Простое руководство по устройствам свободной энергии Автор: Патрик Дж. Келли

 

Базовая электроника

 

Вступление
Этот документ не является углубленным изложением предмета электроники. Вместо этого он предназначен для того, чтобы дать вам достаточные (эмпирические) знания по предмету, чтобы иметь возможность понимать, проектировать и создавать простые схемы, такие как схемы управления, используемые с устройствами Свободная энергия, описанными в последующих частях этой электронной книги.

 

Отречение
Данный материал предоставлен исключительно в информационных целях. Если вы решите попытаться сконструировать какое-либо устройство на основе информации, представленной здесь, и нанести травму себе или любому другому человеку, я не несу никакой ответственности. Чтобы уточнить это; если вы возьмете что-то в тяжелую коробку и уроните его на носок, я не несу ответственности за любые травмы, которые вы можете получить (вы должны научиться быть более осторожными). Если вы попытаетесь построить какую-то электронную схему и обжечь себя паяльником, я не несу ответственности. Кроме того, я настоятельно рекомендую, чтобы, если вы не разбираетесь в электронике, вы не создавали никаких устройств, использующих или производящих более 30 Вольт, - цепи высокого напряжения чрезвычайно опасны, и их следует избегать, пока вы не приобретете опыт или не сможете получить помощь и надзор за человек, имеющий опыт построения высоковольтных цепей.

 

Вольтаж.
Напряжение является ключом к пониманию электроники. Без напряжения в электронике ничего не происходит. Что это? Никто не знает. Мы знаем, как его генерировать. Мы знаем, что он делает. Мы знаем, как это измерить, но никто не знает, что это на самом деле.

 
Его также называют Электро-движущая сила или ЭДС, который не помогает понять, что это такое. Это примерно эквивалентно тому, чтобы сказать то, что толкает, это то, что толкает - очень верно, но абсолютно никакой помощи вообще. Хорошо, признав, что мы действительно не знаем, что это такое, мы можем начать говорить то, что мы знаем об этом:

 
Новая батарея имеет напряжение между своими клеммами. Говорят, что это напряжение вызывает ток через любую полную электрическую цепь, расположенную на нем. Ток, протекающий по цепи, может вызывать различные вещи, такие как создание света, создание звука, создание тепла, создание магнетизма, создание движения, создание искр и т. Д. И т. Д.

 
Используя ток, вызванный напряжением, устройство под названием Вольтметр может указывать, насколько велико напряжение. Чем больше напряжение, тем больше ток и больше дисплей вольтметра. Вольтметр может иметь цифровой дисплей, на котором вы считываете напряжение непосредственно с дисплея, или это может быть аналоговый вольтметр, где напряжение отображается положением стрелки на шкале. Размер напряжения указан в Вольтах, который является единицей измерения, названной в честь человека Вольта, который подал напряжение миру (оно всегда было, мы просто не знали об этом).

 

Напряжения складываются, если они подключены одинаково, то есть все клеммы + обращены одинаково:

 

 

Физический размер батареи обычно определяет период времени, в течение которого она может подавать любой данный ток - чем больше батарея, тем дольше она может обеспечивать любой данный ток. Батарея состоит из нескольких ячеек. Количество элементов в батарее контролирует напряжение батареи. Например, батарея размера АА (то, что раньше называлась фонариком) имеет один элемент и поэтому вырабатывает 1,5 Вольт, когда она новая. В очень большой и тяжелой D батарее также есть только один элемент, поэтому он также выдает 1,5 Вольт, когда новый. Разница (помимо более высокой стоимости элемента D) заключается в том, что больший элемент может обеспечивать гораздо более высокий ток, если обе батареи разряжаются в течение одного и того же периода времени.

 

Есть несколько различных типов конструкции батареи. Аккумуляторная батарея NiCad имеет один элемент, но его конструкция означает, что при полной зарядке он вырабатывает около 1,35 Вольт. Попутно, никель-кадмиевые аккумуляторы обладают характеристикой памяти, которая означает, что если они перезаряжаются до полной разрядки, то при следующей разрядке они разряжаются при уровне напряжения, который был при последней зарядке. Следовательно, перед полной зарядкой рекомендуется полностью разрядить никель-кадмиевую батарею.
 
Аккумуляторы для автомобилей и мотоциклов обозначаются как свинцово-кислотные аккумуляторы. Этот тип конструкции не очень удобен, будучи большим, тяжелым и потенциально агрессивным. Большим преимуществом является способность обеспечивать очень высокие токи и давать 2,0 вольт на элемент. Эти батареи, как правило, производятся с напряжением 6 или 12 вольт. Ампер-часы для свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов обычно указываются для 20-часового периода разряда, поэтому полностью заряженная новая аккумуляторная батарея на 20 А может обеспечить 1 А для 20-часового непрерывного использования. Батарея, заряженная на 5 А, не будет обеспечивать этот ток в течение 4 часов, но может длиться только 2 часа или, возможно, немного лучше. Литература производителей должна давать представление о производительности, но, если это важно, запустите собственный тест, чтобы увидеть, как батарея действительно работает на практике.

 
Блоки питания известны в мире электроники как блоки питания или блоки питания для краткости. Они преобразуют сетевое напряжение (220 вольт в Великобритании, 110 вольт в США) в удобное низкое напряжение; 12 Вольт, 9 Вольт, 6 Вольт, или все, что нужно. Блок питания может подавать несколько разных напряжений одновременно.

 

 

Сопротивление.
Знание напряжения и сопротивления является ключом к пониманию электронных схем. Сопротивление - это мера того, насколько трудно току течь через что-то. Некоторые материалы, такие как стекло, керамика, дерево и большинство пластмасс, не легко переносят ток и поэтому считаются изоляторами. Вот почему вы увидите линии электропередач, подвешенные на своих пилонах к серии керамических дисков. Ток легко протекает через металлы, особенно по поверхности металла, поэтому кабели изготавливаются из металлических проводов, окруженных слоем пластиковой изоляции. Кабели более высокого качества имеют проводные жилы, состоящие из множества жил малого диаметра, поскольку это увеличивает площадь поверхности металла для любой заданной площади поперечного сечения металлического сердечника (это также делает кабель более гибким и, как правило, более дорогим),

 

Существует очень важная третья группа материалов, в частности кремний и германий, которые находятся между проводниками и изоляторами. Неудивительно, что их называют полупроводниками, и величина тока, который они могут переносить, зависит от электрических условий, в которых они находятся. Гораздо больше об этом позже.

 

Хотя металлическая проволока очень хорошо проводит ток, она не идеальна в работе и поэтому обладает некоторым сопротивлением току, протекающему через него. Чем толще провод, тем ниже сопротивление. Чем короче провод, тем ниже сопротивление. Первые исследователи использовали эту характеристику для управления работой цепей. Иногда, когда требовалось более высокое сопротивление, исследователю требовались длинные провода, которые могли запутаться. Для управления проводом использовалась доска с гвоздями вдоль каждой стороны, и провод наматывался назад и вперед по доске так:

 

 

При рисовании принципиальной схемы исследователь нарисует на доске провод, дающий зигзагообразную линию, которая до сих пор используется для обозначения резистора, хотя в настоящее время используются другие методы построения. Альтернативным символом для резистора является простой прямоугольник, как показано выше

 
Если через батарею подключен резистор, образуется цепь, и вокруг нее течет ток. Ток не виден, но это не значит, что его там нет. Ток измеряется в амперах, а прибор, используемый для его отображения, представляет собой амперметр. Если мы поместим амперметр в цепь, он покажет ток, протекающий по цепи. Попутно, сам амперметр имеет небольшое сопротивление, поэтому включение его в цепь действительно очень мало уменьшает ток вокруг цепи. Также показана лампочка. Если ток, протекающий по цепи, достаточно высокий и лампочка выбрана правильно, лампочка загорится, показывая, что ток течет, а амперметр точно покажет, сколько тока течет:

 

 

Как показано справа, эта схема будет показана экспертом-электронщиком (метки Резистор, Амперметр и Лампа почти наверняка не будут показаны). Существует несколько различных стилей рисования принципиальных схем, но они одинаковы в основных элементах. Одна важная общая особенность состоит в том, что, если нет какой-то очень необычной и веской причины не делать этого, каждая стандартная принципиальная схема будет иметь положительную линию напряжения горизонтально вверху диаграммы и отрицательную как горизонтальную линию внизу. Они часто упоминаются как положительные и отрицательные рельсы. Там, где это возможно, схема рисуется так, что ее работа происходит слева направо, то есть первое действие, выполняемое схемой, находится слева, а последнее действие размещается справа.
 

Резисторы выпускаются нескольких размеров и разновидностей. Они бывают фиксированными и переменными версиями. Наиболее часто используемым является диапазон с фиксированным углеродом E12. Это диапазон значений, который имеет 12 значений резистора, которые повторяются: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82, а затем: 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330, 390, 470, 560, 680, 820 и затем: 1000, 1200, 1500, 1800, 2200, 2700, 3300, 3900, 4700, 5600, 6800, 8200 и т. Д. В настоящее время схемы часто несут малая мощность, и поэтому резисторы могут быть сделаны в очень маленьких физических размерах. Чем выше значение сопротивления резистора, тем меньше ток будет проходить через него, когда на него подается напряжение. Поскольку может быть трудно увидеть печать на маленьких резисторах, сгруппированных вместе на печатной плате и окруженных другими более крупными компонентами, значения резисторов не записываются на резисторах, вместо этого резисторы имеют цветовую кодировку. Единицей измерения для резисторов является ом, который имеет очень маленький размер. Большинство резисторов, с которыми вы сталкиваетесь, будут в диапазоне от 100 до 1000000 Ом. Чем выше сопротивление любого резистора, тем меньше будет ток, протекающий через него.

 

Код цвета, используемый на резисторах:

 

0 черный

1 коричневый

2 красных

3 оранжевый

4 желтый

5 зелёных

6 синий

7 Фиолетовый (Фиолетовый, если ваше цветовое зрение очень хорошее)

8 серый

9 Белый

 

Каждый резистор обычно имеет три цветовых полосы, чтобы указать его значение. Первые две полосы - это числа, а третья - это количество ноль:

 

 

Зелёный: 5 Желтый: 4

Синий: 6 фиолетовый: 7

Красный: 2 нолики Зелёный: 5 ноликов

Значение: 5600 Ом или 5,6 кОм или 5 кОм Значение: 4 700 000 кОм или 4,7 М или 4 М7

 
Цветные полосы считываются слева направо, а первая полоса находится рядом с одним концом корпуса резистора. Часто существует четвертая полоса, которая указывает на производственный допуск: вы можете игнорировать эту полосу.

 

Примеры:
 
Красный, Красный, Красный: 2 200 Ом или 2K2

Желтый, Фиолетовый, Оранжевый: 4 000 Ом или 47 КБ

Коричневый, Черный, Коричневый: 1 0 0 Ом или 100R

Апельсин, апельсин, апельсин: 3 000 Ом или 33 К

Коричневый, зеленый, красный: 1500 Ом или 1 кОм

Коричневый, Зеленый, Черный: 1 5 без нолей или 15 Ом

Синий, серый, оранжевый: 6 8 000 Ом или 68 кОм

Коричневый, Зеленый, Зеленый: 1500000 Ом или 1 500 000 Ом или 1M5

Желтый, Фиолетовый, Коричневый: 4 7 0 Ом

 

Поскольку в течение десятилетия существует только 12 стандартных значений резисторов, существует только 12 наборов первых двух цветовых полос:
10: коричневый / черный,
12: коричневый / красный,
15: коричневый / зеленый,
18: коричневый / серый
22: красный / красный,
27: красный / фиолетовый
33: оранжевый / оранжевый,
39: оранжевый / белый
47: желтый / фиолетовый
56: зеленый / синий
68: синий / серый
82: серый / красный

 

 

 

 

 

 

Приведенные выше подробности дают вам всю основную информацию о цветовых кодах резисторов, но есть несколько дополнительных уточнений. Внизу корпуса резистора есть

 

 

дополнительная цветная полоса, как показано здесь:

Эта дополнительная полоса используется, чтобы указать производственный допуск конструкции резистора. Значения резисторов никогда не бывают точными, и это редко оказывает существенное влияние на их использование в цепях. Если какая-то цепь нуждается в очень точных значениях резисторов, купите несколько резисторов с одинаковым номинальным значением и используйте омметр для измерения этого фактического значения каждого конкретного резистора, и, если ни один из них не идеален, то используйте два или более резистора, чтобы получить точное значение хотел.


Диапазон допуска имеет следующие коды:


Серебро составляет 10% (т. Е. Резистор 10К этого типа должен быть между 9К и 11К)
Золото 5% (т. Е. Резистор 10К этого типа должен быть между 9,5К и 10,5К)
Красный 2% (т. Е. Резистор 10 КБ этого типа должен быть между 9,8 К и 10,2 К)
Коричневый 1% (т. Е. Резистор 10К этого типа должен быть между 9,9К и 10,1К)
Зеленый 0,5% (т. Е. Резистор 10 кОм этого типа должен быть между 9,95 кОм и 10,05 кОм)
Синий 0,25% (т. Е. Резистор 10 КБ этого типа должен быть между 9,975 К и 10,025 К)
Фиолетовый 0,1% (т. Е. Резистор 10 КБ этого типа должен быть между 9,99 К и 10,01 КБ)


Резисторы этого типа в диапазонах 10% и 5% являются наиболее распространенными, поскольку они являются самыми дешевыми в покупке и, как правило, наиболее популярными. В последнее время, однако, были добавлены два дополнения к кодированию, чтобы обеспечить резисторы с очень высокими характеристиками, с которыми средний конструктор может никогда не столкнуться. Каждое из этих дополнений включает одну дополнительную цветовую полосу. Первая дополнительная цветная полоса допускает дополнительную цифру в значении резистора и выглядит следующим образом:

 

 

 

Как и прежде, цветовое кодирование точно такое же, с четвертой цветовой полосой, указывающей количество нулей после цифр, обозначенных цветными полосами перед ним. Таким образом, в примере, показанном выше, первая полоса, обозначенная красным, обозначает 2. Вторая цветная полоса фиолетового цвета обозначает 7. Третья цветная полоса, обозначенная зеленым цветом, обозначает 5, а четвертая цветовая полоса, обозначаемая красным, обозначает 2 нуля, поэтому при их объединении получается значение 27 500 Ом, которое также можно записать как 27,5 К или более кратко как 27K5.

 

 

Другой пример этого:

 

 

 

Четвертое цветовое кодирование также было расширено, чтобы включить два других цвета:

 

Золото: означает нет нулей и делится на 10, поэтому, если полоса в вышеприведенном примере была золотой, то значение было бы 56,4 Ом.

 

Серебро: означает нет нулей и делится на 100, и если полоса в качестве примера была серебряной, то значение было бы 5,64 Ом.

 

 

Наконец, для приложений очень высокого качества (как правило, для военных целей) может быть шестая цветовая полоса, расположенная вне полосы допусков, и эта окончательная цветовая полоса указывает, насколько можно ожидать изменения значения сопротивления при изменении температуры. Это не то, что может вас заинтересовать, но коды для этой окончательной цветовой полосы:


Коричневый: 0,01% от значения резистора для каждого градуса Цельсия.
Красный: 0,005% от значения резистора для каждого градуса Цельсия.
Желтый: 0,0025% от значения резистора для каждого градуса Цельсия.
Оранжевый: 0,0015% от значения резистора для каждого градуса Цельсия.


Чтобы поместить это в контекст, наихудшее из них представляет изменение значения резистора на 1% при переходе от температуры льда к температуре кипящей воды. Это то, что вас ействительно волнует? Я не.


Оставляя детали идентификации отдельных резисторов, теперь мы подошли к интересной части: что происходит, когда в цепи несколько резисторов. Важно следить за напряжениями, генерируемыми в цепи. Они определяют текущие токи, используемую мощность и то, как цепь будет реагировать на внешние события

 

Например вот эта схема:

 

 

Какое напряжение в точке А? Если вам хочется сказать кого это волнует?, То ответ вы, если вы хотите понять, как работают схемы, потому что напряжение в точке А является жизненно важным. На данный момент, игнорируйте эффект вольтметра, используемого для измерения напряжения.
 
