Электроника для начинающих [1-е издание]

Рис. 2.18. Полноразмерные тумблеры с выводами, имеющими винтовые соединения, спроектированы именно для того, чтобы можно было легче их включать в цепь

Вы можете заметить, что в этой схеме добавлена пара небольших отрезков проводов, подключаемых к тумблерам. Я предлагаю для этого использовать зеленый провод, чтобы напомнить, что эти части схемы не имеют прямого соединения с положительным или отрицательным выводом источника питания. В принципе вы можете использовать провод любого цвета. Кроме того, для этой цели вы можете использовать коммуникационные провода с уже подсоединенными «крокодилами», если они у вас, конечно, есть. В противном случае вам наверняка придется удалять часть изоляции с проводов, что, безусловно, потребует от вас некоторого навыка, поэтому сейчас давайте потренируемся с этим.

Инструменты

Если автоматический инструмент для снятия изоляции (рис. 2.19) не захватывает провод 22 AWG (диаметром 0,64 мм) достаточно эффективно, то попробуйте инструменты компании Kronus, которые показаны ранее на рис. 2.4, или используйте удобные и простейшие инструменты для снятия изоляции, которые показаны на рис. 2.20.

Рис. 2.19. Использование автоматического инструмента для удаления изоляции, когда вы сжимаете рукоятки, губки слева зажимают провод, а острые лезвия с вырезами справа надкусывают изоляцию. Увеличение сжатия приводит к тому, что губки и лезвия отходят друг от друга, снимая изоляцию с провода

Рис. 2.20. Чтобы снять изоляцию с конца провода, вы можете использовать простые кусачки для проводов, но для этого вам потребуется немного попрактиковаться

При использовании простых кусачек для проводов надо держать провод одной рукой и, удерживая инструмент другой рукой, слегка сжать рукоятки — с таким расчетом, чтобы этого усилия было достаточно только для снятия изоляции, и в то же время надо не переусердствовать, чтобы не перерезать провод. Затем потяните за провод, одновременно отводя в противоположную сторону кусачки. После небольшой практики вы научитесь легко снимать изоляцию, оголяя концы проводов.

Некоторые крутые компьютерные фанаты для снятия изоляции с проводов используют свои зубы (рис. 2.21). Когда я был молод, я тоже использовал такой способ. У меня были два слегка раздвинутых зуба, чтобы делать это. На самом деле такую работу лучше всего доверить соответствующему инструменту.

Рис. 2.21. Те, кто склонен забывать место, куда они положили свой инструмент, и кто чувствует, что искать его бесполезно, могут успокоить себя, используя свои зубы для снятия изоляции с провода. Однако это может оказаться не слишком хорошей идеей…

Проблемы подключения

В зависимости от размера тумблера, который вы используете, у вас могут возникнуть проблемы при закреплении «крокодилов» на выводах тумблера для подключения к ним проводов.

С миниатюрными тумблерами, которые встречаются в наше время гораздо чаще, чем полноразмерные, может быть особенно хлопотно (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Можно, конечно, использовать миниатюрные тумблеры, лучше, конечно, соответственно с миниатюрными зажимами типа «крокодил», но при этом надо быть очень внимательным, чтобы не допустить короткого замыкания

Потерпите, очень скоро мы будем использовать макетную плату, которая почти совсем не требует использования «крокодилов».

Тестирование

Следует убедиться, что вы подключили более длинный вывод светодиода так, что он соединен с точкой, расположенной ближе к положительному выводу источника напряжения (в данном случае к резистору). Теперь щелкните любым тумблером. Если светодиод находился во включенном состоянии — светил, то он отключится, а если был в выключенном состоянии, то включится.

Переключите другой тумблер, вы получите тот же самый эффект. Если же светодиод вообще никак не загорается, то возможно вы неверно собрали схему. Другая опасность заключается в том, что при использовании «крокодилов» можно случайно закоротить батарейку.

