Электронный конструктор "СМАЙЛ" Набор №3

   Эксперимент 1. Проверьте напряжение!

   Можно ли ощутить на вкус электричество? Наверное — нет, но в данном случае, похоже, что вы это сможете сделать. Резкое быстрое покалывание, которое вы почувствуете, будет связано с потоком электрических зарядов, перемещающихся от одного вывода батарейки к другому по влаге, которой смочен ваш язык. Поскольку кожа вашего языка очень тонкая (это практически лизистая мембрана) и нервы расположены очень близко к его поверхности, вы можете очень легко ощутить этот поток ...


   Эксперимент 2. Давайте сожжем батарейку!

   Чтобы лучше понять, что такое электрическая энергия, вы сделаете то, что в большинстве книг рекомендуется не делать. Вы закоротите батарейку. Закоротить это значит непосредственно, накоротко, соединить два вывода источника напряжения ...


   Эксперимент 3. Ваша первая схема

   Теперь настало время заставить электричество сделать что-нибудь такое, что может принести какую- либо пользу. Для этой цели мы будем использовать компоненты под названием резисторы и светодиоды.
   Вам понадобятся:
• батарейка типа АА с напряжением 1,5 В. Количество — 4 шт.;
• держатель для четырех батареек. Количество — 1 шт.;
• резисторы: 470 Ом, 1 кОм, 2 кОм или 2,2 кОм (номинал 2,2 кОм встречается гораздо чаще, чем 2 кОм, и также может использоваться в данном эксперименте). Количество — по одному резистору каждого номинала;
• светодиод любого типа. Количество — 1 шт.;
• зажимы типа «крокодил». Количество — 3 шт. ...


   Эксперимент 4. Изменение напряжения

   Существует большое разнообразие типов и размеров потенциометров, но все они выполняют одну и ту же функцию: позволяют изменять напряжение и ток в цепи за счет изменения сопротивления. В этом эксперименте мы сможем узнать больше о напряжении, силе тока и соотношении между ними. Здесь вы также познакомитесь и научитесь читать справочные листы технических данных изделий, выпускаемых фирмами-изготовителями.
   Здесь вам пригодятся:
• те же самые батарейки, держатель для батареек, зажимы типа «крокодил» и светодиод, которые вы использовали в последнем эксперименте;
• потенциометр с линейной характеристикой и номиналом 2 кОм. Количество — 2 шт. Полноразмерные потенциометры  встречаются реже по сравнению с более миниатюрными версиями. Интереснее использовать потенциометры большего размера, поскольку с ними намного легче работать;
• один дополнительный светодиод;
• мультиметр. ...


   Эксперимент 5. Давайте сделаем батарейку

  Много лет назад еще до возможности совершения «путешествий» по сайтам в Интернете, обмена файлами или изобретения сотовых телефонов детей строго наказывали, поскольку тогда многие из них часто развлекались, устраивая эксперименты на кухонном столе, например, такие, как изготовление примитивной батарейки путем помещения гвоздя и одноцентовой монетки в лимон. В это трудно поверить, но наверное, это правда!
  Это достаточно старый опыт — но я в любом случае хочу проверить его, поскольку каждый, кто хочет ощутить природу электричества, должен знать, насколько легко получить его из предметов, которые нас постоянно окружают в жизни. Кроме того, если вы будете использовать достаточное количество лимонов, то сможете получить такое напряжение, которое даже позволит зажечь светодиод ...


   Эксперимент 6. Очень простое переключение

   Вам понадобятся:
1. Батарейки типа AA напряжением 1,5 В. Количество — 4 шт.
2. Держатель для 4 батареек типа АА. Количество — 1 шт.
3. Светодиод. Количество — 1 шт.
4. Тумблер на одно направление (однополюсный). Количество — 2 шт.
5. Резистор сопротивлением 220 Ом или близкий к этому значению мощностью минимум 0,25 Вт. Количество — 1 шт.
6. Зажимы типа «крокодил». Количество — 8 шт.
7. Провод или коммуникационные провода.
8. Кусачки для проводов и инструмент для снятия изоляции с проводов, если вы не собираетесь использовать коммуникационные провода ...


