Ii. Ряд 5, стеллаж с инструментами: запасаясь впрок Глава Рабочее место радиолюбителя
|
Скачать 4.79 Mb.
|
Индуктивность и все ее названия Часто можно услышать, как катушки индуктивности называют просто индуктивностью или дросселем, все эти термины можно употреблять взаимозаменяемо, но для инженера-разработчика они не всегда имеют одинаковый смысл. Так, катушки индуктивности используются для получения резонанса нл определенной частоте, а дроссели — для режекции (подавления) некоторого частотного диапазона. Однако в данной книге мы будем употреблять общий термин катушка индуктивности, невзирая на все эти не столь уж большие отличия. Каждая радиостанция излучает электромагнитные волны на строго определенной частоте. При изменении радиоволны на самом деле происходит изменение этой частоты при помощи подстройки переменных электронных компонентов таким образом, чтобы все другие частоты отсекались. Так какие же радиодетали служат для режекции всех частот, кроме вашей любимой "сто и сколько-то" мегагерц? Для этой цели как раз и применяются катушки индуктивности (или дросселя), объединенные с конденсаторами в один контур для фильтрации всех частот за исключением требуемой. Катушки индуктивности широко применяются и в других областях электроники, например, во всех более-менее качественных источниках питания дроссели служат для уменьшения 50-герцевого шума, который приходит из входной линии 220 В переменного тока. Сама индуктивность является свойством проводника, свернутого в кольцо, запасать в электромагнитном поле, окружающем дроссель при протекании через него тока, энергию. Величины индуктивности измеряются в генри (Гн), фактически же в миллигенри (тысячных долях Гн) и микрогенри (миллионных долях). Значение индуктивности катушки служит мерой запасенной энергии. Катушки также классифицируются по влиянию, которое они оказывают на уменьшение напряжения сигнала переменного тока. (Кроме реактивного сопротивления, в реальных катушках присутствует активная составляющая, т.е. простое сопротивление, как у резистора. У идеальной же катушки она равна 0, а присутствует только реактивная (частотозависимая) составляющая. —Примеч. ред.) Для оценки этого фактора существует система маркировки, аналогичная цветовой маркировке на резисторах, речь о которой шла в главе 4. На многих катушках, особенно с большими номиналами, печатают значение индуктивности в микрогенри. Они выпускаются самых разнообразных форм и размеров. Меньшие же катушки зачастую выглядят как маломощные резисторы, да и маркировка их похожа. Индуктивности также могут быть постоянными и переменными. Независимо от типа, они представляют собой проводник, намотанный вокруг сердечника из непроводящего материала. Количество витков и диаметр провода, а также материал сердечника и определяют значение индуктивности постоянной катушки; у переменной же есть небольшой диск, вращая который, можно подстраивать количество витков, а значит, и саму индуктивность. Сердечник катушки может выполняться из феррита или какого-то другого материала, включая воздух (чаще всего это или феррит, или воздух). Частота кварцевого резонатора При срезе под определенным углом кристалла кварца он начинает резонировать на определенной частоте. Такие кристаллы широко применяются в электронных схемах, например, в качестве осцилляторов для тактирования микроконтроллеров. Да и другие микросхемы также довольно часто нуждаются в кварце. Частота кристаллов измеряется в мегагерцах (МГц); подробнее о единицах измерения рассказано в главе 1. Каждый кристалл упакован в пластиковый или металлический корпус и имеет два вывода, при помощи которых он подключается к схеме. Формы корпусов таких осцилляторов бывают довольно разнообразными. Хотя этот совет и может показаться очевидным, при покупке кристалла необходимо убедиться, что для данной схемы нужен осциллятор именно такой частоты. Детектирование Существуют электронные элементы, которые при детектировании ими некоторого явления (скажем, изменения температуры до какого-то уровня) выполняют определенное действие (например, включают свет). Они называются сенсорами или детекторами. В этом разделе будет рассказано о типах сенсоров, с которыми можно иметь дело в разных электронных проектах. Кто видит свет? Среди стандартных радиоэлементов, речь о которых шла в предыдущих главах (а именно — в главе 4), есть такие, которые имеют важное и интересное свойство: зависимость характеристик от света. Производители радиоэлектронных элементов выпускают специальные резисторы, диоды и транзисторы, чувствительные к свету; сигнал на этих компонентах меняется соответственно количеству попадающего на элемент освещения. Светочувствительные компоненты можно использовать как сенсоры в охранной сигнализации, системах контроля и автоматического освещения, средствах коммуникации. К примеру, можно сделать датчик, который бы следил за тем, чтобы, когда машина выезжает из гаража, автоматические двери случайно не закрылись. Для дистанционного управления телевизором (оно ведь используется каждый день, не правда ли?) в телевизионном приемнике есть светочувствительный транзистор или диод, который и получает сигналы с пульта. Ниже приведен миниобзор свойств светочувствительных резисторов и транзисторов. > Светочувствительные резисторыназываются фоторезисторами или просто фотоэлементами . Их сопротивление меняется в зависимости от количества падающего света. Типичный фотоэлемент наиболее чувствителен в диапазоне видимого света, особенно в желто-зеленом диапазоне спектра. > Светочувствительные транзисторы и диоды называются соответственно фототранзисторами и фотодиодами. По внешнему виду они абсолютно идентичны, поэтому в ящике стола их следует держать в разных отделениях. Эти элементы наиболее чувствительны к невидимому инфракрасному освещению (фактически — к теплу). Инфракрасные излучатели и светоприемники применяют в системах дистанционного управления. В этой главе о светочувствительных элементах мы рассказали только основные сведения, но в главе 14 можно будет узнать о них значительно подробнее из интересных проектов, в которых используются фотоэлементы. Детекторы движения Легче всего увидеть детектор движения в действии, когда при приближении к крыльцу соседа неожиданно включается свет. Подобные интеллектуальные системы используются во многих домах, школах и магазинах для автоматического управления освещением или в качестве охранной сигнализации. В большинстве детекторов движения используется техника, которая получила название пассивного инфракрасного детектирования и обычно использует напряжение 220 В. Как правило, такие системы монтируются на стену или на потолок, откуда они охватывают практически весь объем охраняемого помещения. Если в устройстве используется питание от батареек, следует иметь компактный детектор движения, работающий от 5 В. Такие сенсоры можно приобрести у фирм, занимающихся продажей и установкой систем безопасности. Внутри головки детектора движения Внутреннее строение пассивного инфракрасного сенсора движения — весьма простое устройство. Детектор содержит два кристалла, линзу и небольшую электронную схему. Когда инфракрасный свет (который излучает любое нагретое тело, в том числе и человек) попадает на кристалл, тот генерирует электрический заряд. Поскольку любой человек, двигающийся в поле зрения сенсора, также испускает тепловые волны, сенсор движения легко зарегистрирует его присутствие. Типичный сенсор движения имеет три вывода: на землю, на положительный источник питания и собственно выход сенсора. При 5-вольтовом питании детектора и при условии, что в поле зрения сенсора отсутствуют нагретые предметы или люди, напряжение на его выходе будет близким к 0 В. Если же фиксируется какое-то движение, то напряжение на выходе подскакивает до уровня питания (5 В). Не стоит покупать пассивный инфракрасный сенсор отдельно от датчика. Сам сенсор не оснащен линзой, которая присутствует в полном датчике, но именно благодаря ей датчик способен улавливать движение, а не просто присутствие в радиусе обзора какого-то тела. Другие типы детекторов движения В случае, если вы заинтересовались системами наблюдения и хотели бы узнать о них больше, мы очень кратко рассмотрим другие типы сенсоров. > Активные инфракрасные сенсоры движения. В них используются светоизлучающий светодиод и фотоприемник инфракрасного диапазона. В качестве последнего используется, к примеру, фототранзистор; он генерирует ток, когда на него попадает инфракрасный свет. Если кто-то пересекает пространство между светодиодом и фотоприемником, транзистор перестает генерировать ток, поскольку на пути света возникает препятствие. Такие сенсоры представляют собой