Если R1 имеет то же сопротивление, что и R2, то напряжение на A составляет половину напряжения батареи, то есть 4,5 Вольт. Половина напряжения батареи падает на R1 и половина на R2. Неважно, каково действительное сопротивление R1 или R2, если они имеют одинаковое сопротивление. Чем выше сопротивление, тем меньше протекает ток, тем дольше работает батарея и тем сложнее точно измерить напряжение.

 
Нет необходимости выполнять какие-либо вычисления для определения напряжения в точке A, поскольку именно отношение значений резистора определяет напряжение. Если вы действительно хотите, вы можете рассчитать напряжение, хотя это не обязательно. Метод для этого будет показан вам в ближайшее время. Например, если R1 и R2 имеют значение 50 Ом, то ток, протекающий через них, будет 9 вольт / 100 Ом = 0,09 А (или 90 мА). Падение напряжения на R1 составит 50 Ом = Вольт / 0,09 А или Вольт = 4,5 Вольт. Точно такой же расчет показывает, что напряжение на R2 также равно 4,5 вольт. Однако здесь следует подчеркнуть, что именно отношение R1 к R2 контролирует напряжение в точке А.


Если R1 имеет вдвое меньшее сопротивление, чем R2, то на него падает вдвое меньше напряжения, чем на R2, т. Е. На R1 падает 3 Вольт, что дает точке А напряжение 6 В, и именно так будет вольтметр. шоу. Опять же, не имеет значения, каково действительное значение R1 в омах, при условии, что R2 имеет в два раза больше сопротивления (показано более высоким числом на резисторе).

 
Если R1 имеет в два раза больше сопротивления, чем R2, то на него падает вдвое больше напряжения, чем на R2, то есть на R1 падает 6 Вольт, что дает точке А напряжение 3 Вольт. Вот несколько примеров с разными резисторами:

 

 

 

Такое же деление напряжения питания можно получить, установив ползунок переменного резистора в разные точки, вращая вал устройства:

 

 

Это определение уровней напряжения является ключевым фактором для понимания электронных схем. Уровни напряжения контролируют токи, которые протекают, и то, как будет работать каждая цепь, поэтому важно понимать, что происходит. Придерживайтесь этого раздела, пока не поймете его, и, если необходимо, задайте вопросы о том, что вам трудно.

 

Во-первых, пожалуйста, поймите, что хорошая батарея является неограниченным источником напряжения, и это напряжение не расходуется, когда к нему подключен резистор:

 

 

Может быть некоторая трудность в понимании соединения 0 вольт в цепи. Все это означает, что это обратная линия для тока, протекающего от батареи. Большинство традиционных цепей подключены к обеим сторонам батареи, и это позволяет току течь вокруг замкнутой цепи от одной клеммы батареи к другой клемме.


Обычной практикой является создание принципиальной схемы, чтобы клемма плюс батареи находилась сверху, а клемма минус - снизу. Многие принципиальные схемы показывают отрицательную линию внизу, соединенную с землей, или заземление, которое буквально представляет собой металлический стержень, вбиваемый в землю, чтобы обеспечить хорошее электрическое соединение с землей. Это сделано потому, что Земля буквально является огромным резервуаром отрицательного электричества. Однако в действительности большинство цепей никак не связаны напрямую с Землей. Стандартная принципиальная схема может быть представлена ​​как график напряжения: чем выше диаграмма, тем выше напряжение.

В любом случае, когда цепь подключена к батарее, отрицательная линия или линия 0 В просто указывает путь возврата к батарее для текущего тока:

 

 

Этот принцип применяется немедленно к следующей схеме:

 

 

Здесь мы сталкиваемся с двумя новыми компонентами. Первым является VR1, который является переменным резистором. Это устройство представляет собой резистор с ползунком, который можно перемещать с одного конца резистора на другой. В приведенной выше цепи переменный резистор подключен к 9-вольтовой батарее, поэтому верхняя часть резистора находится на +9 Вольт (относительно отрицательной клеммы аккумулятора), а нижняя - на 0 Вольт. Напряжение на ползунке можно регулировать от 0 Вольт до 9 Вольт, перемещая его вдоль резистора, поворачивая вал компонента (к которому обычно прикреплена ручка).

 
Второе новое устройство - это TR1 транзистор. Этот полупроводник имеет три соединения: коллектор, основание и эмиттер. Если напряжение на базе ниже 0,7 вольт, то транзистор называется выключенным и в этом состоянии он имеет очень высокое сопротивление между коллектором и эмиттером, намного превышающее сопротивление резистора R2. Только что рассмотренный механизм деления напряжения означает, что напряжение на коллекторе, таким образом, будет очень близко к 9 Вольт - вызвано отношением сопротивления коллектора / эмиттера транзистора по сравнению с резистором R2.

 
Если напряжение на базе транзистора поднимается до 0,7 В при медленном перемещении ползунка переменного резистора вверх, то это подает небольшой ток на базу, которая затем течет через эмиттер, включая транзистор, вызывая сопротивление между коллектором и эмиттером мгновенно падает до очень низкого значения, намного, намного ниже, чем сопротивление резистора R2. Это означает, что напряжение на коллекторе будет очень близко к 0 Вольт. Поэтому транзистор можно включать и выключать, просто вращая вал переменного резистора:

 

 

 

Если вместо R2 используется лампочка, она загорается при включении транзистора. Если используется реле или оптоизолятор, тогда может работать вторая цепь:

 

 

 

Если вместо R2 используется зуммер, то при включении транзистора прозвучит звуковое предупреждение. Если резистор VR1 заменяет светозависимый резистор, тогда транзистор включается при увеличении или уменьшении уровня освещенности в зависимости от того, как подключен датчик. Если вместо VR1 используется термистор, тогда транзистор может быть включен повышением или понижением температуры. То же самое касается звука, скорости ветра, скорости воды, уровня вибрации и т. Д. И т. Д. - об этом позже.

 

Нам нужно изучить схему резистора более подробно:

 

 

Нам нужно вычислить, какой ток течет по цепи. Если цепь содержит только резисторы, то это можно сделать с помощью закона Ома, в котором говорится, что Сопротивление равно напряжению, деленному на ток, или, если вы предпочитаете:

Закон Ома (только резистивные цепи).


Ом = Вольт / Ампер, который указывает единицы измерения.

 
В приведенной выше схеме, если напряжение составляет 9 Вольт, а сопротивление - 100 Ом, то по закону Ома мы можем рассчитать ток, протекающий по цепи, как 100 Ом = 9 Вольт / Ампер, или Ампер = 9/100, что равно 0,09 Ампер. Чтобы избежать десятичных знаков, используется единица измерения 1 миллиампер. В 1 Ампер есть 1000 миллиампер. Только что рассчитанный ток обычно выражается как 90 миллиампер, который записывается как 90 мА.

 

 

Используя закон Ома, мы можем рассчитать, какой резистор использовать, чтобы обеспечить любой требуемый ток. Если напряжение составляет 12 Вольт, а требуемый ток составляет 250 мА, тогда как Ом = Вольт / Ампер, необходимый резистор определяется как: Ом = 12 / 0,25 А, что равно 48 Ом. Ближайший стандартный резистор составляет 47 Ом (желтый / фиолетовый / черный).
 
Последнее, что нужно сделать, это проверить мощность резистора, чтобы убедиться, что резистор не сгорит при подключении в предложенной цепи. Расчет мощности дается:


Вт = Вольт х Ампер. В последнем примере это дает Вт = 12 х 0,25, что составляет 3 Вт. Это намного больше, чем большинство резисторов, используемых в настоящее время в схемотехнике.

 
Взяв более ранний пример, Вт = Вольт х Ампер, поэтому Вт = 9 х 0,027, что дает 0,234 Вт. Опять же, чтобы избежать десятичных дробей, используется единица 1 милливатт, где 1000 милливатт = 1 ватт. Таким образом, вместо записи 0,234 Ватт, обычно записывают его как 234 мВт.
 
Этот метод определения напряжения, сопротивления и мощности применим к любой цепи, независимо от того, насколько неудобной она может быть. Например, возьмем следующую схему, содержащую пять резисторов:

 

 

 

Так как ток, протекающий через резистор R1, должен затем проходить через резистор R2, они, как говорят, последовательно, и их сопротивления складываются вместе при расчете потоков тока. В приведенном выше примере оба резистора R1 и R2 являются резисторами 1 кОм, поэтому вместе они имеют сопротивление току 2 кОм (то есть 2000 Ом).

 
Если два или более резистора соединены друг с другом, как показано на правой стороне диаграммы выше, они, как говорят, параллельны, и их сопротивления объединяются по-разному. Если вы хотите выработать приведенное выше уравнение для себя, затем выберите напряжение на Rt, используйте закон Ома для расчета тока через Ra и тока через Rb. Сложите токи вместе (так как они оба взяты из источника напряжения) и снова используйте закон Ома, чтобы определить значение Rt, чтобы подтвердить, что уравнение 1 / Rt = 1 / Ra + 1 / Rb + .... правильный.

 
В приведенном выше примере R4 равен 1K5 (1500 Ом), а R5 равен 2K2 (2200 Ом), поэтому их совокупное сопротивление задается как 1 / Rt = 1/1500 + 1/2200 или Rt = 892 Ом (с использованием простого калькулятора). Примените проверку здравого смысла к этому результату: если бы это были два резистора на 1500 Ом, то объединенное значение было бы 750 Ом. Если бы они были двумя резисторами по 2200 Ом, то суммарное значение составило бы 1100 Ом. Поэтому наш ответ должен находиться в диапазоне от 750 до 1100 Ом. Если вы получили ответ, скажем, 1620 Ом, то сразу понимаете, что он неправильный, и арифметику нужно повторить.

 
Итак, как насчет напряжений в точках A и B в цепи? Поскольку значения R1 и R2 равны, они будут иметь одинаковые падения напряжения на них для любого заданного тока. Таким образом, напряжение в точке А будет в два раза меньше напряжения аккумулятора, то есть 6 вольт.

 
Теперь точка В. Резисторы R4 и R5 действуют так же, как один резистор на 892 Ом, поэтому мы можем просто представить два резистора в серии: R3 на 470 Ом и R4 + R5 на 892 Ом. Грубая проверка здравого смысла: поскольку R3 составляет только половину сопротивления R4 + R5, он будет иметь примерно вдвое меньшее падение напряжения на нем, чем падение напряжения на R4 + R5, то есть около 4 Вольт на R3 и около 8 Вольт на R4 + R5, поэтому напряжение в точке B должно составлять около 8 вольт.

 

Мы можем использовать закон Ома для расчета тока, протекающего через точку B:


Ом = Вольт / Ампер, (или Ампер = Вольт / Ом или Вольт = Ом x Ампер)

(470 + 892) = 12 А, т.

Ампер = 12 / (470 + 892)

Ампер = 12/1362 или

Ампер = 0,00881 Ампер (8,81 миллиампер).

Теперь, когда мы знаем ток, проходящий через (R4 + R5), мы можем рассчитать точное напряжение на них:

 

Сопротивление = вольт / ампер так

892 = Вольт / 0,00881 или

Вольт = 892 х 0,00881

Вольт = 7,859 Вольт.

Поскольку наша оценка здравого смысла составляла 8 Вольт, мы можем принять 7,86 Вольт как точное напряжение в точке B.

 

 

Потенциометр.
Непосредственно перед тем, как мы оставим тему резисторов и перейдем к более интересным темам, мы сталкиваемся с термином потенциометр. Этот термин часто сокращается до пота, и многие люди используют его для описания переменного резистора. Я упоминаю об этом только для того, чтобы вы могли понять, о чем они говорят. Переменный резистор не является потенциометром и не должен называться им. Вы можете пропустить остальную часть этой части, так как это совсем не важно, но вот что такое потенциометр:

 
Причудливое название для напряжения - потенциал, поэтому цепь, питаемая от 12-вольтной батареи, может быть описана как имеющая потенциал, равный нулю вольт на отрицательной стороне батареи, и потенциал, равный плюс двенадцати вольт на положительной стороне. сторона батареи. Обычные люди, такие как я, просто скажут напряжение вместо потенциал.

 
Когда вольтметр используется для измерения напряжения в любой точке цепи, он изменяет схему, потребляя небольшое количество тока из цепи. Вольтметр обычно имеет высокое внутреннее сопротивление, поэтому ток очень мал, но, несмотря на то, что это небольшой ток, он изменяет цепь.

 

Следовательно, сделанные измерения не совсем верны. Ученые за прошедшие годы преодолели проблему с помощью очень аккуратного решения - они измерили напряжение, не беря никакого тока из цепи - аккуратно, да? Они также сделали это с очень простой договоренностью:

 

 

Они использовали чувствительный измеритель для измерения тока. Этот измеритель построен так, что игла находится в центральном положении, если ток не течет. При прохождении положительного тока игла отклоняется вправо. Когда течет отрицательный ток, игла движется влево. Затем они подключили переменный резистор VR1 к той же батарее, которая питала цепь. Верхний конец VR1 находится на +12 Вольт (они называли это потенциал +12 Вольт), а нижний конец VR1 находится на нулевом вольт или потенциал нулевого вольт.

 
Перемещая ползунок VR1, можно выбрать любое напряжение или потенциал от нуля вольт до +12 вольт. Чтобы измерить напряжение в точке А, не потребляя ток из цепи, они подключили бы измеритель, как показано, и настраивали переменный резистор, пока показание измерителя не станет точно нулевым.

 

Поскольку показания счетчика равны нулю, ток, протекающий через него, также равен нулю, а ток, взятый из цепи, равен нулю. Поскольку ток не берется из цепи, измерение никак не влияет на цепь - очень умно. Напряжение на ползунке VR1 точно соответствует напряжению в точке A, поэтому с помощью калиброванной шкалы на переменном резисторе напряжение может быть считано.

Гладкая часть оборудования, состоящая из батареи, переменного резистора и измерителя, использовалась для измерения потенциала (напряжения) в любой точке и называлась потенциометром. Поэтому, пожалуйста, порадуйте меня, называя переменный резистор переменным резистором, а не потенциометром. Как я уже говорил ранее, это совсем не важно, и если вы хотите, вы можете называть переменный резистор хеффалумп, если вы знаете, как он работает.

 

Понимание того, что означают принципиальные схемы.

Многие люди смотрят на принципиальную схему и понятия не имеют, что это значит, поэтому посмотрим, сможем ли мы убрать тайну. Возьмем эту схему, например:

 

Эта схема состоит из трех компонентов плюс некоторый провод. Символ B обозначает батарею или, точнее говоря, батарею, состоящую из нескольких ячеек. Батареи бывают разных форм и размеров. Вот некоторые из них:

 

 

Символ Р обозначает резистор, как описано выше, а также тут есть светодиод, который, вероятно, выглядит следующим образом:

 

 

Чем дольше свинец является плюсом. Многим светодиодам нужно более 1,5 вольт, чтобы загореться, и хотя очень легко представить, что одна батарея размера АА составляет 1,5 вольта, очень распространенные никель-металлгидридные батареи размера АА составляют всего 1,2 вольт. Итак, давайте настроим схему, используя батарею 9 В и резистор на 330 Ом (оранжевый, оранжевый, коричневый), чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод. Схема это:

 

И это указывает на то, что плюс батареи подключается к резистору. Это может быть сделано с помощью некоторого провода, или резистор может быть подключен непосредственно к батарее:

 

 

Затем светодиод подключается к другому концу резистора:

 

 

 

И наконец, другая сторона светодиода связана с минусом батареи:

 

 

 

Если светодиод подключен неправильно, он ничего не повредит, но светодиод не загорится. Соединения плохого качества могут быть сделаны путем скручивания проводов. Более качественные соединения могут быть выполнены с помощью винтовых соединителей:

 

 

Расстояние между разъемами на полосе варьируется в зависимости от номинальной мощности разъемов, и обычно доступны четыре или пять размеров, поэтому иногда необходимо обрезать полосу и использовать отдельные разъемы время от времени. Другой вариант - использовать сменные платы, хотя они далеки от совершенства. Раньше они были очень хорошими, но потом появились интегральные схемы с их крошечным расстоянием между выводами, и платы адаптировались к ним, сделав отверстия и расстояние между отверстиями достаточно маленькими, чтобы соответствовать интегральным схемам. Теперь больше нельзя подключать обычные компоненты, такие как быстрый диод UF5408, так как провода диода слишком велики, чтобы вставлять их в крошечные отверстия:

 

 

 

 

Наиболее эффективным способом соединения является пайка компонентов вместе, что не составляет особого труда сделать. Veroboard (картон) удобен, и есть несколько других стилей, которые можно использовать. Когда я был очень маленьким и почти не имел компонентов, я использовал для этого вытягивающие штифты и припаянные компоненты, убивая излишнее тепло влажной тканью, которая очень быстро снижала температуру. Однако, независимо от того, какой метод подключения используется, вы просто следуете по соединительным линиям на любой диаграмме, чтобы увидеть, какие компоненты соединены вместе.