   Эксперимент 7. Включение светодиодов с помощью реле

   Следующим шагом в нашем исследовании концепции переключения является использование переключателей с дистанционным управлением. Под термином «дистанционное управление» я имею в виду переключатель, которому вы можете послать сигнал на включение или выключение. Этот тип переключателя известен как реле (от английского слово «relay» — передавать, транслировать). Это связано с тем, что реле передает некоторое управляющее воздействие из одной части цепи к другой. Часто реле управляется относительно низким напряжением или малыми токами, а вот переключает или иначе коммутирует оно довольно большие напряжения или токи ...


   Эксперимент 8. Релейный генератор

   ... Теперь, когда вы нажмете на кнопку, положительное напряжение источника питания с помощью изначально замкнутых контактов реле поступает на ее обмотку и одновременно на левый по схеме светодиод. Но как только на обмотку реле будет подано напряжение, оно сработает, а изначально замкнутые контакты реле размыкаются. Это приводит к разрыву цепи, по которой напряжение питания подается на обмотку, поэтому реле возвращается в исходное состояние и контакты замыкаются снова. При этом напряжение питания опять будет подано на обмотку реле, которое снова разомкнет контакты. Такой периодический процесс будет повторяться бесконечно ...


   Эксперимент 9. Время и конденсаторы

   В эксперименте 8, когда вы устанавливали конденсатор параллельно обмотке реле, конденсатор заряжался практически мгновенно перед тем, как разрядиться через обмотку реле. Если бы вы последовательно к конденсатору добавили резистор, то длительность разряда конденсатора, безусловно, возросла бы. Изменяя длительность разряда конденсатора, вы можете измерять время, что является очень важным ...


   Эксперимент 10. Транзисторное переключение

   Транзистор может переключать электрический ток точно также, как и реле. Но он является более чувствительным и универсальным устройством по сравнению с тем, что было продемонстрировано в первом очень простом эксперименте ...


   Эксперимент 11. Модульный проект

   Конечным продуктом данного эксперимента будет схема, генерирующая звуковой сигнал, подобный небольшой сирене, которую можно будет использовать для создания сигнализации несанкционированного проникновения. Вас может интересовать или не интересовать обладание таким сигнальным устройством, но четыре этапа этого процесса очень важны, поскольку наглядно демонстрируют каким образом можно заставить отдельные группы компонентов обмениваться данными друг с другом ...


   Эксперимент 12. Соединение двух проводов вместе

   Ваши приключения с пайкой начинаются с прозаической задачи — соединить два провода друг с другом, но потом мы быстро перейдем к созданию полной электронной схемы на перфорированной плате. Итак, начнем.
   Вам понадобятся:

1. Паяльник мощностью 30 или 40 Вт.
2. Паяльник- карандаш мощностью 15 Вт.
3. Тонкий припой диаметром 0,022'' (0,56 мм) или около того.
4. Средний припой диаметром 0,05'' (1,3 мм) или около того.
5. Инструмент для снятия изоляции и кусачки для проводов.
6. Держатель типа «третья рука», предназначенный для удерживания ваших компонентов.
7. Термоусадочные трубки в ассортименте.
8. Специальный промышленный фен.
9. Что- нибудь, что позволит защитить вашу рабочую зону от капель расплавленного припоя.
   
   Мы начнем работать с паяльником общего назначения, мощность которого 30 или 40 Вт. Включите его в сеть, установите его на подставку для паяльника и найдите себе занятие на пять минут до тех пор, пока паяльник не разогреется. Если же вы не дадите паяльнику разогреться до максимальной температуры, то в результате вам не удастся сделать хорошее соединение ...


   Эксперимент 13. Сжигание светодиода

   В главе 1 вы видели, каким образом может быть поврежден светодиод, если через него протекает слишком большой ток. Электрический ток выделяет тепло, которое расплавляет светодиод. Неудивительно, что вы можете очень легко вывести его из строя, нагревая слишком сильно один из его выводов паяльником. Вопрос только в том, какой же нагрев будет избыточным? Давайте выясним это.
   Вам понадобятся:

1. Паяльник мощностью 30 или 40 Вт.
2. Паяльник- карандаш мощностью 15 Вт.
3. Пара светодиодов, которые в ходе эксперимента будут вы ведены из строя.
4. Резистор с сопротивлением 680 Ом.
5. Кусачки для проводов и тонкогубцы.
6. Держатель с зажимами типа «крокодил», предназначенный для удерживания ваших компонентов ...


   Эксперимент 14. Пульсирующий свет

   В вашей первой схеме с использованием однопереходного транзистора для генератора низкой частоты, который заставлял мигать светодиод дважды каждую секунду. Мигания выглядели очень «электронными», под которыми я имею в виду то, что свечение светодиода было типа «включен/выключен» без постепенного перехода между этими состояниями. Мне кажется, что мы сможем модифицировать эту схему так, чтобы сделать мигания светодиода более плавными и интересными, как предупреждающее мигание компьютера Apple MacBook, когда он переходит в «спящий» режим. Мне кажется, что что- то подобное можно использовать в качестве украшения одежды, если оно будет достаточно небольшое и элегантное ...


   Эксперимент 15. Переработанная схема охранной сигнализации

   Теперь наступило время, когда надо внести улучшения в охранную сигнализацию, о которой я рассуждал в конце эксперимента 11. Я собираюсь показать, как будет срабатывать сигнализация, если вы установите различные датчики на окна и двери в вашем доме. Я также покажу, как может быть подключена охранная сигнализация, чтобы она сама вставала на охрану и продолжала выдавать сигнал даже в том случае, когда дверь или окна закрыты. В этом эксперименте будет приведена процедура переноса проекта с макетной платы на перфорированную плату, которая имеет медные проводящие соединительные дорожки, расположенные идентично перемычкам внутри макетной платы, и как было показано ранее. В конце главы вы установите законченную схему в корпус, разместив переключатели и разъемы на его переднюю панель ...


   Эксперимент 16. Генерирование импульсов

   Микросхема таймера 555 очень надежный электронный компонент, но все же, теоретически, разрядом статического электричества вы можете вывести ее из строя. Поэтому, чтобы это исключить, перед тем, как начинать работу с микросхемой, вам надо будет заземлиться. Эта процедура подробно описана далее в разд. «Эксперимент 18. Таймер измерения реакции человека» в примечании «Заземление себя». Хотя это примечание прежде всего относится к такому типу микросхем, которые называются CMOS (от англ. Complementary Metal- Oxide Semiconductor — комплементарный металлооксидный полупроводник — КМОП) и которые особенно уязвимы, заземление это именно та предосторожность, которой не следует пренебрегать в любом случае. Посмотрите на маленький идентификационный элемент в форме круглого точечного углубления, на корпусе микросхемы и поверните корпус таким образом, чтобы эта метка (или иначе ключ) находилась в левом верхнем углу при направленных от вас выводах микросхемы. Если же на вашей микросхеме идентификационный элемент (ключ) выглядит как полукруглая выемка на середине одного из торцов корпуса, то надо повернуть микросхему таким образом, чтобы эта выемка находилась вверху ...


    Эксперимент 17. Установка тональности звука

   Два других примера использования таймера 555. Вам понадобятся все те же компоненты, что и для эксперимента 16 плюс дополнительно:

1. Еще одна микросхема таймера 555. Общее количество — 2 шт.
2. Миниатюрный динамик. Количество — 1 шт.
3. Потенциометр с линейной характеристикой и сопротивлением 100 кОм. Количество — 1 шт.

   Порядок действий
   Оставьте все компоненты эксперимента 16 на том месте, в котором вы их установили на макетной плате, и добавьте следующую часть схемы немного ниже, как это показано на монтажной и электрической схемах. На этих схемах между выводами 6 и 7 микросхемы, вместо перемычки, которая закорачивала эти выводы в предыдущей схеме, вставлен резистор R2, а внешней цепи запуска с использованием вывода 2 больше нет. Вместо этого вывод 2 перемычкой подключен к выводу 6 ...


   Эксперимент 18. Таймер для определения реакции человека

   Поскольку таймер 555 способен функционировать на частотах, измеряемых в тысячах герц, вы можете использовать его для определения скорости человеческой реакции. Вы имеете возможность устроить соревнование с друзьями на проверку быстроты реакции, а также  выяснить, как скорость реакции зависит от вашего состояния, времени дня или от того, насколько хорошо вы выспались накануне ...


   Эксперимент 19. Изучение логики

   Вы собираетесь войти в сферу чистой цифровой электроники, где используются логические элементы (логические вентили), являющиеся фундаментальной основой каждого электронного вычислительного устройства. Когда вы работаете с ними по отдельности, то они чрезвычайно просты для понимания, но когда вы начинаете соединять их друг с другом, то получаете нечто, что кажется недостижимым по своей сложности ...


   Эксперимент 20. Кодовый замок

   Предположим, что вы хотите, чтобы никто из посторонних не смог воспользоваться вашим компьютером. Для данной задачи я могу подумать о двух путях решения: использования программного или аппаратного обеспечения. Программное обеспечение предполагает использование программы определенного типа, которая будет прерывать нормальный ход загрузки программного обеспечения компьютера, требуя ввода пароля. Естественно, что вы можете пойти именно таким путем, но я думаю, что более действенным (и в большей степени соответствующим материалу данной книги) будет использование аппаратного обеспечения. То, что я могу себе представить — это кодовый замок с цифровой клавиатурой, который требует от пользователя компьютера ввода секретного кода перед тем, как компьютер может быть включен ...


   Эксперимент 21. Игра с равными шансами на победу

   На шоу- викторине «Своя игра» («Jeopardy» на американском ТВ) конкурсанты соревнуются, отвечая на вопросы. Первый человек, который нажимает кнопку ответа, автоматически блокирует других участников, поэтому их кнопки становятся неактивными. Как мы можем сделать схему, которая будет делать то же самое? Если вы выполните поиск в Интернете, то найдете несколько сайтов любителей электроники, где другие любители предлагают схемы, которые работают таким же образом, но они упускают некоторые вещи, которые можно считать необходимыми. Подход, который мы намереваемся здесь использовать, гораздо проще, и разработан более детально. Он проще, поскольку в нем используется микросхема с очень ограниченными возможностями счета, но более детально разработан, поскольку он включает в себя «управление ведущего викторины», что дает возможность организовать более реалистичную игру ...


   Эксперимент 22. Переключение и дребезг

   В предыдущем эксперименте было упомянуто, что «дребезг контактов» кнопок в схеме не должен быть проблемой, поскольку кнопки активируют таймеры 555, которые применяются в бистабильном режиме (режиме триггера). Как только таймер получает первый сигнал, он моментально переключается в другое состояние и остается в нем, игнорируя любые дополнительные помехи, которые генерируются схемой. Итак, можем ли мы устранить дребезг контактов переключателя или кнопки, используя триггер? И поскольку некоторые микросхемы в серии 74HCxx могут иметь в своем составе триггер, можем ли мы его использовать? Ответы будут «да» и «да», хотя это не так- то легко сделать, как кажется ...


   Эксперимент 23. Игра в кости

   Это единственный эксперимент, в котором используется микросхема 74LSxx ТТЛ- семейства (TTL), вместо микросхемы 74HCxx КМОП- семейства (CMOS). Я это сделал по двум причинам: прежде всего, мне нужно было использовать счетчик 7492, которого нет в микросхемах серии HC. А, во- вторых, вы должны знать основные данные о серии LS- микросхем семейства ТТЛ, потому что их можно часто встретить в книгах по электронике и в Интернете. Кроме этого, вы должны узнать об ТТЛ- микросхемах с «открытым коллектором» таких, например, как инвертор 74LS06, который может быть удобной заменой транзисторов, когда вы хотите формировать сигналы с током величиной до 40 мА ...


   Эксперимент 24. Завершенная охранная сигнализация

   Самым большим недостатком в охранной сигнализации было то, что как только она активировалась, она немедленно была готова реагировать на сигнал, полученный от датчиков, установленных на окнах и дверях. Вам нужна функция задержки активации, чтобы дать вам шанс выйти из здания до того, как система сама себя не поставит на охрану. Эту функцию в состоянии обеспечить таймер 555, который возможно должен быть соединен вместе с реле ...


   Эксперимент 25. Магнетизм

   Этот эксперимент должен быть частью школьной программы физического кабинета, но даже если вы помните, как он производился,  предлагаем повторить его снова, поскольку его организация занимает немного времени, но он должен стать нашей исходной точкой для целой новой темы: соотношения между электрическим и магнитным полем ...