Предположим, что все получилось, и два переключателя выполняют работу так, как я описывал ее. Что же в данном случае происходит? Подошло время разобраться с несколькими основными фактами.

Все о переключателях

Когда вы переключаете тумблер, который используется в эксперименте 3, то вы соединяете центральный вывод тумблера с одним из его выводов на краю. Переключение назад приводит к тому, что центральный вывод соединяется с другим крайним выводом, как это показано на рис. 2.23.

Рис. 2.23. Центральный вывод называют полюсом переключателя. Когда вы перемещаете тумблер, полюс меняет позицию подключения

Центральный контакт называют полюсом переключателя.

Поскольку вы можете выполнить переключение или вернуть его обратно, то этот переключатель имеет только два возможных положения, поэтому он называется двухпозиционным переключателем или переключателем на два положения.

Как указывалось ранее, однополюсный двухпозиционный переключатель имеет аббревиатуру SPDT (single-pole, double-throw).

Некоторые переключатели являются переключателями типа Вкл./Выкл. (англ. ON/OFF), что означает, что они могут выполнить только одно соединение в одном положении, а в другом положении нет. Большинство из выключателей света в вашем доме являются именно переключателями такого типа. Они известны как однопозиционные переключатели.

Однополюсный однопозиционный переключатель имеет аббревиатуру SPST (single-pole single-throw).

Некоторые переключатели имеют два совершенно независимых полюса, поэтому вы можете одновременно делать два независимых подключения, когда переключаете переключатель. Такой переключатель называется двухполюсным переключателем.

Обратитесь к фотографиям на рис. 2.24–2.26, где показаны перекидные переключатели «ножевого» типа устаревшей конструкции (рис. 2.27) (они все еще используются на уроках электроники в школах), и вы получите начальное представление об одно- и двухполюсных, а также об одно- и двухпозиционных переключателях и тумблерах. Различные виды тумблеров, контактные группы которых находятся внутри корпуса, показаны на рис. 2.28.

Рис. 2.24. Эта простейшая конструкция однополюсного двухпозиционного переключателя выполняет в точности то же самое, что и тумблеры, которые показаны на рис. 2.23 и 2.28

Рис. 2.25. Однополюсный однопозиционный переключатель выполняет подключение только одного полюса. У него имеется только два простых состояния: замкнуто и разомкнуто, т. е. Вкл. и Выкл

Рис. 2.26. Двухполюсный однопозиционный переключатель выполняет два раздельных включения/выключения одновременно

Рис. 2.27. Этот сошедший с ума ученый готов подать напряжение на свою экспериментальную установку. С этой целью он использует однополюсный двухпозиционный переключатель ножевого типа, удобно смонтированный на стене в его подвальной лаборатории

Рис. 2.28. Все эти переключатели являются тумблерами. Как правило, чем большие размеры имеет переключатель, тем больший ток он может коммутировать

Для интереса вы можете приобрести переключатели, у которых три или четыре полюса. (Некоторые поворотные переключатели имеют даже большее количество полюсов, но мы их не будем использовать.) Кроме того, некоторые двухпозиционные переключатели имеют дополнительное «среднее выключенное» положение.

Собрав их все вместе, я составил таблицу возможных типов переключателей (табл. 2.1). Когда вы читаете каталог деталей, вы можете легко проверять по этой таблице и вспоминать, что означает каждая аббревиатура.

Теперь выясним, что такое кнопочный переключатель? Когда вы нажимаете кнопку дверного звонка, вы замыкаете электрический контакт, поэтому это какой-то тип переключателя; на самом деле корректным названием для этого переключателя является «переключатель с самовозвратом» или «переключатель без фиксации», поскольку он осуществляет кратковременное соединение контактов. Любой подпружиненный переключатель или кнопка, которые «хотят» вернуться в свое исходное положение, называется переключателем без фиксации. При обозначении переключателя его кратковременное состояние будем заключать в скобки. Далее приведем некоторые примеры.

• Выкл.-(Вкл) — поскольку состояние Вкл. (ON) заключено в скобки, то это означает, что в этом состоянии переключатель пребывает кратковременно. Поэтому это однополюсный переключатель, который выполняет замыкание контактов только тогда, когда вы на него нажимаете, и возвращается обратно, выполняя отключение, когда вы его отпускаете. Он также известен, как переключатель без фиксации с «нормально разомкнутыми» контактами, сокращенно «НР» (англ. NO — normally open).

• Вкл.-(Выкл.) — противоположный ему по свойствам однополюсный переключатель без фиксации. В нормальном состоянии он включен — Вкл. (ON), но когда вы нажимаете на него, он размыкает цепь. Поэтому выключенное состояние — Выкл. (OFF) — является его кратковременным состоянием. Он также известен, как переключатель без фиксации с «нормально замкнутыми» контактами, сокращенно «НЗ» (англ. NС — normally closed).

• (Вкл.) — Выкл.-(Вкл.) — этот переключатель имеет среднее выключенное (нейтральное) положение. Когда вы меняете его положение в любую сторону, он мгновенно выполняет соединение, а затем возвращается в среднее положение, когда вы его отпускаете.

Другими возможными версиями переключателей такого типа могут быть: Вкл. — Выкл.-(Вкл.) или Вкл.-(Вкл.). Так как вы теперь понимаете, что состояние в скобках означает, что в нем переключатель находится кратковременно, то вы можете подумать, зачем нужны такие переключатели.

Искрение

Когда вы замыкаете или размыкаете электрический контакт, возникают условия, способствующие возникновения искры.

Искрение пагубно влияет на контакты переключателей. Оно «поедает» их до тех пор, пока переключатель уже не сможет выполнить нормальное соединение. По этой причине вы должны использовать переключатель, который рассчитан именно на те значения напряжения и тока, с которыми вы будете работать.

Электронные цепи обычно относятся к цепям с относительно низкими значениями тока и напряжения, поэтому вы можете использовать практически любой переключатель. Однако если вы с его помощью включаете двигатель, то у него есть свойство создавать в момент подключения начальный импульс тока, который, по меньшей мере, будет в два раза больше номинального тока двигателя, когда он вращается с постоянной скоростью. Поэтому для включения и выключения двигателя, потребляющего ток 2 А, вам, возможно, понадобится переключатель на 4 А.

Проверка переключателя

Для проверки переключателя вы можете использовать мультиметр. С его помощью вы можете определить: какие именно контакты переключателя замыкаются, когда вы выполняете переключение в одну или другую сторону. Прибор будет также полезен, если у вас есть кнопочный переключатель, и вы не можете вспомнить какого он типа — нормально разомкнутый (вы нажимаете на кнопку, чтобы замкнуть контакт) или нормально замкнутый (вы нажимаете на кнопку, чтобы разорвать контакт). На приборе выберите режим измерения сопротивления и коснитесь измерительными щупами выводов переключателя, когда вы его включаете/выключаете.

При этом возникает некоторая трудность, которая связана с тем, что для того чтобы получить точный результат измерения, нужно ожидать некоторое время после изменения положения переключателя. Поэтому, если вы всего лишь хотите узнать о наличии или отсутствии контакта, то на мультиметре надо выбрать режим «прозвона» (continuity tester) (рис. 2.29). При этом прибор будет выдавать звуковой сигнал при замыкании контактов и хранить молчание, если замыкания нет. На рис. 2.30 приведен пример выполнения прозвона тумблера.

Рис. 2.29. Чтобы прозвонить цепь, нужно в вашем мультиметре повернуть переключатель режимов в положение, обозначенное символом, показанным на рисунке. Функцией прозвона следует пользоваться только тогда, когда на компоненты или в цепи, которые вы проверяете, напряжение не подано.