 

Полупроводники

В этом разделе рассматриваются дискретные полупроводники. В следующем разделе рассматриваются интегральные схемы, которые представляют собой крупномасштабные полупроводниковые устройства.

 


OРП12 Светозависимый резистор. Это устройство имеет высокое сопротивление в темноте и низкое сопротивление при ярком освещении. Он может быть помещен в схему для создания переключателя, который работает с увеличением уровня освещенности или уменьшением уровня освещенности:

 



В этой версии напряжение в точке А управляет цепью. В темноте ORP12 имеет сопротивление в десять раз больше, чем сопротивление R1, которое составляет 12000 Ом. Следовательно, напряжение в точке А будет высоким. По мере увеличения уровня освещенности сопротивление ORP12 падает, перетаскивая напряжение в точке А вниз. Поскольку переменный резистор VR1 подключен из точки A к шине заземления (-ve аккумулятора), его ползунок можно перемещать для выбора любого напряжения в диапазоне от 0 Вольт до напряжения A. Точка ползунка может быть выбрана для выключения транзистора при дневном свете и при включении ночью. Чтобы вызвать срабатывание схемы при повышении уровня освещенности, просто поменяйте местами положения R1 и ORP12.


Показанный транзистор является BC109, хотя большинство транзисторов будут работать в этой схеме. BC109 - это дешевый кремниевый NPN-транзистор. Он может выдерживать 100 мА и 30 В и может включать и выключать более миллиона раз в секунду. Он имеет три соединения: коллектор, обозначенный c на диаграмме, основание, обозначенное b на диаграмме, и излучатель, обозначенный e на диаграмме.


Как упоминалось ранее, он имеет очень высокое сопротивление между коллектором и эмиттером, когда ток не течет в основание. Если в базу подается небольшой ток, сопротивление коллектора / эмиттера падает до очень низкого значения. Ток коллектора, деленный на базовый ток, называется коэффициентом усиления транзистора и часто называется коэффициентом усиления.

 

Транзистор, такой как BC109 или BC108, имеет коэффициент усиления около 200, хотя это варьируется от фактического транзистора к фактическому транзистору. Усиление 200 означает, что ток 200 мА, проходящий через коллектор, требует 1 мА через базу, чтобы выдержать его. Конкретную информацию о характеристиках и соединениях полупроводников всех видов можно получить бесплатно на отличном веб-сайте www.alldatasheet.com, который предоставляет информационные файлы в формате PDF.


Транзистор BC109, показанный выше, является типом NPN. На это указывает стрелка символа, указывающая наружу. Вы также можете сказать, коллектор указывает на положительный рельс. Существуют аналогичные кремниевые транзисторы, сконструированные как устройства PNP. У них есть стрелка в символе транзистора, указывающая внутрь, и их коллекторы подключены, прямо или косвенно, к отрицательной шине. Это семейство транзисторов является самой ранней конструкцией транзисторов и называется биполярными транзисторами.

 

Эти кремниевые транзисторы сконструированы настолько эффективно, что их можно напрямую соединять друг с другом, что значительно увеличивает коэффициент усиления. Эта договоренность называется пара Дарлингтона. Если каждый транзистор имеет усиление 200, то пара дает усиление 200 х 200 = 40000. Это приводит к тому, что для питания нагрузки может использоваться очень и очень малый ток. Следующая диаграмма показывает пару Дарлингтона, используемую в детекторе уровня воды. Этот тип тревоги может быть очень полезен, если вы спите на лодке, которая начинает набирать воду.

 

 

Здесь (когда цепь включена), транзистор TR1 имеет настолько малый ток утечки, что TR2 испытывает недостаток тока в базе и отключается, что дает ему высокое сопротивление на его коллекторном / эмиттерном соединении. Это истощает зуммер напряжения и сохраняет его выключенным. Датчик - это всего лишь два датчика, закрепленные на месте выше допустимого уровня воды. Если уровень воды поднимается, датчики подключаются через воду. Чистая вода имеет высокое электрическое сопротивление, но этот контур будет работать с чистой водой.

Скорее всего, в практической ситуации вода не будет особенно чистой. Резистор R1 включен для ограничения тока базы TR1 в случае короткого замыкания датчиков. Кремниевые биполярные транзисторы имеют напряжение основания / эмиттера около 0,7 В при полном включении. Пара Дарлингтона будет иметь напряжение около 1,4 В между основанием TR1 и эмиттером TR2, поэтому, если датчики датчика замкнуты вместе, резистор R1 будет иметь сопротивление 61,4 = 4,6 В. Закон Ом дает нам ток через него как R = V / A или 47 000 = 4,6 / A или A = 4,6 / 47 000 ампер. Это работает при 0,098 мА, который при коэффициенте усиления транзистора 40000 пропускает до 3,9 А через зуммер. Поскольку зуммер потребляет всего 30 мА или около того, он ограничивает ток, проходящий через него, и TR2 можно считать включенным с полным напряжением батареи через него.


NPN-транзисторы встречаются чаще, чем PNP-типы, но практической разницы между ними практически нет. Вот предыдущая схема с использованием транзисторов PNP:

 

 

Не большая разница. Большинство схем, показанных здесь, используют типы NPN, но они не только не являются критическими, но есть несколько способов проектирования любой конкретной схемы. В общем, полупроводники, показанные в любой схеме, редко бывают критическими. Если вы можете определить характеристики любого показанного полупроводника, любое разумно подобное устройство обычно можно заменить, особенно если у вас есть общее представление о том, как работает схема. Любой из двух предыдущих контуров может работать как детектор дождя. Подходящий датчик может быть легко изготовлен из куска полосовой доски с чередующимися полосами, образующими переплетенную сетку:

 

 

 

Здесь, если между любыми двумя соседними полосами образуется дождевая капля, цепь сработает и выдаст предупреждение.


Транзисторы в вышеупомянутой цепи соединены с их эмиттером (ами), подключенным к шине заземления (нижняя линия аккумулятора, показанная в любой цепи, считается "заземленной", если это специально не указано в другом месте). Этот метод подключения называется общий излучатель. Следующая схема использует транзистор, подключенный в режиме эмиттер-повторитель. Это то место, где излучатель должен следить за напряжением базы - он всегда ниже 0,7 В, если само основание не приводится ниже 0,7 В:

 

 

Это почти то же самое, что и схема с освещением, показанная ранее. В этом варианте транзисторы подключены таким образом, что они работают как повторитель-эмиттер, который следует за напряжением в точке А, которое увеличивается при падении уровня освещенности и повышении сопротивления ORP12. Это приводит к увеличению напряжения на реле до тех пор, пока реле не сработает и не закроет свои контакты. Реле - это управляемый напряжением механический переключатель, который будет описан более подробно позже.


Недостаток вышеупомянутой схемы заключается в том, что при уменьшении уровня освещенности ток через реле увеличивается, и он может представлять собой значительную величину тока в течение некоторого значительного времени. Если бы он был предназначен для питания устройства с батареей, то срок службы батареи был бы намного меньше, чем нужно. Нам хотелось бы, чтобы схема быстро переключалась из выключенного состояния во включенное, даже если пусковой сигнал изменялся очень медленно. Есть несколько способов добиться этого, один из них состоит в том, чтобы изменить схему, чтобы она стала триггером Шмитта:

 

 

Здесь дополнительный транзистор (TR2) значительно изменил работу схемы, причем транзистор TR3 полностью включился и полностью отключился, быстро. Это приводит к тому, что ток через реле будет очень низким, пока не сработает цепь.


Схема работает следующим образом. Когда напряжение на базе TR1 достаточно высокое, включается TR1, что приводит к тому, что сопротивление между его коллектором и эмиттером становится настолько низким, что мы можем рассматривать его как короткое замыкание (которое является соединением с сопротивлением, близким к нулю). Это эффективно соединяет резисторы 10K и 1K8 последовательно через аккумулятор. Напряжение в точке их подключения (как на коллекторе, так и на эмиттере TR1) будет примерно 1,8 Вольт. Два 18К резистора последовательно соединены с этим напряжением, поэтому напряжение на их соединении будет вдвое меньше; 0,9 Вольт.


Это ставит основание TR2 примерно на 0,9 Вольт, а его излучатель на 1,8 Вольт. Следовательно, база TR2 не на 0,7 Вольт выше своего эмиттера, поэтому ток TR2 базы / эмиттера не будет течь в TR2, что означает, что TR2 жестко отключен. Это означает, что сопротивление коллектора / эмиттера TR2 будет очень высоким. Напряжение на базе TR3 контролируется резистором 1K8, сопротивлением коллектора / эмиттера TR2 (очень высоким) и резистором 3K9. Это увеличивает базовое напряжение TR3 почти до полного напряжения батареи, и, поскольку он подключен как повторитель-эмиттер, его напряжение на эмиттере будет примерно на 0,7 Вольт ниже этого. Это означает, что на реле будет подаваться большая часть напряжения аккумуляторной батареи, и поэтому оно будет сильно включаться.


Некоторые практические замечания: Ток, текущий в базу TR3, проходит через резистор 3K9. Для резистора 3K9 требуется 3,9 Вольт на каждый 1 мА, который проходит через него. Если для работы реле требуется 150 мА, а TR3 имеет усиление 300, то для TR3 потребуется базовый ток 0,5 мА, чтобы обеспечить ток 150 мА через соединение коллектор / эмиттер. Если через резистор 3K9 протекает 0,5 мА, на нем будет падение напряжения примерно на 2 Вольт. Напряжение базы / эмиттера TR3 будет еще на 0,7 Вольт, поэтому напряжение на реле будет около 12,0 - 2,0 - 0,7 = 9,3 В, поэтому вы должны быть уверены, что реле будет работать надежно при 9 Вольт.

 

Если бы вы использовали пару транзисторов Дарлингтона, каждый с усилением 300 вместо TR3, то их суммарное падение напряжения базы / эмиттера составило бы 1,4 Вольт, но для них потребовался бы только базовый ток 150 мА / (300 x 300). = 1/600 мА. Этот ток будет падать только на 0,007 Вольт на резисторе 3К9, поэтому реле получит 10,6 Вольт.


Итак, как вы работаете с усилением какого-либо конкретного транзистора? Основным рабочим инструментом для электроники является мультиметр. Это цифровой или аналоговый измеритель, который может измерять самые разные значения: напряжение, ток, сопротивление и т. Д. Чем дороже измеритель, тем больше число диапазонов. Более дорогие счетчики предлагают тестирование транзисторов. Лично я предпочитаю старые пассивные мультиметры. На них смотрят свысока, потому что они получают ток из цепи, к которой они подключены, но, поскольку они это делают, они все время дают надежные показания. Более современные цифровые мультиметры с батарейным питанием будут давать неправильные показания, когда их батарея разряжается. Я потратил два целых дня на тестирование перезаряжаемых батарей, которые, казалось, давали невероятные результаты. В конце концов, я обнаружил, что это была неисправная батарея мультиметра, которая вызывала ложные показания мультиметра.

 

Транзисторные тестеры.

На данный момент давайте предположим, что коммерческого тестера транзисторов нет, и мы создадим свой собственный (или, по крайней мере, узнаем, как создать свой собственный). Коэффициент усиления транзистора определяется как ток коллектора / эмиттера, деленный на ток базы / эмиттера. Например, если 1 мА протекает через коллектор, а 0,01 мА течет в базу, чтобы поддерживать этот коллекторный поток, тогда транзистор имеет усиление в 100 раз при 1 мА. Коэффициент усиления транзистора может варьироваться, если он несет различные токовые нагрузки. Для цепей, которые мы рассматривали до сих пор, 1 мА является приемлемым током для измерения усиления транзистора. Итак, давайте построим схему для измерения усиления:

 

 

С помощью схемы, показанной здесь, переменный резистор регулируется до тех пор, пока ток коллектора 1 мА не будет показан на миллиметре, а затем коэффициент усиления транзистора будет считан со шкалы на ручке переменного резистора. Схема встроена в небольшую коробку с аккумулятором и розеткой, в которую можно подключить транзистор. Тогда возникает вопрос: какие значения следует выбрать для резистора R1 и переменного резистора VR1?


Что ж, мы могли бы выбрать, чтобы минимальное усиление, которое должно отображаться, равнялось 10. Это соответствовало бы тому, где ползунок переменного резистора перемещается полностью до точки A на принципиальной схеме, эффективно выводя переменный резистор из цепи. Если коэффициент усиления транзистора равен 10, а ток коллектора равен 1 мА, то базовый ток будет равен 0,1 мА. Этот ток должен протекать через резистор R1, и на него подается напряжение (9,0 - 0,7) Вольт, поскольку напряжение базы / эмиттера составляет 0,7 Вольт, когда транзистор включен. Закон Ом дает нам Ом = Вольт / Ампер, что для резистора R1 означает Ом = 8,3 / 0,0001 или 83 000 Ом, или 83 КБ.


Эмпирическое правило: 1К обеспечивает 1 мА, если на нем 1 В, поэтому 10 К даст 0,1 мА, если на нем 1 Вольт. При напряжении 8,3 В он должен быть в 8,3 раза больше, чтобы удерживать ток до требуемого 0,1 мА, поэтому резистор должен иметь размер 83 КБ.


Поскольку 83K не является стандартным размером, нам нужно использовать два или более стандартных резисторов, чтобы придать этому сопротивлению. Ближайший стандартный размер ниже 83K составляет 82K, поэтому мы можем использовать один резистор 82K и один резистор 1K последовательно, чтобы получить требуемые 83K.

 

Предположим, что мы говорим, что мы хотели бы иметь 500 как самое высокое усиление, показанное на нашем тестере, тогда, когда VR1 находится на своем максимальном значении, он и R1 должны обеспечить 1/500 тока коллектора 1 мА, то есть 0,002 мА или 0,000002 ампер. , Из закона Омов снова получаем VR1 + R1 = 4 150 000 Ом или 4M15. К сожалению, самый большой переменный резистор имеет значение 2М2, поэтому схема в таком состоянии не сможет справиться.


Предположим, что мы просто использовали переменный резистор 2M2 для VR1, какой диапазон усиления транзистора мы могли бы отобразить? Well Ohms Law ... позволяет нам рассчитать базовый ток с сопротивлением 8,3 В (83 000 + 2 200 000) Ом и исходя из этого максимального усиления транзистора, которое составит 277,77 (при 1 мА). Вы бы купили линейный стандартный резистор с переменным током, чтобы изменение сопротивления было устойчивым при вращении вала. Шкала, которую вы составляли бы, будет равномерной, и она будет работать от 10 при минимальной настройке до 278 при максимальной настройке.


