Электронные фокусы для любознательных детей

Светодиоды заменяют большинство из бытовых осветительных приборов. Причем заменяют эффективно по нескольким причинам.

Во-первых, светодиод очень экономичен. Так один, даже сверх-яркий светодиод с силой света до 5 кД (Кандел) потребляет всего 60-100 мА (питание постоянным током), и рассчитан примерно на 60000 часов непрерывной работы. При соединении в последовательную электрическую цепь ток в ней остается постоянным, а общая яркость светодиодного устройства возрастает. Эта идея легла в основу создания гибких светодиодных лент.

Во-вторых, светодиод миниатюрен. Он занимает очень мало места (по сравнению в энергосберегающей лампой или лампой накаливания сопоставимой световой отдачи) и может компактно монтироваться. Если посмотреть на современные портативные (ручные) фонарики, то мы увидим там кластеры из нескольких (иногда нескольких десятков) сверх-ярких светодиодов, которые дают световой поток, превосходящий поток от криптоновой лампы (накаливания).

Из «минусов» можно отметить необходимость принудительного охлаждения сверх-ярких (мощных) светодиодов (с мощностью более 1 Вт, ток свыше 300 мА). С другой стороны маломощные светодиоды и даже их комбинации (сборки) с током потребления до 80 мА в охлаждении не нуждаются.

Но даже несколько светодиодов в одном кластере (на одной печатной плате) по эффективности светового потока уступают светодиодной ленте, которая уже стала настолько популярна, что ею оформляют не только подсветку кухонь и подвесных потолков, но и контуры кузовов автотранспорта.

1.5.2. Светодиодные ленты и линейки

Светодиодная лента – идеальное решение для «закарнизного» и потолочного освещения в квартирах, офисах, магазинах, а также для любой локальной подсветки, к примеру, окон, домов (и любых зданий); что актуально под Новый год или для авто-мототехники – с установкой по периметр кузова. Особенно часто свои мотоциклы и автомобили украшают молодые люди; когда автомобиль или мотоцикл подсвечен снизу – смотрится это действительно красиво. Основной минус в том, что светодиодные ленты пока относительно дороги (в среднем 200 руб./погонный метр), и имеют ограниченную длину (как правило, 5–8 м) – фактор, связанный с техническим обеспечением одинаковой яркости всех светодиодов линейки.

Однако, даже в этом случае ничто не мешает творческой натуре соорудить подсветку, состоящую из нескольких светодиодных лент, или дождаться, когда промышленность выпустит в розницу светодиодные ленты (в упаковках) длиной более 200 м (такие уже испытываются). Например, красочно оформляют светодиодными лентами современные помещения для дискотек.

Основные преимущества светодиодных лент: компактность, гибкость, легкость монтажа, низкое энергопотребление и напряжение питания (можно применять без сетевого адаптера), безопасность. Все перечисленные факторы можно считать преимуществами светодиодных лент по сравнению с различными гирляндами на проводах, в том числе и светодиодными.

Далее рассмотрим особенности современных светодиодных лент, их разновидности, маркировку, технические характеристики (некоторых, наиболее популярных типов лент) и основные требования, предъявляемые к монтажу.

В ленте светодиоды располагаются в один или несколько рядов. Как правило, лента имеет бумажную или прорезиненную (самоклеющуюся) поверхность, на которое наподобие печатного монтажа нанесены токопроводящие (а потому плоские) дорожки. На светодиодной ленте методом пайки устанавливаются светодиоды в миниатюрных SMD-корпусах – специально разработанных для поверхностного монтажа.

Также на светодиодной ленте установлены и другие элементы – ограничительные (токоограничительные) резисторы и фильтрующие (сглаживающие) конденсаторы (тоже в SMD-корпусах, что не нарушает замысел почти плоской конструкции светодиодной ленты).

Такую ленту можно легко разрезать обычными ножницами, укоротив – по необходимости; при этом оставшийся «лишним» участок ленты со светодиодами также можно использовать в другой конструкции. Главное условие – ленту надо разрезать в специально показанных, как правило – пунктирной линией) местах – чтобы не повредить сами излучающие светодиоды и элементы «обвески» (миниатюрные резисторы, конденсаторы).

Светодиодная лента, как правило, питается от источника постоянного тока или сетевого адаптера. Есть ленты, рассчитанные на питание 6,12,24 В и соответственно – различной мощности.

