На этом принципе основаны генераторы электроэнергии.

Дизельный двигатель, гидротурбина, ветряк или какой-либо другой источник энергии может вращать проволочную обмотку в мощном магнитном поле. В витках обмотки индуцируется электрический ток. За исключением солнечных батарей, все другие промышленные источники электрической энергии используют магниты и проволочные обмотки.

В следующем эксперименте вы увидите впечатляющую демонстрацию этого эффекта. Вы должны были изучать его в рамках школьной программы, но даже если вы и проводили подобный эксперимент ранее, предлагаю выполнить его еще раз, потому что подготовка к нему займет совсем мало времени.

Что вам понадобится

• Большая отвертка (1 шт.)

• Провод 22-го калибра (диаметр 0,64 мм) или тоньше (не более 1,8 метра)

• Батарея на 9 В (1 шт.)

• Скрепка (1 шт.)

Несложный опыт

Все очень просто. Намотайте провод на стержень отвертки возле ее наконечника. Витки должны быть аккуратными, плотными, расположенными близко друг к другу, вам необходимо сделать 100 витков, которые умещаются на расстоянии не более 5 см. Чтобы уместить их на таком пространстве, вам потребуется наматывать витки поверх предыдущих. Для надежности последний виток закрепите изолентой.

Теперь подключите к концам провода 9-вольтовую батарею. На первый взгляд, может показаться, что так делать нельзя, поскольку вы замкнете батарею накоротко, как это было в эксперименте 2. Но когда вы пропускаете ток через провод, который образует витки, а не является прямым, электрический ток действует иначе и способен выполнить определенную работу (например, он может двигать скрепку). Поместите небольшую скрепку рядом с наконечником отвертки, как показано на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Этот простейший электромагнит способен притянуть скрепку

Рис. 5.10. Самая простая схема

Рис. 5.11. Когда электрический ток протекает слева направо по этому проводнику, он индуцирует магнитное поле, показанное стрелками

Поверхность должна быть гладкой, чтобы скрепка могла свободно скользить. Поскольку многие отвертки являются магнитными, может получиться так, что скрепка и без подачи тока притягивается к наконечнику отвертки. Если это происходит, отодвиньте скрепку за пределы зоны притяжения. Теперь подайте ток в цепь, и скрепка должна сразу же притянуться к кончику отвертки. Поздравляю, вы только что собрали электромагнит. Его электрическая схема показана на рис. 5.10.

Индуктивность

Когда электрический ток течет по проводу, он создает вокруг него магнитное поле (рис. 5.11). Поскольку электричество «индуцирует» этот эффект, он называется индуктивностью.

Поле вокруг прямого провода очень слабое, но если вы свернете провод в кольцо, силовые линии магнитного поля будут концентрироваться, действуя по направлению через центр круга, как показано на рис. 5.12. Если мы добавим больше витков, создав обмотку, то концентрация силовых линий еще больше возрастет. А если мы поместим стальной или железный объект (например, отвертку) в центр обмотки, ее эффективность увеличится еще больше.

Рис. 5.12. Когда проводник согнут в виде кольца, результирующее магнитное поле концентрируется внутри, как показано большой стрелкой

Рис. 5.13. Графики зависимости индуктивности от размеров обмотки и числа витков в ней и приближенная расчетная формула

На рис. 5.13 это показано в виде графиков, наряду с формулой, известной как «приближение Уилера», которая позволяет приблизительно вычислить индуктивность катушки, если вы знаете внутренний и внешний радиусы, ширину и число витков обмотки. (Значения должны быть в дюймах, а не в метрической системе.) Основная единица индуктивности – генри, названная в честь американского первопроходца в изучении электричества Джозефа Генри. Поскольку это очень крупная единица (подобно фараду), формула выражает индуктивность в микрогенри.