Но это не то, что мы хотели. Мы хотели измерить до 500. Но они не делают переменные резисторы достаточно большими, так что мы можем сделать? Ну, если бы мы хотели, мы могли бы снизить напряжение батареи, что, в свою очередь, снизило бы значения резисторов. Поскольку батарея на 9 В очень удобна для такого рода схем, давайте не будем идти по этому пути. Мы могли бы добавить дополнительную схему, чтобы снизить напряжение батареи 9 В до более низкого значения. Самое простое решение - добавить дополнительный резистор и переключатель, чтобы задать два диапазона. Если бы мы включили дополнительный резистор 2M2 выше VR1, то схема измерила бы усиление транзистора от 278 до чуть более 500, и все, что нам нужно было бы сделать, это добавить вторую шкалу для перемещения ручки указателя VR1. Мы могли бы предоставить дополнительные диапазоны, которые перекрываются и которые имеют более удобные шкалы для разметки. Дизайн зависит от вас.

 

 

Описанная выше конструкция не является единственным способом измерения усиления транзистора. Второй способ, который принимает, что это не так точно, выбирает установленный базовый ток и измеряет ток коллектора в качестве ориентира для усиления. В этом простом методе одно или несколько значений резисторов выбираются для определения диапазонов усиления, а миллиамперметр используется для считывания соответствующего усиления:

 

Здесь резистор R1 может быть выбран, чтобы дать ток коллектора 1 мА (который является отклонением полной шкалы на измерителе), когда коэффициент усиления транзистора равен 100. Резистор R2 может быть выбран, чтобы дать отклонение полной шкалы для усиления 200 , R3 для усиления 400, R4 для усиления 600 и так далее. Вообще говоря, не обязательно знать точный коэффициент усиления, но достаточно разумного приближения к нему. Обычно вы выбираете транзистор, где вам нужно усиление 180, поэтому не важно, если выбранный вами транзистор имеет усиление 210 или 215 - вы избегаете только транзисторов с усилением ниже 180.

Как вы отрабатываете значения резисторов от R1 до R4? Ну, вы, вероятно, не ожидаете этого, но вы используете закон Ома. Падение напряжения составляет 8,3 Вольт, а базовый ток определяется величиной отклонения полной шкалы, равной 1 мА, деленной на усиление транзистора для каждого диапазона, т.е. 1/100 мА для R1, 1/200 мА для R2, ... 1/600 мА для R4, ...

 

 

Последователи Эммитера:

Схемы транзисторов, показанные до сих пор, известны под техническим термином Общий эмиттер, поскольку эмиттеры, как правило, подключаются к отрицательной шине или линии минус батареи. Этот метод использования очень популярен, потому что когда транзистор включен, все напряжение питания подается на нагрузку. Другой распространенный и очень полезный метод известен как схема эмиттер-повторитель, в которой нагрузка подключена к отрицательной шине, а не к эмиттеру транзистора. При таком расположении напряжение на эмиттере остается на 0,7 В ниже напряжения транзисторной базы и следует за этим напряжением, независимо от того, как оно изменяется. Вообще говоря, транзистор используется для усиления тока, который может быть получен из точки в цепи, где соединена база транзистора.

 

Схема расположения такая:

 

 

Если батарея действительно заряжена на 12 вольт, тогда ползунок переменного резистора VR1 можно перевести с напряжения на ноль вольт на напряжение +12 вольт или на любое другое желаемое значение между этими двумя значениями. Это означает, что напряжение на базе транзистора TR1 может быть любым из этих значений. Если напряжение на базе транзистора составляет 0,7 В или выше, то транзистор будет проводить ток, и напряжение на нагрузке будет увеличиваться до тех пор, пока эмиттер не станет на 0,7 В ниже напряжения на базе. Это означает, что напряжение на нагрузке может быть отрегулировано на любое значение от 0 вольт до +11,3 вольт. Эта схема называется схемой эмиттер-повторитель.


Фактические значения, встречающиеся в реальной жизни, заключаются в том, что батарея, помеченная как 12-вольтовая, на самом деле очень редко при этом напряжении, и общее значение составляет 12,8 вольт. Я назвал напряжение базы-эмиттера 0,7 вольт, но на самом деле оно может быть от 0,6 вольт до 0,75 вольт. Обычное использование для этого типа схемы заключается в передаче постоянного напряжения в цепь с использованием стабилитрона. Схема такая:

 

Предполагается, что эта схема имеет фиксированное напряжение в точке А, поскольку стабилитрон Z1 должен создавать фиксированное напряжение. Это может работать достаточно хорошо, если напряжение батареи фиксировано, но если напряжение батареи изменяется либо вверх, либо вниз, напряжение на A смещается, что означает, что напряжение на нагрузке также изменяется. Иногда вы увидите это в цепях постоянного тока.

 

Цепи постоянного тока

Обычно рекомендуемый способ организовать постоянный ток через некоторую нагрузку - использовать интегральную схему, предназначенную для работы. Расположение, как правило, так:

 

 

Здесь резистор R1 контролирует, сколько тока будет протекать в цепи, а резистор R2 должен быть в десять раз выше по значению, чем R1. Одна загвоздка в том, что LM334Z падает около 4 вольт при стабилизации тока через нагрузку. Это много напряжения в жертву. Альтернативное расположение:

 

В этой схеме два обычных диода, таких как 1N4007, используются для создания постоянного напряжения из-за протекающего через них тока, подаваемого резистором R1. Каждый диод имеет падение напряжения на нем, приблизительно равное падению напряжения на переходе база / эмиттер транзистора TR1. Это означает, что резистор R2 будет иметь примерно то же напряжение на нем, что и один из диодов. По моему опыту, падение напряжения на диодах не сильно влияет, если напряжение батареи меняется со временем. Значение резистора R2 выбрано, чтобы дать желаемый ток, протекающий через нагрузку. Падение напряжения на транзисторных соединениях коллектор / эмиттер регулируется автоматически, чтобы поддерживать ток через нагрузку на постоянном требуемом значении.

 

Сменные транзисторы

Последний вопрос заключался в том, как найти заменяющий транзистор для транзистора T13009 в этой схеме главы 21, поскольку, как представляется, для него не существует местного поставщика, и будет ли транзистор 2N2222 заменять его?

 

 

Это очень разумный вопрос. Поэтому, чтобы ответить на него, мы смотрим на схему и видим, что коллектор транзистора будет тянуть вверх, пока он не превысит напряжение цепи аккумулятора. Есть пять 12-вольтовых батарей в цепи, идущих вверх от транзисторного эмиттера, и хотя на этих батареях написано 12 вольт, они могут заряжать почти до 14 вольт каждая. Это означает, что транзисторный коллектор может быть перетащен до напряжения 5 x 14 = 70 В или более, если батареи будут заряжаться. Таким образом, здравый смысл говорит, что любой успешный транзистор-заменитель должен иметь номинальное напряжение не менее 70 вольт.


Если мы хотим выяснить характеристики транзистора или диода, мы можем перейти на веб-сайт http://www.alldatasheet.com/, хотя простое поиск имени транзистора часто позволяет получить необходимую информацию очень быстро.
Во всяком случае, на веб-сайте, в верхней части страницы есть раздел ввода, подобный этому:

 

И если вы введете T13009 в качестве имени детали

 

и нажмите на кнопку Поиск, тогда это придет с этим:

 

 

Таким образом, вы нажимаете на синюю ссылку ST13009, и затем появляется немного запутанный рекламный дисплей, который предлагает информацию о каком-то совершенно не связанном компоненте. Однако, если вы немного прокрутите страницу вниз, вы получите ссылку на таблицу данных для транзистора:

 

Если вы затем щелкните по символу PDF, вы получите другой экран, предлагающий фактическую ссылку на файл PDF:

 

Нажав на ссылку, вы фактически получите таблицу данных, которую вы можете хранить локально, чтобы избежать необходимости повторного прохождения всего этого лота.

 

 

Это не полевой транзистор, и поэтому наш основной интерес - это напряжение, которое он может выдержать, непрерывный ток, который он может переносить, пиковый ток, которым он может управлять при подаче внезапных импульсов, сколько общей мощности он может выдержать, какой постоянный ток Усиление (то есть усиление) вы можете ожидать от него и от того, насколько быстро он может работать.


Это звучит много, но это действительно довольно просто. Тем не менее, производство транзисторов и большинства других электронных компонентов широко распространено, и поэтому мы ищем просто номер для этих вещей. То есть вы можете иметь пять одинаково выглядящих транзисторов в руке, но маловероятно, что любые два из них будут фактически идентичны. Тем не менее, давайте посмотрим на этот лист данных и посмотрим, что мы узнаем:


Во-первых, максимальное напряжение, которое транзистор может выдержать при неподключенной базе, составляет 400 вольт, что намного больше, чем, вероятно, будет достигнуто в нашей цепи.


Далее ток. Считается, что длительный ток составляет 12 А и 24 А, если используется в импульсах. Это, вероятно, будет больше, чем требуется для схемы, так как постоянный выход 40 Вт от 12-вольтового соединения составляет ток ниже 4 А.


Далее, мощность указана как 100 Вт (для этого определенно необходим радиатор - представьте, что вы держите в руке горит лампочка мощностью 100 Вт, и подумайте, насколько это будет удобно). Тем не менее, в нашей схеме транзистор будет выключен в течение большей части времени, и, следовательно, мощность не будет проблемой.


Далее скорость переключения, которая, вероятно, будет важна в этой схеме. Лист данных предполагает, что для любого транзистора T13009 вероятно около 60 наносекунд.

 

И, наконец, коэффициент усиления постоянного тока, вероятно, будет между 15 и 39 при токе 5 ампер. Вероятно, будет намного лучше, чем при более низких токах.


Некоторым людям трудно представить, как работает биполярный транзистор, поэтому позвольте мне объяснить это более подробно. Когда ток протекает через биполярный транзистор, то базовое напряжение этого транзистора в значительной степени фиксировано. Это немного похоже на большое озеро с длинной горизонтальной стеной плотины, удерживающей воду в озере. Когда уровень воды в озере ниже уровня плотины, вода не течет по плотине. Если уровень озера поднимается, то вода заливает плотину. Величина этого потока воды ОЧЕНЬ сильно зависит от глубины воды над плотиной, даже с небольшим увеличением глубины, вызывающим значительное увеличение потока воды. То же самое относится к базе транзистора, и поэтому поток тока базы ограничен резистором. Без резистора поток тока очень быстро станет много ампер и сожжет транзистор через явное нагревание соединения база / эмиттер.


Основной поток тока подобен установке клапана между коллектором и эмиттером. Если усиление транзистора равно 200, то 1 мА, поступающая в базу, позволяет 200 мА течь между коллектором и эмиттером, если только между коллектором и батареей нет нагрузки - нагрузка, которая перекрывает этот ток, и это нормальный случай. Например, если в основание поступает 0,5 мА, то между коллектором и эмиттером может пройти максимум 100 мА. Коэффициент усиления любого транзистора зависит от величины тока, протекающего через транзистор, и он настолько варьируется, что единственный способ правильно его указать - это нарисовать его график. Из-за этого напечатанные числа усиления даны только для одного или двух токов. Как правило, чем ниже ток, тем выше фактическое усиление, поэтому, если усиление задано как 20 при 1 ампер, и вы хотите, чтобы через него протекало только 100 мА, тогда вы можете ожидать усиления, намного превышающего 20. Напряжение на базе одного транзистора, который проводит, всегда будет 0,7 вольт (или что-то очень близкое к этому в зависимости от того, как этот конкретный транзистор был фактически изготовлен). Эти 0,7 вольт остаются постоянными, даже если ток, протекающий в базу, увеличивается с 0,1 миллиампер до 100 миллиампер. Итак, вернемся к нашему транзистору T13009.

 

Итак, теперь мы немного знаем о транзисторе T13009 и задали вопрос о транзисторе 2N2222, поэтому мы ищем его на веб-сайте All Data Sheet и находим, что максимальное напряжение составляет 40 вольт. Это исключает его из нашей схемы, где напряжение падает как минимум до 70 вольт, а транзистор 2N2222 мгновенно умирает. Затем мы смотрим на ток и видим, что он имеет максимум 0,8 ампер, что означает, что он действительно не находится в зоне шаров для этой схемы.


Мы знаем, что TIP3055 (изначально упакованный как 2N3055) очень популярен среди производителей свободной энергии, поэтому мы ищем его и выясняем, что он может выдерживать напряжения до 60 вольт, 90 ватт мощности и 15 ампер тока. Несмотря на то, что это мощный транзистор, похоже, что его напряжение слишком низкое для этой цепи.


Итак, что нам теперь делать? Один из способов - попросить эксперта по электронике предложить подходящую альтернативу. Другой способ - найти транзисторы, предлагаемые вашим местным поставщиком, для меня это www.esr.co.uk, который ведет к этой таблице, которая является одной из многих и в которой гораздо больше записей:

 

 

Нам нужен NPN-транзистор, и поэтому MJ11016 выглядит возможным с емкостью 100 В, током 30 А и рассеиваемой мощностью 200 Вт. Это пара Дарлингтона в одном корпусе, поэтому она будет включать напряжение около 1,4 вольт, а не 0,7 вольт на базе, но это не должно иметь никакого значения в нашей схеме. С усилением 1000 простой углеродный переменный резистор может быть использован для управления током базы. Есть много других транзисторов на выбор.


Другой способ найти подходящий транзистор - пойти на eBay и поискать транзистор и посмотреть, какие транзисторы популярны и сколько они стоят. Альтернативой может быть попытка схемы с полевым транзистором, таким как IRF740, который является высоким напряжением, очень мощным и недорогим. Тем не менее, полевые транзисторы срабатывают по напряжению и почти не потребляют ток через свое сетевое соединение, которое эквивалентно биполярному базовому соединению, и поэтому могут потребоваться некоторые эксперименты со схемой.


Возможно, стоит также посмотреть, какие транзисторы были выбраны Алеккором в его схемах с 5 батареями в главе 6. Если мы это сделаем, мы найдем MJE13009, который имеет идентичную спецификацию и почти наверняка совпадает с транзистором T13009 и Версия MJE легко доступна на eBay. Другим его транзистором является транзистор 2SC3552 с мощностью 500 В и мощностью 150 Вт, который описывается как быстродействующий

 

Диод

Одним из компонентов, который был показан, но не описан, является диод или выпрямитель. Это устройство, которое имеет очень высокое сопротивление току, протекающему в одном направлении, и очень низкое сопротивление току, протекающему в противоположном направлении. Соединение база / эмиттер транзистора по сути является диодом и при толчке может использоваться как таковое. Подходящий диод дешев в покупке и обладает гораздо большей пропускной способностью по току и напряжению, чем база / эмиттер на транзисторе.

Диоды в основном изготавливаются из одного из двух материалов: германия и кремния. Германиевые диоды используются с очень маленькими переменными токами, такими как радиосигналы от антенны. Это связано с тем, что для германиевого диода требуется только 0,2 Вольт или около того, чтобы проводить ток, в то время как для кремния требуется 0,6-0,7 Вольт (то же самое, что и для кремниевого транзисторного основания / эмиттера). Германиевые диоды (и транзисторы) очень чувствительны к изменению температуры и поэтому обычно ограничены цепями малой мощности. Одно из самых полезных применений для кремниевого диода - это источник бесперебойного питания, где сбой в сети обнаруживается мгновенно:

 

 

В этой цепи напряжение сети приводит в действие блок питания, который генерирует 12 вольт в точке A. Это обеспечивает ток для нагрузки. Диод имеет +12 Вольт при А и +12 Вольт в точке В, поэтому на нем нет падения напряжения, и он не будет передавать ток ни в одном из направлений. Это означает, что батарея эффективно изолирована, когда сеть работает. Если бы выход блока питания превысил проектный уровень +12 Вольт, то диод заблокировал бы его от подачи тока в батарею.

 

В случае отказа сети выход блока питания (БП) упадет до нуля. Если бы батареи и диода не было, напряжение в точке А упало бы до нуля, что отключило бы нагрузку и могло бы вызвать серьезные проблемы. Например, если нагрузка была на вашем компьютере, сбой в электросети может привести к потере важных данных. Если у вас есть резервная батарея такого типа, у вас будет время для сохранения данных и выключения компьютера до того, как батарея разрядится.


Схема работает очень просто. Как только напряжение в точке A падает до 0,7 Вольт ниже +12 Вольт в точке B, диод начинает подавать ток от батареи к нагрузке. Это происходит менее чем за миллионную долю секунды, поэтому нагрузка не теряет ток. Было бы целесообразно добавить сигнальную лампу и / или зуммер, чтобы показать, что сеть не работает.