всего-навсего разновидность электрического глаза, который отлично помнят поклонники фильмов про Джеймса Бонда, особенно те, кому за 40. Эффективно подобные датчики можно использовать только в пространствах с постоянным движением, например, в помещениях. > Ультразвуковые сенсоры движения. Такие детекторы генерируют ультразвуковые колебания, которые отражаются объектами помещения. Если в комнате ничего или никто не двигается, ультразвуковая волна возвращается назад в датчик без изменения. Однако, как только кто-то или что-то совершит движение, волновая картина исказится, и это изменение включит сигнал тревоги. Подобные сенсоры вряд ли стоит использовать вместо обычных пассивных инфракрасных детекторов, если только ультразвуковая электроника не входит в зону ваших интересов. Тепло, теплее, горячо: сенсоры температуры Представьте себе — холодный зимний вечер, вы лежите в теплой кровати у себя дома. Внезапно вы слышите посторонний звук — но нет, это не пришел менеджер по продажам какой-то ерунды, это просто автоматически включился котел автономной системы отопления. Термостат в комнате активировал котел, поскольку температура окружающей среды в помещении упала ниже заданной температуры. Термостат, используемый в подобных системах, представляет собой спиральную металлическую полоску (она называется биметаллической лентой), которая сжимается при уменьшении температуры. Если эта спираль сожмется до точки, соответствующей определенной температуре, она переместит ключ и, соответственно, активирует автоматику котла. Это простейший и наиболее распространенный тип сенсора температуры, который применяется в различных электрических устройствах, в том числе и в термостатах. Существуют и другие типы датчиков температуры: термопары, полупроводниковые и инфракрасные сенсоры, термисторы. Все они, в отличие от биметаллического детектора, измеряют температуру электрически, а не механически. Чтобы облегчить жизнь начинающему радиолюбителю, мы бы порекомендовали использовать в тех проектах, где требуется измерять температуру, термисторы — поскольку они проще в использовании по сравнению с теми же термопарами или инфракрасными детекторами. Термистором называется резистор, сопротивление которого зависит от температуры. Другие методы измерения температуры Только что в тексте упоминались температурные сенсоры, работающие на принципах электричества. Сейчас пришло время кратко описать их характеристики для наиболее любознательных читателей. > Полупроводниковые сенсоры температуры. После термисторов это, наверное, простейшие в использовании детекторы температуры. Наиболее распространенные сенсоры состоят из пары транзисторов. Сигнал с выхода сенсора зависит от температуры. > Термопары. Этот тип сенсора генерирует напряжение, изменяющееся с температурой. Термопара состоит из двух проводов из разных металлов (к примеру, один — из меди, второй— из сплава меда, с никелем, сваренных или спаянных в одной точке. Такой сплав разных металлов приводит к появлению разности потенциалов, зависящей от внешней температуры. Термопары можно использовать для измерения очень высоких температур: сотен и даже тысяч градусов. > Инфракрасные сенсоры температуры. Такие сенсоры измеряют поток инфракрасного света, испускаемого нагретыми объектами. Подобные детекторы особенно удобно использовать тогда, когда необходимо помещать сенсор на расстоянии от объекта, температуру которого нужно измерять, - к примеру, когда объект окружён коррозионной средой. На промышленных объектах и в научных лабораториях они используются широко, наряду с термопарами. Вернемся к термисторам. Они делятся на две группы. > Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом. Сопротивление термисторов данного типа уменьшается с ростом температуры. > Термисторы с положительным температурным коэффициентом. У этих термисторов сопротивление с ростом температуры увеличивается. На термисторе, как правило, указывается, к какому типу он относится; если же такая маркировка вдруг отсутствует, то его тип можно выяснить и самостоятельно в процессе калибровки, определяя, увеличивается или уменьшается сопротивление с ростом температуры. В каталогах продавцов радиоэлементов сопротивление термисторов обычно приводится при температуре 25 °С. При измерении сопротивления самостоятельно мультиметром (см. главу 9) эту процедуру