«Минусом» светодиодной ленты можно считать ее относительную дороговизну (см. подборку таблиц ниже) и «хрупкость».

Такие ленты не рекомендуется многократно сгибать и переустанавливать с места на место. Это обусловлено самой конструкцией светодиодной ленты – ломкостью «печатных» токопроводящих дорожек из облуженной (для удобства пайки) тонкой меди или фольги.

Светодиодные ленты бывают одноцветные, многоцветные (RGB-трехцветные), ленты в виде светодиодных линеек, влагозащищенные, а также светодиодный дюралайт, и даже гибкий светодиодный неон, и совершенно новые герметичные светодиодные ленты с эффектом бегущего огня (недавно появились в продаже), управляемые контроллером типа SPI-RGB они идеально подходит для создания цветодинамических эффектов как во внутренних помещениях (дискоклубы, танцполы), так и при установке на улице.

1.6. «Картофельный» аккумулятор может зарядить плеер и мобильный телефон

Обыкновенный картофель можно использовать в качестве источника питания очень малой мощности. Оказывается в сырой картошке (более, чем в сухой) постоянно происходят химические процессы.

Эти процессы взаимодействия также не одинаково сильны в картошке, положенный на свет (в том числе естественный) и картошке, упрятанный в темный погреб. Несколько проведенных автором экспериментов с картошкой нового урожая привели к тому, что удалось зафиксировать между различными частями (концами) картофелины электрический ток малой силы.

Сначала взята одна картофелина, к которой подключен в режиме измерения постоянного напряжения популярный цифровой тестер М-830. Предел измерения постоянного напряжения установлен 200 мВ. Показания вольтметра 19,1 мВ.

В аналогичном случае, но уже с двумя картофелинами, напряжение, зафиксированное вольтметром постоянного тока, составило уже 135,3 мВ.

Учитывая то, что вольтметр имеет определенное внутреннее сопротивление (шунтирует проверяемую цепь), а ток, отдаваемый картошкой ничтожно мал (порядка 5 мкА), естественно значение фиксируемого напряжение на щупах вольтметра (разных концах картошки) со временем падает.

Так, например, во втором эксперименте с двумя картофелинами напряжение в цепи упало за 1 мин с 141 мВ до 119,5 мВ. Это позволяет сделать вывод, что использовать картофель для питания электронных конструкций (даже самых маломощных) вряд ли целесообразно. Простые подсчеты (основанные на законе Ома) показывают, что для получения в таком произвольном источнике питания напряжения 13,5 В и тока 10 мА потребуется не менее 220 картофелин, включенных параллельно (для увеличения выходного тока) и последовательно (для увеличения выходного напряжения).

Эксперимент, проведенный автором, также показал, что выходное напряжение зависит также и от размера картофелины, мест и глубины «втыкания» щупов, длины соединительных проводников и от состояния картофеля (влажность, старость, освещение).

Полярность нетрадиционного источника питания находят опытным путем.

Если несколько клубней соединить в последовательную электрическую цепь, то получится электрическая батарея, которая может давать постоянное напряжение и 5 и 10 и 20 В.

Другое дело, что постоянный ток, вырабатываемый этой батареей, вряд ли можно применить на практике, ибо он ничтожно мал: от одного клубня – всего несколько миллиампер.

Но вот если подключить несколько клубней последовательно-параллельно (при параллельном включении источников ток в цепи увеличивается), то от 4–5 средних размеров картофелин уже можно питать светодиод, а от 20–30 – заряжать аккумулятор сотового телефона.

Практическое применение

Рассмотренный выше нетрадиционный источник питания (состоящий из нескольких картофелин) может быть применен для питания детекторного приемника с высокоомным телефоном, на это у него «сил» хватит. Другой, более специфичный вариант применения – короткий импульс малого напряжения для запуска электронных конструкций, реализованных с входными цепями МОП-технологий (полевых транзисторов).

1.7. Цветы и деревья проводят электрический ток

Возбуждение у растения (в том числе на садовом участке) собственного мембранного процесса (осмоса) является важным моментом в растениеводстве, садоводстве или даже в обычной квартире, где хозяйка содержит комнатные цветы.

Кстати, к комнатным цветам относятся не только фиалки или столетник, но и драцена, пальма, лимон, и многие другие (которые в домашних условиях, возможно вырастить без преувеличения «до потолка»). Автору удалось вырастить дома в обычной городской квартире с помощью предлагаемого метода из желудя даже дуб– он был пересажен на садовый участок только когда ствол достиг длины 1,3 м.