Диоды также поставляются в упаковке в виде диодного моста, внутри которого находятся четыре диода. Обычно предназначенные для выпрямления источника питания, они не являются особенно быстродействующими диодами, но дешевы и могут нести значительный ток. Общий размер - с диодами, рассчитанными на 1000 вольт и способными нести 35 ампер. Хотя существует много типов пакетов, очень распространенный пакет выглядит следующим образом:

 

Переменный сигнал подается между двумя противоположными углами, а пульсирующий постоянный ток снимается с двух других клемм. Символы, показанные выше, обычно отмечены на плоской поверхности, которая не видна на этом рисунке. Упаковка имеет отверстие в центре, чтобы металлический корпус можно было прикрепить болтами к радиатору, чтобы устройство оставалось достаточно холодным при наличии больших токов. Соединения внутри пакета такие:

 

 

Можно подключить мост другим способом и использовать его в качестве устройства с двойным диодом более высокого напряжения, как показано здесь:

 

 

 

Пропуская возможность переменного тока и подключаясь только к клеммам Плюс и Минус, пакет обеспечивает две пары, если диоды подключены последовательно. Это дает вдвое большую обработку напряжения в обеих цепях тока и номинальную пропускную способность тока в обеих из этих двух цепей, которые теперь соединены друг с другом, что удваивает текущую емкость обработки. Диаграмма показывает, как можно подключить три обычных, дешевых моста 1000 В 35 А, чтобы получить один композитный диод 70 В 6000 В. При желании вы можете повысить технические характеристики диодного моста 1000 В 35 А до 2000 В 70 А, используя четыре из них, например:

 

Диоды определяются их пропускной способностью по напряжению и их пропускной способностью по току и скоростью, с которой они могут включаться и выключаться. Для источников питания, где частота очень низкая, подойдет любой диод, но есть схемы, где переключение необходимо сотни тысяч раз в секунду, и поэтому необходимо проверить листы спецификаций диода, чтобы увидеть, какая частота может обрабатываться любым конкретным диод. Эти листы данных можно скачать бесплатно с http://www.alldatasheet.co.kr/.


Еще одна вещь, которую необходимо проверить для некоторых цепей, это напряжение, необходимое для включения диода. При изготовлении диодов используются два обычных материала: кремний и германий. Типы германия имеют низкое прямое напряжение около 0,2 вольт, обычно кремний имеет порог около 0,6 вольт. Эти значения напряжения сильно меняются при увеличении тока через диод. Схемы, которые используют очень низкое напряжение, нуждаются в германиевых диодах, таких как 1N34.

 

 

Светодиоды.
Существует широко используемая разновидность диода, которая чрезвычайно полезна, и это светоизлучающий диод или светодиод. Это диод, который излучает свет при передаче тока. Они доступны в версиях красного, зеленого, синего, желтого или белого света. Некоторые версии могут отображать более одного цвета света, если ток подается через их различные электрические соединения.


Светодиоды дают низкий уровень освещенности при токе около 8 или 10 мА и яркий свет при токах от 20 до 30 мА. Если они используются с 12-вольтной системой, то необходим последовательный резистор от 1 кОм до 330 Ом. Светодиоды являются надежными устройствами, невосприимчивыми к ударам и вибрации. Они бывают разных диаметров, и большие размеры гораздо более заметны, чем крошечные.

 

Тиристоры (SCR) и триаки.

Другой версией диода является кремниевый выпрямитель или тиристор. Это устройство не несет тока, пока его затвор не получит входной ток. Это похоже на работу транзистора, но включенный SCR остается включенным, даже если сигнал затвора удален. Он остается включенным до тех пор, пока ток через SCR не станет равным нулю, как правило, из-за снятия напряжения на нем. SCR часто используются с переменным напряжением (описано ниже), и это приводит к отключению SCR, если вход затвора удален. SCR работают только при положительном напряжении, поэтому они пропускают половину мощности, доступной от переменного источника питания. Более продвинутой версией SCR является Triac, который работает так же, как SCR, но обрабатывает как положительные, так и отрицательные напряжения.

 

Оптико-Изоляторы.
Другой очень полезный вариант светодиода - оптоизолятор. Это устройство представляет собой полностью закрытый светодиод и светочувствительный транзистор. Когда светодиод включен, он включает транзистор. Большим преимуществом этого устройства является то, что светодиод может находиться в цепи обнаружения низкого напряжения с низким энергопотреблением, тогда как транзистор может находиться в совершенно отдельной цепи высокого напряжения с высоким напряжением. Оптоизолятор полностью изолирует две цепи друг от друга. Это очень полезное и очень популярное, недорогое устройство.

 

Переменный

ток. Аккумулятор обеспечивает постоянное напряжение. Это называется источником постоянного или постоянного тока. Когда цепь подключена к батарее, положительная шина всегда положительна, а отрицательная шина всегда отрицательна.


Если вы подключите батарею к цепи через двухполюсный переключатель, как показано здесь:

 

 

При использовании переключателя переключения батарея эффективно переворачивается или переворачивается. Эта схема называется инвертор, потому что она многократно инвертирует напряжение питания. Если переключатель работает регулярно, быстро, график выходного напряжения показан на рисунке справа. Это напряжение прямоугольной формы и широко используется в электронном оборудовании. Это называется переменным током или AC для краткости. SCR и Triac могут быть удобно использованы с напряжениями питания этого типа. Сетевое напряжение также является переменным, но оно отличается:

 

 

Сетевое напряжение постоянно изменяется в форме синусоидальной волны. В Великобритании сетевое напряжение описывается как 240 вольт переменного тока, и оно циклически повышается и понижается 50 раз в секунду, то есть 50 положительных пиков и 50 отрицательных пиков в одну секунду. Было бы разумно предположить, что каждый пик напряжения будет 240 Вольт, но это не так. Несмотря на то, что источник питания описан как 240 Вольт, он достигает пика в квадратном корне в 2 раза больше, чем 339,4 Вольт. Фактическое напряжение питания не является особенно точным, поэтому любое устройство, предназначенное для использования в сети, должно быть рассчитано на 360 Вольт. В Америке напряжение питания составляет 110 В переменного тока, и оно работает 60 раз в секунду, достигая максимума плюс-минус 155 Вольт. Позже вы увидите, как один или несколько диодов можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный в блоке, который продается как сетевой адаптер, предназначенный для обеспечения работы оборудования с батарейным питанием от локальной сети.

 

Катушки (Индукторы) и Соленоиды.

Если вы возьмете картонную трубку любого размера, любой длины и намотаете на нее кусок проволоки, вы создадите очень интересное устройство. Он называется катушка или индуктор или соленоид.

 

 

 

Это очень интересное устройство с множеством применений. Он является сердцем радиоприемника, раньше он был основным компонентом телефонных станций, и большинство электродвигателей используют несколько из них. Причина этого заключается в том, что если ток проходит через провод, катушка действует точно так же, как стержневой магнит

 

 

Основное отличие состоит в том, что когда ток прерывается, катушка перестает действовать как магнит, и это действительно может быть очень полезно. Если железный стержень находится внутри катушки и ток включается, стержень отталкивается в одну сторону. Многие дверные звонки используют этот механизм для создания звонка из двух нот. Реле использует этот метод для замыкания электрического выключателя, и многие цепи используют его для переключения тяжелых нагрузок (для этого также можно использовать тиристор, и в нем нет движущихся частей).


Катушка провода имеет одну из самых специфических особенностей практически любого электронного компонента. Когда ток через него изменяется каким-либо образом, катушка противодействует изменению. Помните схему для светового переключателя с реле?:

 

 

Вы заметите, что реле (которое в основном представляет собой катушку провода) имеет поперечный диод. В то время ни реле, ни диод не были упомянуты в каких-либо подробностях, поскольку они не имели отношения к описываемой схеме. Диод подключен таким образом, чтобы через него не проходил ток от положительного полюса аккумулятора к линии заземления (отрицательный заряд аккумулятора). На первый взгляд, это выглядит так, как будто это бесполезно в этой схеме. Фактически это очень важный компонент, который защищает транзистор TR3 от повреждений.


Катушка реле проводит ток, когда транзистор TR3 включен. Эмиттер транзистора TR3 находится под напряжением около +10 Вольт. Когда TR3 выключается, он делает это быстро, переключая соединение реле с +10 Вольт на 0 Вольт. Когда это происходит, катушка реле реагирует самым необычным образом, и вместо того, чтобы ток через катушку реле просто останавливался, напряжение на конце катушки, подключенной к эмиттеру TR3, продолжает двигаться вниз. Если на реле нет диода, напряжение на эмиттере вынуждено кратковременно перескочить через отрицательную линию цепи и перетаскиваться на много вольт ниже отрицательной линии аккумулятора. Коллектор TR3 подключен к +12 Вольт, поэтому, если эмиттер перетаскивается, скажем, до -30 Вольт, TR3 получает 42 Вольт, размещенные через него. Если транзистор может выдержать, скажем, 30 Вольт, то он будет поврежден из-за пика в 42 Вольт.


То, как работают катушки, странно. Но, зная, что произойдет в момент отключения, мы имеем дело с этим, поместив диод на катушку реле. При включении и при включении реле диод не действует, показывая очень высокое сопротивление току. При отключении, когда напряжение реле начинает падать ниже уровня батареи, диод фактически переходит в режим проводимости. Когда напряжение достигает 0,7 В ниже отрицательной линии аккумулятора, диод начинает проводить и подавать напряжение до этого уровня, пока скачок напряжения, генерируемый катушкой реле, не рассеется. Чем больше катушка пытается снизить напряжение, тем сильнее диод проводит, подавляя падение вниз. Это ограничивает напряжение на транзисторе TR3 до 0,7 Вольт больше, чем напряжение аккумулятора, и тем самым защищает его.

 

Соленоидные катушки могут быть очень полезны. Вот конструкция для мощного электродвигателя, запатентованного американцем Беном Тилом в июне 1978 года (патент США № 4093880). Это очень простой дизайн, который вы можете создать для себя, если хотите. Оригинальный мотор Бена был построен из дерева, и можно использовать практически любой удобный материал. Это вид сверху:

 

 

И это вид сбоку:

 

 

Бен использовал восемь соленоидов, чтобы имитировать работу автомобильного двигателя. Есть коленчатый вал и шатуны, как и у любого автомобиля с двигателем. Шатуны соединены с контактным кольцом на коленчатом валу, и соленоиды получают импульс тока в соответствующий момент, чтобы вытянуть коленчатый вал. Коленчатый вал получает четыре тяги за каждый оборот. В показанном здесь расположении два соленоида тянут одновременно.


На виде сбоку выше, каждый слой имеет четыре соленоида, и вы можете удлинить коленчатый вал, чтобы иметь столько слоев из четырех соленоидов, сколько пожелаете. Мощность двигателя увеличивается с каждым добавленным слоем. Два слоя должны быть достаточно адекватными, так как это мощный мотор, состоящий всего из двух слоев.


Интересным моментом является то, что, когда импульс соленоида прекращается, его напряжение на короткое время меняется на толчок из-за странной природы катушек. Если синхронизация импульсов на этом двигателе точно правильная, то это короткое нажатие можно использовать для увеличения мощности двигателя вместо противодействия вращению двигателя. Эта функция также используется в двигателе Адамса, описанном в разделе Свободная энергия этого документа.

 

Сила магнитного поля, создаваемого соленоидом, зависит от числа витков в катушке, тока, протекающего через катушку, и от характера того, что находится внутри формирователя катушки (трубки, на которую намотана катушка). Попутно, есть несколько причудливых способов намотки катушек, которые также могут иметь эффект, но здесь мы будем говорить только о катушках, где витки намотаны рядом под прямым углом к ​​первому.


1. Каждый виток, намотанный на катушку, увеличивает магнитное поле. Чем толще используемый провод, тем больше будет ток, который будет течь в катушке при любом напряжении на катушке. К сожалению, чем толще провод, тем больше места занимает каждый виток, поэтому выбор провода является своего рода компромиссом.


2. Мощность, подаваемая на катушку, зависит от напряжения на ней. Ватт = Вольт х Ампер, поэтому чем больше вольт, тем больше подводимая мощность. Но мы также знаем из закона Ома, что Ом = Вольт / Ампер, который также можно записать как Ом x Ампер = Вольт. Ом в этом случае определяется выбранным проводом и количеством витков, поэтому, если мы удвоим напряжение, то удвоим ток.


Например: предположим, что сопротивление катушки составляет 1 Ом, напряжение 1 вольт и ток 1 ампер. Тогда мощность в ваттах равна вольт х ампер или 1 х 1, что составляет 1 ватт.


Теперь удвойте напряжение до 2 Вольт. Сопротивление катушки по-прежнему составляет 1 Ом, поэтому ток составляет 2 А. Мощность в ваттах составляет вольт х ампер или 2 х 2, что составляет 4 ватта. Удвоение напряжения увеличило мощность в четыре раза.


Если напряжение увеличено до 3 вольт. Сопротивление катушки по-прежнему составляет 1 Ом, поэтому ток составляет 3 А. Мощность в ваттах составляет вольт х ампер или 3 х 3, что составляет 9 ватт. Мощность составляет Ом x х в квадрате или Вт = Ом х А х х Ампер. Из этого мы видим, что напряжение, приложенное к любой катушке или соленоиду, является критическим для мощности, развиваемой катушкой.

 

  1. То, на что намотана катушка, также имеет большое значение. Если катушка намотана на стержень из мягкого железа, покрытый слоем бумаги, то магнитный эффект резко возрастает. Если концы стержня сужаются, как плоская отвертка, или загибаются до острой точки, то магнитные силовые линии собираются вместе, когда они покидают утюг, и магнитный эффект еще больше возрастает.


Если ядро ​​из мягкого железа твердое, часть энергии теряется в токах, протекающих в железе. Эти токи могут быть сведены к минимуму с помощью тонких кусочков металла (так называемых расслоений), которые изолированы друг от друга. Это наиболее часто встречается в конструкции трансформаторов, где у вас две катушки намотаны на один сердечник. Поскольку это удобно для массового производства, трансформаторы обычно намотаны в виде двух отдельных катушек, которые затем размещаются на многослойном сердечнике в форме восьмерки.

Однако, хотя вся эта информация является полезным, щадящим введением в то, что такое индуктор, она не передает наиболее важную особенность катушки, а именно то, что каждая катушка накапливает энергию, когда она подключена к источнику питания, и возвращает практически все этой энергии при отключении от источника питания. Возврат накопленной энергии происходит за очень короткий период времени, и эта функция может создать мощные системы, если у вас есть опыт для захвата и использования этой энергии.

 

Например, обычная 12-вольтная система нередко генерирует быстрые серии 400-вольтных импульсов, которые можно использовать для восстановления и зарядки автомобильных аккумуляторов. Есть много примеров этого в главе 6.


Пол Бэбкок (www.paulmariobabcock.com) уничтожил более тысячи транзисторов при разработке своей системы магнитного двигателя, так как возврат энергии катушки настолько быстр, что она создает большие потоки тока, и если конденсатор, в который подается возврат тока, малой емкости, напряжения выше, чем напряжение питания. В течение последних ста лет информация такого рода подавлялась, поэтому воспринимайте то, что говорится в стандартных учебниках, как смесь полуправды и откровенной лжи.


Как показала Kone, если вы закорачиваете катушку с питанием, она вызывает множество магнитных импульсов, когда мощность в катушке колеблется назад и вперед через замкнутую цепь, содержащую катушку:

 

 

Магнетизм - это область, которая не изучалась и не исследовалась в течение многих десятилетий. Это не простая тема. Магнитная сила, создаваемая любой катушкой, увеличивается с увеличением числа витков в катушке (если ток, протекающий через катушку, остается неизменным). Это означает, что катушка с большим количеством витков может создавать более сильное магнитное поле при более низком токе, чем катушка с большим током с несколькими витками. Однако другие характеристики катушки также изменяются. Потеря мощности из-за сопротивления провода в катушке увеличивается с увеличением витков, так как им требуется более длинная длина провода. Эта потеря мощности приводит к нагреву катушки при использовании. Скорость, с которой магнитное поле развивается и затухает, медленнее для катушки с большим количеством витков. Удивительно, но из-за этого лучшая катушка для многих рабочих мест имеет относительно мало поворотов.