следует провести на нескольких температурах; эти измерения помогут откалибровать термистор по шкале. Если же детектор должен включать или отключать какой-то элемент схемы при заданной температуре, то совершенно необходимо как можно точнее измерить его сопротивление в данной точке. Термисторы имеют два вывода и не имеют полярности, так что можно не волноваться, какой именно вывод присоединить к положительному потенциалу. Вибрации двигателя постоянного тока Задумывались ли вы когда-нибудь, каким образом может вибрировать мобильный телефон? Нет, внутри у него нет никаких прыгающих насекомых: в качестве вибратора используется двигатель постоянного тока. Моторы, работающие от постоянного тока, могут преобразовывать электрическую энергию, например, батарейки, в механические колебания. Это движение может использоваться для поворота колес робота или для создания тех же вибраций телефона. Фактически двигатель постоянного тока можно применять везде, где требуется получать механические движения. Важнейшую часть мотора составляет электромагнит, да и весь мотор, если разобраться, состоит из электромагнита, вращающегося на оси между двумя постоянными магнитами (рис. 5.8). Положительный и отрицательный выводы батареи подсоединяются к двигателю так, чтобы каждый конец электромагнита имел одинаковую полярность с находящимся рядом с ним постоянным магнитом. Полюса постоянных магнитов воздействуют на электромагнит таким образом, что тот начинает вращаться вокруг своей оси вследствие неустойчивости своего положения. Как только электромагнит поворачивается на 180 градусов, его положительный и отрицательный полюса меняются местами с исходными, и магнит продолжает свое вращение вокруг оси. Полярность подключения меняется при помощи нехитрого устройства, состоящего из коллектора (сегментированного колеса, каждый сегмент которого подключен к противоположному полюсу электромагнита) и металлических щеток, которые касаются коллектора и, таким образом, изменяют полятность.  Коллектор вращается вокруг оси, а щетки находятся в фиксированном положении: одна подключена к положительному выводу батареи, вторая — к отрицательному. Поскольку ось двигателя и, следовательно, коллектор постоянно вращаются, сегменты последнего попеременно касаются только одной щетки с определенным зарядом. Это, в свою очередь, приводит к изменению полярности электромагнита. Если вам непременно хочется самому понаблюдать за описанным механизмом работы электродвигателя постоянного тока, можно купить за несколько рублей дешевый моторчик и разобрать его на части. Ось двигателя постоянного тока совершает несколько тысяч оборотов в минуту — многовато для большинства реальных приложений, поэтому очень часто моторы оснащают и продают с инерционным механизмом передачи (например, червячного типа), которое позволяет уменьшить скорость вращения вала до сотен оборотов в минуту (об/мин). Такой же метод используется в автомобилях для переключения скоростей в коробке передач. В каталогах производителей электродвигателей указываются некоторые технические характеристики. Основными являются две из них. > Скорость вращения: указывается в оборотах в минуту (об/мин, или rpm— revolutionsperminute). Это основная величина, которую нужно учитывать при подборе мотора для своих нужд. К примеру, для вращения колес управляемого игрушечного автомобиля вполне достаточно 60 об/мин, т.е. 1 оборота в секунду. > Рабочее напряжение: указывается диапазон напряжений. В электронике удобно применять моторы, рабочие напряжения которых лежат в диапазоне от 4,5 до 12 В. Также следует проверить номинальное напряжение двигателя и количество оборотов в минуту для этого значения. Если подать на мотор напряжение, которое меньше номинального, то его вал будет вращаться на оборотах, более низких, чем указано для номинала. Двигатели постоянного тока имеют два вывода (к которым припаиваются внешние провода): один для подключения к положительному, второй— отрицательному потенциалу. Для того чтобы двигатель заработал, достаточно просто подать на него требуемое напряжение постоянного тока и, соответственно, выключить ток, чтобы остановить вращение. Для более эффективного контроля скорости вращения вала мотора можно использовать метод, известный под названием широтно-импулъсной модуляции (ШИМ). Данный метод заключается в подаче на мотор