Рост разных растений в домашних условиях не одинаков и своеобразен. Некоторые из них активно растут только летом, а зимой едва подают признаки жизни. Другие растут вне зависимости от времени года, но могут погибнуть внезапно. Причиной тому может служить не столько проблема окружающей среды, питание растения или температура воздуха, сколько отсутствие времени хозяев на должный уход за теми «кого мы приручили». В связи с этим архиважно «выходить» погибающее, затухающее растение, дать ему импульс к новой жизни.

«Реанимация» не подающего длительное время признаков жизни растения производится с помощью воздействия на растение током около 50 мА от одной пальчиковой батарейки типа АА.

Например, комнатный цветок «широколистник» длительное время пребывал в состоянии «ни жив, ни мертв». Жизнь его продолжалась, что было заметно по упругому стволу и зеленеющей верхушке, но ни листьев, ни роста ствола не происходило в течении двух лет (после того, как последние листья опали и рост растения внезапно прекратился).

После воздействия электрическим током силой 46–60 мА в течение 48 ч непрерывно, на вторые сутки эксперимента стали заметны новые развивающиеся листочки.

В цветочный горшок в глубь почвы на расстоянии 8-10 см воткнута стальная пластина– проводник электрического тока.

К ней подключен положительный вывод элемента питания с напряжением 1,5 В (пальчиковая батарейка типа АА или ААА). Последовательно включен постоянный резистор MЛT-0,25 сопротивлением 33 Ом. К верхушке растения подключен зажим типа «крокодил» с отрицательным полюсом батареи. В качестве элемента питания можно использовать и сетевой источник питания с понижающим трансформатором, с выходным напряжением 1,5–3 В.

Кроме того, есть и другой метод, основанный не столько на постоянном возбуждении осмоса растения (через непосредственное воздействие на него постоянного тока слабой силы), сколько на периодическое воздействие на стебли и листья растения.

Сенсорный контакт подключают к металлическому штырю (в качестве которого используется спица для вязания), который, в свою очередь, воткнут в землю цветочного горшка.

Другой сенсорный контакт аналогичным образом расположен в другом цветочном горшке.

Принцип работы устройства прост.

При касании рукой человека стебля или листьев (земли в горшке) первого цветка чувствительный сенсор срабатывает, и включается освещение. Оно будет включено до тех пор, пока в осветительной сети присутствует напряжение 220 В и пока не будет прикосновения к горшку, цветку или почве, куда помещен сенсор Е2. После воздействия на Е2 свет выключится.

Устройство безопасно в эксплуатации и нормально работает у меня дома уже в течении семи лет, радуя глаз и создавая необычную атмосферу праздника и чудес. Главное, чтобы источник питания применялся с понижающим трансформатором.

При касании рукой человека растения, наведенное в теле человека переменное напряжение (1-10 мВ) передается через стебель цветка и почву на сенсорный контакт. Электронное устройство воспринимает этот сигнал и включает устройство нагрузки.

А что делается с цветком?

Внимание, важно!

Во время касания человеком стебля растения, и воздействия на стебель переменного напряжения наводки, растение представляет собой проводник с определенным сопротивлением (вместе с почвой К_общ в диапазоне 10-10000 кОм), которое зависит от многих факторов, как то, влажности почвы, времени полива, особенностей растения, длины ствола и проч.

Через ствол растения проходит электрический ток. Эта стимуляция является, по сути, ничем не хуже стимуляции осмоса, предложенной автором выше. По результатам моего эксперимента, растение прекрасно себя чувствует и размножается отростками. За время эксперимента именно это растение выделялось среди прочих (не имеющих воздействия электрического тока) своим цветущим и «безмятежным» состоянием.

Практическая польза влияния на растения слабого электрического тока (до 100 мА) что называется «на лицо». Этот вывод дает стимул заинтересованным радиолюбителям продолжить разработки в данном направлении и использовать результаты авторских экспериментов как новаторский импульс и отправную точку с практическими доказательствами.

Не дожидаясь более долговременных результатов эксперимента, полагал бы такой метод «взять на вооружение» тем юным садоводам и цветоводам, у которых имеются необъяснимые обычной логикой проблемы выращивания растений.

1.9. Удивительное рядом… Эксперименты и полезные советы с необычным результатом

1.9.1. Невидимая гирлянда к Новому году

Новый год – особая череда событий, и готовятся к нему заранее. Чтобы удивить своих родных и местных селян простым фокусом, можно изготовить гирлянду, в которой лампочки соединяются «невидимыми» проводами, и визуально напоминают «висящих в воздухе», но при этом… горят.

Обмоточные провода типа ПЭЛ-1 и ПЭЛ-2 (применяемые в трансформаторах и для намотки катушек индуктивности, контурных катушек радиоприемников и в др. случаях) можно использовать в качестве малозаметных «невидимых» проводников в цепи 220 В. К примеру, подключить с их помощью 10 миниатюрных ламп накаливания, рассчитанных на напряжение 24 В и ток 0,068 А – гирляндой.

Внимание, важно!

Применять обмоточный трансформаторный провод типа ПЭЛ и аналогичный для мощной нагрузки нельзя. Если такую гирлянду повесить на стену в комнату, визуально будет казаться, что огоньки (лампочки) горят сами по себе (из-за того, что провода не видны).

Это интересно!

Если последовательно (в разрыв цепи) подключить старый стартер СК-220 (или аналогичный) для «жужжащих» люминесцентных ламп и параллельноего контактам неполярный конденсатор емкостью 0,25 мкФ на рабочее напряжение не менее 300 В, гирлянда будет мигать.

1.9.2. Как зажечь лампу без проводов?

Ни к чему не подключенную энергосберегающую лампу (даже вышедшую из строя) можно зажечь необычным способом – с помощью радиоволн.

Для этого потребуется радиостанция, с возможностью работы на передачу (исправный передающий тракт) на любую частоту. Включаем рацию в режим «передача» подносим к энергосберегающей лампе, и… лампа зажигается прямо в руках.

Если сразу такого не произойдет, например, из-за небольшой мощности радиостанции, слегка стряхните лампу или несильно ударьте по ее колбе антенной рации для детонации газа внутри колбы. Эффект превосходит самые смелые ожидания, можно показывать фокусы. Впрочем, для посвященных, они имеют весьма четкое объяснение – об этом написано в учебниках по физике.

Можно махать в воздухе лампой, не подключенной никуда, лишь бы рядом работал радиопередатчик с широким диапазоном волн.

1.9.3. «Яркие» и вкусные сосиски с помощью электричества

Много бывает фокусов, но я бы хотел акцентировать внимание читателя не столько на фокусах всем, пожалуй, известных, как-то кипячение в течении 1–2 минут воды в 3-х литровой банке с помощью опасной бритвы, к обоим концам которой подсоединены (скруткой) проводники и сия несложная конструкция воткнута в сеть 220 В (только без воды нельзя втыкать – сработает защита-автомат); сколько, на мой взгляд, более оригинальных.

В доказательство тому – вот еще один, который с соблюдением мер предосторожности можно реализовать за несколько минут. Если у вас нет желания (или возможности) кипятить, жарить, парить в микроволновой печи сосиски, но при этом есть огромное желание стать на время оригинальным гастрономом, можно поступить проще.

К двум металлическим вилкам прикрутите скруткой обычный сетевой шнур с вилкой-штепселем на конце. Положите на тарелку (поднос) сосиску (фирма-производитель и цена продукта за 1 кг значения не имеют) и воткните в нее вилки с разных концов. Также в саму сосиску (для пущего эффекта) воткните по всей длине сосиски простые светодиоды (к примеру, АЛ307БМ); полярность значения не имеет, ибо род тока переменный. Затем сетевую вилку смело втыкайте в розетку.

Через 1 минуту сосиска будет готова, а светотехническое шоу при этом «подогреет» и ваш аппетит.

Глава 2

Разные схемы доработки электронных игрушек

2.1. Доработка «Кота в мешка»

В продаже появилась игрушка, которая в соответствии со своим внешним видом так и называется – «Кот в мешке». Даже при незначительном акустическом воздействии (шуме, громком голосе, а тем более хлопке или ударе) вблизи игрушки, из нее раздается звуковой сигнал, напоминающий визг кота, схваченного за хвост или ведущего драку с другим котом.

То же происходит, но с другим звуковым эффектом, если потрогать хвост «псевдокота», выступающий из «мешка».

В чем причина таких неадекватных звуков? Их появлению способствует устройство, электрическая схема которого показана на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Электрическая схема устройства «Кот в мешке»

Как можно разумно использовать данное устройство?

Среди множества электронных устройств, повторяемых радиолюбителями особое место занимают простые акустические сигнализаторы– датчики, которые благодаря их универсальности можно использовать в быту практически неограниченно– от систем охраны до автоматических включателей или составных частей более сложных устройств, активируемых шумовым воздействием.

Как частный случай, акустические датчики можно использовать в фокусах, например, на новогодней елке, где от слов «Елочка, гори!» автоматически включатся световые эффекты. Другой возможный пример– сигнализатор повышенного уровня шума в помещении, сейчас такие сигнализаторы становятся все актуальнее. Основой для всех вышеперечисленных вариантов успешно послужит рассматриваемый ниже электронный узел. Его особенность в очень большой чувствительности, которая обусловлена сочетанием в схеме пьезоэлемента ВМ1 и транзисторов с высокими характеристиками усиления тока.

Электронный узел, схема которого показана на рис. 2.2, представляет собой усилитель 34 на транзисторах с большим статическим коэффициентом передачи тока. Собственно датчиком служит пьезоэлектрический капсюль ВМ1. Он преобразует звуковой сигнал в электрические колебания.

Усилитель на транзисторах VT1 и VT2 построен по принципу усиления постоянного тока. Резкий шум, тряска, хлопок или небольшое механическое воздействие по капсюлю ВМ1 немедленно отразится изменением напряжения в базе транзистора VT2 на 1… 1,2 В. Чувствительность узла такова, что устройство реагирует на шум резкого характера (например, хлопок) на расстоянии 4.. 5 м.

Второй каскад на транзисторе VT2 усиливает сигнал до уровня, необходимого для активации входного ключа микросхемы DA1 (вывод 3).

Постоянный резистор R2 ограничивают коллекторный ток VT1, предохраняя транзистор от выхода из строя. Конденсатор С1 обеспечивает положительную обратную связь между входом и выходом усилителя. Конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения источника питания.

При воздействии звукового сигнала на капсюль ВМ1 усиленный электрический сигнал поступает на усилитель тока, выполненный на входном каскаде специализированной микросхемы DA1. При этом на одном из выходов DA1 (вывод 5) присутствует сигнал высокого уровня, который является управляющим для транзистора VT3.

Транзистор VT3 управляет электродвигателем, рассчитанным на номинальное постоянное напряжение 3 В. При наличие сигнала высокого логического уровня в базе VT3 двигатель начинает вращаться (это происходит в течение 1 мин, если нет повторного звукового воздействия на капсюль ВМ1), поэтому, благодаря механике. Предусмотренной в игрушке, «Кот в мешке» заметно колеблется, трясется и вращается вокруг своей оси, пока работает электродвигатель Ml.

Для того, чтобы продлить время включения электродвигателя в устройство вводят оксидный конденсатор СЗ (на схеме не показан), включенный между точкой А (отрицательная обкладка) и «плюсом» источника питания. В моменты акустического шума конденсатор СЗ заряжается, благодаря этому время работы электродвигателя Ml увеличивается.

В то же время на выводе 4 микросхемы DA1 появляется последовательность импульсов, которые преобразуются динамической головкой ВА1 в звуковой сигнал. Продолжительность этого звукового сигнала (на слух воспринимаемого как мяуканье кошки в мартовский период) соотносится к продолжительности времени вращения электродвигателя Ml как 3:1.

Как показала практика, увеличение емкости дополнительного конденсатора СЗ свыше 10 мкФ неэффективно, так как теряется стабильность работы всего узла – раз от раза колеблется точность задержки выключения реле, заметно теряется общая чувствительность к акустическим воздействиям (требуется время на зарядку СЗ).

При новом звуковом воздействии на датчик процесс повторится сначала.

Если вместо электродвигателя Ml применить слаботочное электромагнитное реле на напряжение, соответствующее U, то устройство может управлять любой соответствующей нагрузкой, электрические и мощностные характеристики которой зависят от типа применяемого электромагнитного реле К1.

Устройство надежно работает в круглосуточном режиме.

На практике узел эффективно работает при напряжении источника питания (установленного вместо батареи GB1) от 4 до 10 В постоянного стабилизированного напряжения. Максимальный ток потребления узла не превышает 50 мА (с учетом установленного вместо Ml реле TRU-5VDC-SB-SL,

TTI TRD-9VDC-FB-SL, Omron G2R-112PV или аналогичного). Коммутирующие контакты реле управляют устройством нагрузки.