 

Трансформаторы.
Трансформаторы используются для изменения напряжения любого источника переменного тока. Если изменение увеличивает выходное напряжение, то трансформатор называется повышающим. Если выходное напряжение ниже входного напряжения, оно называется понижающим трансформатором. Если напряжения одинаковы, это называется изолирующим трансформатором. Общая конструкция выглядит так:

 

 

Катушка катушки находится на участке ламинирования, отмеченного буквой А выше. Катушка намотана на катушку, сначала одну, а затем вторую. Бобина затем помещается в центральную часть слоистых пластин в форме буквы Е, а затем полностью окружается слоистыми пластинами, когда перекладина устанавливается сверху. Монтажный ремень используется для скрепления двух наборов пластин и обеспечения монтажных проушин для крепления трансформатора к шасси. Обычно в каждом наборе двадцать слоев, и каждый слой изолирован от соседних слоев.


Если вы хотите изменить напряжение питания от батареи, можно создать электронную схему для генерирования переменного напряжения, а затем использовать трансформатор для изменения этого переменного напряжения на любое напряжение, которое вы хотите. Наиболее распространенной формой этого является генерация сетевого напряжения от 12-вольтного автомобильного аккумулятора, чтобы сетевое оборудование могло работать в удаленных местах, таких как лодки, караваны и т. Д. Эти схемы называются инверторами и они очень популярны. части оборудования. Напряжение во вторичной обмотке любого трансформатора определяется соотношением витков в первичной и вторичной обмотках.


Например; если имеется переменное напряжение 10 Вольт, и у вас есть трансформатор, который имеет 100 витков в первичной обмотке и 1000 витков во вторичной обмотке. Если вы подключите 10 Вольт к первичной обмотке, на вторичной катушке будет сгенерировано 100 Вольт.


Вместо этого, если вы подключите 10 Вольт к вторичной катушке, напряжение на 1 обмотке будет генерироваться на первичной обмотке. Это связано с тем, что между двумя обмотками есть соотношение 10: 1. Закон сохранения энергии распространяется на трансформаторы так же, как и на все остальное. Входная мощность первичной обмотки будет такой же, как мощность вторичной обмотки за вычетом потерь. В этом случае потери будут представлять собой повышение температуры всего трансформатора. Если ток, проходящий через трансформатор, значительно ниже его номинальной мощности, потери будут небольшими. Важным моментом является то, что 10 В при 1 А в первичной обмотке будут генерировать 100 В во вторичной обмотке, но при несколько меньшем, чем 0,1 А: потребляемая мощность составляет 10 Вт, а выходная мощность - почти 10 Вт. Напряжение было увеличено до 100 Вольт, но потребление тока было уменьшено с 1 А до 0,1 А (100 мА).

 

На практике толщина проволоки, используемой в обмотках, очень важна. Если напряжение на обмотке высокое, то диаметр провода будет небольшим. Обмотки катушек имеют довольно низкое сопротивление, но это не критично в цепях, поскольку катушки работают особым образом. Катушки имеют сопротивление переменного тока в дополнение к сопротивлению постоянного тока. В то время как постоянный ток (от батареи, скажем) может довольно легко протекать через катушку с низким сопротивлением, переменному току может быть трудно пройти через катушку из-за ее высокого импеданса. Иногда катушки используются для подавления любых пульсаций переменного тока (помех), идущих вдоль силового кабеля постоянного тока. Когда для этой цели используется катушка, она называется воздушной заслонкой. Каждая катушка имеет свою собственную резонансную частоту, и на этой частоте переменному току очень трудно пройти через катушку. Радиоприемники Crystal работают по такому принципу:

 

Здесь антенна поднимает каждую радиостанцию, вещающую в этом районе. Все они на разных частотах, и все они спускаются по антенному проводу, ища самый простой путь к заземлению. Большинство из них без проблем проходят через катушку. Если резонансная частота катушки соответствует частоте одной из радиостанций, то этот радиосигнал (и только этот сигнал) очень трудно пройти через катушку и ищет более легкий путь к земле. Следующий самый простой путь - через диод и наушники, поэтому сигнал идет именно так. Диод блокирует часть сигнала, который генерирует звук радиопередачи в наушниках.


Эта система действительно работает очень хорошо, если есть хороший радиосигнал. Германиевый диод используется, так как напряжение радиосигнала очень мало, а германиевый диод работает от напряжения 0,2 В, в то время как кремниевый диод требует 0,7 Вольт для работы. Эта разница значительна при этих очень низких напряжениях. Резонансная частота катушки зависит от количества витков в катушке. В этой конструкции катушка имеет ползунок, который позволяет изменять количество витков и настраивать разные радиостанции.

 

 

Здесь мы имеем ситуацию, показанную на верхней диаграмме. Выход состоит из изолированных импульсов со скоростью 50 в секунду. Вы заметите, что в течение половины времени нет выходной мощности. Отрицательная часть формы сигнала блокируется высоким сопротивлением диода, в то время как положительная часть формы сигнала пропускается низким сопротивлением смещенного вперед диода. Следует помнить, что при проводимости диод падает на 0,7 Вольт, поэтому выходной сигнал полуволнового выпрямленного трансформатора будет на 0,7 Вольт ниже действительного выходного напряжения трансформатора.


Если вместо одного используются четыре диода, их можно расположить, как показано на нижней диаграмме. Такое расположение диодов называется мостом. Здесь положительная часть сигнала проходит через верхний синий диод, нагрузка L и далее через нижний синий диод. Отрицательная часть протекает через красный диод слева, нагрузку и затем красный диод справа. Это дает намного лучший выходной сигнал с удвоенной доступной мощностью. Выходное напряжение будет на 1,4 В ниже, чем выходное напряжение трансформатора, поскольку в цепи питания есть два кремниевых диода.


Выходная мощность даже двухполупериодного выпрямителя все еще неудовлетворительная, поскольку падение напряжения до нуля вольт происходит 100 раз в секунду. Лишь немногие устройства работают с таким источником питания, лампа накаливания, используемая в автомобиле, может использовать этот выход, но затем он может использовать исходный источник переменного тока без каких-либо исправлений. Нам нужно улучшить выходную мощность, используя резервуарное устройство для подачи тока в те моменты, когда напряжение падает до нуля. Устройство, которое нам нужно, это конденсатор, который раньше назывался конденсатором. Схема блока питания с использованием конденсатора показана здесь:

 

 

Это дает гораздо лучший результат, поскольку конденсатор накапливает часть пиковой энергии и выдает ее при падении напряжения. Если нагрузка на устройство слабая, а ток у нее не очень большой, выходное напряжение достаточно хорошее. Однако если потребление тока увеличивается, выходное напряжение снижается 100 раз в секунду. Это изменение напряжения называется пульсацией, и, если устройство снабжает аудиосистемой или радио, пульсация может быть услышана как раздражающий гул. Чем больше конденсатор для любого заданного тока, тем меньше пульсация.


Чтобы улучшить ситуацию, обычно вставляют электронную схему управления, чтобы противостоять пульсации:

 

 

Эта схема использует один новый компонент, новую разновидность диодов, называемых стабилитроны. Это устройство имеет почти постоянное падение напряжения на нем, когда его направление блокировки тока нарушается. Диод предназначен для работы в таком состоянии, чтобы обеспечить опорное напряжение. Схема просто использует крошечный ток от вершины стабилитрона для возбуждения транзисторов эмиттер-повторитель пары Дарлингтона, используемых для обеспечения выходного тока.


С этой схемой, когда выходной ток увеличивается, сопротивление пары транзисторов автоматически уменьшается, чтобы обеспечить больший ток без изменения выходного напряжения. Резистор 1K включен, чтобы дать транзисторам законченную цепь, если внешнее оборудование не подключено к выходным клеммам. Стабилитрон выбирается так, чтобы выдавать на 1,4 Вольт больше требуемого выходного напряжения, так как два транзистора падают на 1,4 В при проводе.


Следует отметить, что выходной транзистор падает на 6 Вольт при полном токе питания. Вт = Вольт х Ампер, поэтому мощность, рассеиваемая транзистором, может быть довольно высокой. Вполне может быть необходимо установить транзистор на алюминиевую пластину, называемую радиатором, чтобы предотвратить его перегрев.

 

Некоторые силовые транзисторы, такие как 2N3055, не имеют корпуса, изолированного от активных частей транзистора. Хорошей практикой является использование слюдяной прокладки между транзистором и теплоотводом, поскольку он проводит тепло, не делая электрического соединения с металлическим теплоотводом.


Конденсатор, являющийся электрическим резервуаром, может использоваться как часть схемы таймера. Если поток тока в него ограничен, пропуская его через резистор. Промежуток времени между запуском потока на пустом конденсаторе и напряжением на конденсаторе, достигающем некоторого выбранного уровня, будет постоянным для высококачественного конденсатора.

 

 

По мере того, как возрастает напряжение, становится все труднее точно измерить разницу, поэтому, если конденсатор должен использоваться для генерации временного интервала, нормально использовать раннюю часть области графика, где линия довольно прямая и быстро растет

 

Удвоитель напряжения.

Можно увеличить выходное напряжение трансформатора, хотя это снижает его способность подавать ток при этом напряжении. Способ, которым это делается, заключается в подаче положительных циклов в один накопительный конденсатор, а отрицательных циклов во второй накопительный конденсатор. Это может показаться немного сложным, но на самом деле это не так. Схема для этого показана здесь:

 

 

В этой схеме на выходе трансформатора присутствует некоторое напряжение, скажем, В переменного тока. Этот выходной сигнал подается на конденсатор "C1" через диод "D1", который запирает отрицательную часть цикла. Это создает серию положительных полупериодов, которые заряжают конденсатор "C1" положительным напряжением "V".


Другая половина выхода подается на конденсатор "C2" через диод "D2", который отключает положительную часть цикла, заставляя конденсатор "C2" развивать напряжение -V на нем. Поскольку два конденсатора последовательно и не размещены друг на друге, их напряжения складываются и производят вдвое больше выходного напряжения трансформатора.


Слово предупреждения здесь. Трансформатор вырабатывает форму волны переменного тока, и они отмечены средним напряжением формы волны, которое обычно является синусоидальной волной. Пиковое напряжение синусоидальной волны на 41% больше, чем это, поэтому если ваш трансформатор имеет выход переменного тока 10 вольт, то пики, подаваемые на конденсаторы, составят около 14,1 вольт. Если ток не поступает от конденсаторов (то есть с отключенной нагрузкой), то каждый конденсатор будет заряжаться до этих 14,1 вольт, а общее выходное напряжение будет 28,2 вольт, а не 20 вольт, которые вы могли бы ожидать. Вы должны понимать, что, поскольку это только полуволна, выходное напряжение будет значительно колебаться, если потребление тока велико.


Используя один дополнительный сглаживающий конденсатор и обращая внимание на номинальные напряжения конденсаторов, цепь питания на 28 вольт может выглядеть следующим образом:

 

 

Мультивибраторы: бистабильные.
Количество электронных схем, которые могут быть построены из базовых компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, транзисторы, катушки и т. Д., Ограничено только вашим воображением и потребностями. Вот схема, где два транзистора работают как пара:

 

 

его схема имеет два стабильных состояния, и поэтому она называется би, стабильной или бистабильной схемой. Важно понимать работу этой простой и полезной схемы.


Если нажать кнопку A, это приведет к короткому замыканию соединения база / эмиттер транзистора TR1. Это предотвращает протекание тока в соединении база / эмиттер и, таким образом, отключает TR1. Это заставляет напряжение в точке C подниматься настолько высоко, насколько это возможно. Это оставляет транзистор TR2 питаемым от R1 и R2, которые имеют 11,3 Вольт на них, и жестко переключает TR2.


Это понижает точку "D" до примерно 0,1 Вольт. Это происходит менее чем за миллионную долю секунды. Когда нажимной переключатель A отпущен, транзистор TR1 не включается снова, потому что его базовый ток протекает через резистор R3, который подключен к точке D, которая намного ниже уровня 0,7 В, необходимого для запуска TR1.


В результате при нажатии кнопки A транзистор TR2 включается и остается включенным даже после отпускания кнопки A. Это отключает транзистор TR3 и истощает нагрузку по току. Это первое стабильное состояние.


То же самое происходит при нажатии кнопки B. Это переводит транзистор TR2 в состояние выключено, поднимая точку D к высокому напряжению, включая транзистор TR3, включая питание нагрузки и удерживая транзистор TR1 в жестком состоянии. Это второе из двух стабильных состояний.


По сути, эта схема запоминает, какая кнопка была нажата последней, поэтому миллионы этих схем используются в компьютерах в качестве оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Напряжение в точке C является обратным напряжению в точке D, поэтому, если D становится высоким, то C понижается, а если D понижается, то C повышается. Попутно, вывод в D часто называют Q, а выход в C называется Q-bar, который показан как буква Q с горизонтальной линией, проведенной над ним. Это показано на следующей электрической схеме.

 

Незначительное изменение этой цепи позволяет нагрузке нагрузки при включении цепи:

 

 

При отключении конденсатор C1 в этой цепи полностью разряжается через резистор R6. Когда к цепи подключено питание 12 Вольт, конденсатор С1 заряжается не мгновенно и поэтому удерживает базу TR2 ниже 0,7 Вольт гораздо дольше, чем требуется для включения транзистора TR1 (что, в свою очередь, удерживает TR2 жестко выключенным ). Имейте в виду, что если нет необходимости держать нагрузку включенной на неопределенное время, тогда еще более простая схема может сделать это:

 

Здесь, когда переключатель замкнут, обе стороны конденсатора С1 находятся под напряжением +12 В, и это приводит к большой нагрузке резистора 1K8, приводящему в действие транзистор и питающему нагрузку. Конденсатор быстро заряжается через транзистор и достигает точки, в которой он больше не может держать транзистор включенным. Когда батарея выключена, резистор 1М разряжает конденсатор, готовый к следующему подключению батареи.

 

 

Моностабильный мультивибратор.

Моностабильный имеет одно стабильное состояние и одно нестабильное состояние. Его можно вывести из стабильного состояния, но он вернется обратно в стабильное состояние. По этой причине он также известен как схема триггера. Это похоже на бистабильную схему, но один из резисторов с поперечной связью был заменен конденсатором, который может пропускать ток как резистор, но только в течение ограниченного периода времени, после чего конденсатор становится полностью заряженным и ток поток останавливается, снова вызывая флоп в стабильном состоянии.

 

 

В этой схеме значения R резистора и C конденсатора определяют, как долго моностабильный будет находиться в своем нестабильном состоянии. Схема работает так:

 

1. В стабильном состоянии транзистор TR1 выключен. Его напряжение на коллекторе высокое, толкая левую сторону конденсатора C почти до +12 Вольт. Поскольку правая часть конденсатора C подключена к базе TR2, которая имеет напряжение 0,7 В, конденсатор заряжается до 11,3 Вольт.

 

2. Кнопочный переключатель кратковременно срабатывает. Он подает ток через резистор 10 кОм на базу транзистора TR1, включая его. Это понижает напряжение коллектора TR1 до 0 Вольт, забирая с собой левую часть конденсатора.

 

3. Поскольку напряжение на конденсаторе не может меняться мгновенно, правая сторона конденсатора опускает базу транзистора TR2 ниже 0,7 Вольт, вызывая отключение TR2.

 

4. Схема не может удерживать TR2 в выключенном состоянии вечно. Резистор 'R' подает ток в конденсатор, постепенно увеличивая напряжение на базе TR2 до тех пор, пока напряжение не достигнет 0,7 В, и транзистор TR2 снова включится, снова вынудив TR1 (при условии, что был отпущен кнопочный переключатель) , Это снова стабильное состояние. Если удерживать нажатой кнопку-переключатель, оба транзистора будут включены, а выходное напряжение все еще будет низким. Другой выходной импульс не будет генерироваться до тех пор, пока кнопка не будет отпущена и снова нажата.