напряжения не постоянно, а короткими импульсами. Чем больше заполнение интервала импульсами напряжения (и, соответственно, короче промежутки между этими импульсами), тем быстрее вращается вал мотора. Если необходимо собрать устройство с контролем скорости вращения вала, например, робота, то скорость должна контролировать электроника, используя, скажем, ту же ШИМ. Если к валу мотора присоединяются колеса, вентилятор или лопасти миксера, перед включением обязательно следует убедиться, что эти элементы присоединены безопасно. Если этого не сделать, то детали могут слететь с вала и ударить вас или стоящих рядом людей. Не пошуметь ли немножко? Возможно, время от времени вы задавали себе вопрос: что же такое звук? Звук представляет собой всего-навсего колебания воздуха. При разговоре, к примеру, голосовые связки человека вибрируют, в результате чего возникают звуковые волны, распространяющиеся в воздухе и достигающие ушей собеседника. В электронике для создания звука используются громкоговорители и генераторы звука. На самом деле электроника представляет собой весьма шумную дисциплину по сравнению с другими: можно слушать музыку, пищать, заставлять выть сирены и издавать другие звуки. В следующих подразделах мы исследуем большинство устройств, позволяющих проделать все эти трюки и, наконец, услышать "голос" вашего проекта. Говорит громкоговоритель Большинство громкоговорителей, или динамиков, состоит из постоянного магнита, электромагнита и конуса. На рис. 5.9 показано, как эти составные части образуют одно устройство. К конусу громкоговорителя (он называется диффузором) крепится электромагнит. Когда через него протекает электрический ток, он или приближается к постоянному магниту, или отталкивается от него (если ток течет в противоположном направлении). Движение электромагнита заставляет дрожать диффузор, т.е. создавать звуковые колебания. Частоты, на которых громкоговоритель может вещать, измеряются в герцах (Гц) и килогерцах (кГц). Человеческое ухо способно воспринимать звуки в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. В зависимости от размеров и строения громкоговорителя, он способен создавать звуки в той или иной области частот. К примеру, в стереоаппаратуре используется один динамик для генерации низких частот (басов) и другой для генерации высоких. Однако, если для какой-то задачи нужно простое устройство, воспроизводящее звуки, не стоит серьезно заботиться о выборе громкоговорителя и его частотном диапазоне. Разве только если проект заключается в построении супер-пупер-высококлассной аудиосистемы, можно позволить себе потратить значительное время и средства на исследования и подбор динамиков.  Применение единиц Гц и кГц рассматривается более детально в главе 1. Генераторы звука Согласитесь, пищалки— это круто! Они могут использоваться для всего на свете: апример, для предупреждения о том, что кто-то зашел в комнату, или для того, чтобы сгонять не в меру заигравшегося кота с обеденного стола. Как работает генератор звука Вот как работают простейшие генераторы звука (зуммеры): на пьезоэлектрический кристалл подается напряжение, которое заставляет этот кристалл сжиматься или расширяться. Если подсоединить к такому кристаллу диафрагму, то изменения напряжения приведут к ее вибрации, что, в свою очередь, вызовет звуковые колебания. Такие генераторы называют пьезоэлектрическими; все они основаны на пьезоэлектрическом эффекте: способности некоторых кристаллов (например, кварца или топаза) претерпевать механические изменения под воздействием электрического тока. Есть и такие генераторы, в которых используется электромагнит. Однако для начала мы рекомендуем ограничиться пьезоэлектрическими зуммерами, просто, чтобы уменьшить количество движущихся частей. Пищалки имеют два вывода и богатый ассортимент внешних исполнений. Пара простейших и самых распространенных из них изображена на рис. 5.10. Чтобы правильно подать напряжение на кристалл, необходимо убедиться, что положительный потенциал подается на красный провод.  Чья пищалка громче? Зуммер генерирует звук на одной-единственной частоте; в спецификации, однако указывается несколько параметров. > Частота генерируемого звука: большинство генераторов формируют звуковые колебания на частотах от 2 Гц до 4 кГц. Именно на них человеческий слух воспринимает звуки лучше всего. > Рабочее напряжение и диапазон допустимых напряжений: просто следует убедиться, что генератор работает от напряжений, которые выдает схема подключения. > Уровень звука в децибелах (дБ): чем выше число децибел, тем громче звук издает генератор. Аналогично, чем выше напряжение, подаваемое на него (естественно, в диапазоне допустимых напряжений), тем, снова же, громче звук. (Децибелы служат для измерения ослабления/усиления сигналов относительно какого-то уровня. Для амплитуд сигналов справедлива формула N дБ = 20 lg (Aj/A2), где Aj и А2 — амплитуды сигналов. — Примеч. ред.) Следует убедиться, чтобы громкость звука генератора лежала в диапазоне, в котором он не может нанести повреждения слуху. При уровне звука примерно 85 дБ и выше начинается раздражение слухового нерва. (Это утверждение основано на том факте, что постоянно действующий на протяжении длительного времени громкий звук может привести к нарушениям слуха. Однако уровень 85 дБ соответствует шуму взлетающего рядом самолета, и ни один зуммер не воспроизведет колебания такой мощности. — Примеч. ред.) Часть III Электроника на бумаге  В этой части... Верный путь в густом лесу электронных устройстъ помогут найти принципиальные схемы — проводник и мире электронных компонентов и их связей. В этой части будет рассказано, как читать электрические схемы и использовать их дли понимании принципов функционирования устройства: будет ли оно пищать, светиться, вращаться или делать что-то еще. Прочитав эту главу, вы наконец то поймете, что означают все эти линии и закорючки на электронных чертежах. |
Похожие:
 |
Руководство по эксплуатации Содержание Содержите рабочее место в чистом состоянии. Рабочее место, находящееся в беспорядке, создает опасность получения травм |
 |
Инструкция по безопасности на рабочем месте заказчика Автоматизированное рабочее место Автоматизированное рабочее место заказчика (далее – арм) использует скзи для обеспечения целостности, авторства и конфиденциальности... |
|
Техническое задание (идентификационный номер процедуры №35/ 4-7978... Тип оборудования: Рабочее место визуального контроля vs8/S/6 Lynx (Великобритания) |
|
Д. С. Блинов (глава 6), Д. Ю. Гончаров (глава 8), М. А. Горбатова... Истоки и современное содержание уголовной политики в области здравоохранения: актуальные вопросы теории и практики |
|
Общая психодиагностика В. С. Аванесов глава 2 ( 2,1). В. С. Бабина глава 6 ( 4). Е. М. Борисова глава В. Б. Быстрицкас глава 7 ( 1). А. В. Визгина глава... |
|
1 Рабочее место слесаря На рабочем месте слесарь выполняет операции,... На рабочем месте слесарь выполняет операции, связанные с его профессией. Рабочее место оснащается оборудованием, необходимым для... |
|
Учебное пособие общая психодиагностика В. С. Аванесов глава 2 ( 2,1). В. С. Бабина глава 6 ( 4). Е. М. Борисова глава В. Б. Быстрицкас глава 7 ( 1). А. В. Визгина глава... |
|
Руководство пользователя «Мобильное место» ... |
|
Техническое задание на выполнение комплекса работ по разработке проектно-сметной... «Монтаж системы автоматической передачи данных с объектов отс на рабочее место диспетчера одс» |
|
«Автоматизированное рабочее место заведующего предприятием «Аптека Виноградная» Тема: «Автоматизированное рабочее место заведующего предприятием «Аптека Виноградная» |
|
Инструкция № по технике безопасности при работе с режущими инструментами К работе с режущими инструментами допускаются лица, прошедшие вводный инструктаж и инструктаж на рабочем месте по правилам их безопасной... |
|
Паспорт Индивидуальное рабочее место обеспечивается учебным оборудованием в соответствии с программой по предмету |
|
Техническое задание Техническое задание на поставку и ввод в эксплуатацию... Техническое задание на поставку и ввод в эксплуатацию медицинского оборудования – Рабочее место офтальмолога (авторефрактометр, пневмотонометр,... |
|
Для регистрации в гас «Управление» Настроить рабочее место пользователя в соответствии с техническими требованиями |
|
Винчи Дэн Браун Об авторе Факты Пролог Глава 1 Глава 2 Глава 3 Глава 4 Дэна Брауна, переведенных на 40 языков, приближается к 8 миллионам экземпляров. Писатель также занимается журналистикой, регулярно... |
|
Руководство пользователя. Автоматизированное рабочее место администратора Исполнительный директор службы Финансово-экономической информации зао «Интерфакс» |