Эта схема может быть использована для включения микроволновой печи на любое выбранное количество секунд, для задержки вашей домашней охранной сигнализации, чтобы дать вам время выключить ее после прохождения через входную дверь, для управления электромагнитным клапаном подачи. заранее определенное количество напитка в бутылку на производственной линии или что-то еще.

 

Нестабильный мультивибратор.

Нестабильная схема является моностабильной с добавлением второго конденсатора, так что ни одно из состояний не является стабильным. Это приводит к тому, что цепь непрерывно переворачивается назад и вперед:

 

 

Скорость переключения контролируется комбинациями R1 / C1 и R2 / C2. Время включения нагрузки к ее времени выключения называется отношением пространство-отметка, где периодом включения является отметка, а периодом отключения является пробел. Если вы решите использовать электролитические конденсаторы, которые имеют свою собственную полярность, то конец + ve каждого конденсатора подключается к транзисторному коллектору.


Хотя хорошо понимать, как эти мультивибрационные схемы работают и могут быть построены, в настоящее время существуют предварительно созданные схемы, заключенные в единый пакет, который вы с большей вероятностью выберете для использования. Они называются интегральными схемами или микросхемами для краткости. Мы будем обсуждать это в ближайшее время. Прежде чем мы это сделаем, обратите внимание, что в приведенной выше схеме транзистор TR3 был заменен новым вариантом, называемым полевым транзистором (FET). Этот тип транзистора новее, чем биполярные транзисторы, показанные в предыдущих схемах. Полевые транзисторы бывают двух видов: n-канал, которые похожи на NPN-транзисторы, и p-канал, которые похожи на PNP-транзисторы.

Полевые транзисторы сложнее сделать, но теперь они достигли уровня стоимости и надежности, что делает их действительно очень полезными. Они почти не требуют базового тока (называемого током затвора с этим типом транзистора), что означает, что они почти не влияют на любую цепь, к которой они подключены. Кроме того, многие из них могут выдерживать большие токи и могут похвастаться большими возможностями обработки мощности. Из-за этого обычно их упаковывают с помощью металлической пластины, готовой прикрепить к алюминиевой пластине радиатора, чтобы помочь рассеивать тепло, выделяемое большим количеством энергии, проходящей через них. RFP50N06, показанный выше, может выдерживать напряжение до 50 вольт и выдерживать напряжение до 60 ампер, что является серьезной нагрузкой.

 

Инверторы и таблицы правды.

Рассмотрим следующую схему:

 

Если ни один из кнопочных переключателей не работает, транзистор не имеет тока базы / эмиттера и поэтому он отключен. Это помещает напряжение коллектора в C около положительной шины (+5 Вольт).


Если используется кнопочный переключатель A, базовое напряжение пытается подняться до половины напряжения аккумулятора, но не достигает его, потому что база транзистора удерживает его до 0,7 Вольт. Это подает базовый ток на транзистор, сильно его включая и заставляя выходной сигнал при C падать почти до 0 Вольт.


Если нажимается кнопочный переключатель B (не делайте этого, когда переключатель A замкнут, или вы получите очень высокий ток короткого замыкания, протекающий непосредственно через два переключателя), это не влияет на выход напряжение, которое будет оставаться высоким.


Если мы заново рисуем схему следующим образом:

 

 

Мы можем видеть, что если напряжение на входе A будет высоким, то выходное напряжение на C будет низким. Если напряжение на входе А будет низким, то выходное напряжение на С будет высоким. Схема, которая делает это, называется инвертором, потому что она инвертирует (или переворачивает) входное напряжение.


Мы можем суммировать эту операцию в таблице. Лично я бы назвал таблицу таблицей Ввод / Вывод, но без видимой причины стандартное имя - это таблица Истина. Цель этой таблицы - перечислить все возможные входы и показать соответствующие выходные данные для каждого входа.


Другим стандартом является замена 1 на High Voltage и 0 на Low Voltage. Вы заметите, что многие элементы электрического и электронного оборудования имеют эти символы на переключателе ВКЛ / ВЫКЛ. В компьютерной схеме (ха! Вы не заметили, что мы перешли на компьютерные схемы, не так ли?), 0 представляет любое напряжение ниже 0,5 В, а 1 представляет любое напряжение выше 3,5 Вольт. Многие, если не большинство компьютеров используют свои логические схемы на 5 Вольт. Эта схема инвертора является логической схемой.


Критика вышеупомянутой схемы заключается в том, что ее входное сопротивление или импеданс не является особенно высоким, а его выходной импеданс не является особенно низким. Мы бы хотели, чтобы наши логические схемы могли управлять входами восьми других логических схем. Жаргон для этого в том, что у нашей схемы должно быть разветвление из восьми.


Давайте перейдем к простой модификации, которая улучшит ситуацию:

 

 

Здесь входной импеданс был увеличен в 100 раз за счет использования пары транзисторов Дарлингтона, которые требуют гораздо меньшего базового тока, и поэтому могут иметь намного более высокий входной резистор.


К сожалению, выходной импеданс все еще довольно высок, когда транзисторы находятся в выключенном состоянии, так как любой ток, взятый из положительной линии, должен протекать через резистор 1K8 (1800 Ом). Но нам нужен этот резистор, когда транзисторы находятся во включенном состоянии. Нам действительно нужно заменить резистор 1K8 для какого-либо устройства, которое иногда имеет высокое сопротивление, а другое - низкое. Возможно, вы не слышали об этих устройствах, но они называются транзисторами.


Есть несколько способов сделать это. Мы можем использовать транзисторы PNP (обычно мы используем типы NPN) и подключать их вместо резистора 1K8. Возможно, мы могли бы использовать схему, подобную этой:

 

 

Эта схема начинает выглядеть сложной, и мне не нравятся сложные схемы. Это не так плохо, как кажется. NPN-транзисторы в нижней части почти такие же, как в предыдущей схеме. Единственное отличие состоит в том, что нагрузка коллектора теперь составляет два резистора 100 Ом плюс сопротивление двух транзисторов. Если транзисторы PNP выключены, когда транзисторы NPN включены, нагрузка цепи на транзисторах NPN будет незначительной, и весь выход транзисторов NPN будет доступен для возбуждения внешних цепей через нижний резистор 100 Ом (большой вентилятор). -out 'для логического состояния' 0 '). Чтобы убедиться, что PNP-транзисторы отключены до того, как NPN-транзисторы начинают включаться, необходимо тщательно выбрать резистор R1.


Транзисторы PNP являются точным зеркальным отображением стороны NPN, поэтому необходимо тщательно выбирать резистор R2, чтобы гарантировать, что NPN-транзисторы будут жестко выключены, прежде чем PNP-транзисторы начнут включаться.


Вам не нужно чрезмерно беспокоиться об этой схеме, потому что вы почти наверняка будете использовать интегральную схему, а не строить свою собственную схему из дискретных компонентов. Интегральная схема, содержащая шесть комплектных инверторов, представляет собой 7414, который показан выше. Это поставляется в небольшом черном корпусе с двумя рядами из 7 штифтов, которые делают его немного похожим на гусеницу. Поскольку имеется два ряда выводов, упаковка называется Dual In-Line или DIL для краткости.

 

Теперь рассмотрим следующую схему:

 

 

Эта схема работает так же, как и схема инвертора, за исключением того, что она имеет два входа (A и B). Выходное напряжение на уровне C будет низким, если A ИЛИ B или оба этих входа имеют высокое значение. Единственный раз, когда выходной сигнал высокий, когда оба входа A и B имеют низкий уровень. Следовательно, схема называется вентилем ИЛИ. Строго говоря, поскольку выходное напряжение понижается, когда входное напряжение повышается, это называется вентилем НЕ ИЛИ, который укорачивается до вентиля НОР. В этом контексте слово не означает перевернутый. Если вы подали выход C в схему инвертора, результирующая схема будет подлинным ИЛИ затвором. Цифровые символы схемы для логического элемента И, логического элемента И-НЕ, логического элемента ИЛИ и логического элемента NOR:

 

 

 

 

 

Стробирование.
Эти общие микросхемы обычно поставляются с 2, 4 или 8 входами. Итак, почему он называется Ворота - это не двойной инвертор? Да, это двойной инвертор, но двойной инвертор действует как затвор, который может пропускать или блокировать электронный сигнал. Рассмотрим эту схему:

 

 

Здесь транзисторы "TR1" и "TR2" соединены, чтобы сформировать нестабильный (мультивибратор). Нестабильный элемент работает свободно, создавая прямоугольную диаграмму напряжения, показанную красным цветом. Транзистор TR3 передает этот сигнал напряжения. TR3 инвертирует прямоугольную волну, но это не имеет практического эффекта, выходной сигнал представляет собой прямоугольную волну той же частоты, что и сигнал, полученный от коллектора TR2.


Если нажимается кнопочный переключатель в точке A, ток подается на базу TR3, которая сильно его удерживает. Напряжение в точке C падает до нуля и остается там. Прямоугольный сигнал, поступающий от коллектора TR2, блокируется и не достигает точки выхода C. Это как если бы физические врата были закрыты, блокируя сигнал от достижения точки С. Пока напряжение в точке А низкое, ворота открыты. Если напряжение в точке А становится высоким, затвор закрывается, а выход блокируется.

 

 

В точке А нет необходимости ручного переключения. Подойдёт любая электронная коммутационная схема:

 

 

 

Здесь медленно работающий нестабильный вариант заменен на ручной переключатель. Когда выходное напряжение Astable 2 становится высоким, он переключает транзистор затвора TR3, крепко удерживая его и блокируя прямоугольный сигнал от Astable 1. Когда выходное напряжение Astable 2 становится низким, он освобождает транзистор TR3, а затем снова пропускает сигнал Astable 1. Результирующий стробированный сигнал отображается красным цветом в точке C и представляет собой всплески сигнала, контролируемые частотой бега Astable 2. Это тот тип волны, который Стэн Мейер нашел очень эффективным при расщеплении воды на водород и кислород (см. Главу 10).


Эта схема также может быть нарисована как:

 

 

Небольшой кружок на выходной стороне логических устройств показывает, что они являются инвертирующими цепями, другими словами, когда вход повышается, выход снижается. Два логических устройства, с которыми мы столкнулись до сих пор, имели этот круг: инвертор и вентиль NAND.


При желании вы можете использовать микросхему NAND, в которой схема также построена как триггер Шмитта, который, как вы помните, имеет быстродействующий выход даже при медленном движении входа. С таким чипом вы можете получить три разные функции с одного устройства:

 

 

Если два входа вентиля NAND соединены вместе, то выход всегда будет противоположен входу, то есть вентиль действует как инвертор. Эта схема также работает как триггер Шмитта из-за того, как построена схема затвора NAND. Существует несколько пакетов, построенных с использованием схем этого типа, один из которых представлен здесь как чип 74132, который содержит четыре NAND входа с двойным входом. Вентили могут иметь практически любое количество входов, но в любой конкретной схеме редко требуется более двух входов. Другая микросхема с идентичными контактами - это микросхема 4011 (которая не является схемой Шмитта). В этом пакете NAND с четырьмя двойными входами используется метод построения, называемый CMOS, который очень легко повреждается статическим электричеством до фактического подключения к цепи. Чипы CMOS могут использовать широкий диапазон напряжений и потреблять очень мало тока. Они дешевы и очень популярны


Количество устройств, встроенных в интегральную схему, обычно ограничено количеством контактов в упаковке, и один контакт необходим для одного соединения с внешним миром. Пакеты состоят из 6 контактов (обычно для оптоизоляторов), 8 контактов (много общих цепей), 14 контактов (много общих цепей, в основном компьютерных логических схем), 16 контактов (то же самое, но не так часто), а затем переход к большое количество выводов для устройств большого масштаба, таких как микропроцессоры, микросхемы памяти и т. д. Стандартный пакет микросхем мал:

 

Схемы прототипа часто строятся на полосовой плате, которая представляет собой жесткую плату с полосками меди, проходящими вдоль одной стороны, и перфорированными с матрицей отверстий. Полоски используются для электрических соединений и при необходимости разрываются. Эту полоску обычно называют Veroboard:

 

 

В настоящее время отверстия в ленточных досках расположены на расстоянии 2,5 мм (1/10 ) друг от друга, что означает, что зазоры между медными полосами действительно очень малы. Лично мне довольно сложно сделать хорошие паяные соединения на полосах без соединения припоя между двумя соседними полосами. Возможно, нужен меньший паяльник. Мне нужно использовать 8-кратное увеличительное стекло, чтобы убедиться, что паяное соединение не остается на месте до первого включения новой цепи. Маленькие пальцы и хорошее зрение являются решающим преимуществом для строительства печатной платы. Узкий интервал отверстий таков, что стандартная упаковка IC DIL поместится прямо на плате.


Схемы, построенные с использованием компьютерных схем, могут испытывать проблемы с механическими переключателями. Обычный выключатель света включает и выключает свет. Вы включаете его, и свет включается. Вы выключаете его, и свет гаснет. Причина, по которой он работает так хорошо, заключается в том, что на включение лампочки может уйти десятая доля секунды. Компьютерные схемы могут включаться и выключаться 100 000 раз за одну десятую секунды, поэтому некоторые цепи не будут надежно работать с механическим переключателем. Это потому, что контакт переключателя отскакивает, когда он замыкается. Он может отскочить один, два или несколько раз в зависимости от того, как работает переключатель. Если переключатель используется в качестве входа в подсчетную схему, схема может рассчитывать 1, 2 или несколько входов переключателя для одной операции переключения. Нормально отключать любой механический переключатель. Это можно сделать с помощью нескольких вентилей NAND, подключенных следующим образом:

 

 

 

Защелка NAND.

Здесь механический переключатель буферизуется защелкой. Когда задействован переключатель Set, выходной сигнал становится низким. Неподключенный вход логического элемента 1 действует так, как если бы он имел высокое напряжение (благодаря тому, как была построена схема вентиля NAND). Другой вход удерживается на низком уровне выходом вентиля 2. Это подталкивает выходной сигнал на уровне 1, который, в свою очередь, удерживает выходной сигнал на уровне 2 на низком уровне. Это первое стабильное состояние.


Когда задействован переключатель Set, выходной сигнал 2 переключается на высокий уровень. Теперь оба входа элемента 1 имеют высокий уровень, что приводит к снижению его выходного значения. Это, в свою очередь, приводит к тому, что один вход логического элемента 2 находится на низком уровне, который удерживает выход гейта 2 на высоком уровне. Это второе стабильное состояние.


Подводя итог: нажатие переключателя Set любое количество раз приводит к снижению уровня выходного сигнала, один раз и только один раз. Выход будет оставаться низким до тех пор, пока переключатель Reset не сработает один, два или любое количество раз, после чего выходной сигнал будет высоким и останется там.


Эта схема использует только половину одного дешевого чипа NAND Gate для создания бистабильного мультивибратора, который физически очень мал и легок

 

Схемы ворот.

NAND Gates может использоваться как сердце многих электронных схем, кроме логических схем, для которых был разработан пакет. Вот версия NAND Gate, описанная ранее. Микросхема 4011B - это КМОП-устройство, которое имеет очень высокий входной импеданс и может работать при подходящем напряжении батареи (от 3 до 15 Вольт):

 

 

Эта схема состоит из датчика дождя, двух нестабильных мультивибраторов и усилителя мощности, питающего громкоговоритель:

 
1. Датчик дождя представляет собой монтажную плату или аналогичную сетку из переплетенных проводников, образующих делитель напряжения на направляющих батареи.

 

2. Выходное напряжение от этого, в точке A на принципиальной схеме, обычно низкое, так как полосовая плата в сухом состоянии разомкнута. Это удерживает первый вентиль NAND заблокированным в состоянии OFF, предотвращая колебание первого нестабильного состояния. Этот первый нестабильный цвет обозначен на диаграмме синим цветом. Его частота (высота ноты, которую он производит) определяется значениями резистора 47К и конденсатора 1 микрофарад. Уменьшение значения любого из них повысит частоту (шаг ноты). Если на датчик падает дождь, напряжение в точке А становится высоким, что позволяет нестабильной работе свободно. Если напряжение в точке А не повышается в достаточной степени во время дождя, увеличьте значение резистора 1М.

 

3. Выход первого нестабильного сигнала - низкое напряжение, когда датчик сухой. Он берется из точки B и передается на вход стробирования второго нестабильного файла, удерживая его в выключенном состоянии. Скорость второго нестабильного режима определяется значением резистора 470K и конденсатора с частотой 0,001 мкФ. Уменьшение значения любого из них повысит высоту звука, производимого нестабильным. Скорость, с которой работает эта нестабильная, намного выше, чем первая нестабильная.

 
Когда идет дождь, напряжение в точке А повышается, позволяя первому нестабильному колебаться. При этом он включает и выключает вторую устойчивую ритмику. Это передает многократные всплески высокоскоростных колебаний от второй нестабильной к точке "C" на диаграмме.

 

4. Транзисторы эмиттер-повторитель пары Дарлингтона приводят к тому, что напряжение в точке "D" соответствует схеме напряжения в точке "C" (но напряжение на 1,4 В ниже из-за падения напряжения на базу / эмиттер на 0,7 В для каждого транзистора). Высокий коэффициент усиления двух транзисторов гарантирует, что выходной сигнал второго генератора не будет загружен чрезмерно. Эти транзисторы с силовым драйвером подают выходное напряжение на громкоговоритель на восемьдесят Ом, дополненный резистором для повышения общего сопротивления комбинации. Получаемая диаграмма напряжения показана в точке "D" и является звуком, привлекающим внимание.

 

Итак, почему эта схема колеблется?:

 

 

Схема не будет колебаться, если вход стробирования низкий, поэтому предположим, что он высокий. Возьмите момент, когда выходной сигнал 2 низкий. Чтобы это произошло, входы затвора 2 должны быть высокими. Поскольку выход затвора 1 подключен непосредственно к входам затвора 2, он должен быть высоким, и для этого, по крайней мере, один из его входов должен быть низким. Эта ситуация показана справа.

 
Теперь между точкой A и точкой B полное падение напряжения. Резистор 47K и конденсатор последовательно соединены с этим падением напряжения, поэтому конденсатор начинает заряжаться, постепенно повышая напряжение в точке C. Чем ниже значение резистора, тем быстрее поднимается напряжение. Чем больше значение конденсатора, тем медленнее возрастает напряжение.

 
Когда напряжение в точке C достаточно возрастает, резистор 100K поднимает входное напряжение затвора 1 достаточно далеко, чтобы заставить его изменить состояние. Это создает следующую ситуацию:

 

Теперь напряжение между A и B меняется на противоположное, и напряжение в точке C начинает падать, его скорость определяется размером резистора 47К и конденсатора 1 мкФ. Когда напряжение в точке C падает достаточно низко, вход затвора 1 достаточно низок (через резистор 100 кОм), чтобы затвор 1 снова переключался в состояние. Это переводит схему в исходное состояние, о котором идет речь. Вот почему схема непрерывно колеблется, пока вход стробирования затвора 1 не станет низким, чтобы заблокировать колебания.

 
Теперь вот схема логического элемента NAND для последовательного включения / выключения:

 

 

Эта схема многократно включает и выключает светоизлучающий диод при каждом нажатии кнопки. Когда двухпозиционный переключатель замкнут, конденсатор C1 удерживает напряжение в точке A на низком уровне. Это управляет выходным сигналом высокого уровня на затворе 1, который перемещает входные сигналы высокого уровня на выходе затвора 2 через резистор 100К R1. Это приводит к снижению напряжения в точке B и отключению транзистора, в результате чего светодиод остается в выключенном состоянии. Низкое напряжение в точке B подается обратно через резистор 100 кОм R2 в точку A, сохраняя его низким. Это первое стабильное состояние.


Поскольку выходной сигнал затвора 1 высокий, конденсатор C2 заряжается до этого напряжения через резистор 2M2. Если кратковременное нажатие кнопочного переключателя приводит к тому, что высокое напряжение C2 повышает напряжение точки A, заставляя затвор 1 менять состояние и, следовательно, затвор 2 также изменять состояние. Опять же, высокое напряжение в точке B подается обратно в точку A через резистор 100 кОм R2, поддерживая его высоким, поддерживая ситуацию. Это второе стабильное состояние. В этом состоянии точка B имеет высокое напряжение, и оно питает базу транзистора через резистор 4,7 кОм, включая его и зажигая светодиод.

 
Во втором состоянии выходной сигнал затвора 1 низкий, поэтому конденсатор C2 быстро разряжается до низкого напряжения. Если снова нажать кнопку-выключатель, низкое напряжение C2 снова приводит к точке A, в результате чего цепь возвращается в исходное стабильное состояние.

 
Мы могли бы, если пожелаем, изменить схему так, чтобы она работала в течение трех или четырех минут после включения, но затем прекращать работу до тех пор, пока цепь не будет выключена и снова включена. Это достигается путем включения одного из вентилей вместо использования обоих в качестве инверторов. Если мы закроем второй вентиль, то светодиод будет постоянно включен, поэтому мы изменим схему первого вентиля:

 

 

Эта схема работает точно так же, как и предыдущая, только в том случае, если напряжение в точке C высокое. При высоком напряжении в точке C затвор 1 может свободно реагировать на напряжение в точке A, как и раньше. Если напряжение в точке C низкое, оно блокирует выход логического элемента 1 на высоком уровне, заставляя выход логического элемента 2 на низком уровне и удерживая светодиод выключенным.

 
При первом включении цепи новый конденсатор емкостью 100 микрофарад C3 полностью разряжается, в результате чего напряжение в точке C поднимается почти до + 9 Вольт. Это позволяет воротам 1 работать свободно, а светодиод можно включать и выключать, как и раньше. С течением времени заряд на конденсаторе "C3" накапливается, питаясь резистором 2M2. Это вызывает постоянное падение напряжения в точке C. Скорость падения зависит от размера конденсатора и размера резистора. Чем больше резистор, тем медленнее падение. Чем больше конденсатор, тем медленнее падение. Показанные значения примерно настолько велики, насколько это практически возможно, из-за текущей "утечки" из "C3".

 
Через три или четыре минуты напряжение в точке C становится достаточно низким для работы затвора 1 и предотвращения дальнейшей работы цепи. Этот тип схемы может быть частью соревновательной игры, где у участников есть ограниченное время для выполнения некоторого задания.

 

 

Ворота NAND как усилитель.

Затворы также могут быть использованы в качестве усилителей, хотя они не предназначены для такого использования, и существуют гораздо лучшие интегральные схемы, из которых можно строить усилители. Следующая схема показывает, как это можно сделать:

 

 

Эта схема работает при внезапном изменении уровня освещенности. Предыдущая схема переключения уровня освещенности была разработана для срабатывания на определенном уровне увеличения или уменьшения уровня освещения. Это схема обнаружения тени, которая может использоваться для обнаружения кого-то, проходящего мимо света в коридоре или в подобной ситуации.

 
Уровень напряжения в точке А принимает некоторое значение в зависимости от уровня освещенности. Мы не особенно заинтересованы в этом уровне напряжения, так как он заблокирован от следующих цепей конденсатором "C1". Точка В не получает импульс напряжения, если в точке А не происходит внезапного изменения напряжения, то есть происходит внезапное изменение уровня освещенности, достигающее светозависимого резистора ORP12.

 
Первый вентиль усиливает этот импульс примерно в пятьдесят раз. Затвор эффективно используется и вынужден работать как усилитель резистором 10М, соединяющим его выход со своим входом. При включении выход строба 1 пытается перейти в низкий уровень. Когда его напряжение падает, он начинает подавлять свои собственные входы через резистор. Понижение напряжения на входах, начинает повышать выходное напряжение, которое начинает повышать входное напряжение, которое начинает понижать выходное напряжение, что ...... В результате оба входа и выхода занимают какое-то промежуточное напряжение (которое разработчики чипа не намеревались). Этот промежуточный уровень напряжения легко сбрасывается внешним импульсом, например импульсом, генерируемым ORP12 через конденсатор C1. Когда этот импульс поступает, усиленная версия импульса вызывает колебание напряжения на выходе затвора 1.

 

Это изменение напряжения передается через диод и переменный резистор на вход затвора 2. Затворы 2 и 3 соединены вместе как временный триггер Шмитта, в котором выходное напряжение в точке D подается обратно в точку C через резистор высокого значения. Это помогает сделать их изменение состояния более быстрым и решительным. Эти два затвора используются для передачи полного изменения состояния транзистору выходного каскада. Переменный резистор отрегулирован так, что затвор 2 собирается изменить состояние и легко активируется импульсом от затвора усилителя 1. Выход отображается в виде светодиода, но это может быть все, что вы выберете. Это может быть реле, используемое для включения какого-либо электрического устройства, соленоид, используемый для открытия двери, счетчик для отслеживания количества людей, использующих проход, и т. Д. И т. Д. Обратите внимание, что чип операционного усилителя (который будет описано позже) гораздо лучший выбор IC для схемы этого типа. Усилитель затвора показан здесь только для того, чтобы показать другой способ использования затвора.

 

Чип таймер NE555.

Существует исключительно полезная микросхема, обозначенная номером 555. Эта микросхема предназначена для использования в цепях генератора и таймера. Его использование настолько широко, что цена чипа очень низкая для его возможностей. Он может работать с напряжением от 5 Вольт до 18 Вольт, а его выход может выдерживать 200 мА. Требуется 1 мА, когда его выход низкий, и 10 мА, если его выход высокий. Он поставляется в 8-контактном корпусе Dual-In-Line, а также имеется 14-контактный вариант корпуса, который содержит две отдельные цепи 555. Штыревые соединения:

 

 

Это устройство может работать в качестве моностабильного или нестабильного мультивибратора, триггера Шмитта или инвертирующего буфера (низкий входной ток, высокий выходной ток).

 
Здесь он подключен как триггер Шмитта, и для вариации показан триггер, который будет оставаться включенным до отключения питания цепи (SCR также может использоваться с этой цепью постоянного тока):

 

 

 

И вот, моностабильный

 

 

И вот две нестабильные, вторая из которых имеет фиксированное, равное отношение метки / пространства, а первая - время высокого выходного напряжения, определяемое Ra + Rb, и время выхода низкого напряжения, определяемое Rb (в данном случае 2: 1):

 

 

 

 

 

 

 


Примечание. Высокая утечка электролитических конденсаторов большой стоимости не позволяет использовать их с резисторами высокой стоимости в цепях синхронизации. Вместо этого используйте конденсатор меньшего размера и следуйте схеме синхронизации с микросхемой деление на N, чтобы получить точно рассчитанные длительные периоды. Не все чипы 555 имеют качество изготовления, достаточное для надежной работы на частоте выше 20000 Гц, поэтому для более высоких частот чип необходимо выбирать после тестирования его фактической производительности.

 

Мы также можем подключить 555, чтобы получить переменное отношение метка / пространство, сохраняя частоту колебаний фиксированной:

 

 

Форма сигнала на выходе резко изменяется при регулировке переменного резистора, но частота (или высота ноты) выхода остается неизменной.


Вариант с переменной частотой этой схемы может быть получен путем замены резистора 33К на переменный резистор, как показано здесь:

 

 

Здесь резистор 33K был заменен двумя переменными резисторами и одним фиксированным резистором. Основной переменный резистор имеет размер 47 КБ (почти произвольный выбор) и питает второй переменный резистор размером 4,7 КБ. Преимущество этого второго переменного резистора заключается в том, что его можно установить на среднюю точку, а настройку частоты выполнить с помощью переменной 47К. Когда частота приблизительно правильная, переменная 4.7K может использоваться для точной настройки частоты. Это удобно, поскольку малая переменная будет иметь в десять раз больше движения ручек по сравнению с основной переменной (составляет всего 10% от ее значения).


Очевидно, что нет необходимости иметь тонкую настройку переменного резистора, и его можно опустить, не меняя работу схемы. Поскольку переменный резистор 47К может быть установлен на нулевое сопротивление, а переменный резистор 4,7К также может быть установлен на нулевое сопротивление, чтобы избежать полного короткого замыкания между выходным контактом 3 и переменным резистором 50К Mark / Space, постоянным резистором 3,3К Включено. В этой схеме частота устанавливается по выбору цепочки резисторов 47К + 4,7К + 3,3К (регулируемая от 55К до 3,3К) и конденсатора 100 нФ (0,1 мкФ) между контактом 6 и шиной нулевого напряжения. Увеличение емкости конденсатора снижает частотный диапазон. Увеличение резисторов также снижает диапазон частот. Естественно, уменьшение размера конденсатора и / или уменьшение размера цепи резисторов повышает частоту.


Один чип 555 можно использовать для подключения второго чипа 555 через опцию Сброс для вывода 4. Вы помните, что мы уже разработали схему, чтобы сделать это, используя два нестабильных и транзистор. Мы также создали тот же эффект, используя четыре вентиля NAND. Здесь мы создадим одну и ту же форму выходного сигнала, используя более обычную схему из двух микросхем 555:

 

 

Обе схемы NE555 можно приобрести в одном 14-контактном DIL-корпусе, который обозначен как NE556:

 

 

Есть много дополнительных типов схем, которые могут быть созданы с чипом 555. Если вы хотите изучить возможности, я предлагаю вам загрузить бесплатный PDF-файл 50 555 проектов с веб-сайта:

 

http://www.talkingelectronics.com/projects/50%20-%20555%20Circuits/50%20-%20555%20Circuits.html.
 
Микросхема 555 также может выдавать синусоидальный сигнал:

 

 

Или, если хотите, бистабильный мультивибратор:

 

 

Хорошо, предположим, что мы хотим спроектировать и построить схему, которая будет работать так же, как схема генератора импульсов Боба Бека, упомянутая в главе 11. Требуется, чтобы выходной сигнал прямоугольной формы пульсировал четыре раза в секунду, используя источник питания 27 В, цепь питание от трех небольших батарей размера PP3. Очевидным выбором для схемы, кажется, является микросхема таймера 555, которая является небольшой, надежной и дешевой, и подходящей схемой может быть:

 

 

Это оставляет нас с выбором значения для конденсатора и резистора. Нам нужно обратить внимание на тот факт, что цепь будет работать на 27 вольт, и хотя конденсатор не будет заряжаться до чего-то подобного напряжения, мы все равно выберем тот, который выдержит 27В. Если посмотреть на местный eBay, можно увидеть, что пакет из десяти конденсаторов емкостью 1 мкФ с номиналом 50 В можно купить всего за 1, включая стоимость пересылки, поэтому примите это как значение для C. Глядя на таблицу частот 555 выше показывает:

 

 

Это указывает на то, что для переключения цепи четыре раза в секунду (4 Гц) резистор R должен быть где-то между 100К и 470К. С моим конденсатором 120К - это примерно то же самое.


Хотя частота переключения не обязательно должна быть точной, давайте постараемся сделать ее правильной. Большинство компонентов по разумной цене имеют допуск около 10%, поэтому нам нужно выбрать комбинацию резистор / конденсатор для точных значений реальных компонентов, которые мы будем использовать. Для этого стоит построить схему на макете без припоя, поэтому, снова взглянув на eBay, мы обнаружим, что подходящую небольшую сменную плату можно купить и поставить за 3 фунта. Это выглядит так:

 

 

Эти типы плат позволяют подключать микросхемы к центральному разделителю, оставляя до пяти дополнительных соединений на каждом выводе. Короткие провода со сплошным сердечником могут использоваться для соединения между любыми двумя отверстиями в гнездах. Это позволит нам подключить один из наших конденсаторов и выяснить, какой резистор (или какие два резистора) заставляет цепь переключаться сорок раз за десять секунд.


Однако, если мы перейдем по адресу

 

http://www.alldatasheet.co.kr/ и загрузим PDF-файл данных для чипа NE555, мы обнаружим, что максимальное напряжение на чипе 555 довольно ограничено: