КулЛиб - Классная библиотека! Скачать книги бесплатно 

Основы электроники для "чайников" [Кэтлин Шамие] (pdf) читать онлайн

Книга в формате pdf! Изображения и текст могут не отображаться!


 [Настройки текста]  [Cбросить фильтры]
Кэтлин Шамие

Основы

электроники
для

v

ф

чаиников

Electronics
Ьу Cathleen Shamieh

dUmmieS
д Wiley Brand

Основы

электроники
Кэтлин Шамие

для



@

чаиников

Москва



Санкт-Петербург
2018

ББК (Ж/0)32
Ш19
УДК 62 1 .37
Компьютерное издательство "Диалектика"

Перевод с английского и редакция

О.Л. Лелявекого

По общим воnро с ам обращайтесь в издательство "Диалектика" по адресу:
info@dialektika.com, http://www.dialektika.com

Шамие, Кэтлин .

Ш 1 9 Основы электроники для чайни ков, 3-е изд. : Пер. с анrл .
000 "Диалектика", 2018. - 528 с. : ил. - Парал . тит. англ.
ISBN 978-5-6040043-4-0 (рус.)

-

СП б.

ББК(Ж/0)32

Все названия программных продуктов являются зарегистрированными торговыми марками со­
ответствующих фирм.
Никакая часть настоящего издания ни в каких целях не может быть воспроизведена в какой бы то
ни было форме и какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая
фотокопирование и запись на магнитный носитель, если на это нет письменного разрешения изда­
тельства Wiley US.

No part of this puЫication may Ье reproduced, stored in а retrieval system or transmitted in any form or
Ьу any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, scanning or otherwise, except

under Sections
the PuЫisher.

as

permitted

107 or 108 ofthe 1976 United States Copyright Act, without the prior written permission of

Copyright ©

2018 Ьу Dialektika Computer PuЫishing.
2015 Ьу John Wiley & Sons,

Original English edition Copyright ©

Inc., Hoboken, New Jersey.

All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form. This translation

is puЫished Ьу arrangement with John Wiley & Sons, Inc.

Научно-популярное издание
Кэтлин Шамие

Основы электроники для чайников
3-е издание

Подписано в печать

11.07.2018. Формат 70х100/16.

Гарнитура Times.

33,0. У ч.-изд. л. 32, 1.
500 экз. Заказ Ng 6677.

Уел. печ. л.
Тираж

Отпечатано в АО "Первая Образцовая типография"

142300,

Филиал "Чеховекий Печатный Двор"

Сайт: www.chpd.ru, E-mail: sales @chpd.ru, тел.

ISBN
ISBN

000 "Диалектика",

1
8 (499) 270-73-59

Московская область, г. Чехов, ул. Полиграфистов, д.

195027, Санкт-Петербург,

978-5-6040043-Ф·О (рус.)
1
978-1-119-11797rl (англ.)

©

Магнитогорская ул., д.

2018, 000 "Диалектика"

30, лит. А,

пом. 848

© 2015 Ьу John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey

Оглавление
Введение

17

Часть 1. Основы зnектроники

23

Глава 1. Введение в электронику

25

Глава 3. Общие сведения об электрических цепях

63

Глава 2. Приступаем к изучению электроники
Глава 4. Соединяем все вместе

Часть 11. Управnение током

Глава 5. Знакомство с резисторами
Глава 6. Подчиннемея закону Ома

Глава 7. Начальные сведения о конденсаторах

49

83

103

105
133

153

Глава 8. Знакомство с индуктивностью

187

Глава 10. Транзисторы- мастера на все руки

231

Глава 9. Погружаемся в мир диодов

Глава 11. Еще одна инновация: интегральные микросхемы

209

257

Глава 12. Приобретение дополнительных деталей

299

Часть 111. Принимаемся эа зnектронику всерьеэ

329

Глава 14. Учитесь читать электрические схемы

367

Глава 13. Создание лаборатории и техника безопасности
Глава 15. Сборка электронных схем
Глава 16. Осваиваем мультиметр

Глава 17. Создание первых электронных устройств

Часть IV. Великолепные десятки

Глава 18. Десять направлений для дальнейшего изучения электроники

33 1

391

421

451

485
487

Глава 19. Десять превосходных поставщиков электронных компонентов 495
Словарь терминов

Предметный указатель

503

514

Содержание
Об авторе
Посвящение
Благодарности
Введение

Об этой книге
Кто вы, мой читатель?
Пиктограммы, используемые в этой книге
Что дальше

Часть 1. Основы 3дектроники
Глава 1. Введение в электронику

Итак, что же такое электроника
Что собой представляет электрический ток
Исследуем атом
Заряд протонов и электронов
Что такое проводники и диэлектрики
Как создать ток из электронов
Что такое электрическое напряжение
Эта сила всегда должна быть при вас
Почему необходима разность потенциалов
Как заставить электричес ку ю энергию выполнять полезную работу
Использование электрической энергии для практических целей
Энергия создается движущимися электронами
Электрические цепи и конечные потребители
Электрическая энергия
Химические источники постоянного тока: гальванический элемент
Использование перемениого тока, вырабатываемого электростанцией
Преобразование света в электричество
Символы, используемые для обозначения источников питания
Чудеса, совершаемые электронами
Создание колебаний, приятных для слуха
Увидеть значит поверить
Реагирование на воздействия и выдача предупреждающих сигналов
Управление движением
Вычислительная техника
Голос, видео и передача данных

15
16
16
17
17
18
20
20
23
25
26
28
28
29
30
31
33
33
34
35
36
37
38
40
41
43
44
45
46
46
47
47
47
48
48

Глава

2.

49
50
54
59
60

Приступаем к изучению электроники

Запаситесь необходимыми инструментами
Запасаемся необходимыми материалами и компонентами
Итак, приступим к делу !
Использование беспаечной макетной платы
Глава

3. Общие сведения об электрических цепях

Сравнение замкнутых, разомкнутых и короткозамкнутых цепей
Направление движения условного тока
Исследуем простую схему
Собираем простую схему на светодиоде
Измеряем напряжения
Измерение силы тока
Вычисляем мощность
Глава 4. Соединяем все вместе

83
84
84
86
90
91
93
95
98
1 00

Последовательные и параллельные цепи
Последовательные соединения
Параллельные соединения
Включение и выключение электрического тока
Управление процессом переключения
Виды переключателей
Создание комбинированной схемы
Включение питания
Как выглядят схемы

Часть 11. Управление током
Глава

63
64
66
68
70
73
78
79

1 03

5. Знакомство с резисторами

Сопротивление движению тока
Резисторы: пассивные, но весьма влиятельные элементы
Для чего нужны резисторы
Выбор типа резистора: постоянный или переменвый
Маркировка постоянных резисторов
Классификация резисторов по мощности
Комбинирование резисторов
Последовательное соединение резисторов
Параллельное соединение резисторов
Комбинирование последовательного и параллельного соединений
резисторов

С о дер жа н ие

1 05
1 Об
1 08
1 08
113
116
1 21
1 24
1 25
1 27
1 31

7

Глава

6. Подчиняемся закону Ома

Определение закона Ома
Прохождение тока через сопротивление
Прямо пропорциональная зависи мость соблюдается всегда!
Один закон, три уравнения
Использование закона Ома для анализа цепей
Вычисление тока, проходящего через компонент
Вычисление напряжения на компоненте
Вычисление неизвестного сопротивления
Лучше оди н раз увидеть, или Закон Ома в действии
Для чего может пригодиться закон Ома
Анализ сложных схем
Разработка электронных схем и внесение в них изменений
Спокойная мощь закона Джоуля
Использование закона Джоуля для выбора компонентов
Джоуль и Ом -идеальная пара
Глава

7. Начальные сведения о конденсаторах

Конденсаторы как накопители электрической энергии
Заряд и разряд конденсаторов
Наблюдаем заряд и разряд конденсатора
Противодействие изменению напряжения
Конденсатор проводит переменный ток
Возможные применения конденсаторов
Характеристики конденсаторов
Емкость конденсатора
Следите за рабочим напряжением
Как правильно выбрать диэлектрик
Конструкции конденсаторов
Соблюдайте полярность при подключении конденсаторов
Маркировка номинальной емкости конденсаторов
Конденсаторы переменной емкости
Условные графические обозначения разных типов конденсаторов
Способы соединения конденсаторов
Параллельное соединение конденсаторов
Последовательное соединение конденсаторов
Использование конденсаторов и резисторов
Процесс заряда/разряда конденсатора во времени
Вычисление постоянной времени RC
Изменение постоянной времени RC

8

С о держа н ие

133
133
134
13 4
136
137
137
138
140
141
145
145
147
150
150
150
153
154
156
158
162
163
164
166
167
169
169
170
170
171
174
175
176
176
177
178
179
181
182

Глава

8. Знакомство с индуктивностью

Близкие родственники: магнетизм и электричество
Отображение магнитных силовых линий
Создание магнитного поля с помощью электричества
Наведение тока с помощью магнита
Знакомство с катушкой индуктивности -обладательницей
магнитного характера
Измерение индуктивности
Противодействие изменениям тока
Вычисление постоянной времени 't RL-цепи
Как угнаться за изменениями перемениого тока
Зависимость поведения от частоты
Применеине катушек и ндуктивности
Использование катушек индуктивности в электронных схемах
Как определить величину индуктивности
Соединение экранированных катушек индуктивности
Настройка на частоту радиостанции
Обеспечение резонанса с помощью RLС-цепей
Обеспечение стабильной частоты резонанса с помощью
кварцевых резонаторов
Взаимодействие с соседней катушкой: трансформаторы
Взаимодействие неэкранированных катушек
Гальваническая развязка цепей
Повышение и понижение напряжения
Глава 9. Погружаемся в мир диодов

Мы проводим ток? Или все-таки не про водим?
Что такое полупроводник
Полупроводники с электронной и дырочной проводимостью
Создание компонентов путем сплавления полупроводников N- и Р-типа
Создание плоскостного диода
Смещение диода
Прохождение тока через диод
Характеристики диодов
Обозначения диодов
Соблюдайте полярность при подключении диодов
Использование диодов в схемах
Выпрямление перемениого тока
Поддержание постоян ного напряжения с помощью стабилитронов
Светодиод - это диод, который светит
Зажигание светодиода
Другие применения диодов

С одержа н ие

187
1 88
188
190
1 90
192
193
1 94
196
197
197
199
200
200
201
202
202
204
206
206
207
207
209
21 О
21О
211
212
213
214
216
216
217
218
21 9
219
221
222
225
228

9

Глава

10.

Глава

11. Еще одна инновация: интегральные микросхемы

231
Транзисторы - мастера коммутации и усиления
23 2
23 4
Биполярные планарные транзисторы
Полевые транзисторы
23 5
236
Какие бывают транзисторы
С помощью транзисторов можно реализовать практически любые функции 238
Как работает транзистор
238
239
Модель, иллюстрирующая принцип работы транзистора
Использование транзистора
242
243
Усиление сигналов с помощью транзистора
243
Выбор смещения транзистора в режиме усиления
245
Выбор коэффициента усиления по напряжению
246
Тип ы транзисторных усилительных схем
24 7
Коммутация сигналов с помощью транзистора
248
В ыбор транзисторов
248
Важные характеристики транзистора
250
Маркировка транзисторов
250
Эксперименты с транзисторами
250
Усиление тока
253
Включите свет!
Транзисторы -мастера на все руки

Почему именно ИМС
Аналоговые, цифровые и смешанн ые ИМС
Принятие решений на основе логики
Что такое б иты
Обработка данных с помощью логических элементов
Упрощение логических выражений на основе таблиц истинности
Создание логических компонентов
Использование ИМС
Как идентифицировать ИМС по номеру, указанному на ее корпусе
Типы корпусов интегральных схем
Цоколевка ИМС
Использование технических спецификаций ИМС
Использование логических ИМС
Что нужно, чтобы увидеть свет на выходе элемента типа И-НЕ
Превращение трех логических элементов И- НЕ в элемент ИЛИ
Практические применения нескольких популярных ИМС
Операционные усилители
Интегральны й таймер 555 на ИМС

10

С о дер жа н ие

257
258
260
261
262
265
268
270
272
272
273
276
278
279
280
282
283
284
286

Нестабильный мультивибратор (генератор тактовых импульсов)
Ждущий мультивибратор ( одновибратор)
Мультивибратор с двумя устойчивыми состояниями (триггер)
Подсчет импульсов с помощью десятичного счетчи ка 401 7
Микроконтроллеры
Другие популярные ИМС
Глава

12. Приобретение дополнительных деталей

Выполнение соединений
Как правильно выбрать провода
Что такое калибр провода
Красочный мир проводов
Объединение проводов в кабели или жгуты
Подключение посредством разъемов
Источники электроп итания
Питание от батарей
Использование солнечной энергии
Использование сети перемениого тока,
если требуются высокие токи или напряжения (не рекомендуется)
Использование датчиков
Вижу свет!
Улавливание звуков с помощью микрофона
Чувствую тепло
Другие виды задающих входных преобразователей
Полезные функции, получаемые на выходе электронн ых схем
Поговорим о динамиках
Подаем сигналы с помощью зуммеров
Создание полезных вибраций с помощью электродвигателей
постоянного тока
Часть 111. Принимаемся эа зnектронику всерьез

288
291
292
295
297
298
299
300
3 00
301
303
3 03
303
305
306
311
31 2
31 5
316
317
31 8
320
321
322
3 24
325
329

13. Создание лаборатории и техника безопасности

Выбор подходящего места для радиолюбительской практики
Важнейшие составляющие хорошей радиолюбительской лаборатории
Основные сведения о рабочем столе радиолюбителя
Приобретаем инструмент ы, вспомогательные приспособления и материал ы
Мультиметр -обязательная принадлежиость вашего рабочего места
Запасаемся паяльными принадлежностями
Запасаемся ручными инструментами
Запасаемся ветошью и смывками

331
332
332
334
335
336
337
340
341

С одер жание

11

Глава

Запасаемся смазкой
Запасаемся клеящими средствами
Другие инструменты и принадлежности
Запасаемся деталями и ком понентами
Беспаечные макетные платы
Начальный комплект для сборки электронных схем
Дополнительные приспособления
Упорядоченное хранение всех деталей
Защитите себя и свое электронное хозяйство
Электричество может причинить вашему здоровью серьезный ущерб
Техника безопасности при выполнении пайки
Остерегайтесь статического электричества как огня !
Глава

14. Учитесь читать электрические схемы

Что такое электрическая схема и зачем она нужна
Общие правила составления электриqеских схем
Электрическая схема -схема соединений
Схематическое изображение простой схемы с батарейкой
Обозначения исто'lни ков питания
Как изображаются исто'lники п итания на схемах
Обозначение общего провода или "земли"
Обозначения элементов на схеме
Аналоговые электронн ые компоненты
Элементы цифровой логики и логические ИМС
Прочие компоненты
Обозначения измерительных приборов
Изучение электрической схемы
Альтернативные способы изображения электрических схем
Глава

15. Сборка электронных схем

Что такое беспаечные макетные платы
Конструкция беспаечной макетной платы
Размеры беспае'lных макетных плат
Монтаж электронных схем на беспае'lных макетных платах
Подготовка радиодеталей и инструментов
Как сэкономить время с помощью проводов
с предварительно снятой изоляцией
Размещение элементов электронной схемы
Как избежать повреждения компонентов
Секреты качественной пайки
Подготовка к пайке

12

С одержа н ие

3 43
3 44
344
346
34 7
3 48
3 51
352
352
353
360
361
367
368
369
3 70
3 72
372
373
376
378
379
3 83
3 85
3 87
387
389
3 91
3 92
3 94
3 97
3 98
398
398
401
405
406
406

Как паять правильно
Осмотр паяиного соединения
Как удалить старый припой
Наведение порядка
Меры техники безопасности при выполнении пайки
Неразборный монтаж схем
Что такое печатная плата
Перенос схемы на макетную плату для прототипирования
Изготовление специализированной печатной платы
Глава

408
41 О
41 О
41 2
41 2
41 3
41 4
41 6
41 9

16. Осваиваем мультиметр

421
422
424
424
425
427
427
428
43 1
433
435
436
438
440
449
449

Мультиметр -универсальный измерительный прибор
Это вольтметр, детка!
Поговорим об амперметре
Ух ты ! Оказывается, он может быть и омметром!
Какие бывают мультиметры
Какой мультиметр лучше: аналоговый или цифровой
Близкое знакомство с цифровым мультиметром
Выбор диапазона измерений
Как проверить работоспособность мультиметра
Работа с мультиметром
Измерение напряжения
Измерение силы тока
Измерение сопротивления
Выполнение других тестов с помощью мультиметра
Использование мультиметра для проверки схем
Глава

17. Создание первых электронных устройств

Запаситесь всем необходимым
Создание светодиодной мигалки
Анализ электрической схемы мигалки на основе ИМС таймера 555
Сборка схемы
Проверка выполненной работы
Мигалка для велосипеда
Ловим грабителей с помощью светочувствительного сигнализатора
Список деталей, необходимых для сборки светочувствительного
сигнализатора
Как заставить этот сигнализатор выполнять нужную вам функцию
Сыграем гамму "до мажор"
Отпугиваем нехороших парней с помощью сирены
Список деталей, необходимых для сборки электрической схемы сирены

С одер жа н ие

451
452
454
454
456
459
460
463
465
466
467
470
470

13

Как работает сирена
Конструирования усилителя низких частот с регулятором громкости
Создание эффекта бегущих огней
Сборка схемы "Бегущие огни-1 "
Сборка схемы "Бегущие огни-2"
Красный, желтый, зелены й - раз-два-три !

4 71
4 72
475
4 76
478
479

Часть IV. Веnикоnепные десятки

485

Глава

487
488
488
489
489
490
490
490
491
492
492

18. Десять направлений для дальнейшего изучения электроники

Поиск электрических схем, подходящих для практической реализации
Приобретите набор деталей для сборки готового электронного устройства
Моделирование работы схем
Исследуем форму сигнала
Как подсчитать мегагерцы
Генерирование сигналов разной формы
Изучение основ устройства ком пьютера
Микроуправление окружающим миром
Попробуйте поработать с Raspberry Pi
Практика -критерий истины !
Глава

19. Десять превосходных поставщиков электронных компонентов

Северная Америка
All Electronics
Allied Electronics
Digi-Key
Electronic Goldmine
Jameco E1ectronics
Mouser Electronics
Parts Express
RadioShack
За пределами Северной Америки
Premier Farnell (Великобритания)
Maplin (Великобритания)
Что такое "RоНS-совместимость"
Новые или неликвиды?

495
496
496
496
497
497
497
498
498
499
499
499
500
500
500

Словарь терминов

503

Предметный указатель

514

С о держа н ие

Об а вто р е
Кэтли н Шамие- инженер-электроник и автор ряда популярных книг, по­

священных современной электронной технике. Кэтлин обладает обширным
практическим опытом в области разработки медицинской аппаратуры, обра­
б отки речевой информации и телекоммуникаций. Кроме того, она оказывает
консалтинговые услуги в перечисленных областях.

П ос вя щен и е
Посвя щаю эту книгу членам с воей семьи - и тем , кто живет рядом со
м ной, и тем, кто уже на небесах, - а также Джулии, чьи настойчивость и не­
поколебимость перед лицом жизненных невзгод служат для меня неисчерпае­
мым источником вдохновения.

Бла r ода р ност и
Я хочу выразить с вою признательность всему коллективу издател ьства
Wi ley за их неустанный труд, поддержку и профессионализм . Особая благо­
дарность - моему блестящему редактору, С ьюзаи Пинк (Susan Pink), за ее
пристальное внимание к деталям, чувство юмора и дружескую помощь по са­
мому широкому кругу тем, начиная с Баффало и заканчивая пчелами. Вопрос
"Это что еще такое? '' , с укоризной адресованный мне, навсегда запечатлелся
в моей памяти ! Обращаюсь также со словами искренней благодарности к Кир­
ку Кляйншмидту (Кirk Кleinschmidt) за выявление технических неточностей
в моем тексте и ценные подсказки, основанные на его огромном практическом
опыте, а также к Кейти Мор (Katie Mohr) за придание моей книге нужной фор­
мы и за помощь, без которой мне не удалось бы уложиться в сроки, отведенные
для реализации этого проекта.
Мне хотелось бы также поблагодарить разработчиков Inkscape за любезное
предоставление мне этой очень удобной в использовании программы вектор­
ной графики с открытым и кодам и, с помощью которой я создавала и редак­
тировала рисунки в с воей книге. Я признательна также м ногим безвестны м
членам сообщества пользователей Inkscape, которые разработали и выложили
в открытый доступ многочисленные графические заготовки, начиная с разме­
точных линеек и заканчивая резисторами.
Наконец, м не хотелось бы поблагодарить Билла, Кевина, Питера, Брендана
и Патрика за их неизменные любовь и поддержку.

Введение

в

ам хотелось бы узнать прин цип действия своего iPhone? Может б ыть, вы
хотите знать, как работает ваш планшет, стереосистема, GРS-навигатор,
телевизор высокой четкости (HDTV) - иными словами, любое рад ио­
электронное устройство, которое вы используете либо для развлечения, либо
для вы полнения той или иной повседневной работы?
Может быть, вам интересно, как работают резисторы, диод ы, транзисторы,
конденсаторы, а также другие "кирпичики" электронных схем? Может, вам не
терпится попытаться создать собственные электронные устройства? В таком
случае вам в руки попала именно та книга, в которой вы получите ответы на
интересующие вас вопросы !
Третье издание этой книги послужит в ведением в восхитительный мир со­
временной электроники. Нас ы щенная иллюстрациями и пояснениями на прос­
том и доступном языке, эта книга научит вас понимать принципы д ействия
современных радиоэлектронных устройств, а также создавать и отлаживать
собственные устройства.

Об зто й книге
Слишком многим людям электроника кажется чем-то таинственн ым и не­
постижим ы м . Дело тут, скорее всего, в том , что механизм ы , приводящие в
действие электронные устройства (т.е. цепи, по которым проходит электричес­
кий ток), зачастую невозможно увидеть (а в случаях, когда их можно уви­
деть, настоятельно рекомендуется не трогать их руками ! ) . Этого оказы вается
вполне достаточно, чтобы отпугнуть большинство людей. Однако, сталкиваясь
в повседневной жизни с чудесами и достижениями современной электроники,
многие не перестают удивляться, как та кие крошечные устройства умудряются
проделывать поистине невероятные вещи !
В этой книге предоставлена исключительная возможность удовлетворить
свое любопытство относительно принципов работы современной электроники
максимал ьно доступным и необременительным образом . В ы получите базовые
знания о том, что представляет собой электроника, ознакомитесь с доступными

объяснениями (сопровождаемыми множеством нагляд ных иллюстраций) прин­
ц илов работы основных электронных компонентов, а также получите подроб­
ные инструкции по созданию и тестированию вполне работоспособных элек­
тронных схем и устройств. Н есмотря на то что автор этой книги не ставила
перед собой задачу ответить на абсолютно все вопрос ы ч итателей по поводу
электроники, она все же рассчитывает, что ее книга поможет им освоить основ­
ные знания по электронике и под готовиться к более углубленному изучению
м ира электронн ы х схем .
Допускаю, что кому-то из читателей захочется ч итать эту книгу в произ­
вольном поряд ке, обращаясь, в первую очеред ь, к темам, котор ы е представля­
ют для него особ ы й интерес, и, возможно, "перескакивая" через другие темы
(или просто пробегая их глазами). Именно поэтому автор снабд ила текст мно­
жеством перекрестных сс ылок, обращая внимание ч итателя на информацию,
которая может заполнить те или иные пробелы в знаниях по определенной
теме или освежить знания, которые успели стереться из памяти.
Оглавление и содержание, помещенн ые в начало этой книги, служат пре­
восход ны м ресурсом, которым можно пользоваться для б ыстрого поиска ин­
тересующей вас информации. Когда же вы натолкнетесь на термин, значение
которого вам неизвестно (или, возможно, вы просто заб ыли о нем), на помощь
придет словарь терм инов. Наконец , спе циалисты издательства потруд ились
над составлением подробного предметного указателя, помещенного в конце
книги. Этот указатель поможет вам оты скать интересующую информацию с
точностью до соответствующей страницы .
Надеюсь, что, закончив чтение этой книги, в ы придете к выводу, что элек­
троника - не такая уж сложная штука, как вам когда-то казалось. Моя зада­
ча - вооружить вас знаниями и уверенностью, которые понадобятся вам для
более глубокого и детального освоения восхитительного м ира электроники.

Кто вы , м о й читател ь ?
При написании этой книги я исход ила из нескольких предположений отно­
сительно уровня знаний и круга интересов своих потенциальны х читателей в
том, что касается электроники. Я создавала свою книгу, основываясь на пере­
ч исленн ы х ниже предположениях.

18

))

Вы не знаете ничего - или почти ничего - об электронике.

))

Ваши познания в области физики и математики вовсе необязател ь­
но я вляются глубокими и всесторонними, однако в ы должны доста­
точно хорошо ориенти роваться в школ ьном курсе алгебры.

Введен ие

))

Вы хотите знать, ка к в действительности работают все эти резисто­
ры, конденсаторы, диоды, транзисторы и n рочие электронные ком­
nоненты.

))

Вы хотите ознакомиться с работой каждого из nеречисленных ком­
nонентов, восnользова вшись для этого n ростыми электро н н ы м и
схемами, которые можете собрать самостоятельно.

))

Вы хотите научиться самостоятел ьно собирать схемы, сnособн ы е
выnол нять какие-то nолезные фун кции, и nони мать n р и н ц и п ы их
работы.

))

В вас сидит дух nервоп роходца и nервооткры вателя, т.е. желание
эксперименти ровать, готовность п реодолевать временные неудач и
и решать любые п роблемы, встречающиеся н а вашем nути, - со­
храняя при этом трезвость м ы шления и не забывая о мерах ли ч ной
безоnасности (ведь вам п ридется иметь дело с та кой оnасной шту­
кой, как электрический ток!).

Я начинаю буквально "с нуля" - объясняя, что такое электрический ток и
для чего нужны электричес ки е схемы (именно по ним протекает электрический
ток) - и на этой основе излагаю весь последующий материал . В моей книге
вы найдете доступные объяснения принцилов работы каждого электронного
компонента, подкрепляемые множеством наглядных иллюстраций . В девяти
из первых 1 1 глав вы найдете описание пары-тройки несложных устройств,
для реализации котор ы х вам понадобится примерно 1 5 минут. Каждое из таких
у стройств призвано наглядно продемонстрировать принцип работы того или
иного электронного ком понента.
Далее в этой кни ге в ы найдете оп исание нескольких и нтересных ус­
тройств, для реал изации каждого из которых вам понадобится примерно
один час; я привожу подробное описание принцилов работы каждого из них.
Реализуя их, вы увидите, как взаимодействуют между собой разные элек­
тронные компоненты, вы полняя ту или иную интересную - и подчас даже
полезную - функцию.
Повторяя описанные мною устройства, приготовьтесь к тому, что вы стол­
кнетесь с определенными трудностями и будете совершать ош ибки. Ошиб­
ки - это не так уж плохо : они помогают лучше понять электронику и оценить
ее богатые возможности. Помните : чтобы чему-то научиться, придется набить
не одну шишку. (Может быть, в данном случае мне следовало сказать "Чтобы
чему-то научиться, вам придется сжечь не одну микросхему?")

Введен ие

19

П икто r рамм ы, испол ь зуемые в зто й кни rе
Пиктограмма "Совет" указывает на информацию, которая поможет
сэкономить время и деньги или избежать ненужной головной боли
(или решить сразу все три проблемы ! ). Пользуясь моими советами,
вы сможете освоить электронику гораздо быстрее и с меньшими за­
тратами.

СОВЕТ

Эта пиктограмма напоминает о важных соо бражениях или фактах,
которые следует иметь в виду при освоении восхитительного мира
электроники.

ЭАПомни•

=�

ВНИМАНИЕ!

Несмотря на то что вся эта книга является ни чем иным, как "техни­
ческим материалом", данной пиктограммой я помечаю определен­
ные темы, освоение которых может потребовать от вас несколько
больших умственных усилий, чем остальной текст. Если в ы решите
не знакомиться с информацией, помеченной такой пиктограммой,
ничего страшного : это не помешает освоению последующего мате­
риала.
Когда имеешь дело с электроникой, наверняка окажешься в ситуа­
циях, котор ые потребуют повышенного внимания и осторожности.
И нформация, помеченная пиктограммо й "В нимание ! ", напом нит
о дополнительных мерах предосторожности, призванных уберечь
вас - от травм, ис пользуемое вам и оборудование (и нструменты,
электронные ком поненты и схем ы) - от поврежден ий, а ваш бу­
мажник - от преждевременного истощения.

Ч то д а л ь ше
Эту книгу можно использовать по-разному. Если вы начнете читать е е с са­
мого начала (оптимальный вариант), то ознакомитесь с основами электроники,
будете постепенно наращивать свои познания об отдельных электронных ком­
понентах, а затем составите некое цельное представление об электронике, по­
вторяя предложенные м ною устройства в собственной и хорошо оснащенной
электронной лаборатории.
Другой возможн ы й вариант: если вас давно интересует вопрос о том, как
работает, скажем, транзистор, можете перейти непосредственно к главе 1 О,
"Транзистор ы - мастера на все руки", проч итать об этих удивительн ых

2.0

В веден ие

маленьких трехногих компонентах и построить пароч ку транзисторных схем.
Поскол ьку каждая из глав посвящена какому-то определенному компоненту ­
резисторам, конденсаторам, катушкам индуктивности, диодам, транзисторам
и интегральным микросхемам (ИМС), - вы можете направить свою энергию
на соответствующую главу и углубить с вои познан ия об интересующем вас
компоненте.
Эта книга может также служить полезным справочным пособием. Поэтому,
приступая к созданию собственных электронных схем, вы сможете обращаться
к ней, чтобы освежить в памяти информацию о том или ином ком поненте или
об интересующем вас механизме действия электронных схем.
Ниже приведено несколько рекомендаци й о том, с чего лучше всего начать
чтение этой книги.
»

))

))

Гnава 1, "Введение в зnектронику'� Начинайте чтение с этой гла вы,
если хотите озна комиться с введением в три самые важные концеп­
ции электроники: электри ческий ток, напряжение и мощность.

Гnава 3, "Общие сведения об зnектрических цепях'� Переходите
непосредственно к этой главе, если вам не терпится построить свою
первую электронную схему, с помощью мул ыиметра исследовать
напряжения и токи и подсчитать мощность.

Гnава 13, "Создание лаборатории и техника безопасности'� Есл и
вы уверены, что ваше увлечение электроникой растянется на дол­
гие годы (если не на всю жизн ь), начните с гла в ы 1 3, в которой рас­
сказывается о том, ка к оснастить собственную электронную лабора­
торию, а затем вернитесь к п редыдущим гла вам, чтобы узнать, как
работает приобретенное вами оборудование.

Надеюсь, вы получите истинное наслаждение, читая эту книгу. Итак, при­
ступаем к исследованию восхитительного м ира электроники !

Жд ем в а ш и х отз ы вов !
Вы, читатель этой книги, и есть главный ее критик. Мы ценим ваше мнение
и хоти м знать, что было сделано нами правильно, что можно было сделать
лучше и что еще вы хотели бы увидеть изданным нами. Нам интересны любые
ваши замечания в наш адрес.
Мы ждем ваших комментариев и надеемся на н их. В ы можете прислать нам
бумажное или электронное письмо либо просто посетить наш веб-сайт и оста­
вить свои замечания там . Одним словом, любым удобным для вас способом

Вв едение

21

дайте нам знать, нравится ли вам эта книга, а также выскажите свое мнение о
том, как сделать наши книги более интересными для вас.
Отправляя письмо или сообщение, не забудьте указать название книги и ее
авторов, а также свой обратны й адрес . М ы внимательно ознаком имся с вашим
м нением и обязательно учтем его при отборе и подготовке к изданию новых
книг.
Наши электронные адреса:
E-mail : info@dialektika.com
WWW: http://www. dialektika.com

22

Введен ие

Основы
злектроники

В ЭТОЙ Ч А С Т И . . .
»

Почему электроника пр оизводит столь сильное
впечатление

)) Покупаем электронные компоненты и инструменты
»

Экспериментируем с последовательными
и параллельными цепями

Глава

1

В в еде н и е
в з л е ктр о н и ку
В

ЭТОЙ

ГЛАВЕ ...

)) Что та кое электрический ток
)) В чем за ключается сила эле ктронов
)) Исп ол ьзован ие п роводни ко в как среды перемещения
электронов
)) Перемещение электронов под воздействием нап ряжения
)) Созда н ие соединений с п омощью соответствующей
электрической цепи
)) Уп равлен ие электронами с помощью электрон н ы х
ком понентов
)) Электрическая энергия п риводит в действие многие
из вещей, с которыми п рихо д ится иметь дело
современ ному человеку

п

одобно большинству людей, вы, скорее всего, имеете
какое-то представление об электронике. Вы навер­
няка знакомы со многими устройствами бытовой
эл ектроники, таким и как смартфоны, планшеты, i Pod,
стереосистемы, персональные компьютеры, цифровые
фотоаппараты и телевизоры . Но все эти устройства ка­
жутся вам чем-то вроде загадочных коробочек с кнопка­
\1И, которые выполняют те или иные полезные функции.
Каждый из нас до гады вается, ч то под элегантн ым
корпусом любого такого устройства скры вается множество

крошечных электронных ком понентов и узлов, соединенных между собой та­
ким образом, чтобы они могли выполнять определенные полезные функции.
И вы, читатели этой книги, хотите понять механизм действия таких электрон­
ных устройств.
Из этой главы вы узнаете, что электрический ток представляет собой упо­
рядоченное движение электронов по какому-либо проводнику и что основой
электроники является управление электрическим током . В ы узнаете, что же
в действительности представляет собой электрический ток и что для поддер­
жания электрического тока в проводнике необходимо напряжение. Кроме того,
здесь приведен обзор множества поистине невероятных вещей, которые можно
выполнить с помощью электроники.

И так, что же такое элект р оника
Включая свет в своей ком нате, вы подсоединяете источник электрической
энергии (любезно предоставляем ый вашей энергогенерирующей компанией)
к электрической лампочке. Весь путь, который охватывает это соединение, на­
зывается электрической цепью. Если вы добавите в такую цепь, кроме электри­
ческой лампочки, например, регулятор освещенности или таймер, то сможете
управлять работой этой лампочки более эффективным способом, чем путем
простого включения и выключения.

ЭАПОМНИI

В электрических системах электрический ток используется для при­
ведения в действие таких устройств, как электрические лампочки и
кухонные бытовые электроприборы . Электронные системы пред­
ставляют собой более совершенные устро йства: он и управляют
током, тем ил и иным способом включая и вы ключая его, изменяя
его величину, направление и временной режим с целью выполне­
ния определенных функций, таких как регулирование силы свече­
ния электрической лампочки (рис . 1 . 1 ), синхрон изация свечен ия
елочных гирлянд с музыкой, звучащей в вашей стереосистеме, или
обмен информацией со с путниками (не говоря уже о бесконечном
множестве других функций) . Именно эта возможность управления
отличает электронные системы от электрических.

М ир электроники описывает область науки, посвященную управлению
электрической энергией и физическим системам (в том ч исле электрическим
цепям, компонентам и соединениям между ними), которые реал изуют это
управление электрической энергией.

26

ЧАСТЬ 1

О с нов ы эл ектрони к и

Чтобы понять, что м ы под ра з у ме ваем под управлением электрической
э нергией, вам для начал а нуж но хоро ш енько уяснить, что же в действите л ьно­
сти представляет собой электрический ток и как он приводит в действие такие
устройства, как электрические лампочки, динамики и электродвигатели .
Регулятор
освещенности
Источ ник

Рис. 1 . 1. Электронная "начинка" регулятора освещенности
на этой схеме управляет величиной электрического тока,
протекающего через лампочку
ЧТО ТА КО Е ЭЛ Е КТ Р И Ч Е С Т В О
Терми н электричество трактуется по-разному, причем эти трактовки нередко
п роти воречат одна другой. Все это может привести к пута н и це - даже среди
ученых и п реподавателей. Вообще говоря, под электричеством мы должны
подразумевать то, как определенные тип ы элементарных частиц взаимодей­
ствуют между собой, когда находятся в непосредственной бл изости друг от
друга.
П ри изучени и электроники, вместо того чтобы оперировать терми ном "элек­
тричество': лучше пользоваться другой, более точ ной терминологией для опи­
сания всего, что связано с электричеством. Ниже даны определения некото­
рых из таких терминов.




Электрический заряд. Фундаментал ьное свойство определенных частиц,
которое описывает, ка к они взаимодействуют одна с другой. Существует два
ти па электри ческих зарядов: положител ьные и отри цател ьные. Части цы
одного и того же ти па ("положител ьные-положительные" и "отрицательны­
е-отрицательные") отталкиваются одна от другой, а частицы взаимно про­
тивоположных ти пов ("положительные-отрицательные") притя гиваются .
Электрическая энерrия. Форма энергии, вызы ваемая поведением элек­
трически заряженных частиц. Именно за поста вку электри ческой энерги и
вы платите своей энергогенери рующей компании .

ГЛ АВА 1

Вв ед е н ие в элек т ро н и ку

27



Электрически й ток. Движение, или поток, электрически за ряженных ча ­
сти ц. Именно с та ким, подразумеваемым, значением терми на "электриче­
ство" вы, вероятно, знакомы лучше всего и именно в этом значении я буду
пол ьзоваться им в своей книге.

Ч то со б о й п р едставляет злектри ч ески й ток
Электрический ток, который иногда называют просто электричеством (см .
врезку "Что такое электричество"), представляет собой однонаправленное дви­
жение микроскопических электрически заряженных частиц, называемых элек­
тронами. Где именно можно обнаружить электроны и как именно они переме­
щаются? Ответы на эти вопросы можно найти, заглянув внутрь атома.
Исследуем атом
Атомы являются базовыми строительными блоками всего сущего во Все­
ленной - всего, что имеет либо естественное, либо ру котворное происхож­
дение. Атомы настолько малы, что даже мельчайшая пылинка содержит м ил­
лионы атомов. В каждом атоме можно обнаружить перечисленные ниже типы
элементарных частиц.
))

П ротоны я вляются носителями положител ьного электрического
заряда и содержатся внутри ядра, или центра атома.

))

У нейтронов нет ка кого-л ибо электри ческого за ряда; они содер­

))

Электроны я вляются носителями отри цательного электрического
заряда и находятся снаружи ядра в электронном облаке. Не пытай­
тесь выяснять, где именно находятся электроны того или иного кон ­
кретного атома . Достаточно знать, что электроны носятся по опре­
деленным орбитам вокруг ядра, причем одн и из них расположены
ближе к ядру, чем другие.

жатся наряду с п ротонами внутри ядра атома.

Конкретное сочетание протонов, электронов и нейтронов в том или ином
атоме определяет тип этого атома, а субстанции, состоящие лишь из одного
типа атомов, называются элементами. (Возможно, при изучении школ ьного
курса химии вам приходилось иметь дело с периодической таблицей элемен­
тов. ) На рис. 1 .2 представлено сильно упрощенное изображение атома гелия,
а на рис. 1 .3
одного из атомов меди.
-

28

ЧАСТЬ 1

О с но вы эл ектрон и ки

---Нейтрон

--

Электрон

Рис. 1 .2. Атом гелия состоит из двух протонов
и двух нейтронов, содержащихся в ядре, а также
двух электронов, окружающих ядро

Рис. 1 .3. Атом меди состоит из 29 протонов,
35 нейтронов и 29 электронов

3аряд п р отонов и зn ектронов
Электрический заряд является одним из свойств элементарных

==

частиц, таких как электроны, протоны и кварки (да, именно квар­
ки!). Электрический заряд описывает, как эти частицы взаимодей­
ствуют между собой . Существует два разных типа электрического заряда, нескол ько произвольно названных положительны м и
ГЛАВА 1

Вв еде ние в эл ектрон и ку

29

отрицательным (примерно так, как четыре стороны света названы
севером, югом , западом и востоком) . Вообще говоря, частицы, я в­
ляющиеся носителями одного и того же типа заряда, отталкиваются
одна от другой, тогда как частицы, являющиеся носителями взаим­
но противоположных зарядов, притягиваются одна к другой . В нутри
каждого атома протоны, содержащиеся в ядре, притягивают элек­
троны, расположенные за пределами ядра.

СОВЕТ

Аналогичное я вление притяжения/отталкивания можно наблюдать в
случае магнитов. Если северный полюс магнита, имеющего форму
прямоугольного бруска, поместить вблизи южного полюса другого
такого же магнита, то окажется, что эти два магнита притягиваются
один к другому. Если же северный полюс одного магнита поместить
вблизи северного полюса другого такого же магнита, то окажется,
что эти два магнита отталкиваются один от другого. Этот мини-экс­
перимент дает вам некоторое представление о том, что происходит
с протонами и электронам и, не требуя от вас вы пол нения такой
сложной операции, как расщепление атома!

В обычных условиях кажды й атом и меет равное кол ичество протонов
и электронов: говорят, что такой атом электрически нейтрШiен. (Обратите вни­
мание : в атоме гелия и меется 2 протона и 2 электрона, а в атоме меди - по
29 протонов и электронов.) С ила притяжения между протонам и и электро­
нам и действует подобно невидимому клею, удерживая атом в виде единого
целого ; во многом это подобно тому, как сила гравитации удерживает Луну
вблизи Земли.
Электроны, ближайшие к ядру,удерживаются в атоме более мощной силой,
чем электроны, расположенные дал ьше от ядра; одни атом ы "удерживают"
свои наружные электроны очень прочно, тогда как другие - несколько слабее.
Когда речь идет об электричестве, прочность "удержания" определенным и ато­
мами своих электронов оказывается весьма важным фактором .

Ч то такое п роводни ки и дизn ектрики
Материалы (такие, как медь, серебро, алюминий и другие металлы), со­
держащие слабо связанные наружные электроны , называются электричес­
кими проводниками, ил и просто проводниками. Медь - хоро ш и й прово­
дник, поскольку о на содержит единственный слабо связанный электрон на
самой отдаленной грани це своего электронного облака. Материал ы , кото­
рые прочно удерживают свои электроны вблизи ядра атома, сч итаются ди­
электриками, или электрическими изоляторами. Воздух, стекло, бумага
30

ЧАСТЬ 1

О с но в ы эл ектроники

и пластмассы - хорошие диэлектрики, к числу которых относятся также ре­
зиноподобные полимеры, которые используются для изоляции электрических
проводов.
В проводниках наружные электроны каждого атома связаны с ядром так
слабо, что многие из них "уходят в отрыв" и перескакивают от атома к атому.
Такие свободные электроны подобны овцам, пощипывающим травку на скло­
не холма: они бесцельно бродят туда-сюда, но не уходят слишком далеко и не
движутся в каком-то определенном направлении. Но если вы придадите таким
свободным электронам небольшой толчок в определенном направлении, они
быстро самоорганизуются и дружно двинутся в ту сторону.

Как создать ток из злектронов

ЗАПОМНИ!

Электрический ток (зачастую называемый электричеством) пред­
ставляет собой перемещение большого количества электронов в од­
ном и том же направлении через проводник в результате приложе­
ния определенной внешней силы (или энергии). Эту внешнюю силу
называют электрическим напряжением или просто напряжением
(описание которого в ы найдете в следующем разделе, "Что такое
электрическое напряжение").

Электрический ток протекает мгновенно. Это объясняется тем, что каждый
свободный электрон по пути от одного конца проводника к другому его концу
начинает двигаться практически одновременно с другими электронами, пере­
прыгивая от одного атома к следующему. Поэтому каждый атом одновременно
отдает один из своих электронов какому-то соседнему атому и получает элек­
трон от другого своего соседа. Результатом этого каскада перепрыгивающих
э.1ектронов является то, что мы называем электрическим током.
Представьте себе цепочку людей, которые тушат пожар, передавая друг дру­
гу по очереди ведра с водой . Каждый из них держит в руках ведро с водой,
причем человек на одном конце этой цепочки зачерпывает в пустое ведро воду
ю цистерны, а человек на другом конце цепочки выплескивает ведро воды в
огонь. По команде каждый человек передает свое ведро с водой соседу справа
н принимает ведро с водой от соседа слева. Несмотря на то что каждое ведро
при этом перемещается лишь на небол ьшое расстояние (от одного человека
к следующему), в целом создается впечатление, будто вода перетекает от од­
ного конца цепочки к другому ее концу. Аналогично в случае электрического
тока, когда каждый электрон приходит на смену электрону, находящемуся впе­
реди него, вдоль всего проводящего пути, вцелом создается впечатление, что
электроны перемещаются практически одновременно от одного конца провод­
ника к другому его концу (рис. 1 .4).
ГЛ АВА 1

В веде н ие в эл ектрон и ку

31

Направление потока электронов

Рис. 1 .4. Поток электронов через проводник является аналогией
движения ведер с водой по цепочке людей при тушении пожара

3АПОМНИI

Сила электрическо го то ка о пределяется те м , скол ько н ос ите­
лей электр и ч е с ко го заряда (об ы ч но - эл е ктрон ов) проходит
через некую фиксированную точ ку за одну секунду, и измеряет­
ся в еди н и цах, наз ываемых амперами (обозначается прописной
латинской буквой " А " ) . Сч итается, что один ампер равен потоку
б 24 1 000 000 000 000 000 электронов в секунду. (Более компактная
запись этой вел ич ины, с использованием экспоненциального пред­
ставления ч исел, такова: 6,24 1 х 1 018.) Измерение электрического
тока аналогично, например, измерению потока воды в галло нах за
минуту ил и в литрах за секунду. Символ "1'' используется для обо­
значения силы электрического тока. (Возможно, вам будет легче за­
помнить это обозначение, если силу электрического тока вы будете
представлять себе как интенсивность электрического тока.)

К А К М О Ж Н О П О Ч У В С Т В О В АТ Ь Д Е Й С Т В И Е ЭЛ Е К Т Р И Ч Е С Т В А
Вы можете л ично почувствовать поток электронов, если в сухую погоду пошар­
каете ступнями ног по ковру, а затем прикоснетесь пальцами к металлической
дверной руч ке. Вы наверня ка почувствуете легкий "удар током" (и даже, воз­
можно, увидите искру, выскочи вшую у вас из-под пальцев). Это является ни чем
и ным, ка к результатом "перепрыгивания" электрически заряженных частиц с
кон ч и ков ва ших пальцев на дверную ручку. Такая форма электричества на­
зывается статическим электричеством. Статическое электричество - это
накопление электри чески за ряженных частиц, которые остаются статич н ы­
ми (неподвижными) до тех пор, пока не войдут в сопри косновение с группой
части ц, имеющих п ротивоположны й заряд.
Еще одн им примером стати ческого электричества может служить молния
(правда, желающие почувствовать на себе действие молнии вряд ли найдут­
ся) . Принцип действия мол н и и заключается в nеретека н и и электрически за­
ряженных частиц с одного облака на другое или с облака на землю. Энергия,
возника ющая в результате nеретекания таких заряженных части ц, n ри водит к
быстрому и сильному (примерно до 20 000 градусов Цельсия) на греву воздуха,

32

Ч А СТЬ 1

О с но вы эл ектрон и ки

окружающего эти заряженные частицы, свечени ю воздуха и возникновению
звукового эффекта (ударной вол н ы), который мы называем громом.
Есл и вь1 сможете создать движение достаточного кол ичества за ряженных
части ц и управлять этим движением, то у вас появится возможность испол ь­
зовать результирующую электрическую энергию для п итания электрических
ламп и другого электрооборудования.

Возможно, вам встречался термин кулон, исnользуемый для обозначения ве­
личины заряда, который несут на себе б 24 1 000 000 000 000 000 электронов.
Кулон связан с ам nером в том отношении, что один кулон nредставляет собой
величину заряда, переносимого током величиной один ампер за одну секунду.
Неплохо, если вы знаете, что такое кулон, однако еще важнее для вас пони­
мать, что такое ампер, поскольку суть электроники заключается в перемеще­
нии зарядов, т.е. в использовании электрического тока.
Типичный бытовой холодил ьник потребляет от электросети то к силой
1 -2 А, а тостер - примерно 4 А. Таким образом, речь в подобных случаях идет
об одномоментных переносах вес ьма значительных количеств электронов гораздо больших, чем в типичных электронных схемах, в которых величины
тока обычно измеряются м иллиамперами (сокращенно - мА). Мwтиампер­
это одна тысячная ампера, или 0,00 1 А. (Воспользовавшись экспоненциальным
представлением, получаем, что один м иллиампер равен lx 1 0-3 А.)

Чт о т акое злектри ч еское напряжение
Электрический ток представляет собо й поток отри цательно заряженных
электронов через проводник в случае приложения определенной силы. Но что
представляет собой сила, которая обеспечивает упорядоченное движение элек­
тронов, т.е. электрический ток? В ыражаясь фигурал ьно, что управляет дей­
ствиями цепочки людей, передающих друг другу ведра с водой?

Э та сила все rда должна б ыть при вас

ЭАПОМНИI

У силы, которая обеспечивает упорядоченное движение электронов,
есть специальное название: электродви:жущая сила (сокращенно ЭДС или Е), однако на практике принято пользоваться другим тер­
мином : напряжение (сокращенно - И). Напряжение измеряется
в единицах, называемых вольтами (сокращенно - В). Приложите
напряжение достаточной величины к соответствующему прово­
дни ку, создайте полный путь, по которому сможет перемещаться
ГЛАВА 1

Вве ден ие в эл ектрон и ку

33

электрический заряд, - и свободные электроны в атомах этого про­
водника станут перемещаться в одном и том же направлении, подоб­
но овцам, подгоняемым пастухом в загон, только гораздо быстрее.

СОВЕТ

Н апряжение можно считать аналогом "электрического давления".
Примерно так же, как напор воды создает поток воды через трубы и
вентили, напряжение создает поток электронов в проводниках. Чем
выше давление воды, тем сильнее поток. Чем выше напряжение, тем
сильнее электрический ток, протекающий через проводник.

П очему нео бходима разность потенциа n ов
Напряжение - это, по сути, разность электрического заряда между двумя
точками. В гальваническом элементе отрицательно заряженные атом ы (атомы
с избытком электронов) собираются на одной из двух металлических пластин,
а положительно заряженные атомы (атомы с нехваткой электронов) собира­
ются на другой металлической пластине, создавая, таким образом, разность
потенциалов между пластинами (рис . 1 . 5). Слово потенциал подразумевает
возможность прохождения тока, если вы составите соответствующую цепь.
Поэтому, если между этими металлическим и пластинами создать проводящий
путь, то избыточные электроны будут перетекать с одной пластины на другую,
а при попытке нейтрализации этих зарядов возникнет ток. Электродвижущая

г

Разность
потен ц иалов

J

Хим ически й раствор

Рис. 1. 5. Напряжение создается за счет
разности потенциалов между
металлическими пластинами
в гальваническом элементе
34

ЧАСТЬ 1

О с но вы эл ектрон и ки

сила, которая вызывает ток в замкнутой цепи, создается за счет разности по­
тенциалов на полюсах гальванического элемента. (Более подробно о том, как
работают химические источники тока (гальванические элементы), вы узнаете
ниже, в разделе "Химические источники постоянного то ка: гальванический
элемент".)Вам, наверное, встречались и такие терм ины, как падение напря­
жения или разность напряжений, используемые для описания напряжения.
Здесь слова падение и разность означают разность заряда, которая вызывает
наnряжение. Подробнее об этом можно прочитать в главе 3 , "Общие сведения
об электрических цеnях".

Ка к заста в ит ь 3лект ри ч ескую энергию
в ыпол нят ь полезную ра б оту
Бенджамин Франклин был одним из первых, кто ис­
следовал электричество и эксnериментировал с н и м ;
именно ему мы обязаны появлением ряда терминов и по­
нятий (наnример, электрический ток), широко использу­
емых в наше время. Воnреки широко распространенному
м нению, Франклин вовсе не управлял воздушным змеем
во время грозы 1 752 года, резул ьтатом которого стало
изобретение громоотвода. (Если бы он действител ьно
уnравлял воздушным змеем во время той памятной грозы, то, скорее всего, не дожил бы до Американской революции.) Возможно, он
на самом деле nроводил с вой эксnеримент с воздушным змеем во время той
грозы, но вряд ли управлял им, держась за веревку.
Франклин знал, что электричество - не только мощное,
но и опасное явление, и эксnерименты
Франкл ина заставили людей задумать­
ся о том, можно ли испол ьзовать силу
электричества для nрактических целей.
Такие ученые, как Майкл Фарадей, То­
мас Эдисон и другие, nродолжили ис­
следования Франкл ина и изыскали спо­
собы nоставить электричес кую энергию
на службу человеку.

8НИМАНИЕI

Когда в ы сами захотите поэкс периментировать с электрической
энергией, вспомните, что более 250 лет назад Бенджамин Франклин
уже знал о необходимости обращаться с электрическими силам и
ГЛАВА 1

Вв еден и е в эл ектро н и ку

35

природы как можно осторожнее . Тем более об этом должно быть
известно вам . Даже небольшой электрический ток может быть опа­
сен - и даже смертельно опасен - для человека. В главе 1 3, "Со­
здание лаборатории и техника безопасности", я расскажу подробнее
о том, какую опасность таит в себе неосторожное обращение с элек­
трическим током, и о мерах предосторожности, какие вы можете (и
должны) предпринять, чтобы не подвергнуть себя опасности, рабо­
тая с электронными устройствами.
Далее в этом разделе я объясню, как электроны переносят энергию и как эту
энергию можно использовать в практических целях, например для обеспече­
ния работы электр ических ламп и электродвигателей.

И спол ьзова ние 3n ектрическо й 3Н ер r и и
дn я практических цеn е й
Электроны, двигаясь через проводни к, переносят энергию с одного конца
проводника на другой. Поскольку одноименные заряды взаимно отrалкива­
ются, каждый электрон оказывает бесконтактное воздействие (благодаря силе
отrалкивания) на соседний с ним электрон, проталкивая его через проводник.
В резул ьтате происходит распространение электрической энергии по про­
воднику.
Передав эту энергию к определенному объекту, который способен с ее по­
мощью выполнить некую работу (примером таких объектов может быть элек­
трическая лам почка, электродвигатель или динамик), вы сможете, таким обра­
зом, поставить эту энергию себе на службу. Электрическая энергия, переноси­
мая электронами, накапливается соответствующим объектом и преобразуется
в какую-либо другую форму энергии, например в свет, тепло ил и движение.
И менно так обеспечивается свечение электрической лампочки, вращение вала
электродвигателя или движение диафрагмы динамика, вызы вающее звук.

СОВЕТ

36

Поскольку вы не можете видеть полчища электронов, протекающих
через проводник, постарайтесь представить себе течение воды; это
поможет вам понять, как мы испол ьзуем возможности электриче­
ской энерги и . Отдельно взятая капля воды обладает не очень-то
большими энергетическими возможностями. Но если заставить дей­
ствовать в унисон большую группу капель воды, направить их в тру­
бу, соединенную с неким объектом (например, водяным колесом), то
энергию потока воды можно поставить себе на службу. Точно так же,
как миллионы капель воды, движущихся в определенном направле­
нии, образуют водяной поток, м иллионы электронов, движущихся
ЧАСТЬ 1

О с но вы эл ектроники

в определенном направлении, образуют электрический ток. Вообще
говоря, Бенджами ну Франклину пришла в голову мысль о том, что
электричество ведет себя подобно жидкости и обладает такими же
свойствами, как жидкость (например, ток - это поток воды, а на­
пряжение - это давление напора).
Но откуда берется исходная энергия, т.е. энергия , инициирующая , запу­
с кающая движение электронов? Она берется из источника электрическо й
э нергии, такого как гальванический элемент. (Более подробно о б источниках
электричес кой энергии рассказывается в разделе "Электрическая энергия",
ниже в этой главе.)

3 нер r ия со3дается движу щимися з n ектронами
Поток движущихся электронов, доставляющих энергию к электрической
.1ампочке или какому-либо другому устройству, можно охарактеризовать тер­
\I ИНОМ "работа", который имеет реальный физический смысл. Работа является
черой энергии, потребляемой устройством за некоторое время, когда к сово­
купности электронов в этом устройстве прилагается определенная сила (на­
пряжение). Чем больше электронов вы сможете протолкнуть через устройство
н чем большую силу вы к ним сможете приложить, тем больше электрической
энергии будет потреблять это устройство и тем большая работа может быть им
в ыnол нена (например, лам nочка будет гореть ярче или вал электродвигателя
будет вращаться быстрее).

Мощность (сокращенно - Р) - это совокупная энергия, потреб­
3АПОМНИ1

ленная при выполнении работы за определенный период времени;
мощность измеряется в ваттах (сокращенно - Вт). Мощность вы­
числяется путем умножения силы (напряжения) на интенсивность
потока электронов (ток) :

Мощность

=

Напря:ж:ение х Ток
или

Р = Их !
Уравнение мощности я вляется одним из тех нескольких уравнений, кото­
рым вы должны уделить особое внимание, поскольку это поможет уберечь в
целости и сохранности ваши электронные устройства. У каждого электронного
элемента, или компонента, есть свой предел рассеиваемой мощности, при ко­
тором он еще сохраняет нормальную работоспособность. Если вы пропустите
слишком м ного электронов через некоторы й ком понент, то создадите в нем
избыточную теnловую энергию, которая может вывести его из строя ("сжечь").
ГЛАВА 1

Вве д е н ие в эл ектрон и ку

37

На многих электронных ком понентах указана максимально допустимая мощ­
ность рассеяния, превышение которой может вывести этот компонент из строя.
В последующих главах я не раз напомню вам о важности учета фактора мощ­
ности, когда будут обсуждаться конкретные компоненты и величины их но­
минальной мощности. Кроме того, я расскажу, как пользоваться уравнением
мощности для обеспечения сохранности ваших электронных компонентов.

3n ектри ч еские цепи
и коне чные пот р е б ители
Электрический ток не течет где попало. (В противном случае вас все время
"било" бы током.) Поток электронов возможен лишь в случае, если вы обес­
печите для их прохождения зам кнутый проводящий контур (или тракт), кото­
рый принято называть электрической цепью или просто цепью, и инициируете
их движение с помощью гальванического элемента или какого-либо другого
источника электрической энергии.
Как показано на рис. 1 .6, для каждой цепи необходимы по меньшей мере
три базовые составляющие, которые обеспечивали бы придание энергии элек­
тронам и доставку их энергии к объекту, который выполнял бы требуемую нам
работу.
))

Источник злектрической знергии. Этот источ н и к создает напря­
жен и е, или силу, которая обеспечи вает движение электронов по
цепи . Возможно, вам приходилось также слышать терм и н ы элек­
трический источник, источник питания, источник напряжения и
источник энергии, которые испол ьзуются для описания источ н и ка
электрической энергии.

))

Нагру3ка. Это то, что потребляет электрическую энерги ю в цеп и
(нап ример, электрическая лампочка, динамик или холодильн и к) .
На грузку можно п ред па влять себе как пункт назначения для элек­
трической энерги и .

))

Проводящий тракт . Он испол няет роль своего рода "трубопрово­
да" для беспрепятственного п рохождения электронов между источ ­
н и ком и на грузкой . Для созда ния та кого тракта обычно испол ьзу­
ются п роводники - п ровода, изготовленные из меди или други х
хорошо п роводящих материалов.

Путь электрического тока нач инается от одного (как правило, положитель­
ного) полюса источника питания, протекает по проводящему тракту к нагрузке,
где электрическая энергия производит некое требуемое действие (например,
38

ЧАСТЬ 1

О с нов ы эл ектроники

разогревает нить накаливания электрической лампочки), после чего возвраща­
ется к другому (как правило, отрицательному) полюсу источника питания.
Напра вление д в иже н ия электрического тока

ч ч ч ч
·.1
.

.

.

1�
Нагрузка

Источ н ик п итания

UIL...-..,--_-----J
j (;=J � Ц �

П ро водя щи й т ракт

Рис. 1.6. Простая цепь, состоящая из источника питания, нагрузки и проводя­
щего тракта для прохождения электрического тока

Чаще всего для управления током в цепь включаются и другие электронные
устройства.

=�=

Если вы создадите проводящий тракт, просто замкнув между собой
выводы источника п итания (в обход внешней нагрузки, такой как
электрическая лампочка, динамик и т.п.), то у вас тоже получится
цепь, по которой будет протекать электрический ток. В этом случае
роль нагрузки будет играть сопротивление провода и внутреннее
сопротивление источника питания, которые начнут преобразовы­
вать электрическую энергию в тепловую. (Подробнее о сопротив­
лении мы поговорим в главе 5, "Знакомство с резисторами".) В от­
сутствие внешней нагрузки, поглощающей часть электрической
энергии, тепловая энергия может расплавить изоляцию вокруг про­
вода, вызвать пожар, вытекание опасных химических веществ из
элемента питания (батарейки или аккумулятора) и даже его взрыв !
В главе 3, "Общие сведения об электрических цепях", я расскажу
подробнее об этом типе цепи, которая называется короткозамкну­

той цепью.

ГЛАВА 1

В веден ие в эл ектро н и ку

39

Электри ч еская знер r ия
Как вы считаете : если взять медный провод и образовать из него замкну­
тый контур, скрутив вместе концы этого провода, будут ли протекать в таком
контуре свободные электроны? Вообще говоря, в этом случае электроны могут
немного перемещаться туда-сюда, поскол ьку такое перемещение для них не
составляет никакой проблем ы . Но если какая-то сила не будет подталкивать
электроны в определенном направлении, электрического тока в этом замкну­
том контуре не будет.
Представьте себе движение воды в кольцевой трубе . Вода в такой трубе не
будет перемещаться сама по себе в каком-то определенном направлении. Вам
нужно приложить какую-то силу, или разницу давления, чтобы обеспечить
энергию, необходимую для образования потока в такой трубе.
Аналогично каждой электрической цеп и нужен какой-то источ ник энергии,
который создавал бы поток электронов. Ти пичными источниками являются
обычные батарейки, аккумуляторы или солнечные элементы (фотоэлементы).
Электрическая энергия, которая подается в розетки квартир, может поступать
из разных источников, обеспеч иваемых энергогенерирующей ком панией. Но
что именно является источником электрической энергии? Как вы представляе­
те себе электрическую энергию?

ЭNJOMHИI

Электрическая энергия не берется из воздуха. В противном случае
это проти вореч ило бы фундаментальному закону физики, называе­
мому законом сохранения энергии, согласно которому энергию не­
возможно ни создать, ни уничтожить. Она вырабаты вается путем
преобразования какой-либо форм ы энергии (например, механичес­
кой, химической, тепловой или световой) в электрическую энергию.
Для нас важен конкретны й способ выработки электрической энер­
гии в используемом источнике питания, поскольку разные источни­
ки вырабатывают разные типы электрического тока. Существует два
типа электрического тока.
))

Постоянный ток (в анrnоязычной n итературе исnоnьзуется аб­
"di rect current " ) . Генерируется постоян н ы м
бревиатура " DC "
потоком электронов, движущихся в одном н а п ра влении, п р ичем
сила тока меняется весьма незначительно. Постоян н ы й ток в ыра­
батывается в элементах питания (обычно - в бата рейках ил и акку­
муляторах), причем в большинстве электрон ных схем испол ьзуется
именно постоян н ы й ток.
-

40

ЧАСТЬ 1

О с но в ы эл ектро н и к и

))

Переме н н ы й ток ( в анrn оя3ычной n итературе испоn ь3уется
"alternating current " ) . Генерируется изме­
аббревиатура "АС"
няющимся во в ремени потоком электронов, которы й периодичес­
ки меняет свое н а п ра вление. Переме н н ы й ток подается в розетки
квартир энергогенер и рующими компаниями.
-

Х имические источн и ки постоянного
тока : гальва н ически й 3n емент
В гальваническом элементе химическая энергия преобразуется в электри­
ческую посредством процесса, который называется электрохимической реак­
цией. Если два разных металла, например цинк и медь, погрузить в определен­
ный химический раствор, то атомы металла вступают в реакцию с атомами хи­
мического раствора. В результате образуются заряженные атомы, называемые
ионами. Как видно из рис. 1 .7, отрицательные ионы накапливаются на одной
металлической пластине (электроде), которая называется анодом, а положи­
тел ьные ионы - на другом электроде (катоде). (Обратите внимание, что в
гальваническом элементе анод является отрицательным электродом.) Разность
потенциалов между этими двумя электродами создает электрическое напряже-

Поток
электронов

Хим ически й раство р

Рис. 1 . 7. Постоянный ток, вырабатываемый
гальваническим элементом
ГЛАВА 1

Введен ие в эл е ктрон и ку

41

ние. Это напряжение и я вляется той силой, которая требуется для организации
упорядоченного движения электронов по цепи.
В ы можете подумать, что противоположно заряженные ионы должны дви­
гаться в гальваническом элементе один навстречу другому, поскольку проти­
воположные заряды притягиваются, однако химический раствор выступает в
роли барьера, препятствующего взаимному притягиванию противоположных
зарядов.
Чтобы использовать гальванический элемент в какой-либо цепи, вы долж­
ны подкл юч ить один выход вашей нагрузки - например, электрической лам­
почки - к отрицательному полюсу батареи, а другой - к положительному.
(Полюс, ил и клемма, это соединенный с электродом металлический контакт,
к которому вы подключаете провод.) Итак, вы создали путь, по которому будут
перемещаться заряды (электроны) и протекать электрический ток от отрица­
тельного полюса батареи через нагрузку к положительному полюсу. В процес­
се прохождения электронов через нить накал ивания электрической лампочки
часть электрической энергии, вырабатываемой гальваническим элементом,
преобразуется в тепло и свет, вызывая нагрев и свечение нити накаливания
лампочки.
Электроны продолжают упорядоченное движение до тех пор, пока в цепь
включен гальванический элемент и пока в нем продолжаются соответствую­
щие электрохимические реакции. Когда химические вещества в элементе исто­
щаются, реакции происходят слабее, а напряжение, вырабатываемое гальвани­
ческим элементом, постепенно снижается. В конце концов элемент перестает
вырабатывать электрическую энергию (в таких случаях говорят, что гальвани­
ческий элемент разрядился, или что батарейка "села").
Поскольку электроны движутся лишь в одном направлении (от отрицатель­
ной клемм ы через цепь к положительной клемме), электрический ток, генери­
руемый гальваническим элементом, является постоянным. В батарейках, явля­
ющихся более компактным аналогом гальванического элемента, типоразмеров
ААА, АА, С и D, которые есть в свободной продаже, вырабатывается напря­
жение примерно 1 ,5 В Снезависимо от размера батарейки). Разница в размерах
среди этих батареек определяет лишь величину тока, который можно получить
от батарейки. Чем круп нее батарейка, тем больший ток можно получить от
нее и тем дольше она будет служить. Более крупные батарейки могут питать
большие нагрузки, т.е. вырабатывать большую мощность (вспомните форму­
лу: Мощность = Напряжение х То к) и, следовательно, выполнять бол ьшую
работу.

42

ЧАСТЬ 1

Ос новы эл ектрон и ки

СОВЕТ

С технической точки зрения отдельно взятая батарейка, по сути,
не я вляется батареей (т.е. группой совместно работающих элемен­
тов); она представляет собой некий элемент питания (точнее, один
из таких элементов). Если несколько элементов питания соединить
последовательно, как часто делают во многих типах электрических
фонариков и детских игрушек, то действительно получится батарея.
Аккумуляторная батарея в вашем автомобиле состоит из шести эле­
ментов, кажды й из которых вырабатывает напряжение 2-2, 1 В ; сое­
диненные вместе, такие элементы питания вырабатывают суммарно
напряжение 1 2- 1 2,6 В .

И спол ьзование перемен и ого тока,
в ыра б атываемого 3лектростанцие й
Включая у себя дома вилку настольной электрической лампы в настенную
розетку, вы испол ьзуете электрическую энергию, которая вырабаты вается
электростанцией . Электростанции потребляют те или иные природные ресур­
сы, такие как вода, уголь, мазут, природный газ или уран. Чтобы выработать
электрическую энергию на основе какого-либо из этих ресурсов, используется
соответствующий технологический процесс. Говорят, что электрическая энер­
гия является вторичным источником энергии, поскольку она вырабатывается
путем преобразования первичного источника энергии.
Электрический ток, вырабатываемый электростанциями, не является посто­
янным, т.е. меняет свое направление с определенной периодич ностью, которая
называется частотой перемениого тока. В США и Канаде частота переменно­
го тока составляет 60 Герц (сокращенно - "Гц"), т.е. ток меняет свое направ­
.1ение 60 раз за секунду, но в большинстве европейских стран частота пере­
\1енного тока составляет 50 Гц. (В розетки наших домов подается переменный
ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В. В США и Канаде - 60 Гц и 1 20 В
соответственно. - Прu-""е ч. ред. )

СОВЕТ

Электронагреватели, лампочки, фены для волос и электробритвы
относятся к числу бытовых электроприборов, напрямую использу­
ющих переменный ток напряжением 220 В . В сушилках для одежды
и другом мощном промышленном оборудовании используется трех­
фазный переменный ток напряжением 3 80 В . Они подкл ючаются
непосредственно к специальным розеткам. Если ваш фен для волос
питается от сети перемениого тока напряжением 220 В и частотой
50 Гц, а вы оказались в стране, в которой используется перемен­
ный ток напряжением 1 20 В и частотой 60 Гц, то вам понадобится
ГЛАВА 1

Введ ен ие в зл е ктрони ку

43

силовой преобразователь, с помощью которого вы сможете полу­
чить переменный ток нужной частоты и напряжения.
Планшетным и настольным ком пьютерам, мобильным телефонам и другим
электронным устройствам для работы необходим стабильный источ ник пита­
ния постоянного тока. Поэтому, если для питания какого-либо электронного
устройства ил и электронной схемы вы используете переменны й ток, вам по­
надобится устройство преобразования перемениого тока в постоянный, или
стабилизированный источник питания. Их часто назы вают сетевыми адап­
терами или внешнwwи источниками питания. Есл и быть точным, то сетевые
адаптеры в действительности не я вляются источниками питания: они ли шь
преобразуют переменный ток в постоянный и обычно включаются в состав
покупаемых электронных устройств. Возьмем, к примеру, зарядное устройство
для мобильного телефона: это маленькое устройство, по сути, преобразует пе­
ременный ток в постоянный, которы й используется для подзарядки аккумуля­
тора мобильного телефона.

П рео б ра э ование света в злектричество
Солнечные элементы, называемые также фотоэлектрическwwи преобразо­
вателями, вырабатывают небольшое электрическое напряжение, если напра­
вить на них свет. Они изготавливаются из полупроводников, которые представ­
ляют собой материалы, являющиеся чем-то средним между проводниками и
изоляторами с точки зрения их готовности расставаться со своими электрона­
ми. (Подробнее о полупроводниках мы поговорим в главе 9, "Погружаемся в
м ир диодов".) Величина напряжения, вырабатываемого солнечным элементом,
весьма постоянна и не зависит от того, какой интенсивности свет падает на та­
кой элемент, однако сила тока, получаемого от солнечного элемента, зависит от
интенсивности света: чем ярче свет, тем выше сила получаемого тока (правда,
до того момента, пока вы не достигнете максимальной вел ичины, присущей
данному солнечному элементу, после чего сила тока повышаться не будет, как
бы вы ни повышали интенсивность света, направляемого на этот элемент).
К двум полюсам солнечных элементов подсоединяются провода, обеспечи­
вающие прохождение электронов по цепям ; таким образом, вы можете осу­
ществлять питание своего калькулятора или, например, фонарей, освещающих
дорожку во дворе вашего дома. Возможно, вы видели целые наборы солнечных
элементов, используемые для питания калькуляторов (рис. 1 .8), аварийных до­
рожных знаков, телефонов-автоматов или осветительных приборов на авто­
мобильных парковках, но вы, наверное, не видели (во всяком случае, вбл изи)
крупных матриц солнечных элементов, используемых для питания спутнико­
вых систем.
44

ЧАСТЬ 1

О с нов ы эл ектроники

Солнечный элемент

Рис. 7 .8. Питание этого калькулятора
осуществляется от солнечных элементов

Все чаще можно встретить солнечные панели, используемые для подачи
электроэнергии в жилые дома и офисные помещения. Если "пошарить" в Ин­
тернете, можно найти немало информации о том, как самостоятельно изгото­
вить солнечные панели, для чего понадобится лишь пара сотен долларов и го­
товность экспериментировать.

С и мволы, испол ьзуемые для о б означения источн и ков п итан ия
На рис. 1 .9 представлены символы, с помощью которых на электрических
схемах обозначаются разные типы источников питания.




Рис. 7 . 9. Символы, используемые на электрических схемах
для обозначения батарейки (слева), источника переменнога
тока (в центре) и фотоэлектрического преобразователя (справа)

В обозначении батарейки (см . рис. 1 .9, слева) знаком "плюс" обозначает­
ся положител ьный полюс (иногда его назы вают катодом); знаком "минус"
ГЛ АВА 1

Вв еден и е в эл ектрон и ку

45

обозначается отри цательный nолюс (иногда его называют анодом). Наnряже­
ние батарейки обычно указывается рядом с этим символом . Волнистая линия
в обозначении источника nеремениого тока (см. рис. 1 .9, в центре) напоминает
о том, что речь идет именно об источнике переменнога тока. В обозначении фо­
тоэлектрического преобразователя (см . рис. \ .9, справа) две стрелки, наnрав­
ленные в сторону символа батарейки, указывают на использование световой
энергии .

Ч удеса , сове р шаемые электронами
Допустим, в ы подали постоянный электрический ток н а пару динамиков, не
исnользуя nри этом какого-либо средства управления током, т.е . .. nридания ему
оnределенной формы". Что вы услышите в динамиках? Наверняка это не будет
похоже на музыку ! Воспользовавшись оnределенным сочетанием электронных
ком понентов, соединенных надлежащим образом, вы можете управлять вибра­
цией диафрагмы динами ков, получая при этом nривычные для нашего слуха
звуки, например речь или музыку. Зная, как уnравлять потоком электронов, вы
можете совершать с помощью электрического тока буквально чудеса.

3АПОМНИ!

В электронике для управления током, который, как мы уже выясни­
ли, представляет собой поток электронов, исnользуются специали­
зированные устройства, называемые электронными компонентами
(наnример, переключатели, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и транзисторы). Именно они nозволяют реализовать
какую-либо конкретную nолезную функцию.

Уяснив принципы работы каждого из электронных ком понентов (а их число
не так уж велико ! ) и способы nрименеимя ряда базовых законов, на основе ко­
торых строятся электронные схемы, вы поймете принцилы функционирования
электронных устройств и научитесь сами создавать интересные электронные
схемы.
В этом разделе я описываю лишь несколько функций, которые можно реа­
лизовать, уnравляя электрическим током с nомощью электронных схем.

Со 3 дан и е кол е б а н и й , п риятных дn я слуха
Электронные компоненты в вашем i Pod, автомобильной стереосистеме и
других аудиосистемах nреобразуют электрическую энергию в энергию зву­
ка. В каждом таком случае рол ь нагрузки ("nункта назначен ия" для электри­
ческой энергии) выполняют динамики аудиосистем ы . Задача электронных
46

ЧАСТЬ 1

О с нов ы 3л ектро н и ки

компонентов в такой системе заключается в том, чтобы придать такую "фор­
му" то ку, проходящему через динам ики, чтобы колебания диафрагмы каждого
динамика воспроизводили исходный звук.

Увидеть значит поверить
В видеосистемах электронные ком поненты управляют временем и интен­
сивностью испускания света. Многие устройства дистанционного управления,
такие как пульт дистанционного управления телевизором, при нажатии на них
кнопки испус кают инфракрасный свет (невидимый человеку ! ), причем кон­
кретная структура испускаемого света действует как своего рода код, который
''понимает" управляемое вами устройство. Электронная схема вашего телеви­
зора обнаруживает этот инфракрасный свет и декодирует команды, отправлен­
ные пультом дистанционного управления.
Жидкокристаллически й дисплей (ЖК-дисплей) с плоским экраном, или
плазменный телевизор, состоит из м иллионов крошечных элементов, или пик­
селов, кажды й из которых формирует красный, синий или зеленый свет, ко­
торый можно включать или выключать электронным способом . Электронные
схемы в телевизоре управляют состоянием (включено/выключено) каждого
п и кселя, в ключая и выключая их в строго определенные моменты времени,
также задаваемые электроникой телевизора, управляя, таким образом, картин­
кой, которую вы видите на телевизионном экране.

Р еагирование на возде й ствия и выдача
предупреждающих сигналов
Электроника может также использоваться для инициирования каких-либо
действий в ответ на определенный уровень или отсутствие света, тепла, звука
или движения. Электронные датчики генерируют или изменяют электричес­
кий ток в ответ на то или и ное воздействие. М и крофоны, детекторы движе­
ния, температурные датчики, датчики влажности и световые датчи ки могут ис­
пользоваться для запуска других электронных компонентов и выполнения ими
определенных действий, напри мер актив изации устройства автоматического
открывания дверей, выдачи предупреждающего сигнала (например, звонка)
или включения/выключения поли вальной установки.

Управление движением
Типичное использование электроники закл ючается в управлении включе­
нием/выключением двигателей и регулировани и скорости их вращения. Под­
соединяя к двигателям те ил и и ные объекты (например, колеса, элероны са­
молета или лопасти вентилятора), вы можете использовать электронику для
ГЛ АВА 1

В веде н ие в эл ектрон и ку

47

управления движением этих объектов. Такого рода электронные схемы можно
найти в роботизированных системах, самолетах, космических аппаратах, л иф­
тах и многих других устройствах.

В ыч и сл и тел ьная техн и ка
Современные электронные калькуляторы и ком пьютеры используются для
выполнения вычислений во м ногом так же, как в древности для той же цели
использовались обычные счеты (абак). "Костяшки" на счетах представляли со­
бой числа, а вычисления выполнялись путем сдвигания этих "костяшек" влево
или вправо. В вычислительных системах для представления чисел, символов
и прочей информации используются сохраненные образы электрической энер­
гии, а вычисления выполняются путем манипулирования этим и образами с по­
мощью электронных ком понентов. (Разумеется, трудяги-электроны, снующие
по электронным схемам компьютера, не имеют ни малейшего понятия о том,
что выполняют столь сложные операции с числам и ! ) Результат выч исления со­
храняется как новый образ электрической энергии и зачастую направляется
в специальные схемы, предназначенные для отображения результата на мони­
торе или другом экране.

Голос, в и део и передача дан н ых
Электронные схемы в мобильном телефоне выполняют преобразование зву­
ков вашего голоса в электрический сигнал, определенным образом обрабаты­
вают этот сигнал (уплотняя и кодируя его для последующей эффективной и
безопасной передачи), преобразуют его в радиосигнал и передают через эфир
на вышку связи. Другие электронные схемы в мобильном телефоне обнаружи­
вают входящие сообще ния, поступающие с вышки связи, декодируют эти со­
общения и преобразуют электрический сигнал сообщения в звук (посредством
динам и ка) либо в текст или в идеосообщение (посредством дисплея в вашем
мобильном телефоне).
В системах передач и данных используются электронные схемы для органи­
зации обмена информацией, закодированной в виде электрических сигналов,
между двумя или большим числом конечных пунктов . Когда вы совершаете
покупки через Интернет, ваш заказ передается путем отправки соответствую­
щего электрического сигнала с вашего устройства обмена данными (например,
с настольного ком пьютера, смартфона или планшета) по Интернету в систему
обмена данными, установленную у продавца. С помощью соответствующих
электронных компонентов вы можете заставить электронные схемы преобра­
зовать свои материальные желания в заказы на покупку определенных това­
ров - и оплатить заказ с помощью своей пластиковой карты.
48

ЧАСТЬ 1

Ос нов ы эл ектрон и ки

Глава

2

П р и с т у п а ем
к и зу ч е н и ю
зл е ктр о н и к и
'

В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .

)) Способ ы уп ра вления электрическим током
)) П риобретение ин струментов и компонентов, которые
понадобятся для создания электрон н ы х с хем
)) Краткие сведения о том, как испол ьзовать беспаеч ную
ма кетную плату

у

правление эле ктрическим то ком во м ногих отно ше н иях похоже на
управление потоком воды . Скол ькими разным и способам и вы можете
управлять потоком воды , используя для этого разн ые водопроводные
устройства и проч ие компоненты? В ы можете, в частности, огранич и ть поток,
полностью перекрыть воду, отрегулировать напор воды, предоставить воде возможность теч ь ли ш ь в одном направлении и
создать запас воды. (Такая "водная" аналогия в какой-то
\!ере способствует пониманию то го, что происходит в
электронных цепях, но не является пол ной . Например,
чтобы обеспечить поток воды, вовсе необязательно на­
.1 ичие зам кнутой систем ы, но чтобы обеспеч ить элек­
трически й ток, наличие зам кнутой системы является

обязател ьным. )
М ногие эл ектро н н ые ком n о ненты nоз воляют нам
уnравлять электрической энергией в цепях . К числу сам ых

распространенных ком понентов относятся резисторы, которые ограничива­
ют силу тока, и конденсаторы, которые запасают электрическую энергию.
Катушки индуктивности и трансформаторы это устройства, которые за­
пасают электрическую энергию в магнитных полях. Диоды используются для
обеспечения прохождения тока лишь водном направлении (они действуют
подобно клапанам), тогда как транзисторы являются многофункциональны­
м и компонентами, которые могут использоваться для включения/вы ключения
цепей или усиления тока. Интегральные микросхемы (ИМС) содержат множе­
ство дискретных (т.е. отдельных) ком понентов в едином корпусе и способны
управлять током м ногими способам и в зависимости от того, о какой именно
ИМС идет реч ь. Датчики, переключатели и другие компоненты также играют
важную роль в электронных схемах.
В главах 3-1 2 вы узнаете, как эти разнообразные электронные компоненты
управляют током и как их совместная работа позволяет выполнять множество
полезных функций. В бол ьшинстве этих глав содержатся описания простых
экспериментов, призванных продемонстрировать возможности каждо го из
ком понентов. В главе 1 7, "Создание первых электронных устройств", описа­
ны более сложные устройства, в каждом из которых используется совместная
работа м ногих компонентов, позволяющая выполнить ту или иную полезную
функцию (или продемонстрировать тот или иной интересный эффект). В на­
стоящей главе вы узнаете, что вам понадобится для построения этих экспери­
ментальных схем и устройств.
-

З а п аситес ь нео бходимыми инструментами
Для проведения экспериментов и повторения устройств, описанных в этой
книге, вам понадобится ряд инструментов, которые могут обойтись вам при­
мерно в 1 00-250 долларов (все зависит от того, где вы будете их покупать).
В этом разделе я перечислю важнейшие инструменты, а в главе 1 3 , "Созда­
ние лаборатории и техника безопасности", приводится более подробный спи­
сок инструментов и вспомогательных материалов для тех, кто решил заняться
электроникой всерьез и надолго.
В приведеином ниже с писке я указы ваю номера некоторых моделей (по­
мечены символом #) и цены, однако эта информация является лишь ориенти­
ровочной : в и нтернет-магазинах и в обыч ных магазинах можно приобрести
другие модели перечисленных устройств.
»

50

ЧАСТЬ 1

Мул ьтиметр. Этот и н струмент позвол я ет измерять н а п ряже ­
н ие, соп роти вле н и е и с илу тока. С его помощью легче понять,
что п роисходит (или не п роисходит) в созда н н ы х вами схемах.

О с новы электрон ики

П риобретите мультиметр RadioShack #22-8 1 3 (40 долла ров), пока­
зан н ы й на рис. 2 . 1 , или а н алоги ч н ы й ему измерител ь н ы й п р и бор.
П риобретите та кже комплект п ружи н н ы х тестовых зажимов, на­
пример RadioShack #270-334 (3,49 долла ра). В гла ве 1 6, "Осваи ваем
мул ьтиметр': при ведена подробная информация о том, как пол ьзо­
ваться мультиметром.

Рис. 2. 1 . Мультиметр и пружинные тестовые зажимы
>>

Беспаечная макетная пnата. Беспаечную макетную плату можно
испол ьзовать для сборки, изучения работы, модернизации, разбор­
ки и новой сборки электронных схем. Рекомендую вам куп ить мо­
дел ь покруп нее, нап ример 830-контактную беспаечную ма кетную
плату Elenco #9425 (примерно 1 4 долларов в разных и нтернет-ма га­
зи нах), которая показана на рис. 2.2.

»

Паяn ьн и к. Этот и нструмент, показа н н ы й на рис. 2.3, позволяет
создать п роводя щее соединение между такими элементами, как
п ровода, выводы отдел ьных компонентов и монтажные платы. Па­
яльн и к понадобится, чтобы подсоед и нить вы воды к нескол ьким
потенциометрам (переме н н ы м резисторам). Модел и паял ь н и ков
п ростираются в диапазоне от самых дешевых Wel ler SP25NKUS (при­
мерно 20 долларов) до моделей умеренной стоимости Wel ler WLC1 00 (около 44 долларов) и дорогостоящих паяльных станций Wel ler
WES5 1 (примерно 1 29 долларов в разных и нтернет-магазинах). Так­
же понадобится п роволочн ы й (трубчатый ) припой ти па 60/40 (оте­
чественн ы й аналог ПОС -61 , сплав, в котором бО% олова и 40% свин­
ца) диаметром 0,8 мм или 1 ,2 мм, н а п ример высокока чествен н ы й
Kester 44 (около 7 долла ров за моток весом 1 00 г).

ГЛАВА 2

П ри с туп аем к и зу ч ен и ю электрон ики

51

Рис. 2.2. Эта беспаечная макетная плата
содержит 830 контактных отверстий

Рис. 2.3. Паяльная станция Weller WES5 1 включает паяльник
с регулируемой температурой жала и подставку
))

52

ЧАСТЬ 1

Ручной и нструмент. К числу обязател ьных и нструментов относят­
ся круглогубцы (с достаточно тон кими губками) для сгиба н и я вы­
водов и п роводов, а также уни версаль н ы й и нструмент для снятия
изоляции/кусачки (рис. 2.4). Круглогубцы могут также п ригодиться
для вставки и снятия компонентов с беспаечной макетной платы. На
покуп ку каждого из этих инструментов в местном магазине хозяй­
ственных товаров или в и нтернет-магазине электро н и ки вам п ри­
дется потратить не менее 1 О долларов.

О с нов ы эл ектроники

Рис. 2.4. Универсальный инструмент для снятия
изоляции/кусачки и круглогубцы с тонкими губками
))

Антистатический брасnет. Антистатический браслет наподобие
того, который покаэан на рис. 2.5, понадобится, чтобы п редохранить
от повреждения статическим электричеством, которое накапли ва­
ется на вашем теле, чувствител ьные к статике и нтеграл ьные микро­
схемы (ИМС), с которыми вам придется работать. Куп ите а нтистати­
чески й браслет Zitrades #S-W-S- 1 (1 О долла ров) или подобный ему.

Рис. 2. 5. Антистатический браслет
поможет предохранить чувствитель­
ные компоненты от повреждения
статическим электричеством
))

Каnькуnятор. П ри выборе оп ределенных компонентов для элек­
тро н н ы х схем и чтобы луч ше понять работу электронных схем,
понадобится в ы полнять небольшие математические выч ислен ия .
Даже если вы считаете себя человеком, достаточно искушенным
в математике, калькулятор все равно вам не помешает.

ГЛ АВА 2

П ри с туп аем к и зу ч ен и ю эл ектроники

53

3 а пасаемся нео бходимыми
материалами и компонентами
В этом разделе я представляю исчерпывающий перечень электронных ком­
понентов, источников питания, соединительных элементов и проч их деталей,
которые понадобятся вам для проведения эксперименто в, описанных в гла­
вах 3-1 1 , а также для повторения устройств, описанных в главе 1 7, "Создание
первых электронных устройств". Большинство этих изделий вы можете найти
в магазинах RadioShack (на момент написания этой книги м ногие из них на­
ходятся в процессе закрытия). В прочем, приобрести эти изделия по выгодным
ценам можно на Amazon.com, eBay.com, Parts-Express.com и других веб-сайтах.
Прежде чем заказывать товары по Интернету, ознакомьтесь с потребительски­
ми обзорами товаров, стоимостью и временем их доставки. С перечием других
источников товаров можно ознакомиться в главе 1 9, "Десять превосходных по­
ставщиков электронных компонентов".
В приведеином ниже списке я иногда указываю код соответствующего про­
дукта (помеченны й символом #) и цену на момент написания этой книги (сере­
дина 20 1 5 года). Я делаю это лишь для того, чтобы вы получили представление
о том, что вам следует искать и скол ько вам придется потратить на покупку
тех или иных товаров . Посколь ку на рынке, как правило, представлен широ­
кий ассортимент каждого из таких товаров, выбирайте наиболее подходящий
для себя вариант. Н иже представлен список материалов и электронных ком­
понентов, которые вам нужно приобрести, большинство из которых показаны
на рис. 2.6.
>>

54

ЧАСТЬ 1

Батарейки и аксессуары


Ка к м и ни мум одна свежая 9-вол ьтовая бата ре й ка ти па "Крона"
(не аккумулятор!).



Как минимум четыре свежие бата рейки ти поразмера АА (не ак­
кумуляторы!).



Оди н держател ь н а 4 бата ре й к и типоразмера АА с отводами
и л и клеммами для зажима . П риобретите, на п р и мер, ти п а Pa rts
Express # 1 40-972 ( 1 ,49 долла ра) или а налогичный.



Одна клемма для 9-вол ьтовой бата рейки (иногда называемая ко­
лодкой с конта ктами). Купите две такие колодки, если у вашего
держателя на 4 бата рейки типоразмера АА имеются клеммы для
зажима, а не отводы . П риобретите, например, Parts Express #090805 (по 0,65 доллара) или а налоги ч н ы й .

О сн о в ы эл ектрон ики

Рис. 2.6. Подборка электронных компонентов, используемых
в экспериментах и устройствах, описанных в этой книге
))

П ровода, зажимы типа " крокодил " и микропереключатели


Одножильный изолированный п ровод с диаметром жилы 0,7 мм
дл и ной не менее 1 ,5 м (п редпочтител ьно раз н ы х цветов, хотя
это требова н и е не я вляется обязател ьным). Н а п ример, Elenco
#884420 (красный), #884440 (желтый) и #88441 0 (черн ый ) стоят в
разных и нтернет-магазинах не более 3 долларов каждый. Каждая
модель поставляется в в иде катушки, на которую намотано око­
ло 8 м (25 футов) соответствующего п ровода.



Разнообразные п ровода для перемычек, порезанные на неболь­
шие кусочки и очищенные от изоля ц и и (необязател ьные, одна­
ко кра й не жел ател ь ные материал ы ) . П риобретите, н а п р и мер,
RadioShack #276-1 73 (7 долларов) или а налогич ные.



Зажи м ы т и п а " крокодил", пол н остью изол и рова н н ые. П риоб­
ретите комплект из 1 О штук (п редпочтител ьно разных цветов).
П риобретите RadioShack #27Q-378 ( 1 - 1 /4-дюймовые м и ни-зажи­
мы) и л и #270-356 (2-дюймовые зажимы), или а налоги ч н ы е (по
2,50-3,50 доллара за комплект).



Пять (как минимум) однополюсных двухпози ционных ползунко­
вых переключателей. П редварител ьно проверые, совместимы

ГЛ АВА 2

П ри с туп а е м к и зу ч е н и ю электроники

55

ли о н и с вашей беспаечной макетной платой; расстоя ние меж­
ду выводами должно соста влять О, 1 дюйма (2,54 мм). Н а п ример,
Mouser # 1 23-09.03 2 0 1 .02 (по 1 , 1 5 долл а р а ) , Banana Robotics
#BR01 0 1 1 5 (комплект и з 5 штук по 0,99 долл а ра) или а налогич­
ные.


))

Восемь кноп о ч н ы х нормал ьно разомкнутых м и кроперекл ю­
чател е й . П риобретите S pa rkF u n E l ectronics #СОМ-00097 ( п о
0,3 5 долла ра), Amico # а 1 20 1 1 500ux0302 (комплект из 1 00 штук
no 3,90 доллара на Amazon.com) или а н алогич н ые. Возможно,
вам понадобится воспол ьзоваться плоскогубцами, чтобы вы­
п рямить гнутые ножки у этих микропереключателей, чтобы они
легче вставлял ись в отверстия вашей беспаечной макетной пла­
ты. Компания Banana Robotics п родает комплекты из 1 О кнопоч­
ных ми кроперекл ючателей с д вумя выводам и п о 0,99 доллара
(#BR01 0084).

Резисторы. Вам понадобится оп ределенн ы й а ссортимент номи­
налов резисторов. М ногие и з поста в щ и ко в п рода ют резисторы
комплектами по 5 ил и 1 О штук по цене не выше 1 долл а ра. Лучше
всего приобретать резисторы, рассчита н н ы е на мощность 0,25 Вт
с 1 0- или 20-п роцентным допуском. Вы можете заказать отдельные
наборы по каждому и з требуемых номи налов резисторов или на­
бор, в который входит вся необходимая вам л и н е й ка номи налов,
например RadioShack #27 1 -3 1 2 (1 4,49 долла ра), который содержит
500 четвертьванных рези сторов разных номиналов с 5-процент­
н ы м допус ком и включает все перечисленные н иже ном и н а л ы .
В приведенном ниже списке указа ны номиналы резисторов, цвето­
вые коды, используемые для их обозначения, и минимальные коли­
чества резисторов, которые вам понадобятся.




Три на 470 Ом (желтый-фиолетовый-коричневый).



Два на 1 кОм (черны й-кори чневый-красный).



Два на 1 ,8 кОм (коричневый-серый-красный).



Оди н на 2,7 кОм (красный-фиолетовый-красный).



Оди н на 3,9 кОм (оранжевый-белый-красный).







ЧАСТЬ 1

Один на 820 Ом (серый-красный-коричневый).
Оди н на 1 ,2 кОм (коричневый-красный-красный).
Два на 2,2 кОм (красный-красны й-красный).



Оди н на 3 кОм (оранжевый-черный-красный).



Оди н н а 4,7 кОм (желтый-фиолетовый-красный).



56

Один на 330 Ом (оранжевы й-оранжевый-корич невый).

Четыре на 1 О кОм (коричневый-черны й-оранжевый).

О снов ы эл е к т рон и к и



»

))



Один на 1 5 кОм (коричневый-зеленый-оранжевый).



Оди н на 47 кОм (желтый-фиолетовы й-оранжевый).



Оди н на 22 кОм (красн ый-красный-оранжевый).



Оди н на 1 00 кОм (коричневый-черный-желтый).



Оди н на 1 О кОм; Parts Express #023-628 (1 ,55 долла ра) или а нало­
гичный.



Оди н на 50 кОм; Parts Express #023-632 ( 1 ,55 доллара) или а нало­
гичный.



Оди н на 1 00 кОм; Parts Express #023-634 (1 ,55 долла ра) или а на­
логичный.



Один на 1 МОм; Parts Express #023-640 (1 ,60 долла ра) ил и а нало­
гичный.

Потенциометры (переменные резисторы)

Конденсаторы. Для конденсаторов из приведенного н иже списка
выбирайте рабочее напряжение не ниже 1 6 В. Цена конденсаторов
н аходится в диапазоне от 0, 1 О до 1 ,49 долла ра (кажды й) в зависи­
мости от размера и п родав ца (покупка в И нтернете обойдется вам
дешевле).


Два дисковых по 0,0 1 мкФ.



Один дисковый на 0,047 мкФ.



Оди н электрол итический на 4,7 мкФ.











))

Один на 1 2 кОм (коричневый-красный-оранжевы й).

Оди н дисковый на О, 1 мкФ.

Три электролитических по 1 О мкФ.

Один электрол итический на 47 мкФ.
Один электрол итический на 1 00 мкФ.
Один электрол итический на 220 мкФ.



Оди н электролитический на 470 мкФ.



Десять диодов 1 N41 48 или отечественных а налогов КД522Б. Каж­
дый из этих диодов можно приобрести в и нтернет-магазинах или
на радиор ы н ке буквально за копейки, а в магази нах RadioShack
можно купить комплект из 1 О штук п римерно за 2 доллара.

Диоды. В приведенном н иже списке указа ны минимально необхо­
димые количества, но я рекомендую вам купить хотя бы по несколь­
ко штук каждого из указа н н ы х диодов (во-первых, они дешевы и,
во-вторых, часто выходят из строя).



Десять диффузн ых светоизлуча ющих диодов (светодиодов) л ю­
бого размера (рекомендуется 3 или 5 мм) и любого цвета. Можете

ГЛАВА 2

П ри ступ аем к и зу ч ени ю эл ектрон и ки

57

купить как минимум один красный, оди н желтый и один зеленый
для схемы светофора, описываемой в гла ве 1 7, "Создание первых
электронных устройств'� Стоимость каждого из этих светодиодов
составляет 0,08-0,25 доллара (нап ример, Parts Express #070-020).


»

»

58

ЧАСТЬ 1

Восемь светодиодов повышенной яркости, 5 мм (любого цвета).
Купите красные, нап ример Pa rts Express #070-50 1 (по 0,58 долла­
ра), если вы всерьез настроены испол ьзовать мигалку для вело­
сипеда, которую создадите в главе 1 7, "Созда ние первых элек­
тронных устройств".

Тра нзисторы. Куп ите на оди н или два тра нзистора каждого ти па
бол ьше, чем указан ное н иже мин имал ьное кол ичество, на случай,
есл и вы спалите оди н из них. В и нтернет-ма гази нах их можно п ри­
обрести п римерно по 0,30 долла ра, а в магазинах RadioShack - по
1 ,49 доллара.


Два 2N3904, 2 N2222, ВС548 или л юбые ун и версальные NPN би­
полярные тра нзисторы. Можно куп ить также их отечественные
аналоги КТ3 1 02А или КТЗ 1 1 7 А.



Оди н 2 N390б, 2N2907 ил и л юбой уни версальный P N P би поляр­
н ый транзистор. Можно купить та кже их отечественные аналоги
КТ361 Г, КТЗ 1 07 А или КТ3 1 3Б.

Интеграл ьные микросхемы (ИМС)


Одна 74НСОО КМОП, счетверенная 2 И - Н Е И М С в 1 4-выводном
пласти ковом корпусе с двухрядн ым расположен ием в ы водов
(DIP). Купите две такие И МС, поскольку их можно легко повре­
дить статическим электричеством. П риобретите Jameco #906339
(0,79 доллара) или аналогич ную ей. Можно купить и отечествен­
н ы й а налог К1 564ЛА3.



Два та ймера 555 (8-выводный DIP). Рекомендую вам куп ить одну
или две допол нител ьные микросхемы . В и нтернет-ма газинах их
можно приобрести примерно по 0,25-1 доллара (ил и по 2 дол­
л а ра в магазинах RadioShack) . Можно куп ить и отечествен н ы й
а налог КР1 ООбВИ 1 .



Оди н усил итель мощности звуковых частот LM386 (В-выводной
DIP) . В и нтернет-магазинах или в магази нах RadioShack его мож­
но приобрести за 1 -2 доллара. Можно купить и отечествен ный
а налог 1 438УН2.



Оди н 40 1 7 КМОП десятич н ы й счетч и к. Рекомендую куп и т ь хотя
бы одну допол н ительную микросхему (они очень чувствительны
к статическому электричеству). В и нтернет-магазинах за каждую
такую микросхему вам п ридется заплатить от 0,35 до 2 долларов

О с новы зл е ктроники

(в зависимости от того, какое их количество вы будете покупать).
Можно куп ить и отечествен н ы й а налог К561 ИЕS.
>>

Прочее


Од и н 8-о м н ы й д и н а м и к м о щ н остью 0,5 Вт. П р и о б ретите
RadioShack #273-092 (3,99 доллара) или аналоги ч н ы й .



Оди н или нескол ько фоторезисторов (подойдут фоторезисторы
любых номи налов). В магази нах RadioShack можно приобрести
комплект из 5 штук (#276- 1 657) за 3,99 доллара, но в и нтернет-ма­
газинах можно приобрести бол ьшее их количество за меньшую
цену.



Электретн ы й м и крофон (необя зател ьно). П риобретите Rad io
Shack #270-092 (за 3,99 доллара) или а налоги ч н ы й .




Оди н деревян н ы й карандаш или деревя н н ы й стержень меньше­
го диаметра.

Оди н относительно сил ь н ы й стержневой магнит дл иной около
S см.

И так, п р иступим к делу!
После того как вы запасетесь необходимыми материалами, инструментами
н ком понентами, вам нужно будет сделать еще кое-что, прежде чем приступить
�.: сборке электронных схем.
>>

П одключите клемму к 9-вол ьтовой батарейке. У этой клеммы
есть выводы, с помощью которых вы сможете подключить 9-волыо­
вую батарей ку к беспаечной ма кетной плате. Эти два п ровода обо­
значены раз н ы м и цвета м и : красн ы й обеспечи вает п одключение
к положительному пол юсу батареи, а черны й - к отрицател ьному
(рис. 2.7, а).

>>

Вставьте четыре батарейки типоразмера АА в держател ь, со­
блюдая при ;,том их правильную полярность. Батарей н ы й дер­
жател ь рассчита н на четы ре бата рейки, п ричем его конструкция
обеспечи вает их последовательное соединение. Последовательное
соединение 4 бата реек ти поразмера Ад позволяет получить на вы­
ходе н а п ряжение 6 В (4 х 1 ,5 = 6). Есл и у ва шего четырехбата рей­
ного держателя нет вы водов, подсоедините к контактам держателя
специальную клемму с проводами (рис. 2.7, б).

>>

П ри паяйте выводы к потен циометрам. Эта опера ция п редпо­
ла гает следующие действи я : отрезать три коротких (по 5 -7 см)
куска одножил ь ного п ровода д и аметром 0,7 мм для каждого

ГЛ АВА 2

П ри ступ аем к и зу ч ен ию эл ектрон и ки

59

nотенциометра, зачистить оба конца каждого nровода и nриnаять
зач и щенные та ким образом кон ц ы этих n роводов к конта ктн ым
выводам nотенциометра (см. верх н и й ряд на рис. 2.6) . Под робное
оnисание n роцесса nайки вы найдете в гла ве 1 5, "Сборка электрон­
ных схем".

а

б

Рис. 2. 7. Подготовьте батарейки к использованию в беспаечной макетной плате

И спол ь з ов а н ие б есп а е ч но й ма кетно й пл ат ы
В этом разделе приведен краткий обзор использования беспаечной макет­
ной платы . Гораздо подробнее о беспаеч ной макетной плате рассказы вается
в главе 1 5 , "Сборка электронных схем". Я настоятельно рекомендую вам про­
ч итать эту главу, прежде чем вы приступите к сборке электронных схем. Вам
необходимо знать об ограничениях этих чрезвычайно удобных в использова­
нии устройств, предназначенных для монтажа экспериментальных электрон­
ных схем .
Беспаечная макетная плата представляет собой прямоугольную пласти­
ковую пластину м ногократного использования, содержащую несколько сотен
квадратных гнезд, или контактных отверстий, в которые вставляются выводы
таких ком понентов, как резисторы, конденсаторы , диоды, транзисторы и ин­
теграл ьные схемы . Группы контактных отверстий организованы в виде не­
больших рядов, которые электрически соединены между собой гибкими ме­
таллическими полосками, проложеиными под поверхностью макетной платы .
На фотографии (рис. 2.8) показана часть 830-контактной беспаечной макетной
платы, причем линии, добавленные на этой фотографии, помогают наглядно
представить скрытые соединения между контактными отверстиями.
60

ЧАСТЬ 1

О с новы эл ектроники

Рис. 2.8. Контактные отверстия в беспаечной макетной
плате организованы в виде столбцов и рядов, небольшие
группы которых электрически соединены между собой
под поверхностью платы

3АПОМНИI

СОВЕТ

Предnоложим, вы вставили один вы вод резистора в отверстие Ь5 на
бесnаечной макетной nлате, nоказаиной на рис. 2.8. В результате вы
nодключили его к nроложенной nод nоверхностью nлаты металли­
ческой nолоске, которая соединяет nять отверстий в ряду 5 (столбцы
от а до е включительно). Вставив, скажем, один вывод конденсатора
в отверстие d5 , вы создадите соединение между указанным в ы ше
резистором и этим ко нденсатором , nоскол ьку отверстия Ь5 и d5
электрически соединены между собой . Таким образом, вы можете
nостроить работающую схему, не nрибегая к nайке ком nонентов, а
nросто nомещая их вы воды в нужные отверстия, обесnечивающие
требуемые соединения. После этого nодключите бесnаечную макет­
ную nлату к источнику nитания (наnример, к 9-вольтовой батарейке).
Бесnаеч ная макетная nлата nозволяет легко тестировать любую
электронную схему, быстро заменяя одни комnоненты другими. По­
тенциальным недостатком таких макетных nлат является то, что вы
легко можете доnустить ошибку. Тиnичные ошибки заключаются во
вставке обоих выводов какого-либо комnонента в отверстия одного
и того же ряда (и создании, таким образом, ошибочного соедине­
ния), а также во вставке вывода в отверстие, расположенное в со­
седнем ряду (в результате чего вы не создадите соединение, которое
намеревались создать).
ГЛ АВА 2

П ри с туп аем к и зу ч ен и ю эл ектрон и ки

61

Гл а ва

3

Об щ и е с в еден и я о б
зл е ктр и ч ес к и х ц е п я х
В
»
»
»
>>
»

ЭТО Й ГЛ А В Е . . .

Созда ние электрической цепи с помощью соединений
На п ра вление тока в электрической цепи
Что п роисходит в электрической цепи
Ка к измерить ток и на п ряжение в электрической цепи
Оп ределение количества потребляемой электрической
энергии

э

лектрический ток не течет где попало. (В противном случае вас все вре­
мя било бы током .) Поток электронов возможен лишь в случае, если вы
обеспечите для их прохождения замкнутый проводящий контур (или
:-ракт), который принято называть электрической цепью ил и просто цепью, и
�fНициируете их движение с помощью гальванического элемента
!l.lи какого-либо другого источника электрической энергии.
Из этой главы вы узнаете, как электрический ток про­
текает по цеп и и почему сч итают, что условны й ток
1 вижется в п ротивоположном движению электронов
'-! а nравлении. Вы также ознакомитесь с nринципом ра5оты просто й электронной схемы, которую сможете
.:: о брать самостоятел ьно. Наконец, вы узнаете, как из­
\lерять напряжения и токи в такой цеп и и как оnреде­
.1 ить величину мощности, потребляемой собранной вами
.:: хемой .

С равнен ие з амкнут ы х, ра з омкнуты х
и короткозамкнуты х цепеи
v

Чтобы обеспеч ить устойчивы й поток электронов, требуется зам кнуты й
контур, или замкнутая цепь. Если где-либо в этой цепи образуется разрыв, то
такая цепь называется разомкнутой. Ток в ней не может протекать. При этом
атомы металла в проводе быстро прекращают направленное движение и пере­
ходят к своему спокойному, электрически нейтральному состоянию (рис. 3 . 1 ).
г - -- - -- - -- - -- - -- - ,
1
1

-

-

1


1

1

1

i.

- -- - -- - -- -

-- -- _ j
-

Замкн утая цепь

Разо м кн утая цепь

Рис. 3. 1 . Замкнутая цепь обеспечивает прохождение тока, а разомкнутая
цепь не позволяет поддерживать направленное движение электронов

Представьте себе, что через поврежденный трубопровод течет литр воды.
Очевидно, что вода по такому трубопроводу будет протекать в течение доста­
точно короткого периода времени, а затем, когда вся вода вытечет из трубы, по­
ток тут же прекратится. Если же вы будете прокачивать воду через зам кнутую
трубопроводную систему, поток воды будет поддерживаться в ней до тех пор.
пока будет работать насос, обеспечивающий прокачку воды .
Разомкнутые цеп и зачастую создаются намеренно. Например, простой вы­
ключатель света размыкает и замыкает электрическую цепь, которая соединяет
лампочку с источником питания. Очевидно, что, если цепь не используется,
желательно отключать батарейку или другой источник питания ради сохранения
средств. С технической точки зрения это означает создание разомкнутой цепи.
В ы ключенный электрический фонарик представляет собой разом кнутую
цепь. На рис. 3 .2 показана фотография фонарика, в котором включением/вы­
ключением света управляет плоская черная кнопка (расположена внизу слева),
специально установленная для этой цели внутри корпуса фонарика. Такой пе­
реключатель представляет собой ни что иное, как две гибкие полоски металла.
расположенные близко одна к другой. Если черную кнопку сдвинуть вправо до
упора, переключатель окажется в разом кнутом положении, а фонарик при этом
выключится.
64

ЧАСТЬ 1

О с но вы эл ектро н и ки

Рис. 3.2. Переключатель, переве денный
в разомкнутое положение, отключает
лампочку фонарика от батарейки, созда­
вая, таким образом, разомкнутую цепь

Включение фонарика путем сдвигания черной кнопки влево приводит две
металлические пластины в контакт одна с другой (т.е. замы кает переключа­
тель), в результате чего создается замкнутая цепь и обеспечивается прохожде­
ние тока в цеп и фонарика (рис. 3 .3).

Рис. 3.3. Замыкание контактов переключателя создает проводящий
путь в цепи электрического фонарика, обеспечивая, таким образом,
устойчивый поток электронов

Иногда разомкнутые цепи создаются непреднамеренно . Например, вы за­
были подключить батарейку к цепи или где-то случайно перетерся провод.
Собирая ту или и ную электронную схему на беспаечной макетной плате (она
обсуждается в главах 2, "Приступаем к изучению электроники", и 1 5, "Сборка
электронных схем"), вы можете по ошибке вставить один из вы водов како­
го-л ибо компонента не в то отверстие макетной платы, в ка кое нужно . В ре­
зультате этот ком понент не будет включен в создаваемую схему, а сама цепь
окажется разомкнутой. Разомкнутые цепи, получившисся по случайному сте­
чению обстоятельств, обычно не опасны, но могут стать для вас источником
головной боли, когда вы будете пытаться выяснить, почему же собранная вами
электронная схема не работает так, как вы рассчитывали.

ГЛАВА 3

О бщ и е с веден и я о б 3Л ектри ч ес к и х це п ях

65

Короткозамкнутые цепи являются полной противоположностью разомкну­
тым цепям. Короткозамкнутая цепь образуется в результате соединения двух
точек цепи, которые не должны соединяться между собой непосредственно.
Н апример, два полюса источника питания не должны соединяться между со­
бой напрямую (рис. 3.4). Как будет показано в главе 5, "Знакомство с резисто­
рами", электрический ток движется по пути наименьшего сопротивления. По­
этому в короткозамкнутой цепи ток из всех доступных для него параллельных
путей выберет путь непосредственного соединения. (Можете считать электри­
ческий ток лентяем, который всегда отдает предпочтение пути наименьшего
сопротивления .)

1

1

-

1

L - -- - �------�

&

Короткоза м кн утая

цепь

Рис. 3.4. В короткозамкнутой цепи ток
отклоняется от пути, которым он,
по вашему замыслу, должен следовать

ВНИМАНИЕ!

Закоротив источник питания (т.е. соединив напрямую его полюса),
вы направите большие количества электричес кой энергии с одно­
го полюса источника питания на другой . Поскол ьку в та кой цепи
отсутствуют ком поненты, которые могл и бы огранич и ть вел ичину
тока и принять на себя электрическую энергию, провод и источни к
питания быстро нагреваются . Короткозамкнутая цепь может привес­
ти к расплавлению и загоранию изоляции вокруг провода, взры ву
некоторых источников п итания (например, а к кумуляторной батареи
или автомобильного аккумулятора) и выделению ими вредных хи­
м ических веществ.

Н а правn ение движен ия усn овно rо тока
Э кс периме нтатор ы - первопроход цы полагал и , что электрический то к
представляет собой поток положител ьных зарядов, поэтому он и описыва­
ли электрический ток как поток положител ьных зарядов, движущихся от
66

ЧАСТЬ 1

О с новы эл ектрон и ки

nоложительного nолюса источника nитания к отр ицательному. Сnустя много
времени была предложена концепция электронов, а в результате эксnеримента
было установлено, что электроны движутся от отрицательного nолюса источ­
ника питания к положительному. Однако первоначальное представление о на­
nравлении электрического тока сохранилось и nоныне: направление условного
электрического тока по-nрежнему принято отображать на электрических схе­
мах стрелкой, которая указывает в сторону, противоnоложную фактическому
направлению движения nотока электронов.

Условный ток представляет собой поток положительных зарядов,
ЗАПОМНИ!

движущихся от положител ьного полюса источника п итания к от­
р ицательному, т.е. в сторону, противоположную действител ьному
наnравлению движения потока электронов (рис. 3 .5). Во всех описа­
ниях электронных схем используется общеnринятое представление
о наnравлении тока. Поэтому, если на какой-либо электронной схе­
ме вы видите стрелку, указывающую направление тока, вы должны
пом нить, что там указано направление движения условного тока.
В электронике символом 1 обозначается условный ток, измеряем ый
в амnерах (сокращенно - А). Чаще всего в электронных схемах, ко­
торые вы будете собирать в домашних условиях, вам придется иметь
дело с величинами электрического тока, измеряемыми мwтиампе­
рами (мА). М иллиампер - это одна тысячная ампера.

rr--

-- -- -- -l

Н а n равление движения условного тока

1

+_j_
..,.

L_

--

--

--

-

- - _j

Реал ьн ы й nоток электронов

Рис. 3.5. Условный ток протекает
в направлении, противоположном
дей ствительному направлению
д вижения потока электронов

В цепях перемениого тока направление тока постоянно изменяется
на противоположное 50 или 60 (в США и Канаде) раз в секунду. Как
в таком случае показать направление тока на схеме электрической
цепи ? В каком направлении должна у казывать стрелка? Отвечаю:
ГЛ АВА 3

О бщ ие с веде ни я о б эл ектри чес ки х цеп ях

67

это не имеет никакого значения . Направление тока можно выбрать
произвольно (оно будет назы ваться опорным направлением). Этот
то к обозначается сим волом /. Значение 1 изменяется во времени
в соответстви и с законом изменения направления тока. Если в ка­
кой-то момент времени величина 1 оказы вается отрицательной, это
всего лишь означает, что условный ток движется в направлении,
противоположном направлению, указываемому стрелкой.

И сследуем п р остую схему
Н а схеме, приведеиной на рис. 3 .6, показана электрическая цепь, питание
которой осуществляется от батарейки. Она предназначена для зажигания све­
тодиода (СИД) и практически полностью повторяет электрическую схему ти­
пичного мини-фонарика на светодиодах. Итак, на рис. 3.6 представлена элек­
трическая схема, на которой изображены все компоненты фонарика и способ
их соединения . (Подробное обсуждение электрических схем вы найдете в гла­
ве 1 4, "Учитесь читать электрические схемы".)
Рези стор

rf
+

вв

......

2,2к
Б ата р ея
С ветодиод

'l

Рис. 3.6 . Ток переносит электрическую
энергию от источника питания
(в данном случае - от батареи)
к резистору и свето д иоду

В качестве источника питания для нашей схемы выбрана батарея постоян­
ного тока напряжением 6 В , состоящая из 4-х батареек типоразмера АА, со­
единенных последовательно с помощью адаптера (см. главу 2 , "Приступаем к
изучению электроники") . Знаком "плюс", расположенным возле сим вола ба­
тареи, обозначен положительный полюс, от которого нач инает свое движение
условный ток. Знаком "минус", расположенным возле символа батареи, обозна­
чен отрицательный полюс, которого достигает условный ток, после того ка к
он пройдет весь путь по нашей цепи. Стрелка на схеме указывает опорное (т.е.
68

ЧАСТЬ 1

О с нов ы эл ектро н и ки

выбранное нами) направление движения тока. Поскольку речь идет о цепи по­
стоянного тока и стрелка направлена от положительного полюса батареи, мож­
но сказать, что значение тока в данном случае будет все время положительным.
Линии на электрической схеме показывают способ соединен и я компонен­
тов с помощью проводов или других проводящих элементов. (Разные виды
проводов и соединителей подробно обсуждаются в главе 1 2, "Приобретение
дополнительных деталей".) Электронные компоненты обычно снабжаются вы ­
водами, т.е. выступающими проводникам и, соединенными с внутренней "на­
чинкой" соответствующего ком понента. В ыводы служат для соединения ком­
понента с другими элементами схемы.
Прямоугольником на электрической схеме обозначен резистор 1 • Диаго­
нальная линия внутри прямоугольника указы вает его мощность рассеяния
(в данном случае - 0,25 Вт), а ц ифры 2, 2 К - его ном инал, т.е. 2,2 кОм, или
2200 Ом. Роль резистора заключается в том , чтобы ограничи вать вел и чину
тока, который протекает по цепи (во м ногом это похоже на то, как мы огран и ­
чиваем поток воды в садовом шланге, пережимая его) . В главе 5 , "Знакомство
с резисторами", представлена более подробная информация о резисторах, но
на дан ном этапе вам достаточно знать, что е го сопроти вление измеряется
в единицах, называем ых омами (обозначается Ом), и что резистор в рассмат­
риваемой нами схеме защищает светодиод от перегрева и предохраняет его от
выхода из строя .
Светодиод обозначается маленьким равносторонним треугольником в кру­
жоч ке, одна из верш ин которого упирается в попереч ную "полочку", и двумя
стрелками, направленными вовне. Треугольная часть этого символа обозначает
диод, а две стрел ки, направленные вовне, показывают, что этот д и од излуча­
ет свет (т.е. является светоизлучающим диодом). Диоды относятся к особому
классу электронных ком понентов, называемых полупроводниками; подробное
их описание вы найдете в главе 9, "Погружаемся в м ир диодов".
Собрав схему и выполнив ряд измерений напряжения и тока, вы сможете
узнать многое о том, как работают электрические цепи. Между прочим, изме­
рение напряжен и я и тока являются ключом к пониманию того, как электриче­
ская энергия, в ырабаты ваемая батарее й , испол ьзуется в это й цеп и . Итак,
приступим !

1 В данной книге применяются обозначения, принятые в отечественной схематехнике
и соответствующие ЕСКД согласно ГОСТ 2.728-74. В зарубежных схемах резисто­
ры обычно обозначаются зигзагообразной линией, что затрудняет анализ больших и
сложных схем . -Примеч. ред.

ГЛ АВА 3

О бщ и е сведе н и я о б эл е ктри чес ки х це п ях

69

Со б и раем п росту ю схему на светодиоде
Ниже перечислены элементы, которые понадобятся для сборки схемы на
светодиоде.
>>
»
»

Четыре полуторавол ьтавые бата рейки типоразмера Ад (они обяза­
тельно должны быть свежими).
Оди н держатель на четыре бата рейки, п редназначен н ы й для бата­
реек типоразмера Ад .
Одна батарейная колодка.

»

Оди н резистор номиналом 2,2 кОм (его корпус п ромаркирован тре­
мя красными полосками и одной золотистой или серебристой).

»

Один красный светодиод любого размера.

»

Три изол и рова н н ых зажима ти па "крокодил" или одна беспаечная
макетная плата.

Где можно достать эти элементы, рассказывается в главах 2, "Приступаем к
изучению электроники", и 1 9, "Десять превосходных поставщиков электрон­
ных ком понентов".
Вставьте батарейки в держатель, соблюдая указанную полярность,
и подключите к нему батарейную колодку (если это предусмотрено
в конструкции, как описывалось в главе 2, "Приступаем к изучению
электрон ики"). Конструкция держателя для батареек предполагает
последовательное соединение четырех батареек, в результате чего
создается портативный батарейный источник питания, обеспечива­
ющий 4х l ,5 = 6 В на выводах батарейной колодки.
Прежде чем приступить к сборке указанной схемы, измерьте с помощью
мультиметра напряжение на выводах батарейного источ ника п итания . Кроме
того, с помощью мультиметра проверьте номинал используемого резистора
(просто чтобы удостовериться в том , что их величины соответствуют требуе­
мым). Подробнее о том , как пользоваться мультиметром, рассказы вается в гла­
ве 1 6, "Осваиваем мультиметр".
Переключите мультиметр в режим измерения напряжения постоянного тока.
Прикоснитесь черным ("м инусовым") щупом мультиметра к черному проводу
батарейного источника питания, а красным ("плюсовым") щупом мультимет­
ра - к его красному проводу. Значение величины напряжения, отображаемое
на дисплее мультиметра, должно составлять не менее 6 В. Поскольку свежие
батарейки дают напряжение, несколько большее их номинала (обычно l ,57 В),
мул ьтиметр должен показать около 6,3 В. Если показание мультиметра ока­
жется существенно меньше 6 В, извлеките батарейки из держателя и измерьте
70

ЧАСТЬ 1

Ос но в ы эл ектрон и ки

напряжение на каждой из них по отдельности . Замените батарейку, если ее
напряжение составляет менее 1 ,5 В .
Чтобы измерить величину сопротивления резистора, переключите муль­
тиметр в режим измерения сопротивления (в омах) и прикоснитесь щупами
мультиметра к выводам резистора; соблюдать полярность в данном случае
не требуется . Величина со противления резистора должна составлять около
2,2 кОм (т.е. 2200 Ом).
Схему со светодиодом можно собрать с помощью зажимов тиnа "крокодил",
используемых для соединения компонентов, или на беспаечной макетной пла­
те, которая обеспечит требуемые соединения. Я познакомлю вас с обоими ме­
тодами сборки схем. Обратите внимание : обсуждение способов измерений на­
пряжения и тока сопровождается рисунками, на которых изображена бесnаеч­
ная макетная плата. Подробнее о сборке схем можно прочитать в главе 1 5 ,
"Сборка электронных схем".

Сборка схемы с помощью зажимов типа "крокодил "
Для вы пол нения соединений в схеме можно использовать зажимы типа
"крокодил", как показано на рис. 3 .7 . Обратите внимание : при сборке схемы
ориентация резистора не имеет значения, но ориентация светодиода имеет
огромное значение. Более длинный вывод светодиода нужно подключить к ре­
зистору, а короткий - к отрицательному полюсу (черный провод) батарейно­
го источника питания . Когда вы выполните последнее соединение, светодиод
должен загореться.

Рис. 3. 7. Соединение компонентов в это й
простой схеме со светодиодом вьтолняет­
ся с помощью зажимов типа "крокодил"

Если вы подсоедините светодиод неправильно, он не только не будет
загораться, но и может выйти из строя . Причины этого объясняются
в главе 9, "Погружаемся в мир диодов".
ВНИМАНИЕ!

ГЛ АВА 3 О бщ и е сведе н и я о б эл ектричес ки х це п ях

71

Сборка схемы на беспае чной макетной плате
Н а рис. 3 . 8 и 3 .9 показаны варианты сборки схемы со светодиодом на
беспаечной макетной плате. В главах 2, "Приступаем к изучению электрони­
ки", и 1 5, "Сборка электронных схем", говорится о том, что соединения между
отверстиями в беспаечной макетной плате сделаны так, что от вас требуется
лишь вставить компоненты в нужные отверстия. На левой и правой сторонах
такой макетной платы все отверстия в каждом столбце соединены между со­
бой. В каждом из двух центральных участков макетной платы все пять отвер­
стий в каждом ряду также соединены одно с другим .

Рис. 3.8. Простую схему со свето­
диодом можно легко собрать на
беспаечной макетной плате

Соб и рая схему со светодиодом на беспаечной макетной плате, не забывайте,
что ориентация резистора не имеет значения, однако светодиод нужно ориен­
тировать так, чтобы его короткий вывод подключалея к отрицательному полю­
су батарейного источника п итания. Если вы подрежете вы воды компонентов,
чтобы схема выглядела аккуратнее (как показано на рис. 3 .9, слева), обязательно

Рис. 3. 9. Более аккуратный способ сборки схемы. Желтой линией по­
казан путь, по которому ток проходит по цепи от положительной
клеммы батарейного источника питания к отрицательной
72

ЧАСТЬ 1

Ос новы электрон и ки

запомните, какой из выводов светодиода был короче, а какой - длиннее. Что­
бы подключить резистор к светодиоду в такой схеме, воспол ьзуйтесь коротким
проводом-перемычкой. (В главе 9, "Погружаемся в мир диодов", я познакомлю
вас с еще одним способом определения, какой из выводов светодиода является
положительным, а какой - отрицательным.)

И э меряем напряжения
В этом разделе я объясню, как с помощью мул ьтиметра измерить напря­
жение на выводах батарейного источника питания, резисторе и светодиоде в
собранной вами схеме. (Подробная информация о том, как пользоваться муль­
т и метром, приведсна в главе 1 6, "Осваиваем мультиметр".)
Обратите внимание : точки соединений между компонентами одинаковы
в обоих случаях: и когда вы собираете схему на беспаечной макетной плате,
и когда вы собираете ее с помощью зажимов типа "крокодил". Красный щуп
м ультиметра должен подключаться к точке, имеющей более высокое напряже­
н и е, чем черный, поэтому всегда обращайте внимание на то, как подключены
щупы мультиметра к схеме2 • Переключите мультиметр в режим измерения на­
пряжения постоянного тока и приготовьтесь выполнить ряд измерений !
К А КОЕ Н А П РЯЖ Е Н И Е В Ы Н А М Е РЯЛ И ?
Есл и в какой-то точке схемы вы увидите обозначение величины напряжения,
то у вас сразу может возникнуть вопрос "Где находится та другая точка, отно­
сительно которой это нап ряжение было измерено?" Обычно под этой "другой
точкой" подразумевается некая эталонная, или общая, точка, так называе­
мая земля, т.е. точ ка на схеме, которую мы в ыбрали своим волевым решением
и считаем, что ее нап ряжение соответствует нулю вол ьт. Обычно в качестве
земли выбирают отри цательный пол юс батареи, и все напряжения в цепи из­
меряются относительно этой общей точ ки .
Аналогией, которая может помочь в а м понять, что п редставляет собой изме­
рение напряжения, я вляется измерение расстояния. Если кто-то спросит у вас
"Какое расстояние до вас?'; то вы, наверное, зададите встречный вопрос:"Рас­
стояние от чего?" Аналогично, если у вас сп росят "Какое напряжение в точ ке
схемы, где ток подается на светодиод?'; вы должны, в свою очередь, спросить
2 В большинстве современных мультиметров есть функция автоматического опреде­
ления полярности напряжения и тока. Поэтому, если вы не так подключите его щупы
к схеме, ничего страшного не произойдет - на дисплее все равно высветится величи ­
на напряжения или тока, но перед ней будет стоять знак "минус", свидетельствующий
о том, что вы перепутали полярность. - Приме ч. ред.

ГЛ АВА 3

Об щ и е с в еден и я об эл ектриче с ки х це п ях

73

"Нап ряжение, измеренное относительно какой точ ки этой схемы?" С другой
стороны, вы могл и бы ответить "Я нахожусь в пяти километрах от своего дома';
т.е. указать, на каком расстоян и и вы находитесь от некой точки отсчета (в дан­
ном случае - от вашего дома). Таким образом, если вы ответите "Напряжение
в том месте схемы, где ток подается на светодиод, составляет 1 ,7 В относитель­
но земли'; то такой ответ можно считать исчерпывающим.

Прежде всего измерьте наnряжение, nодаваемое на схему с батарейного
источника питания. Подсоедините nоложительный (красный) щуn мультимет­
ра к точке, где nоложительный nолюс (красный nровод) источ ника питания
подключается к резистору, а отри цательный (черный) щу п мультиметра ­
к точке, где отрицательный полюс (черный nровод) источника питания nод­
ключается к светодиоду (рис. 3 . 1 0). Какое значение наnряжения вы увидели
на дисnлее мультиметра? Было ли оно близко к ном инальному наnряжению
источника питания, составляющему 6 В? (Свежие батарейки могут давать бо­
лее 6 В , а nодсевшие - менее 6 В . )

Рис. 3. 1 0. Измерение напряжения, обеспечиваемого батарейным
источником питания

Далее, измерьте nадение наnряжения на резисторе. Подсоедините положи­
тельный (красный) щуn мультиметра к точке, в которой резистор соединяет­
ся с положительным nраводом источника питания, а отрицательный (черный)
щуп мультиметра - к другой стороне резистора (рис. 3 . 1 1 ). На дисплее муль­
тиметра вы должны увидеть значение наnряжения, близкое к показанному на
рис. 3 . 1 1 .
Наконец, измерьте падение напряжения на светодиоде. Подключите крас­
ный щуп мультиметра к точке, в которой светодиод соединяется с резистором ,
а черный - к точке, в которой светодиод подключается к отрицательному

74

ЧАСТЬ 1

О с новы эл ектрон и ки

nроводу источника nитания (рис. 3 . 1 2). Показывает ли ваш мультиметр наnря­
жение, близкое к тому, которое вы видите на рис. 3 . 1 2?

Рис. 3. 1 1 . Измерение падения напряжения на резисторе

Рис. 3. 12. Измерение падения напряжения на свето диоде

ЭАПОМНИI

Наши измерения показы вают, что в рассматриваемой схеме бата­
рейны й источник п итания обеспечивает 6,4 В и что падение на­
nряжения на резисторе составляет 4,7 В, а на светодиоде - 1 ,7 В .
То обстоятел ьство, что сумма падений напряжения н а резисторе и
светодиоде равняется напряжению источника питания, не является
случайностью:
4,7 в + 1 ,7 в = 6,4 в

В рассматриваемой нами схеме еложились условия равновесия : напряже­
ние, вырабатываемое источником питания, обеспечивает прохождение тока по
ГЛ АВА 3 О бщ и е сведен и я о б эл ектричес ки х це п ях

75

цепи, а переносимая при этом энергия рассеивается на резисторе и светодиоде.
Когда ток проходит через резистор и светодиод, на каждом из них происходит
падение напряжения. Резистор и светодиод рассеивают при этом энергию, соз­
даваемую напряжением источника питания, которое обеспечивает прохожде­
ние тока через эти ком поненты .
Приведеиное выше уравнение напряжения можно переписать в несколько
ином виде, чтобы показать, что в процессе потребления энергии от источника
питания на резисторе и светодиоде происходит падение напряжения с обрат­
ным знаком.
6,4 в - 4,7 в - 1 ,7 в = о
При образовании падения напряжения на резисторе, светодиоде или ка­
ком-либо другом ком поненте напряжение оказывается более положительным
в той точке, где ток входит в соответствующий ком понент, чем в точ ке, отку­
да ток выходит из этого ком понента. Величина напряжения я вляется относи­
тельным показателем, поскол ьку напряжение - это сила, возни кающая из-за
разности потенциалов между двумя точкам и. Напряжение, вырабатываемое
батарейным источником питания, представляет собой разность потенциалов
между его положительным и отрицательным полюсами, и именно эта разность
обеспечивает прохождение тока по цепи. Цепь, в свою очередь, рассеивает
энергию, создаваемую этой силой при прохождении тока, что приводит к па­
дению напряжения. Поэтому неудивительно, что напряжение иногда называют
падением напряжения, разностью потенциалов или падением потенциала.
Здесь важно обратить внимание на то, что при обходе любой цепи
постоя нного тока наблюдается скачкообразный рост напряжения
при переходе от отрицательного полюса источника питания к по­
ложительному (иногда это называют под ъ емом напряжения). При
продолжении движения в том же направлении, т.е. при прохождении
ком понентов цепи (рис. 3 . 1 3), напряжение на них падает (происхо­
дит потеря напряжения). К моменту завершения обхода цепи вы
снова возвращаетесь к отрицательному полюсу источника питания,
напряжение которого равно О В, поскольку все его напряжение будет
распределено между ком понентами цепи.

3АПОМНИI

110ДР0&Н0СТИ
ТЕХНИЧЕСКИЕ

76

Какие бы цепи м ы ни рассматривали (постоянного или перемениого
тока), если вы начинаете обход цепи с любой ее точки и сложите
подъем ы и падения напряжения по всей цепи, то в резул ьтате вы
о бязательно получите 0 в . и ными словами, результирующая сумма подъемов и падений напряжения по всей цепи окажется равной
нулю. (Это правило называется законом Кирхгофа.)

ЧАСТЬ 1

О с новы эл ектрон и ки

Падение напряжения
4, 7 8

+

Рис. 3. 7 3. Напряжение батарейного источника
питания распределятся между резистором
и светодиодом

И мейте в виду, что у эти х падений напряжения есть четкий физический
см ысл . Электр ическая энергия, вырабаты ваемая источником п итания, рассеи­
вается пр и прохождении тока через резистор (в виде тепла) и светод и од (в виде
тепла и света). Батарейный источник п итания будет продолжать вырабатывать
эл ектрическую энергию, а резистор и светодиод будут продолжать потре блять
эту энергию до тех пор, пока батарейки в блоке п итания не "сядут" (т.е. ис­
ч ерпают всю свою энергию). Это произойдет, когда все химические вещества,
с одержащиеся в батарей ках, истощатся по мере прохождения хим ических ре­
ак ций, генерирующих положительные и отрицательные ионы . В результате вся
х им ическая энергия, выработанная батарейкам и, окажется преобразованной
в электрическую энергию и поглощенной цепью, которую питала эта батарея.
З Е М Л Я ДО Л Ж Н А С Л У Ж И Т Ь В А М Н А Д Е Ж Н О Й О П О Р О Й
Есл и слово 1/земляl/ встречается вам в контексте электроники, помните, что
под этим терми ном может подразумеваться либо заземление, либо та земля
(общий п ровод), о которой шла речь в ы ше, во врезке 1/Какое напряжение вы
намерял и?'; т.е. точка в схеме, которая по на шему соглашен и ю находится под
нап ряжением О В.

Заземление означает соединение с поверхностью земли, т.е. речь в этом случае
идет о непосредственном соединении с самой настоя щей Землей - поверх­
ностным слоем нашей планеты. В и нт в центре стандартной двухконтактной
розетки переменнаго тока, а также трети й конта кт в трехконтактной розет­
ке должны быть 3 соединены с заземлением. За каждой настенной розеткой
скрывается трети й п ровод, п роложен ный по ва шему жилому или офисному
3

Здесь все зависит от электрика!

-

Примеч . ред .

ГЛ АВА 3 О бщ и е сведе н и я о б эл ектри ч е с ки х це п ях

71

помещени ю и соединенный с металлической сваей, вбитой в землю, которая
и обеспечивает надежн ы й конта кт с Землей. Такое устройство заземления
обеспечивает надежную защиту электрических цепей, по которым п ротекают
большие токи. При возникновении короткого замыка н и я или другой а варий­
ной ситуации отвод сильного тока непосредственно в землю обеспеч и вает
надежную за щиту от круп ных неприятностей. Именно такой ва риант имел
место, когда громоотвод Бенджамина Фра н кл и на создал п рямой путь для
отвода опасного грозового разряда в землю; в п ротивном случае этот разряд
мог бы п ройти через жилое помещение или человека.
В цепях, через которые п ротекают бол ьшие токи, как правило, одна из точек
соединяется с водоп роводной трубой или каким-либо другим металлическим
объектом, подключенным к заземлению. Если такое соеди нение отсутствует,
говорят, что земля я вляется плавающей, а соответствующая цепь может пред­
па влять опасность для человека. От та кой цепи лучше всего держаться по­
дальше, пока она не будет надежно заземлена.

Общий провод, или просто земля, не является "землей" в обычном смысле этого
слова; скорее, это п росто некая условная точ ка отсчета в схеме, относительно
которой измеряются напряжения. В определенных типах схем - в частнос­
ти, обычно испол ьзуемых в компьютерах - отрицательный полюс одного
источн и ка п итания постоя нного тока подключается к общему п роводу и по­
ложительный пол юс другого источника питания также подкл ючается к обще­
му проводу. Таким образом, в подобных схемах испол ьзуются двуполярные
источ ники п итания. Хотя два физических источника п итания могут быть иден­
тич н ыми, определить, я вляется ли напряжение питания положител ьным или
отрицательным, можно только с учетом способа их подкл ючения к схеме и
выбора общей точ ки. Как видите, все относительно!

ТЕХНИческие

nодРО&НОСТИ

Один из фундаментальных законов физики закл ючается в том , что
энергия не может создаваться или уничтожаться; она может лишь
переходить из одной формы в другую. В ы можете вооч ию наблюдать этот закон в деиствин на примере простон схемы с о светод и одом, питаемой от батареек. В ней химическая энергия преобразуется
в электрическую энергию, которая, в свою очередь, преобразуется в
те пловую и с ветовую э нергию, которая . . . Одни м сл овом , вы, на­
верное, уловили мою м ысль.




И змерение си n ы тока
Чтобы измерить ток, проходящий через схему со светодиодом, вы должны
пропустить этот ток через мул ьтиметр. Единственный способ это сделать ­
разорвать цеп ь между двумя ком понентами и поместить в место разрыва

78

ЧАСТЬ 1

О с новы эл ектрон и ки

мультиметр, как если бы он был одним из комnонентов этой цеnи, восстанав­
ливающий ее целостность.
Переведите мультиметр в режим измерения nостоянного тока в миллиамnе­
рах (мА). Затем разорвите соединение между резистором и светодиодом. (Если
вы исnользуете зажимы тиnа "крокодил", nросто сним ите зажим, который со­
единяет резистор и светодиод. Если же вы исnользуете бесnаечную макетную
nлату, уберите nроволочную nеремычку.) Светодиод nри этом должен nогаснуть.
Затем nрикоснитесь nоложительным (красным) щуnом мультиметра к от­
соединенному выводу резистора, а отрицательным (черным) щуnом мульти­
метра - к отсоединенному выводу светодиода (рис. 3 . 1 4). В этот момент све­
тодиод должен засветиться, nоскольку мультиметр замкнул цеnь, дав возмож­
ность току nроходить через нее. Мой мультиметр nоказал, что через эту цеn ь
nротекает ток 2, 1 4 мА .

Рис. 3. 1 4. Чтобы измерить силу тока, по д ключите мультиметр в разрыв цепи, по
которой проходит ток

Затем nодключите мультиметр в какую-то другую точку соединения в этой
схеме (наnример, между nоложительным nолюсом источника nитания и резис­
тором). Предварительно нужно разорвать цеnь в точке измерения. Расnоложите
щуnы мультиметра таким образом, чтобы nоложительный щуn расnолагался
в точке с более nоложительным наnряжением, чем отрицательный щуn. Пока­
зывает ли ваш мультиметр то же значение тока, что и ранее? Во всяком случае,
именно так и должно быть, nоскольку в этой nростой схеме существует лишь
один nуть, по которому может nроходить ток.

В ычисляем мощность
Величина энергии, nотребляемой каким-либо электронным ком nонентом
в единицу времени, называется мощностью (сокращенно - Р). Мощность
ГЛ АВА 3

О бщ и е сведе н и я о б эл ектричес ки х це п ях

79

измеряется в ваттах (сокращенно - Вт). В главе 1 , "Введение в электронику",
уже было сказано, что уравнение для выч исления мощности выгл ядит так:

Р = Их I

Здесь переменной И обозначена величина напряжения, а I - сила тока.
Если известны вел ич ина падения напряжения на каком-либо компоне нте
и сила протекающего через него тока, с помощью приведеиной выше форму­
лы можно вычислить величину энергии, потребляемой каждым компонентом
в единицу времени.
К А К СД Е Л АТ Ь П РА В И Л Ь Н Ы Й В Ы Б О Р
Для светоизлуча ющих диодов, электри ческих ламп на каливани я , резисторов
и других электронных компонентов не зря указывается така я ха рактерист и­
ка, как максимал ьная мощность рассея н ия . Если через та кие электронные
компоненты пропустить сл и ш ком большой ток, они перегре ютс я и выйдут
из строя. П р и разработке электронных схем целесообразно заранее оценить
вел и ч и ну рассеиваемой мощности для каждого из испол ьзуемых компонен­
тов. Учитывая, что мощность равняется п роизведению напряжения и тока, вы
должн ы рассмотреть наихудший сценарий - ма ксимальное сочета н ие вели­
ч и н ы напряжения, умноженной на силу тока, который может п роходить через
соответствующий компонент в п роцессе работы вашей схемы . В результате
вы определите максимальную рассеиваемую мощность, которую должен вы­
держивать дан н ы й компонент. Затем вам следует выбрать компонент с такой
номинально й мощностью, которая п ревышала бы вашу максимальную оценку
мощности.

В случае рассматриваемой схемы с резистором и светодиодом нам уже из­
вестны падения напряжения на резисторе и светодиоде (рис . 3 . 1 3 ). а также сила
тока в этой цепи (2 , 1 4 м А). Пользуясь этими данными, мы можем выч ислить
вел ичину энергии, поставляемой или потребляемой каждым из ком понентов
в единицу времени.
Мощность, рассеиваемая резистором, равняется
4,7 В х 2 , 1 4 мА = 1 0, 1 м Вт,

где мВт означает милливатты, ил и тысячные доли ватта.
Мощность, потребляемая светодиодом, равняется
1 ,7 В х 2 , 1 4 мА = 3,6 мВт

Мощность, отдаваемая батарейным источником питания, равняется
6,4 В х 2, 1 4 мА = 1 3 ,7 мВт

80

ЧАСТЬ 1

О с новы электр он и ки

Обратите внимание: сумма мощностей, рассеиваемых резистором и потреб­
ляемых светодиодом ( 1 О, 1 м Вт + 3 ,6 м Вт), равняется мощности, отдаваемой
источ ником питания ( 1 3 ,7 мВт). Это как раз та мощность, которую потребля­
ют резистор и светодиод. (На самом деле резистор преобразует электрическую
энергию в тепловую, а светодиод - в световую.)
Предположим, что м ы заменили наш 6-вольтовый батарейный источник пи­
тания 9-вольтовым . Теперь в нашу цепь подается большее напряжение. Таким
образом, нетрудно предположить, что это приведет к возрастанию силы тока,
проходящего через схему, в результате чего на резистор и светодиод будет по­
даваться большая энергия. Поскольку светодиод получит больше энергии, ко­
торую он должен преобразовать в световую энергию, он будет светиться ярче.
(Впрочем , не следует забы вать о предельных величинах напряжения и тока,
которые можно подавать на светодиод; превышение этих предельных величин
может вывести его из строя. Подробнее об этом я рассказываю в главе 9, "По­
гружаемся в м ир диодов".

ГЛАВА 3

О бщ и е с веден и я о б эл ектри ч ес ки х це п ях

81

Глава

4

Со еди н я ем в се вм ес те
В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .

)) К а к п редать ток п о нужному п у ти
)) П оследовател ьны е и п а раллел ьн ые цеп и
)) Уп равление соеди нениями посредством переключателей
)) Свет можно увидеть, когда в кл ючено п ита н ие

Е

ел и вы когда-л ибо застревали в автомобильных "пробках" и давал и себе
слово выбрать в следующий раз путь с менее напряженным трафиком,
то вам, конечно же, прекрасно известно о том, что в один и тот же пункт
назначения зачастую можно добраться разны м и путя м и . Но если ваш маршрут
на работу пролегает, скажем, через единственный в вашем городе мост, пере­
брошенны й через широкую реку, то вам известно и о том, что в жизни нередко
возникают ситуации, когда на работу можно добраться лишь одним-единствен­
ным путем.
Электронные схем ы во м ногих отношениях подобн ы дорожным системам :
они обеспеч ивают пути (дороги), по которым движутся электро­
н ы (автомобили), иногда предоставляя альтернативные пути,
а иногда заставляя все электроны двигаться одн и м и тем
же путем .
В этой главе рассматриваются разные способ ы сое­
дине н ия электрон ных ком понентов, которые nозволя­
ют направлять (и перенаправлять) электрический ток.
Во -первых, мы рассмотрим два основных типа структур
электрических цепей - последовательные и nараллел ь­
н ые - и убедимся в том , что параллел ьные соеди нения

подобны альтернативным маршрутам транспорта, тогда как последовательные
соединения подобны движению по мосту через реку. Затем вы узнаете, что пе­
реключатели действуют подобно регулировщикам дорожного движения, разре­
шая, запрещая или перенаправляя движение эле ктрического тока. Наконец, вы
закрепите полученные сведения на практике, собрав схему, которая имитирует
действия обычного трехцветного дорожного светофора, управляемого вручную.

П о след о в а тел ь н ые и п араллел ь н ые цеп и
Точно так же, как можно строить сооружения всевозможных форм и разме­
ров, соединяя разными способами детали детских конструкторов LEGO или
K ' NEX, можно собирать разнообразные электрические схемы, соединяя разны­
ми способами те или иные электронные компоненты. От того, как именно вы
соедините между собой эти компоненты, зависят путь прохождения электриче­
ского тока по вашей схеме, а также распределение падений напряжения в ней.
В этом разделе вы узнаете о двух видах соединений. Если вы захотите собрать описанные здесь схемы, вам понадобятся перечисленные ниже элементы.
))
))

Четыре полуторавольтевые бата рейки типоразмера Ад.

Один держатель на четы ре бата рей ки типо разме ра Ад.

))

Одна бата рей ная колодка.

))

Оди н резистор номи налом 2,2 кОм, обозна чен н ы й сочета н ием из
трех красных полосок, а затем - золотой ил и се ребряной полоской.

)) Два красных светодиода любого размера.
)) Три изол и рова н н ых зажима типа "крокодил " или одна беспаечная
макетная плата.

СОВЕТ

Обратите внимание : если вы уже собрали базовую схему со свето­
излучающим диодом, обсуждавшуюся в главе 3, "О б щие сведения
об электрических цепях", то, внеся в нее небольшие изменения, вы
сможете собрать схемы, описанные в этом разделе. Вам понадобит­
ся лишь один дополнительный красный светодиод и, если для вы­
полнения соединений вы решите пользоваться зажимам и типа "кро­
кодил", один дополнительны й зажим типа "крокодил".

П оследовательные соединения
В последовательной цепи ком поненты соединяются между собой так, что­
бы в результате сформ ировался единственны й путь прохождения тока между
положительным и отрицательным полюсам и источника питания. Взгляните на
84

ЧАСТЬ 1

О с но вы эл ектроники

рис. 4. 1 , на котором представлена последовател ьная цепь, содержащая резис­
тор и два светодиода. Ток проход и т от положительного полюса источника пи­
тания через резистор R l , светодиоды HL J и HL2, а затем попадает на отрица­
тельный полюс батареи. В последовательной цепи существует лишь один путь,
по которому могут двигаться электрические заряды, поэтому весь ток проходит
nоследовательно через каждый из ком понентов схемы.
R1
.......

2, 2 К

Рис. 4. 1 . В последовательной цепи ток
проходит последовательно через каж­
дый из компонентов схемы

Следует запомнить два важных факта, касающихся последователь­
ных цеnей.
:WЮМНИI

))

Через кажд ы й из компонентов та кой цеп и п роходит оди н и тот же
ток.

))

Н а п ряжен и е, отдаваемое и сточ н и ком п ита н ия, расп ределяется
(хотя и необязательно одинаково) между компонентами цепи. Есл и
сложить падения напряжения на каждом из компонентов, вы полу­
чите величину напряжения, отдаваемого источником п итания.

Пользуясь рис. 4.2 в качестве руководства, соберите последовательную cxe­
\ly. состоящую из двух светодиодов. Воспользуйтесь мультиметром, настро­
�н н ым на измерение напряжения постоянного тока, и измерьте напряжение на
-:,:,.1 юсах источника питания, резисторе и на каждом из светодиодов. Когда я
:� ы полняла эти измерения, у меня получились приведеиные ниже цифры .
))

Напряжение на пол юсах источника п итания: 6,4 В.

))

Напряжение на резисторе: 3,0 В.

))

Напряжение на светодиоде HL 7 : 1 ,7 В.

})

Напряжение на светодиоде HL2: 1 ,7 В.

ГЛ АВА 4 С оед и н я ем в се в мес те

85

Рис. 4.2. Два способа сборки схемы с последовательным соединением двух
светодиодов

Сложив падения напряжения на резисторе и двух светодиодах,
суммарное напряжение, равное напряжению источника питания :

\t Ы

получим

3 ,0 в + 1 ,7 в + 1 ,7 в = 6,4 в
Далее, переключ ите с вой мул ьтиметр в режим измерения постоя нного
тока. Разорвите цеп ь в любой точке соединения и подключите в место разры­
ва мультиметр, помня о том, что положительный щуп должен быть подклю­
чен к точке с более высоким напряжением, чем отрицательный. После вклю­
чения моего мультиметра в разрыв цепи на его дисплее отобразилась сила
тока, равная 1 ,4 мА. Ток такой силы проходит через каждый ком понент в этой
последовательной цепи, поскольку в ней существует лишь один путь для про­
хождения тока.

toВEr

Поскольку ток в последовательной цепи может проходить лишь по
одному пути, у вас может возникнуть проблема с подобным типом
схем. Если выйдет из строя хотя бы один ком понент, в цепи обра­
зуется разрыв, и движение тока ко всем другим ком понентам этой
цеп и прекратится. Поэтому, если в новой дорогостоящей вывеске
вашего ресторана, в которой задействовано 200 с ветодиодов, сое­
диненных последовательно и высвечивающих слова "ПРОВЕДИТЕ
В ЕЧЕР С НАМИ - НЕ ПОЖАЛЕЕТЕ ! ", выйдет из строя хотя бы
один светодиод, вывеска погаснет полностью.

П а раппепьные со ед и нен ия
Указанная выше проблема, связанная с прекращением работы всех компо­
нентов в последовательной цепи при выходе из строя единственного компонен­
та, решается довольно просто. Для этого достаточно соединить все компонен­
ты параллельно, например так, как показано на рис. 4 . 3 . При использовании
86

ЧАСТЬ 1

О с но вы эл ектроники

nараллельноrо соединения ток может nроходить по цеnи многими nутями,
поэтому даже если несколько светодиодов на вашей вывеске выйдут из строя,
остальные будут продолжать светиться . (Разумеется, здесь возможны вариан­
ты . Если, к примеру, на вывеске вашего ресторана выйдут из строя светодиоды,
составляющие частицу "Н Е", то ваш ресторан будут украшать слова "ПРОВЕ­
ДИТЕ ВЕЧЕР С НАМИ - ПОЖАЛЕЕТЕ ! " Короче говоря, каждое я вление
в нашем мире имеет свою оборотную сторону.)
R1

+

GB 1
HL 1

HL2

68

Рис. 4.3. Светодиоды зачастую соединяются
в параллельные цепи; поэтому, если какой ­
либо из них выйдет из строя, остальные
будут продолжать светиться

Параллельная схема, показанная на рис. 4.3, работает следующим образом.
Ток начинает свой путь от положител ьной клеммы источ ника питания GBI
и в точке соединения параллельных веток цепи разделяется. В результате каж­
ды й светодиод получает свою порцию то ка, обеспечи ваемого источ н и ком
питания. Ток, проходящий через светодиод HLI , не проходит через светодиод
HL2. Поэтому, если все 200 светодиодов, задействованных на вывеске вашего
ресторана, будут соединены параллельна и один из них выйдет из строя, остав­
шиеся 1 99 светодиодов будут продолжать светиться .
Следует запомнить два важных факта, касающихся параллельных
цепей.
ЗАПОМНИ!

>>

Величина напряжения на каждой из параллел ьн ых веток такой цепи
оди на кова.

»

Ток, пода ваем ы й в цеп ь и сточ н и ком пита н ия, разделяется между
ветками, причем сумма токов в ветках равняется току, отдаваемому
источником питания.

Соберите рассмотренную нами параллельную цепь, используя рис. 4.4 в
качестве руководства. Переключите мультиметр в режим измерения напряже­
ния постоянного тока и измерьте величину напряжения на полюсах источника
ГЛ АВА 4 С оед и н я е м в се в м есте

87

питания, на резисторе и на каждом из светодиодов . Ко гда я выполняла эти из­
мерения, у меня получились приведеиные ниже цифры.
>>

Напряжение на полюсах и сточн и ка п ита н ия : 6,4 В.

»

Напряжение на светодиоде HL 1 : 1 ,7 В.

»

Напряжение на резисторе: 4,7 В.

»

Напряжение на светодиоде HL2: 1 ,7 В.

Рис. 4.4. Два способа сборки схемы с двумя светодиодами, соединенными
параллельна

Затем с помощью мультиметра, как описано ниже, измерьте силу тока, про­
ходящего через каждый из трех компонентов цепи (не забудьте предварительно
переключить мультиметр в режим измерения постоянного тока).
»

»

»

88

ЧАСТЬ 1

Ток чере3 ре3истор (1). Разорвите цеп ь между резистором и дву­
мя светодиодами и поместите в разрыв цеп и щуп ы мул ыиметра,
замкнув ее таким образом (рис. 4.5). Поскольку вы включили мул ь­
тиметр последовател ьно с резистором, п рибор будет и змерять
ток, п роходя щ и й че рез рези стор. Этот ток обоз н а ч е н через 1
(см. рис. 4.3).
Ток чере3 светодиод HL 1 (11). Уберите мулыиметр и восстановите
соединение резистора со светодиодами. Затем отсоеди ните поло­
жител ьный в ывод светодиода HL 1 от резистора. Подключ ите щупы
мул ыиметра к схеме, как показа но на рис. 4.6, слева. Поскольку вы
в ключил и мулыиметр последовательно со светодиодом HL 1 , п ри­
бор будет измерять ток, п роходящ и й через этот светодиод. Этот ток
обозначен через 11 (см. рис. 4.3).

Ток чере3 светодиод HL2 (11). Уберите мулыиметр и восстановите
соединение со светодиодом HL 1 . Затем отсоеди ните положительный
вы вод светодиода HL2 от резистора . Подключите щуп ы мулыи мет­
ра к схеме последовательно со светодиодом HL2, как показа но на
рис. 4.6, справа. (Обратите внимание: я убрала н ижнюю оранжевую

Основ ы эл ектрон ики

перемычку, чтобы отключить светодиод HL2 от резистора, а затем
подключила мулыиметр в образовавшийся разрыв цепи .) Таким об­
разом вы измерите ток, п роходящ и й через светодиод HL2. Этот ток
обозначен через 12 (см. рис. 4.3).

Рис. 4. 5. Измерьте ток, про­
ходящий через резистор

Рис. 4. 6. Измерьте ток, проходящий через светодиоды HL 1 (слева)
и HL2 (справа)

Ниже указаны значения силы тока, который показал мой мультиметр.
)) Ток через резистор, /: 2,2 мА.

)) Ток через светодиод HL 1 , 11: 1 , 1 мА.
)) Ток через светодиод HL2, 1i 1 , 1 мА.

ГЛАВА 4 С оед и н я е м в се в м есте

89

Если сложить два тока, nроходящие через ветки светодиодов HL J и HL2 (/1
и /2), то окажется, что их сумма равняется току, nроходящему через резистор,
который, в свою очередь, равняется току, отдаваемому источником nитания.
1 , 1 мА + 1 , 1 м А = 2 , 2 мА

Обратите внимание: сила тока, nодаваемого в nара.1.1е.1ьную цеnь,
2 , 2 мА, больше, чем сила тока, nротекающая в nос.1едовател ьной
цеnи, 1 ,4 мА, несмотря на то что в обеих цеnях ис nо.1ьзуются одни
3АЛОМНИI

СОВЕТ

и те же комnоненты . Параллельное соединение ком nонентов цеnи
отбирает от вашего источника больший ток, чем nос.1едовательное.
Если ваша схема nитается от батарейного источника nитания, вы
должны уметь рассчиты вать его время работы, т.е. как долго источ­
ник nитания сможет обесnечивать ток, требующи йся д.1я работы
схемы. Как указывается в главе 1 2 , "Приобретение доnолнитель­
ных деталей", батарейные источники nитания характеризуются та­
ким параметром , как емкость, выражаемая в кол ичестве аwпер-ча­
сов (Ач). Наnример, батарея емкостью 1 Ач сможет .1 ишь в течение
одного часа обесnечивать питание схемы, которая nотребл яет ток
в J А, во всяком случае теоретически. (На практике даже новые ба­
тарейки не всегда соответствуют емкости, заявл енной их изготови­
телями.) Следовательно, когда вы решаете, какой источ ник nитания
использовать для той или иной схемы, учиты вайте как величину
тока, потребляемого этой схемой, так и nродолжите.1ьность време­
ни, в течение которого должна работать эта схема.

В кл ючение и вы кл ючение
злект р ическо r о тока
Процесс включения является едва ли не важнейшей оnерацией в электро­
нике. Вспомните свой телевизор : в ы включаете и выкл ючаете его, выбирае­
те источник сигнала среди нескольких разных входов (наnри�tер. DVD-nлeep,
nриемник сигнала кабельного телевидения или игровая систе�ш ) и nереклю­
чаете телевизионные каналы. Экран вашего телевизора состоит из ми л лионов
крошечных пикселей (элементов изображения), каждый из которых nредстав­
ляет собой, по сути, м и ниатюрный красный, синий или зеленый светодиод,
находящийся л ибо во включенном, л ибо в выключенном состоянии. Все из­
вестные вам функции управления и отображения в телевизоре nредnолагают
90

ЧАСТЬ 1

О с новы эл ектрони к и

nереключение : либо простое включение/выключение, либо то, что я представ­
.1 яю себе как переключение с выбором какого-либо одного из многих вариан­
тов, т.е. направление одного из нескольких входных сигналов на экран вашего
телевизора. Аналогично управление и функционирование вашего смартфона,
вычислительного устройства и даже вашей микроволновой nечи базируются
на состояниях "включено/выключено" (например, клавиша нажата или нет,
звук сейчас передается или нет).
Так что же представляет собой nереключение?

Переключение (или коммутация) - это зам ыкание или размыка­
3АПОМНИI

=�

ние одного или нескол ьких электрических соединений, в результате
чего прохождение тока либо прерывается, л ибо перенаправляется
с одного пути на другой. Переключеине выполняется компонентами,
которые называются (вы, конечно же, догадались ! ) переключателя­
ми. Когда какой-либо переключатель находится в разомкнутом по­
ложении, электрическое соединение оказывается разорванным, и у
вас образуется разомкнутая цепь, ток по которой не проходит. Когда
переключатель находится в замкнутом положении, электрическое
соединение восстанавливается, и прохождение тока возобновляется.
При реализации большинства функций переключения, которые про­
исходят в наши дни в электронных системах, задействованы кро­
шечные полупроводниковые элементы - транзисторы (речь о них
пойдет в главе 1 О, "Транзисторы - мастера на все руки"). Механизм
работы транзистора довольно сложен, но основной принцип транзи­
сторной ком мутации заключается в следующем: слабый электричес­
кий ток используется для управления nереключающим механизмом
транзистора, а этот переключающий механизм управляет током го­
раздо большей силы.

Помимо транзисторных переключателей, в электронных схемах может ис­
nользоваться множество разных видов nереключателей, управляемых механи­
ческим и электрическим с пособами. Эти переключатели классифицируются по
способам управления, по типу и количеству выполняемых соединений, а также
по величинам напряжения и тока, с которым и они могут работать.

Управление п роцессом перекл юче и м я
Для переключателей выбраны такие названия, которые отражают принцип
их работы. На рис. 4.7 представлены лишь некоторые из многих разных типов
nереключателей.

ГЛ АВА 4 С оеди н я ем все в м ес те

91

Рис. 4. 7. Сверху вниз: два тумблера, кулисный
переключатель и концевой выключатель

В полне возможно, что в повседневной жизни вам уже встреча.1 ись какие-то
из перечисленных ниже типов переключателей.
))

Поnэунковый nерекnючатеnь. Для размыка н ия и замы ка ния кон­
тактов та кого перекл ючателя нужно сдвинуть в соответствующем
напра влении его кнопку. Этот ти п перекл ючателя чаще всего встре­
чается в электрических фонариках.

))

Тумбnер. Перебрасывая рычажок такого перекл ючател я в одну сто­
рону, вы замыкаете его конта кты, а перебрасы вая рычажок в дру­
гую сторону, вы размыкаете конта кты переключателя. На та ких пе­
рекл ючателях обы ч но присутствует ма рки ровка: вкл - замкнутое
положение, вы кл - разомкнутое положение.

))

Куnисный nерекnючатеnь. Вы нажимаете на одну сторону такого
перекл ючателя, чтобы разомкнуть его, и на другую сторону - что­
бы замкнуть его. Кул исным переключателем снабжаются многие се­
тевые удли нители и разветвители п итания.

))

Концевой выкnючатеnь. Вы нажимаете рычажок и л и кнопку, что­
бы временно замкнуть контакты переключателя этого типа . Обыч но
он испол ьзуется в дверных звонках.

))

Кноnоч ный nерекnючатеnь. Вы нажимаете кноп ку, чтобы изме­
нить состоя ние такого переключателя, но ка к именно оно изменит­
ся, зависит от типа испол ьзуемого перекл ючателя.


Фиксирующаяся кнопка. Каждое очередное нажатие кноп ки
приводит к изменению состояния переключателя на п роти вопо­
ложное: если перед этим он находился в разомкнутом состоян и и,
то контакты зам ы ка ются, и наоборот.



92

ЧАСТЬ 1

Нормаnьно разомкнутая кноnка. У этого перекл ючателя нет
фи кса ц и и положе н и я и обы ч но о н находится в разом кнутом

Основы эл ектрон и к и

состоян и и (т.е. выключен). Есл и нажать кноп ку и удержи вать ее в
нажатом положен ии, то переключатель замыкает цеп ь (т.е. вклю­
чается). При отпуска н и и кнопки перекл ючатель снова размыкает
цепь. Иногда такой переключатель называют просто кнопкой.


>>

Нормально 3амкнутая кнопка. У этого перекл ючателя также
нет фиксации положения и обыч но он находится в замкнутом со­
стоя н и и (включен). Есл и нажать кнопку и удерживать ее в нажа­
том положении, то перекл ючатель размы кает цепь (выкл ючает­
ся). П ри отпускан и и кнопки переключатель снова замыкает цепь.
И ногда такой переключатель называют размыкаемой кнопкой.

Репе. Реле п редста вляет собой электрически управляем ы й пере­
ключатель. Если к реле п риложить определенное напряжение, элек­
тромагнит п ритя гивает рычажок переключателя (называемый яко­
рем), замыкая цепь. Возможно, вам п риходилось слы шать о замы­
кан и и или размыка н и и контактов с помощью катушки реле. Этот
термин используется для описания перекл ючател я релей ного типа.

В иды перекл ючателе й
Переключатели также классифицируются по количеству выполняемых ими
соединений, когда вы "нажимаете на кнопку", и по способу выполнения этих
соединений .
У переключателя может быть один или несколько входных контактов, или
наборов полюсов. У однополюсного переключателя имеется один входной кон­
такт, тогда как у двухполюсного переключателя имеются два входных контакта.
У переключателя может также быть одно или несколь ко проводящих по­
ложений, или направлений. В случае однополюсного переключателя на одно
направление вы можете замкнуть либо разомкнуть соединение между входным
контактом и соответствующим ему выходным контактом . Переключатель на
два направления (двухпозиционный переключатель) позволяет вам подключить
каждый входной контакт к одному из двух соответствующих ему выходных
контактов.
Не очень-то понятно? Чтоб ы прояснить ситуацию, рассмотрим условные
графические обозначения (УГО, рис. 4.8) и описания некоторых типичных раз­
новидностей переключателей.
»

Однопол юсн ы й перекnючатеn ь на одно нап равление (Siпgle­
Pole, Siпgle-Throw - SPST). Это самый п ростой выключател ь с од­
ним входным и одним выходным контактами, содержащий всего два
в ывода, с помощью которых он подкл ючается к схеме. Вы можете
л и бо замкнуть конта кт та кого переключателя (вкл ючить его), л ибо
разомкнуть (выключить).

ГЛ АВА 4 С оеди н я ем все в мес те

93

___/_
SPST

SPDT



DPST

DPDT

Рис. 4.8. УГО однополюсного переключотеля на одно направление (SPSТ),
однополюсного переключотеля на два направления (SPDТ), двухполюс­
ного переключотеля на одно направление (DPST) и двухполюсного переключотеля на два направления (DPDТ)

94

))

Однопол юсный переключател ь н а два направления (Single­
pole, DouЫe-Throw - SPDT). Этот переключател ь содержит оди н
входной конта кт и два выходных контакта (т.е. всего у него есть три
в ывода). Он позволяет подкл юч ить входной конта кт к одному из
двух выходных контактов. Перекл ючатель SPDT, или переключотель
на два направления, испол ьзуется в схемах, в которых нужно вкл ю­
чать то одно, то д ругое устройство (на пример, вкл ючать зелен ы й
свет, чтобы л юди знали, что могут войти в некое помещен ие, и л и
красны й свет, чтобы запретить вход в это помещение).

))

Двухполюсный переключател ь н а одно на правление (DPST).
Этот сдвоенный выключатель содержит четыре вы вода - два вход­
ных и два выходных контакта. Он работает подобно двум отдельным
синхронно включаемым однопол юсным переключателям SPST. В по­
ложении "выкл ючено" контакты обоих перекл ючателей разомкнуты
(соединения отсутствуют). В положении "включено" контакты обоих
переключателей замкнуты и установлены соединения между каждым
входным контактом и соответствующим ему выходным контактом.

))

Двухпол юсный переключател ь на два нап равления ( DPDT).
Этот сдвоен н ы й переключател ь содержит два входных и четыре
выходных контакта (всего шесть выводов) и работает подобно двум
с и нхронным переключателям на два на п ра вления (SPDT). В одном
положении два входных контакта соединяются с одним набором вы­
ходных контактов. В д ругом положении те же два входных контакта
соединяются с другим набором выходных контактов. У некоторых
перекл ючателей DPDT есть третье положение, п ри котором все
конта кты разомкнуты. Перекл ючател ь DPDT можно испол ьзовать
в качестве устройства реверса (переключателя полярности) для
электродвигателя, что позволяет изменять направление вращения
его вала. При подаче на ротор электродвигателя нап ряжения поло­
жительной полярности он вращается в одну сторону. Если изменить
положение переключателя, на ротор двигателя подается нап ряже­
ние отрицательной полярности, что обеспечивает вращение ротора
в другую сторону. Есл и у перекл ючателя есть третье положен ие, то
это позволяет полностью обесточить электродви гател ь и остано­
вить его вращение.

ЧАСТЬ 1

О с нов ы эл ектрон и к и

Из следующего раздела, "Создание комбинированной схем ы", вы узнаете,
как можно из переключателя (SPDT) сделать обычный выключатель (SPST).

С озда ние ком б инированно й схемы
Большинство схем являются схемами комбинированного типа, в которых
используются как последовательные, так и параллельные соединения. Способ
с оединения ком понентов в схеме зависит от того, какие функции она должна
выполнять.
Взгляните на последовательно-параллельную схему, показанную на рис. 4.9.
Обратите внимание на три параллельные ветви, каждая из которых содержит
вы ключатель, соединенный последовательно с резистором и светодиодом. В ы­
к..l ючатели обозначены соответствующими символами в верхней части каждой
ветви схемы.
SA 1

+

SA2

GB 1

бВ

'--

---;•н_
е_го
__:р_и_
т

-

р и_
т
--''_.,н_е_го

_
_

___. горит

_
_

Рис. 4. 9. Замыкая и размыкая контакты выключателей
в этой последовательно-параллельной схеме, вы можете
направлять ток источника питания по разным путям

Если в замкнутом положении находится только оди н выключатель SАЗ, как
показано на рис. 4. 1 О (и в схеме на рис . 4 .9), ток от источника питания GBJ
nроходит лишь через один резистор RЗ и светодиод НLЗ, который загорается,
тогда как другие светодиоды оказываются выключенными.
Если зам кнуть все три выключателя SA J-SAЗ, ток от источника питания
GBJ разделится на три разных пути, проходя через три резистора Rl-RЗ и три
с ветодиода HL J-HLЗ. Три светодиода загорятся, как показано на рис. 4. 1 1 , сле­
ва. Если же все три переключателя разомкнуть, для тока не останется ни одно­
го замкнутого контура, в результате чего ток в такой цепи полностью прекра­
тится, как показано на рис. 4. 1 1 , справа.

ГЛ АВА 4 С оеди н я ем в се в месте

95

Рис. 4. 7 0. Включив только крайний справа выключатель,
вы пропускаете ток лишь через зеленый светодиод

Рис. 4. 7 7. Когда контакты всех трех выключателей замкнуты, ток прохо­
дит через три свето диода, в результате чего они загораются (справа); при
размыкании контактов выключателей все три светодио да гаснут (справа)

Замыкая каждый раз контакты то одного, то другого вы к..1ючате.1я, в ы може­
те управлять подеветкой того или иного светодиода. Теперь ва\1 нетрудно пред­
ставить себе схему, управляющую работой трехцветного светофора (правда,
для работы реального светофора понадобятся дополнительные схемы управ­
ления, определяющие моменты времени и последовательность nереключения
цветовых сигналов светофора).
Для анализа комбинированных схем нужно поэтапно применить формулы
для вычисления напряжения и тока, используя nравила для nоследовательных
и параллельных соединений. Сейчас у вас еще недостаточно информации для
вычисления всех токов и наnряжений в цепях с ветодиодов, nоказанных на
рис. 4.9. Вам еще предстоит nознаком иться с законом Ома, которы й я объяс­
няю в главе 6, "Подчиняемся закону Ома". Кроме того, мне п редстоит расска­
зать вам о падении напряжения на светодиодах (об этом вы узнаете в главе 9,
96

ЧАСТЬ 1

О с но в ы эл ектрони к и

"Погружаемся в м ир диодов"). После этого вы будете располагать всей инфор­
мацией, необходимой для анализа простых схем.
Чтобы собрать схему с тремя с ветодиодами, описанную в этом разделе, вам
понадобятся перечисленные ниже компоненты .
>>

»

»

Четыре полуторавол ьтавые батарейки типоразмера АА.

Оди н держатель на четыре батарейки типоразмера АА.
Одна бата рейная колодка.

»

Три резистора номи налом 470 Ом, обозначенных сочетан и ем из
желтой, фиолетовой и корич невой полосок, а затем - золотойили
серебряной полоской.

»

Три светодиода л юбого цвета и размера; я использовала один крас­
ный, оди н желтый и оди н зелен ы й .

»

Три ползунковых однопол юсных переключателя на два н а п ра вле­
ния (SPDT), п редназначенных для испол ьзования на беспаечной ма­
кетной плате.

»

Одна беспаечная макетная плата и проволочные перемычки разных
размеров.

У каждого nереключателя SPDT есть три вывода для nодключения его к
схеме, но в рассматриваемой нами схеме с тремя светодиодам и исnользуются
лишь два из трех его выводов (рис. 4. 1 2). Кноnка nолзунка уnравляет тем, ка­
кой из крайних выводов будет nодключен к среднему выводу.

Рис. 4. 12. Переключотель SPDT можно
использовать в качестве обычного
выключателя, подключив к схеме
лишь д ва из трех его выводов

Средний вывод nереключателя SPDT подкл ючается к крайнему выводу на
той стороне, где находится nолзунок. Переместите ползуно к в другое nоложе­
ние, и средний вывод nодключится к крайнему выводу с другой стороны. Этот
тип переключателя может коммутировать две цеnи, замыкая одну из них и од­
новременно размыкая другую.
ГЛ АВА 4 С оед и н я е м в се в м есте

97

Для схемы с тремя светодиодами нам нужен переключатель, который ра­
ботал бы как обычный выключатель, поэтому мы подсоединяем к схеме толь­
ко два из трех его выводов. Вставьте переключатель в три гнезда беспаечной
макетной платы, однако один из иенепользуемых крайн их выводов не нужно
подключать к схеме, как показано на рис. 4. 1 3 . Когда ползунок переключателя
находится со стороны иенепользуемого вывода, переключатель оказывается в
положении "выключено" . Когда ползунок перемещается в противоположное
направление, переключатель оказывается в положении "включено".

Рис. 4. 1 3. Использование переключотеля

SPDT в качестве обычного выключателя

Самым простым типом переключателя я вляется однопо.1юсный переклю­
чатель на одно направление (SPST), имеющий два вывода. При перемещении
ползунка два его вывода будут или соединяться, или разъе.J.иняться. Но найти
такой переключатель, в ыводы которого подходили бы к бе с паеч ной макетной
плате, очень непросто.

В кл ючение питания
В ы можете собрать простую схему для включения и отк.1ючения батарей­
ного источника питания от беспаечной макетной платы. То гда пр и сборке схем
вам не нужно будет каждый раз вынимать провода источника питания из гнезд
макетной платы.
На рис. 4. 1 4 положительный полюс источника питания по.J.К.lюч ен к верх­
нему в ыводу переключателя SPDT. Средни й вы вод этого перек.1ючателя
98

ЧАСТЬ 1

О с новы эл ектро н ики

подключен к крайнему слева столбцу макетной платы, который также назы­
вают шиной питания. Перемещая ползунок переключателя, вы замыкаете или
размыкаете соединение между положительным полюсом батарейного источника
питания и положительной шиной питания макетной платы. При использовании
шины питания макетной платы для "запитки" схем, которые вы собираете на
беспаечной макетной плате, переключатель работает как обычный выключатель.

+

f g h i J
..
J! •

Рис. 4. 7 4. Переключотель подключает и отключает батарейный источник
питания от положительной шины питания беспаечной макетной платы

Чтобы создать для выключателя питания световой индикатор, подключите
резистор номиналом 470 Ом и светодиод между средним выводом переклю­
чателя и отрицательной шиной п итания (рис. 4 . 1 5). Если переключатель на­
ходится в нижнем положении, источник питания не подключен к светодиоду,
поэтому он не горит. Если же переключатель находится в верхнем положении,
батарея подключается к светодиоду, поэтому он загорается.

Рис. 4. 7 5. Зеленый светодиод указывает, подается ли питание на
беспаечную макетную плату

Обратите внимание: переключатель будет отлично выполнять свои функции
по подключению питания к макетной плате даже без дополнительного резисто­
ра и светодиода. Но все же лучше, если у вас будет использоваться световой
индикатор включения питания, как показано на рис. 4. 1 6. Это позволит вам
избежать ошибок в дальнейшем и сохранить радиодетали в целости и сохран­
ности, если при сборке новой схемы вы забудете перевести ползунок выключа­
теля в нижнее положение.
ГЛ АВА 4 С оед и н я ем все вместе

99

Рис. 4. 7 6. Зеленьtй светодиод, расположенный в правом верхнем
углу макетной платы, сигнализирует о том, что напряжение
от батареи подается на шины питания и что схема с тремя
светодиодами потребляет электроэнергию

Как в ы глядят схем ы
Собранные электронные схемы обычно выглядят не такими аккурат­
ными и геометрически правильными, как вы, возможно, ожидали .
Форма схемы в большинстве случаев н е влияет н а е е работу. Глав­
ное для любой схемы - и что должно заботить вас прежде всего,
когда вы ее собираете - правил ьиость подключения ком понентов,
поскольку именно подключение компонентов опре.1е.1 яет путь про­
хождения электрического тока в цепи.

ЭАПОМНИI

noдP06HOCТ\II
ПХНИЧЕСКИЕ

100

Форма имеет значение для тех схем, которые работают с высокочас­
тотными сигналами, например для схем, работающих на высоких
и сверхвысоких частотах. Компоновка, т.е. конкретное размещение
элементов схемы на печатной плате, должна разра баты ваться таким

ЧАСТЬ 1

О с нов ы ::.л ектрон и к и

образом, чтобы снизить уровень перекрестных помех и про ч их не­
желательных наводок сигналов переменнога тока. Кроме того, функ­
ционирование многих схем зависит от того, насколько близко разме­
щены развязывающие конденсаторы (речь о них пойдет в главе 7,
"Начал ьные сведения о ко нденсаторах") по отношению к другим
элементам схемы.
На рис. 4. 1 7 показана фотография устройства, предназначенного для регу­
лировки яркости свечения ламп (диммер), разработанного в 80-х годах прош­
лого века. В этом простом электронном устройстве используется всего не­
сколько компонентов для управления прохождением тока во встроенной осве­
тительной арматуре у меня дома. Однако большинство электронных устройств
гораздо сложнее, чем это. Чтобы реализовать нужные функции, разработчикам
приходится соединять между собой м ножество электронных компонентов, на­
ходящихся на одной или нескольких печатных платах.

Рис. 4. 1 7. Устройство для регулировки яркости свечения ламп представляет
собой простую электронную схему, содержащую всего несколько компонентов

На рис. 4. 1 8 показана "внутренняя начинка" электронной схемы, обеспечи­
вающей работу жесткого диска ком пьютера. Эта схема состоит из перечислен­
ных ниже элементов, причем все они крепятся на специализированной поверх­
ности, которая называется печатной платой, или РСВ (Printed Circuit Board).
))

Множество дискретных компонентов (отдельные элементы, та кие
как резисторы и конденсаторы).

))

Нескол ько интегральных микросхем, или ИМ С (похожие на элек­
тронные сороконожки).

ГЛ АВА 4 С оед и н я ем все в месте

101

)) Разъемы, через которые, как вы, наверное, уже догадал ись, элек­
тронная начинка жесткого диска подкл ючается к остальной части
компьютера.

1

Печатная плата

Рис. 4. 7 8. Электроника жесткого д иска компьютера

Интегральные м и кросхемы, которые подробно обсуждаются в главе 1 1 ,
"Еще одна инновация : интегральные м и кросхемы", представляют собо й ни
что иное, как совокупность миниатюрных электронных компонентов, объеди­
ненных в одном пластиковом корпусе. Их совместная работа обес печивает вы­
полнение определенной функц ии, столь ш ироко используемой, что оказалось
целесообразным обеспечить массовое производство такой элепроиной схемы.
Все элементы интегральной м и кросхе м ы помещаются в защитн ый кор пус
с выводами (ножки сороконожки), которые обеспечивают доС1)·п к ее внутрен­
ностям.
Итак, после того как в ы узнали, как разные типы компонентов управляют
прохождением тока в цепях, и научились применять законы, которым подчиня­
ются ток и напряжение в электрических цепях, вы можете приСl}·пить к разра­
ботке и сборке полезных электронных устройств.

102

Ч А СТЬ 1

Ос но в ы эл ектроники

Уп р а вл е н и е
т

ко м

В ЭТО Й Ч А СТ И . . .
)) Осла бляем ток с помощью ре3 исторов
)) Запасаем электр и ч еск ую эне р гию в кон денса торах
и кату ш ках и н дуктивности
)) Ра3реш аем току проходи ть лиш ь в одном
направлен и и с помощью диодов
)) Ус или ваем и коммути руем ток с помощью
тра н 3 и сторов
)) Исполь3уем интегральные схемы в ка ч естве
усилителей, с ч етч иков, ген е раторов коле бани й
и мн огого другого
)) 83аимодействуем со свои м окружен и ем с помощ ь ю
датч иков и других п рео б ра 3ователе й

Глава

5

З на ко мс т во
с ре з и с то р а м и
В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .
»

Что та кое сопротивление

»

Подбор резистора п одходя щего номинала

>>

>>

Изменение величин ы сопротивления
Почему для работы светодиодов нужн ы резисторы

Е

ели бросить стеклянный шарик в я щик с песком , то шарик далеко не
укатится. Но есл и стеклянный шарик бросить на поверхность большого
замерзшего озера, то шарик может укатиться достаточно далеко, прежде
ем
остановится
ч
. Сопроти вление движению шарика на любой поверхности
оказывает механическая сила, называемая силой трения. Песок создает гораздо
большее трение, ч ем лед .
Сопротивление в электронике во многом похоже на силу трения в
механических системах: оно замедляет движение электронов
(микроскопических подвижных частиц, упорядоченное дви­
жен ие которых называется электрическим током) в мате­
риалах.
В этой главе вы узнаете, что представляет собой со­
противление, где можно столкнуться с сопротивлением
(вообще говоря, везде) и как воспользоваться свойством
сопротивления, выбрав резисторы (компоненты, кото­
рые обеспечивают заданные величины со противления)
соответствующего ном инала для работы в ваших электрон­
ных схемах . З атем вы узнаете, как комбинировать резисторы

для управления силой тока в ваших цепях, а также соберете и исследуете не­
сколько цепей с помощью резисторов и светоизлучающих диодов. Наконец, вы
узнаете, какую важную роль играют в электронике резисторы и что происхо­
дит, когда выходит из строя какой-нибудь жизненно важный резистор.

С опротивление движению тока
Сопротивление определяет, наскол ько конкретны й объект препятствует
п рохождению через него потока электронов. Первым ощущением, которое
возникает у непосвященного человека, услышавшего такое определение со­
противления, является несколько неприязненное отношение к сопротивлению.
На самом же деле сопротивление - весьма полезная вещь. Именно сопротив­
ление дает возможность вырабатывать тепло и свет, ограничи вать в случае не­
обходимости движение электрического тока и обеспечивать подачу на то или
иное устройство напряжения нужной величины. Например, электроны, прохо­
дя через нить накаливания обычной электрической лампочки, встречают столь
высокое сопротивление, что скорость их движения существенно замедляется .
Когда электроны с трудом проклады вают свой путь через нить накаливания,
атомы нити накаливания энергично стал киваются между собой, вырабаты­
вая тепло, что вызывает свечение нити накаливания, которое вы наблюдаете
в электрической лампочке.
Любые материалы - даже самые лучшие проводни ки - оказывают опре­
деленное сопротивление потоку электронов. Вообще говоря. некоторые мате­
риалы, называемые сверхпроводниками, могут проводить то � не оказывая ему
электрического сопротивления, в случае их охлаждения до чрезвычайно низ­
ких тем ператур. В повседневных электронных устройствах с верхпроводники
не встречаются. Чем выше сопротивление, тем больше ограничивается движе­
ние тока.
Так от чего же зависит величина сопротивления того ил и и ного объекта?
Величина сопротивления зависит от нескольких факторов.
))

Материаn. Одн и материалы слабо п репятствуют движению элек­
тронов, тогда как другие оказывают потоку электронов очень вы­
сокое сопроти вление. Степен ь п репятствова н ия кон кретного ма­
териала п рохожде н и ю через него потока электронов назы вается
его удел ь ным соп роти влен ием. Удельное сопрот ивление
это
свойство материала, которое отражает его химическую структуру.
П роводники обладают относительно н изким удельным сопротивле­
нием, тогда ка к изоляторы имеют относительно высокое удел ьное
сопротивление.
-

106

ЧАСТЬ 11

У пр а влен ие

током

3АПОМНИI

СОВЕТ

>>

П лощадь поперечноrо сечен ия. Вел и ч и на сопротивления обрат­
но п ропорциональна площади поперечного сечения п ровод н и ка:
чем бол ьше диаметр п ровода, тем меньше п репятстви й встречает
на своем пути поток электронов, т.е. тем меньше сопроти вление их
движе н и ю . П редста в ьте воду, текущую по трубе: чем бол ьше диа­
метр трубы, тем легче воде теч ь . Соответственно, медны й п ровод
бол ьшего диаметра обладает мен ьшим сопроти влением, чем мед­
ный п ровод меньшего диаметра.

»

Дnина. Чем длиннее материал, тем большим сопротивлением он об­
ладает, поскольку у электронов существует больше возможностей
стол кнуться с другими части цами на пути их движения. Д ругими
словами, величина сопротивления п рямо п ропорциональна длине.

»

Температура. Для большинства материалов чем выше температу­
ра, тем выше сопротивление. Более высокие температуры означают,
что части цы внутри материала облада ют бол ьшей энергией, а это,
в свою очередь, повышает частоту взаимных столкновений частиц,
что п ри водит к замедлению движения электронов. Одним важным
исключением из этого пра вила является тип резистора, называемый
термистором. Повышение температуры термистара снижает его
сопротивление вполне предсказуемым образом. Нетрудно п редста­
вить, насколько полезной может оказаться такая характеристика п ри
реализации датчи ков температур. Подробнее о термистарах можно
п рочитать в гла ве 1 2, "Приобретение допол нительных деталей':

Для обозначения сопротивления в электронных схемах используется
символ R. Чаще всего рядом с ним указывается цифра, например Rl.
Это означает, что резистор Rl я вляется первы м элементом в схеме,
состоящей из нескол ьких резисторов. Для описания сопротивления
какой-либо цепи могут использоваться также подстрочные символы,
например Rэкв• однозначно идентифицирующие такую цепь. В дан­
ном случае имеется в виду эквивалентное сопротивление некоторого
участка цепи. Сопротивление измеряется в единицах, называемых
омами, и обозначается как Ом. Чем больше значение, выраженное
в омах, тем выше сопротивление.
Величина в один Ом соответствует очень малому сопротивлению.
Поэтому резисторы с таким номиналом встречаются в электронных
схемах очень редко . Гораздо чаще вы будете сталкиваться с рези­
сторам и, сопроти вление которых измеряется в знач ительно боль­
ших величинах, таких как кwюомы ( 1 килоом равен l тысяче ом о в;
сокращенно - кОм) или мегаомы ( l мегаом = l м иллиону омов;
сокращенно - МОм).
ГЛ АВА 5 Зна ко мство с ре зис торами

107

Р езисторы: пассивн ые, но вес ь ма
влия тел ь ные 3лемент ы
Резисторы

это пасс ивные электронные ком поненты, предназначенные
для создания в электронных схемах строго определенных величин сопротив­
ления (например, 470 Ом или 1 кОм) (рис. 5 . 1 ).
-

Рис. 5. 7 . Резисторы бывают разных размеров
и номиналов

Несмотря на то что резистор не усиливает ток и не может управлять на­
правлением его движения (поскольку это пассивный элемент), он оказывается
весьма полезным компонентом, поскольку позволяет изменять силу тока, про­
ходящего по цепи. Тщательно подбирая резисторы и соединяя их определен­
ным образом в разных ч астях схемы, вы можете определять с и лу тока, проте­
кающего в каждой из ее частей.

Для че r о нужн ы р е зисторы
Вследствие своей простоты и универсальности резисторы относятся к чис­
лу самых популярных электронных компонентов. Одним из ти пи ч ных при­
менений резистора является ограничение силы тока, протекающего в той или
иной ч асти схемы. Однако резисторы можно использовать и д,1я изменения
уровней напряжения, подаваемого на ту или иную ч асть схемы, а также для
создания в схемах сигналов синхронизации, обеспечивающих вы полнение тре­
буемых действий в определенные моменты времени.

Ограничение силы тока
Схема, приведеиная на рис. 5 .2, включ ает в себя 6-вольтовы й б атарейный
источник питания, п одающий ток на светодиод через резистор (отображенный
108

ЧАСТЬ 1 1

У пр а влен ие токо м

в виде прямоугольника). Светоизлучающие диоды (подобно многим другим
электронным ком понентам) погло щают ток подобно тому, как ребенок по­
глощает пирожные : и те, и другие п ытаются "съесть" столько, сколько вы им
дадите. Но у светодиодов возникает одна
Резистор
проблема: они могут с гореть, если подать
на них слишком большой ток. Резистор в
цепи п итания светодиода выполняет очень
полезную функцию - ограничивает с илу
+ Батарея
Светодиод
тока, подаваемого на прибор (примерно так, б в
как заботливые родители ограничивают количество пирожных, поедаемых ребенком).
Слишком сильный ток способен вывести
из строя м ногие чувствительные электрон­
Рис. 5.2. Резистор ограничивает
ные ком поненты, напри мер транзисторы
силу тока, /, проходящего через
(которые обсуждаются в главе 1 0, "Транзис­
чувствительные компоненты
торы - мастера на все руки") и интеграль­ цепи, например через светоизлу­
чающий диод
ные микросхемы (о которых рассказывает­
ся в главе 1 1 , "Еще одна инновация: интегральные микросхемы"). В ключив
резистор на входе чувствительной части цепи, вы ограничиваете силу тока,
проходящего через эту часть. (Но, используя слишком высокое сопротивление,
например 1 МОм, т.е. 1 000 000 Ом, вы ограничите ток настолько, что не уви­
дите свечения светодиода, хотя на самом деле небольшой ток через него будет
проходить !) Таким образом, простое использование резистора поможет вам сэ­
кономить время и немалые деньги, которые в противном случае пришлось бы
потратить на замену ком понентов, вышедших из строя .
В ы можете проверить, как резистор ограничивает силу тока, собрав схему,
представленную на рис . 5 .2, и испытав в ней резисторы разных номиналов.
В разделе "Маркировка постоянных резисторов" (см . ниже в этой главе) я рас­
скажу, как декодировать полоски на резисторе, чтобы определить его номинал.
А сейчас я опишу, как должны быть промаркированы резисторы, которые по­
надобятся в ближайшее время.
Ниже перечислены элементы, которые понадобятся для сборки схемы с ре­
зистором и светодиодом .
»

»

>>
>>

Четыре полуторавольтавые батарей к и типоразмера Ад.

Оди н держатель на четыре батарей ки типоразмера Ад.
Одна бата рейная к олодка.

Оди н резистор номи налом 470 Ом, обозначенный сочета н ием из
желтой, фиолетовой и к орич невой полосок, а затем - четвертой

ГЛ АВА 5 Зн а ко м ство с ре зис тор а м и

109

nолоской, которая может быть золотой, серебряной, черной, корич­
невой или красной.
))

))

Оди н резистор номи налом 4,7 кОм, обозначен н ы й сочета нием из
желтой, фиолетовой и красной nолосок, а затем - четвертой nоло­
ской, которая может быть л юбого цвета.

Оди н рези стор ном иналом 1 О кОм, обозначен н ы й сочета н и ем и з
коричневой, черной и оранжевой nолосок, а затем - четвертой nо­
лоской, которая может быть любого цвета.

)) Оди н резистор ном иналом 47 кОм, обозначен н ы й сочета н и ем и з
желтой, фиолетовой и оранжевой nолосок, а затем - четвертой nо­
лоской, которая может быть любого цвета.
))

Оди н светодиод п роизвольною размера и цвета.

)) Три и зол и рова н н ых зажима тиnа "крокодил" или одна бесnаечная
макетная nлата.

Для сборки схемы воспользуйтесь зажимами типа "крокодил" или беспаеч­
ной макетной платой (рис. 5 .3), начав с использования резистора ном иналом
470 Ом. Не забы вайте о необходимости правильно ориентировать светодиод,
подсоединив более короткий вывод светодиода к отрицательному полюсу ба­
тареи . Ориентация резистора (т. е. полярность его подключения) не имеет зна­
чения . Обратите внимание на яркость свечения светодиода. З атем, заменяя
470-ом ный резистор резисторам и других ном иналов (по одному за раз), по­
степенно повышайте величину сопротивления в цепи . З амечаете ли вы, что
каждый раз после очередного nовышения соnротивления яркость свечения
светодиода снижается? Это объясняется тем, что nовышение соnротивления
снижает силу тока, протекающего через светодиод, что nриводит к снижению
яркости его свечения .

Рис. 5.3. Два способа сборки схемы с резистором и светодиодом

Н а рис. 5 .4 nредставлена монтажная схема, содержащая параллельные цепи,
описанные в главе 4, "Соединяем все вместе" . В каждой ветке это й схемы
UO

Ч А СТЬ 11

У п р а влен ие током

включены резисторы разного ном инала. Более высокие значения соnротивле­
ния сильнее ограничивают силу тока, проходящего по соответствующей ветке,
поэтому соответствующий светодиод будет светиться слабее.

Делитель напряжения
Резисторы можно исnользовать для снижения уровня наnряжения, подавае­
мого на разные части схемы. Допустим, в вашем распоряжении есть 9-вольто­
вый источник п итания, но для nитания определенной интегральной м икросхе­
мы, которая используется в вашей схеме, нужно подавать 5 В. Чтобы понизить
наnряжение 9-вольтового источника nитания до уровня 5 В, можно использо­
вать схему, nоказанную на рис. 5 . 5 . в результате выходное напряжение, ивых•
этого делителя можно исnользовать в качестве наnряжения nитания интеграль­
ной схемы. (Подробнее о принциле работы делителя напряжения можно nро­
читать в главе б, "Подчиняемся закону Ома".)

+

GB1
98

Рис. 5.4. более высокие значения
сопротивления сильнее ограни­
чивают силу тока в цепи, снижая
яркость свечения соответству­
ющего светодиода

Рис. 5.5. Для создания дели теля напря­
жения используйте два резистора ­
этот способ чаще всего используется
для подачи разных напряжений на разные части схемы

Чтобы увидеть такой дел итель напряжения в действии, соберите схему,
представленную на рис. 5 .6, исnользуя перечисленные ниже радиодетали .

ГЛ АВА 5 Зна ко мс тво с ре э и с тор а м и

Ш

Рис. 5.6. Два способа сборки схемы делителя напряжения
»

Одна 9-вол ыовая батарея.

>>

Один резистор номи налом 1 2 кОм, обозначенный сочета нием и з
кори чневой, красной и ора нжевой полосок, а затем - четвертой
полоской, которая может быть любого цвета.

>>

Оди н резистор номи налом 1 5 кОм, обозначен н ы й сочета нием из
коричневой, зеленой и оранжевой полосок, а затем - четвертой
полоской, которая может быть л юбого цвета.

>>

Три изол и рова н н ых зажима типа "крокодил" или одна беспаечная
макетная плата.

>>

Одна бата рейная колодка.

Вос пользуйтесь мультиметром, переведенным в режим измерения напря­
жения постоянного то ка, и измерьте напряжение на батарее и на резисторе
ном иналом 1 5 кОм, как показано на рис. 5 .7 . Мои измерения показали, что
фактическое напряжение на батарее составляет 9,24 В, а U6ых (напряжение на
резисторе номиналом 1 5 кОм) составляет 5, 1 5 В .

Рис. 5.7. Измерь те общее напряжение питания, обеспечиваемое бата­
реей (слева), и напряжение на резисторе номиналом 15 кОм (справа)

Управление синхронизацией
Р езистор можно также использовать в сочетании с дру гим по пулярным
компонентом - конденсатором, речь о котором пойдет в главе 7. ·'Начальные
112

ЧАСТЬ 11

У пр а вл ен ие токо м

сведения о конденсаторах", для создания им пул ьсов напряжения заданно й
частоты и длительности. Воспользовавшись связкой "резистор-конденсатор",
можно создать что-то наподобие песочных часов - таймера, которы й может
пригодиться в схемах, вы полняющих те или иные де йствия в определенные
моменты времени (например, переключение дорожного трехцветного свето­
фора). В главе 7, "Начальные сведения о конденсаторах", я расскажу о том, как
работает этот динамический дуэт резистора и конденсатора.

В ы б ор т ип а рез и стора : п остоян н ы й и n и п еременн ы й
Резисторы бывают двух типов: постоянные и переменные. Оба типа широко
используются в электронных схемах. Ниже описаны особенности каждого из
них и рассказано о том, в каких случаях следует отдать предпочтение тому или
другому типу резистора.
))

Постоянный ре3истор обеспеч и вает сопротивление постоян ной
вел и ч и ны, зада н ное при его изготовлен и и . Постоя н н ы й резистор
следует испол ьзовать в случаях, к огда требуется огра н и ч ить ток
в строго определенном диапазоне или определенным образом по­
делить напряжение. Постоя нные резисторы испол ьзуются в цепях
со светодиодам и для ограничения силы тока, защищая, та ким обра­
зом, светодиоды от перегрева и выхода из строя.

))

Переменный ре3истор, обы ч н о называем ы й потенциометром,
позволяет изменять вел и ч и ну сопротивления, п ра кти чески от нуля
омов до его ма к симальной вел и ч и н ы (номинала), зада ваемой изго­
тов ителем. Потенциометр и спол ьзуется, к огда необходимо изме­
нять силу то к а или напряжения, подаваемого на ту ил и и ну ю часть
схемы. Примерами испол ьзования потенциометра я вляются устрой­
ства регул и ров к и я р кости свечения электрических ламп, регулято­
ры гром кости в аудиосистемах и датчи ки положения. Следует отме­
тить, что цифровые средства управления в з начител ьной степени
уже вытеснили потенциометры в потребительс кой эле к тронике.

В этом разделе вы ближе познакомитесь с постоянными и переменными ре­
зисторами . На рис. 5 . 8 представлены графические символы, которые обычно
испол ьзуются для обозначения постоянных резисторов, потенциометров, а так­
же еще одного типа переменных резисторов, который называется реостатом
(см . врезку "Что такое реостат" н иже в этой главе). Обозначение резистора в
виде прямоугольника должно напоминать вам о том, что эти устройства затруд­
няют прохождение тока по цепи примерно так же, как передавливание шланга
затрудняет прохождение воды в нем .

ГЛ АВА 5 З на ко м с тво с р е зи стор ам и

113

Рис. 5.8. Условные графические обозначе­
ния в электрических схемах постоянного
резистора (слева), потенциометра
(в центре) и реостата (справа)

nостоянные резнеторы
Постоянные резисторы позволяют создать в схеме сопротивление строго
определенной величины. Следует отметить, что в силу технологических огра­
ничений создать резистор, сопротивление которого в точности равно номи­
нал ьному, невозможно. Его фактическое сопротивление будет колебаться от
номинала в большую или меньшую сторону в небольших пределах, называ­
емых допуском. Величина допуска резистора выражается в процентах от его
номинала.
С кажем, вы выбрали резистор номиналом 1 000 Ом, имеющий 5-процент­
ный допуск. Фактическое сопротивление этого резистора может находиться в
пределах от 950 до 1 050 Ом, (поскольку 5% от 1 000 равняется 50). Можно ска­
зать, что сопротивление такого резистора равняется 1 000 Ом плюс/ минус 5%.
Чтобы измерить фактическое сопротивление пяти резисторов номиналом
1 кОм, имеющих 5-процентный допуск, воспользуемся мульт иметром, переве­
деиным в режим измерения сопротивления в омах. Вот результаты моих изме­
рений : 985, 980, 984, 98 1 и 988 Ом.
Существует две категории постоянных резисторов.

114

))

Резисторы общеrо назначения. Их фактическое соп роти влен ие
может отклоняться от номинального значения в ту ил и другую сто­
рону от 2% до (внима ние!) 20%. Вел и ч и на допуска указана на кор­
пусе резистора (например, ±2%, ±5%, ±1 0% или ±20%) . В большин­
стве л юбительских устройств, как п равило, используются резисторы
обычной точности, поскольку (чаще всего) радиолюбител и исполь­
зуют их для ограничения тока или деления напряжения в некотором
п риемлемом диапазоне значений. В электронных схемах обычно ис­
пол ьзуются резисторы с 5- или 1 0-процентным допуском.

))

Прецизионные резисторы. Их фактическое соп ротивление может
отклоняться от номи нального значения не более чем на 1 %. Такие
резисторы испол ьзуются в схемах, в которых требуется повышенная
точность, например в генераторах образцовой частоты или в источ­
н и ках эталонного напряжения.

Ч А СТЬ 11

Уп ра вление током

Постоянные резисторы, как nравило, выnускаются в виде маленького ци­
линдрического корnуса с двумя выводами no сторонам (см . рис. 5 . 1 ). С nомо­
щью этих в ыводов резистор nодключается к другим элементам схемы. (Су­
ществуют и другие варианты исполнения nостоянных резисторов, о которых
можно прочитать ниже, во врезке "Идентифи кация резисторов на печатных
nлатах".) При включении резистора в схему его полярность не имеет никакого
значения . Поэтому вы можете вставлять nостоянные резисторы в макетную
плату, не задумываясь об их ориентации.

ЭАПОМНИI

Большинство постоянных резисторов снабжается цветовой марки­
ровкой, которая указывает номинальную величину их сопротивле­
ния и допуск (см . раздел "Маркировка nостоянных резисторов"), но
для некоторых резисторов номинальная величина их соnротивления
и доnуск указываются непосредственно на корnусе резистора - на­
ряду с другими буквами и цифрами, вызывающими nутаницу в умах
неискушенных радиолюбителей. Если вы не знаете, каков в действи­
тельности номинал того или иного резистора, достаньте свой муль­
тиметр, nереключите его в режим измерения соnротивления в омах
и nрикоснитесь щуnами мультиметра к выводам резистора (поляр­
ность не имеет значения), как показано на рис. 5 . 9 . При измерении
соnротивления резистор не должен быть включен в какую-либо схе­
му - в nротивном случае измеренное вами значение сопротивле­
ния , скорее всего, окажется неправильным.

Рис. 5.9. Чтобы измерить фактическую величину
сопротивления постоянного резистора,
воспользуйтесь мультим етром, переключенным
в режим измерения сопротивления в омах

COBEr

Обычно на электронных схемах у казывается nриемлемая величи­
на доnуска для резисторов (либо для каждого резистора в отдель­
ности, либо для всех резисторов данной схемы). Найдите соответ­
ствующие у казания в перечне элементов схемы или в оnисании
ГЛАВА 5 З на ко мс тво с резисто ра м и

U5

рассматриваемой схем ы . Если же вел ичина допуска для резисторов
не указы вается, можете использовать резисторы со стандартным до­
пуском (±5% или ± 1 0%).

М аркировка п о стоя н н ых р е зисторов
С импатич ная цвето вая маркировка бол ьш и нства постоя нных резисторо в
имеет своей цел ью не тол ько порадовать ваш взор . Цветовая маркировка по­
зволяет идентифицировать 1юминальную величину и допуск бол ьшинства резис­
торов. В прочем, некоторые резисторы вы глядят скучновато : их ном инальная
величина и допуск указаны на кор пусе резистора в привычном цифровом виде.
Цветовой код нач инается с края резистора и состоит из нескольких цветовых
полосок, нанесенных на его корпусе. Каждый цвет представляет определенное
ч исло , а позиция полоски указы вает значение этого ч исла.
Для маркировки резисторов обы чной точ ности испол ьзуются четыре цве­
товые полоски : первые три указывают номинальную велич ину сопротивления
резистора, а четвертая указы вает допуск. Пользуясь табл . 5 . \ , вы можете рас­
ш ифровать ном инал ьную вел ич и ну и допус к резисторо в об ы ч ной точ ности
описанным ниже способом .
))
»

))

Первая поnоска идентифици рует первую цифру.
Вторая поnоска идентифицирует вторую цифру.
Третья поnоска дает множител ь в виде кол ичества нулей, которые
нужно дописать после первых двух цифр, - за исключен ием случа­
ев, когда эта полоска я вляется золотой или серебря ной.
о

Есл и третья полоска я вляется зоnотой, то первые две цифры
нужно разделить на 1 О.



))

Если третья полоска является серебряной, то первые две цифры
нужно раздел ить на 1 00.

Четвертая поnоска ука з ы вает вел и ч и ну допуска, ка к показа но
в четвертом столбце табл . 5 . 1 . Есл и четвертая полоска отсутствует,
п редпола гается что допуск составляет ±20%.

Табn и ца 5 . 1 . Цветовая ма рк и ровка пос тоянных р езисторов

1

Ц

П олоск а
ая
е ая
)
��ф tа} ��ф�:) 3 ( мн ожите ль

вет

Черный

О

1 0° = 1 (нет нулей)

о

1 01 = 1 0 (1 нул ь)

Коричневый

116

ЧАСТЬ 1 1

Уп р а влен ие

током

4

( допуск )

±20%
±1 %

П олоск а
а
ц1 и(пферрава) я 2ц и( вфтор
р а ) я 3 ( мн ожите л ь )

Ц вет
Красный

2

2

Оранжевы й

3

3

Желты й

4

4

Зеленый

5

5

Синий

б

б

Фиолетовый

7

7

Серы й

8

8

Бел ы й

9

9

1 02
1 03

=

1 05

=

1 000 (3 нуля)

4

( до пуск )

±2%
±3%
±4%

1 00000 (5 нулей)

1 06 = 1 000000 (б нулей)

1 07 = 1 0000000 (7 нулей)

1 08 = 1 00000000 (8 нулей)

1 09 = 1 000000000 (9 нулей)
1 0-2

Серебря н ы й

1 00 (2 нуля)

1 04 = 1 0000 (4 нуля)

1 o-l

Золотой

=

Окоича11 ие maб.'I. 5. 1

=
=

0, 1 (делить на 1 0)

0,0 1 (делить на 1 00)

-

±5%
± 1 0%

Рассмотрим пару примеров.
))

Красн ы й -кра сн ы й -жеnты й-3оn отой. Рез истор с красной (2),
красной (2), желтой (4 нул я ) и золотой (±5%) полосками (рис. 5 1 О,
вверху) обеспеч и вает номинал ьное соп роти вление 220 000 Ом, или
220 кОм, при чем фактическая вел и чина его соп роти вления может
отличаться (в ту или другую сторону) от номи нального значения на
5% от номи нального значения. Та ким образом, фактическая величи­
на соп роти вления этого резистора может находиться в диа пазоне
от 209 до 23 1 кОм.
.

))

Коричневый-черный-3оnотой-серебря ный. Резистор с корич­
невой ( 1 ) черной (0), золотой (0, 1 ) и серебряной (± 1 0%) полосками
(рис. 5 1 О, внизу) обеспечи вает номинальное соп роти вление 1 Ох0, 1 ,
или 1 Ом, причем фа ктическая велич ина его сопроти вления может
отличаться от номинального значения на 1 0% от номи нального зна­
чения. Та ким образом, фа кти ческая вел и ч и на соп роти вления этого
резистора может находиться в диапазоне от 0,9 до 1 , 1 Ом.
,

.

Резистор с пятью цветовыми полосками относ ится к прецизионным . Пер­
вые три цветовые полоски определяют первые три цифры, четвертая полоска
определяет м ножитель, а пятая полоска обозначает допуск (как правило, ± 1 %).
ГЛ А В А 5 З н а ко мст во с ре зист ора ми

U7

220 ±5%
кОм



1

J 1 110% 1 ±10%
х1О-1
Ом

Рис. 5. 1 0. Определение номинального сопротивления
резистора по его цветовой маркировке

Цвета на корпусах резисторов сильно различаются, а в некоторых резисто­
рах цветовая маркировка вообще не используется. Поэтому имеет смысл вы­
яснить фактическую величину сопротивления резистора, вос пол ьзовавшись
мультиметром, настроенным на измерение сопротивления в омах.

nеременные резисторы (потенциометры)
Потенциометры позволяют в нужные моменты изменять величину сопро­
тивления такого резистора. Потенциометры представляют собой устройства с
тремя выводами . Это означает, что в них предусмотрено три точ ки подклю­
чения к схеме (рис. 5 . 1 1 ). Между двумя крайними вы водам и потенциометра
сопротивление постоянно, его величина соответствует номи нальному сопро­
тивлению данного потенциометра, указанному на корпусе. Между средним вы­
водом и любым из двух крайних выводов сопротивление изменяется в зависи­
мости от положения ручки поворотной оси или другого механизма управления,
расположенного снаружи потенциометра.

Рис. 5. 1 1 . Сопротивление этих
1 0-килоомных потенциометров
можно изменять путем вращения оси

В нутри перемениого резистора находится кольцевая резистивная дорожка,
сопротивление которой определяется номиналом потенциометра. К ее концам
U8

Ч А СТЬ 1 1 У п ра влен ие т око м

подключены крайние выводы потенциометра. Именно поэтому сопротивление
между ними постоянно и соответствует ном инальной величине сопротивле­
ния данного потенциометра. Вдоль этой дорожки перемещается специальный
ползунок, подключенный к среднему выводу потенциометра (рис. 5 . 1 2).
Кол ьцевая рез и стивная

Рис. 5. 12. Потенциометр снабжен ползунком, который
перемещается в доль кольцевой резистивной дорожки

Ползунок внутри потенциометра электрически соединен с центральным вы­
водом, а механически - с осью, ручкой или винтом в зависимости от типа по­
тенциометра. При перемещении ползунка сопротивление между центральным
выводом и одним из крайних выводов изменяется от нуля до максимально­
го значения, тогда как сопротивление между центральным выводом и другим
крайним в ыводом потенциометра изменяется от максимального значения до
нуля, т.е. в обратном направлении. Неудивительно, что сумма этих двух пере­
менных сопротивлений всегда постоянна и равна номинальному сопротивле­
нию потенциометра (т.е. сопротивлению между двумя крайними выводами).
Чаще всего на корпусе потенциометра наносится его номинальное сопро­
тивление : 1 О кОм, 5 0 кОм, 1 00 кОм, 1 МОм и так далее, причем надпись "Ом"
или "!1" указывается не всегда. Например, если на корпусе потенциометра вы­
бито "50 К", его сопротивление можно изменять от О до 50 000 Ом.
Потенциометры бы вают разных видов: переменные, ползунковые и под­
строечные.
>>

Переменный резистор содержит кольцевую резипивную дорож­
ку с заданным сопротивлением. Для изменения его сопротивления
нужно повернуть ось или насаженную на нее руч ку. Конструкция
переменных рез исторов, к оторые ш и ро к о испол ьзуются в элек­
трон ных схемах, п редполагает их крепление в отверстии, п ро е вер­
ленном в корпусе соответствующего эле ктронного устройства, при­
чем на на ружную сторону корпуса выносится ось потенциометра с
руч кой регул и ров к и соп ротивления. Переменные резисторы часто

ГЛ АВА 5 З на комство с ре зи стор ами

119

используются для регул и ровки громкости в усилителях низкой ча­
стоты и рассчита н ы на большое число циклов перемещения (поряд­
ка 1 00 тысяч).

ВНИМАНИЕ!

>>

П оnэунковый переменный резистор содержит л и не й ную рези­
пивную дорожку, а изменение вел и ч и н ы его сопроти вления осу­
ществляется путем перемещен и я nолзун ка вдоль этой дорожки.
Та кие nотенциометры часто исnол ьзуются в высококачественной
з вуковосn роизводящей а п па ратуре класса, ми кшерских nул ьтах, а
также в некоторых регуляторах яркости освещени я .

»

П одетроечный резистор (иногда его называют потенциометром
тонкой настройки) п редста вляет собой nотен циометр малого
размера, кото р ый обы ч но монти руется н а печатной плате. В его
конструкц и и п редусмотрен специальн ы й в и нт дл я п рецизионно­
го измен е н и я вел и ч и н ы соп роти влен и я . Обы ч но под е троечн ы е
резисторы используются для тонкой настройки электронных схем
(например, для уста новки порога срабатывания фотометрического
датчика), а не для вы nолнения регул и ровок (нап ример, громкости)
во время работы соответствующего устройства. По этой причине ко­
л ичество их циклов перемещения не п ревышает 1 00.

Если вы испол ьзуете потенциометр в какой-либо схеме, не забывай­
те, что, переведя его движок в кра й нее положение, вы получите ну­
левое сопротивление между средним и одним из крайних вы водов.
Это означает, что ваш потенциометр перестанет ограничивать ток в
соответствующей цепи. Поэтому последовательно с потенциомет­
ром обычно включают постоя нны й резистор, который позволяет
получить нужный диапазон изменения сопротивления . (О том, как
определить сум марное сопротивление нескол ьких резисторов, по­
следовател ьно соединенных между собой, подробно рассказывается
ниже в этой гл аве, в разделе "Комбинирование резисторов".)

Ч ТО ТА К О Е Р Е О С ТАТ
Словом потенциометр часто обозначают все виды переменных резисторов,
однако существует еще оди н их тип, который называется реостатом и отлича­
ется от настоя щего nотенциометра. Реостаты п редставляют собой устройства
с двумя в ы водами, оди н из которых подключается к ползунку, а другой - к од­
ному из концов резистивной дорожки. Хотя потенциометр n редста вляет собой
устройство с тремя выводами (они подключены к ползунку и обоим концам ре­
зистивной дорожки), тем не менее его можно использовать как реостат (имен­
но так часто и поступают), подключи в к схеме лишь два его вывода. Кроме того,

120

ЧАСТЬ 1 1

Уn равл ение током

потенциометр позволяет задействовать все три его вывода и получить при
этом как постоян н ы й, так и переменный резисторы по цене одного!
Реостаты обычно используются для изменения более высоких уровней на­
п ряжения и то ка, чем потенциометры. Это делает их идеальными для таких
п рименен и й, как изменение скорости вращения мощных электродвигателей,
испол ьзуемых в крупном п ромы шленном оборудова н и и. Однако реостаты в
значительной мере вытеснены схемами управления, в которых испол ьзуются
полуп роводни ковые п риборы (см. главу 9, "Погружаемся в мир диодов"), по­
скольку такие устройства рассеивают значительно меньшую мощность.
На электри ческих схемах реостаты обозначаются символом, показа нным на
рис. 5.8, справа.

СОВЕТ

Обратите внимание: диапазон изменения сопротивлен ий, указанный
на потенциометре, я вляется приблизительным . Если маркировка на
потенциометре отсутствует, воспользуйтесь мультиметром (настро­
енным на измерение сопротивления в омах), чтобы выяснить истин­
ную величину его сопротивления. Мультиметр можно также исполь­
зовать для измерения перемениого сопротивления между централь­
ным выводом и одним из крайних выводов. (В гл аве 1 6, "Осваиваем
мультиметр", подробно объясняется, как измерить сопротивление с
помощью мультиметра.)

Потенциометр обычно изображают на электр ических схемах символом,
представленным на рис. 5 . 8 , в центре. Этот символ представляет собой пря­
моугольник, которой обычно обозначает сопротивление, истрелку, обозначаю­
щую ползунок потенциометра.

Класси ф и кация резисторов п о мощности
В нимание : вопрос ! Что произойдет, если за короткий промежуток времени
через резистор пройдет слишком большой поток электронов? Если вы ответите
"Получится яркая световая вспышка и легкий дымок", то окажетесь совершен­
но правы. Когда через какой-либо ком понент, обладающий сопротивлением,
проходит поток электронов, этот ком понент нагревается, причем чем интен­
сивнее поток электронов, тем сильнее нагрев.
Электронные компоненты (например, резисторы) с пособны выдерживать
нагрев лишь до определенной степени, которая зависит от размеров и типа
ком понента, после чего они просто перегорают. Поскольку тепло представляет
собой одну из форм рассеяния энергии, а мощность представляет собой ве­
личину этой энергии, рассеянной ком понентом за определенный период вре­
мени, то одной из характеристик электронного компонента должна быть его
ГЛАВ А 5 Зн а ко м ств о с резис тор а м и

Ut

номинальная рассеиваемая мощность . Она измеряется в ваттах (сокращен­
но - "Вт") и выражает, какое количество энергии может рассеивать тот или
иной компонент в единицу времени.
И Д Е Н Т И Ф И К А Ц И Я Р Е З И СТО РО В Н А П Е Ч АТ Н Ы Х П Л АТА Х
Узнавая все больше и больше об электрони ке, вы, наверное, горите желанием
выяснить, что находится внутри электронных устройств, которые окружают
вас дома. Вн имание: будьте n редельно осторожны! Следуйте n равилам техн и­
ки безоnасности, n ри ведеиным в гла ве 1 3, "Создание лаборатори и и техни ка
безоnасности". Наnример, вы можете за глянуть внутрь nул ьта диста н ционного
уnравлен ия телевизором и увидеть, кроме инфракрасного светодиода и nа­
нел и с кноn ками, еще ряд электронн ых комnонентов, расnоложенных на пе­
чатной плате. Такие nлаты я вляются основой для монтажа стандартных элек­
тронных схем, ши роко исnол ьзуемых в комnьютерах и других электронных
устройствах. Поскол ьку на nечатной nлате обычно находится бол ьшое кол и­
чество электронных комnонентов, бывает нелегко расnознать отдельные эле­
менты электронных схем. Это объясняется тем, что изготовители электронной
техни ки n рименя ют весьма хитроумные сnособы для "начи нки" nечатных nлат
необходимыми комnонентами, стремясь nовысить эффекти вность и сэконо­
мить n ространство на nечатных nлатах.
Оди н и з таких методов, технология поверхностного монтажа (Su rface
Mounted Technology - SMT), или nланарный монтаж, nозволяет монтировать
комnоненты неnосредственно на nоверхности nечатной nлаты. Элементы для
nоверхностного монтажа, такие как SМТ-резисторы, n редставленные ниже на
фотографи и, по своему внешнему виду несколько отлича ются от комnонентов,
исnользуемых вами для сборки обычных электронных схем, nоскол ьку им не
нужны дл и н н ые выводы для nодкл ючения к схеме. В та ких компонентах ис­
nользуется особая система коди рования для обозначения их номи налов.

Для всех резисторов (в том числе потенциометров) на схемах указываются
значения их номинальной рассеиваемой мощности . Постоянные резисторы об­
щего назначения обычно рассч итаны на мощность О , 1 25 или 0,25 Вт, однако вы
без труда найдете резисторы на 0,5 и 1 Вт, причем некоторые из них выполне­
ны во взрывобезапасном корпусе. (Узнав это, вы, возможно, расхотите экспе­
риментировать с электрическими схемами.) Разумеется, значения ном инальной

122

Ч А СТЬ 1 1 У п ра вл ение

током

рассеиваемой мощности не указываются непосредственно на корпусе резисто­
ра (это было бы слишком просто !): от вас требуется самостоятельно вычислить
номинальную рассеиваемую мощность резистора исходя из его размера. Чем
крупнее резистор, тем большую мощность он способен рассеивать. В прочем,
номинальную рассеиваемую мощность резисторов можно узнать у их изгото­
в ителя или поставщика, заглянув в технический паспорт изделия или внима­
тельно исследовав упаковочную тару.

3АПОМНИI

Как же нужно учитывать значение номинальной рассеиваемой мощ­
ности для выбора конкретного резистора, который будет использо­
ваться в схеме? Вы должны оценить пиковую мощность, которую,
возможно, придется рассеивать резистору, и выбрать такое значение
номинальной рассеиваемой мощности, которое превышает эту пико­
вую мощность или по крайней мере равно ей. Мощность вычисляет­
ся следующим образом :

Р = И х 1,

где И представляет падение напряжения в вольтах (сокращенно В), измеренное на резисторе, 1 - ток (в амперах, сокращенно - А ),
проходящий через этот резистор. Допустим, что падение напряже­
ния на резисторе составляет 5 В и вы предполагаете, что через этот
резистор будет проходить ток 25 мА (миллиампер). Чтобы вычис­
лить интересующую нас рассеиваемую мощность, сначала преобра­
зуем 25 мА в 0,025 А (вы, наверное, помните, что м иллиампер рав­
няется одной тысячной доле ампера). З атем умножим 5 на 0,025 и
получим О , 1 25 Вт. Таким образом, мы выяснили, что в нашем случае
значение номинальной рассеиваемой мощности резистора может со­
ставлять 0, 1 25 Вт. Однако всегда лучше иметь некоторый запас по
мощности, поэтому для нашего случая вполне подойдет резистор,
рассчитанный на 0,25 Вт.

СОВЕТ

Для большинства любительских электронных схем подойдут рези­
сторы с номинальной рассеи ваемой мощностью О , 1 25 или 0,25 Вт.
Резисторы с более высокими значениями рассеиваемой мощности
могут понадобиться для сwювых цепей, в которых в качестве на­
грузки используются электродвигатели или мощные светодиоды и,
соответственно, протекают большие токи. В любительской практике
такие цепи встречаются довольно редко. Резисторы, рассчитанные
на высокую мощность, бывают разных форм, но можете не сомне­
ваться в том, что они окажутся гораздо крупнее тех, с которыми вам
придется иметь дело, собирая любительские электронные схем ы .
ГЛАВА 5 Зн а ко мство с ре зист ора м и

123

Резисторы, у которых значения номинальной рассеиваемой мощ­
ности превышают 5 Вт, герметизируются эпоксидной смолой (или
каким-либо другим водостойким и огнеупорным покрытием) и, как
правило, имеют прямоугольную, а не цилиндрическую форму. Рези­
сторы, рассчитанные на высокую рассеиваемую мощность, иногда
даже снабжаются собственным металлическим теплоотводом, ребра
которого отводят тепло от резистора.

Ком б ини рова н ие ре з исто р ов
Когда вы приступаете к поиску нужных резисторов, оказывается, что дале­
ко не всегда можно подобрать их требуемые номиналы. Изготовителям рези­
сторов было бы невыгодно выпускать резисторы буквально всех номиналов.
Вместо этого они выпускают резисторы с ограниченным набором вел ичин
сопротивления, и вам приходится пользоваться именно таким набором ном и­
налов, комбинируя их описанными ниже способами. Допустим, вам требуется
резистор на 25 кОм, но вряд ли вам удастся найти резистор именно с таким
сопротивлением; однако нет ничего проще найти резистор на 22 кОм ! Ваша за­
дача заключается в том , чтобы получить требуемую величину сопротивления,
пользуясь теми ном и налам и, которые можно найти в продаже .
Оказывается, комбинируя резисторы тем и ил и иными способам и, можно
получить эквивалентное значение сопротивления, достаточно близкое к тому,
которое требуется. А поскольку резисторы стандартной точности в любом слу­
чае допускают отклонение от своего номинального значения на 5о/о-- 1 0%, то
комбинирование резисторов является вполне приемлемым способом получе­
ния требуемой величины сопротивления .

СОВЕТ

124

Существуют определенные "правила" комбинирования сопрот и вле­
ний, которые мы обсудим в этом разделе. Они помогут не только ис­
пользовать для собираемых схем резисторы, имеющиеся в продаже,
но и анализировать электронные схем ы, разработанные другими.
Если , например, вам известно, что светодиод обладает определен­
ным сопротивлением, и, чтобы ограничить ток в цепи, вы включаете
последовательно с ним резистор, то, чтобы вычислить ток, проходя­
щий по такой цепи, вы должны предварительно выяс нить, каково
суммарное сопротивление этих двух ком понентов.

Ч А СТЬ 11

У пр а влен ие то ком

П оследовател ь ное соединение резисторов
При последовательном соединении двух или более резисторов (или, вооб­
ще говоря, сопротивлений) они соединяются цепочкой по принципу "один за
другим" (как показано на рис. 5 . 1 3 ). Через каждый из этих резисторов будет
последовательно проходить один и тот же ток. Поступая таким образом, вы
несколько ограничиваете ток с помощью первого резистора, еще больше огра­
ничиваете его с помощью второго резистора и т.д. Таким образом, эффект по­
следовательного соединения резисторов заключается в увеличении суммарного
сопротивления.
2,35к

+

+

Рис. 5. 7 3. Суммарн ое сопротивление двух или более резист оро в,
со ед иненных п о следо вательн о, равняется сумме о тдельных
сопро тивлений

Чтобы вычислить суммарное (эквивалентное) сопротивление нескольких
резисторов, соединенных последовательно, нужно просто сложить величины
отдельных сопротивлений. Это правило можно распространить на любое чис­
ло сопротивлений, соединенных последовательно :
Rпосл

=

Rl

+

R2

+



+ ...,

где RJ, R2, RЗ и так далее - это величины сопротивления резисторов, сое­
диненных последовательно, а Rnocл - суммарное эквивалентное сопротивле­
ние. Помните, что через каждый из этих резисторов последовательно проходит
один и тот же ток и что каждый из этих резисторов вносит свой вклад в сум­
марное ограничение тока.

СОВЕТ

Эту концепцию эквивалентного сопроти вления можно применить
так, чтобы она помогала вам подобрать резисторы для конкретной
цепи. Допустим, вам требуется резистор на 25 кОм, но вам не уда­
ется найти резистор именно с таким сопротивлением. В ы можете
соединить последовательно два стандартных резистора - резистор
на 22 кОм и резистор на 3 ,3 кОм, - получив, таким образом, сопро­
тивление 25 ,3 кОм . Это менее чем на 2% отличается от требуемых
ГЛАВА 5

Зна ко мство с ре зи сторами

U5

вам 25 кОм, что вполне укладывается в границы допусков резисто­
ров общего назначения (которые составляют 5-1 0%).

3АЛОМНИI

Складывая величины сопротивления, не забы вайте об используемых
единицах измерения. До пустим, вы последовательно соединяете
следующие резисторы : 1 ,2 кОм , 680 Ом и 470 Ом (см . рис. 5 . 1 3 ).
Прежде чем складывать величины сопротивления, нужно привести
их значения к общей единице измерения (например, к омам). В этом
случае суммарное сопротивление, Rnocл• вычисляется так:
Rnocл = 1 200 Ом + 680 Ом + 470 Ом
= 2 3 5 0 Ом
= 2, 3 5 кОм

СОВЕТ

Суммарное сопротивление будет всегда больше сопротивления лю­
бого из отдельных резисторов. Всегда имейте это в виду при раз­
работке схем ! Если, например, вы хотите огран ичить ток, прохо­
дящий через светодиод, но не знаете, каково сопротивление этого
светодиода, можете включить последовательно с ним резистор и
быть уверенным в том , что суммарное сопротивление такой цепи не
будет ниже, чем сопротивление добавочного резистора. Для схем,
в которых используются персменные резисторы (например, для схе­
м ы регулировки яркости свечения лампы накаливания), включение
постоянного резистора последовательно с персменным резистором
гарантирует, что ток будет ограничиваться, даже если потенциометр
будет установлен на нуль (иметь нулевое сопротивление). О том, как
вычислить величину тока для конкретного сочетания напряжения/
сопротивлен ия, я расскажу ниже в этой главе.

Попытайтесь воочию убедиться в том, что маленький резистор, соединен­
ный последовательно со светодиодом, может спасти этот светодиод от перего­
рания. Соберите схему, показанную на рис . 5 . 1 4, слева, используя перечислен­
ные ниже детали.
>>

>>

>>
>>
»
»

126

Ч А СТЬ 1 1

Одна 9-вол ьтовая батарея.
Одна бата рейная колодка.
Оди н резистор номи налом 470 Ом, обозначенн ый сочета н ием из
желтой, фиолетовой и коричневой полосок.
Один потенциометр номи налом 1 О кОм.
Четыре зажима типа "крокодил·�

Один светодиод л юбого размера и цвета.

У пр а влен ие токо м

Рис. 5. 1 4. Резистор, включенный последовательно с потенциометром, га­
рантирует, что ток, проходящий через светодиод, будет ограничиваться
даже в случае, если потенциометр будет установлен на нуль (иметь нуле­
вое сопротивление). Если бы не этот резистор, светодиод просто сгорел бы

СОВЕТ

При сборке схемы испол ьзуйте центральный и один из крайних вы­
водов потенциометра, включив его в режим реостата. Другой край­
ний вывод оставьте висящим в воздухе. Не забывайте о полярности
подключения светодиода - его короткий вывод должен быть подключен к отрицательному полюсу батареи.

По ворач и вайте ось потенциометра и наблюдайте за свечением с вето­
диода. При изменении соnротивления nотенциометра яркость свечения свето­
диода должна меняться с очень высокой до едва заметной (или наоборот, в
зависимости от того, в какую сторону вы будете вращать ось потенциометра).
Установите ось потенциометра так, чтобы его ползунок оказался nример­
но посередине резистивной дорожки, уберите резистор ном иналом 470 Ом
и подключите светодиод неnосредственно к потенциометру, как nоказано на
рис. 5 . 1 4, справа. Теперь медлетю поворачивайте ось потенциометра в направ­
лении, которое повышает яркость свечения светодиода. Поворачивайте ось по­
тенциометра до самого упора и наблюдайте, что происходит со светодиодом .
Поворачивая ось потенциометра в сторону нулевого сопротивления, вы будете
видеть, что светодиод сначала светится все ярче и ярче, а в конце полностью
угасает. При отсутствии соnротивления, которое ограничивало бы ток в этой
цепи, светодиод, вообще говоря, сгорит. Если это случится, выбросьте его он вам больше не понадобится.

П ара лл ел ь ное соединение ре 3 исторов
При параллельном соединении двух резисторов их выводы нужно подклю­
чить вместе, как показано на рис. 5 . 1 5 . В результате на этих резисторах устано­
вится одно и то же напряжение. В ы пол нив такое соединение, вы создадите для
ГЛАВА 5 Зн а ко м ство с ре зи стор а м и

127

тока два разных пути прохождения. Очевидно, что в этом случае через каждый
из резисторов будет течь разный ток, если только сопротивление этих резисто­
ров не одинаково. Поскольку общий ток, потребляемый от источника питания,
складывается из двух токов, проходящих через каждый из резисторов, с точки
зрения источника питания, параллельное соединение резисторов приводит к
снижению эквивалентного сопротивления нагрузки (так как ток возрастает!).
-

-



+

+

R1


1

Рис. 5. 7 5. Эквивалентное сопротивление цепи, состоящей из д вух или
нескольких резисторов, соединенных параллельно, всегда оказывается
меньше сопротивления любого из от дельно взятых резисторов

Чтобы в ы числить вел ичину эквивалентного сопротивления, Rnap ' двух
резисторов, соединенных параллельно, воспользуйтесь следующей формулой:
R
па
р

=

Rl x R2 ,
RJ

+

R2

где Rl и R2 - величины сопротивления отдельных резисторов.
Возможно, вы помните, что линия, разделяющая в дроби числитель
и знаменатель, представляет операцию деления, поэтому приведеи­
ную выше формулу можно переписать в следующем виде:
Rпар = (Rl х R2) 1 (Rl + R2)

В примере, представленном на рис. 5 . 1 4, два сопротивления по 2 кОм со­
единены параллельн е друг другу. Величину их эквивалентного сопротивления
можно вычислить по следующей формуле:
Rпар =

U8

Ч А СТЬ 1 1 У п р а вление то ко м

2000 Ом х 2000 Ом

2000 Ом + 2000 Ом
4000000 Ом 2
----- = l 000 Ом = 1 кОм
4000 Ом

Поскольку два резистора в данном примере имеют одинаковое сопротив­
ление, соединение их параллельна дает эквивалентное сопротивление, равное
половине номинала любого из двух резисторов. В результате кажды й из двух
резисторов пропускает через себя половину тока, поступающего от источника
питания. Если включить параллельна оди н другому два резистора с неодина­
ковыми сопротивлениями, то больший ток будет проходить по пути с меньшим
сопротивлением, а меньший ток будет проходить по пути с большим сопротив­
лением .
Если в вашей схеме требуются резисторы с большой мощностью
рассеивания ( например, 1 Вт), но у вас есть резисторы, рассчитан­
ные лишь на 0,5 Вт, можете соединить параллельна два резистора,
рассчитанные на 0,5 Вт. Нужно лишь подобрать их сопротивление
так, чтобы при параллельном соединении получить нужную вам ве­
личину эквивалентного сопротивления. Поскольку каждый из этих
резисторов пропускает через себя тол ько половину тока, которы й
проходил бы по одному резистору, каждый из этих резисторов будет
рассеивать лишь половину мощности (вы, наверное, помните фор­
мулу Мощность = Напряжение х Ток).
Если соединить параллельна несколько резисторов, то формула для вычис­
ления эквивалентного сопротивления несколько усложняется :
Rnap = 1
1 + 1 +
-+. ..
Rl R2 RЗ
М ноготочие в кон це знаменателя указывает, что для вычисления эквива­
лентного сопротивления параллельного соединения, состоящего из п резис­
торов, нужно сложить обратные величины сопротивлений (их еще называют
проводимостью) всех резисторов, а затем взять обратную величину от суммы .

3АПОМНМI

В случае параллельного соединения нескольких сопротивлений ве­
личина тока, проходящего по любой из веток, обратно пропорцио­
нальна сопротивлению этой ветки. С практической точки зрения чем
выше сопротивление ветки, тем меньший ток проходит по ней; и на­
оборот: чем меньше сопротивление ветки, тем больший ток прохо­
дит по ней . Подобно потоку воды, электрический ток предпочитает
двигаться по пути наименьшего сопротивления.

ГЛАВА 5

З н ак о м с тво с ре з и ст орам и

129

И З М Е Р Е Н И Е КО М Б И Н И Р О ВА Н Н Ы Х СО П РОТ И В Л Е Н И Й
Воспол ьзовавшись мул ыиметром, настроенным на измерение соп ротивления
в омах, вы можете определ ить эквивалентное соп роти вление резисторов, со­
еди ненных nоследовательно ил и nараллельно.
На при веденных ниже фотографиях показа но, как измерить экви валентное
сопротивление трех резисторов, соединенных последовательно (слева), двух
резисторов, соединенных параллельне (в центре), и сочетания из одного ре­
зистора, соеди ненного nоследовательно, с двумя резисторами, соединенными
nараллельне (справа). Выберите любые три резистора и выполните это изме­
рение самостоятельно!
Резисторы на фотографиях имеют соп ротивления 220, 33 и 1 кОм. На фотогра­
фиях в центре и справа вы видите резисторы на 220 и 33 кОм, соеди ненные
параллел ьно. Отдел ьно взятым резистором на фотографи и спра ва, подкл ю­
ченным последовател ьно, я вляется резистор на 1 кОм.
Для резисторов, соединенных nоследовател ьно (фото слева), вычисленное
эквивалентное сопроти вление (в килоомах) равняется (220+33+ 1 )=254, а фак­
тическое измерен ное мною сопротивление составило 255,4 кОм.
Для резисторов, соединенных параллельне (фото в центре), вычисленное эк­
вивалентное соп роти вление (в килоомах) равняется (220х33)/(220+33)=28,7,
тогда как фактическое измеренное мною соnротивление составило 28,5 кОм.
В случае последовател ьно-параллельной цеп и (фото спра ва) вычисленное эк­
ви валентное соп роти вление (в килоомах) равняется (28,7+ 1 )=29,7, тогда ка к
фактическое измеренное мною соп ротивление составило 29,4 кОм.
Не забыва йте, что реал ьные вел и ч и н ы соn ротивления бол ьши нства резис­
торов нескол ько отличаются от их номинальных значен и й . Именно поэтому
фактическое измеренное соn роти вление для каждой n редста вленной здесь
комбинации резисторов несколько отличается (в нашем случае менее чем на
2%) от их вычисленного эквивалентного соп ротивления.

В уравнениях, используем ых в электронике для вычисления эквивалентного
сопроти вления резисторов, соединенных параллельно оди н другому, нередко
встречается следующее условное обозначение параллельноrо соединения :
13 0

ЧАСТЬ 1 1 У пр а влен и е

током

Rпар = RI II R2 =

Rl x R2
RJ + R2

или
Rnap = R I II R2 II R3 = 1
1
1
-+-+­
Rl R2 RЗ

Ком б и н иро ван и е п оследовательно го
и п а раллельно r о соед и нен и й резисторов
Чтобы ограничить ток в каких-то частях схемы и пустить его по разным
веткам в других частях одной и той же схемы, зачасrую используются всевоз­
мож ные сочетания последовательного и параллельного соединений резисто­
ров. В некоторых случаях вы можете вычислить величину эквивалентного со­
противления, последовательно применяя формулы для последовательного
и параллельного соединений резисторов.
Например, на рис. 5 . 1 6 резистор R2 (3 ,3 кОм) соединен параллельна с ре­
зистором RЗ (3,3 кОм), а последовательно с этим параллельным соединением
включен резистор Rl ( 1 кОм). Эквивалентное сопротивление такой цепи (в ки­
лоомах) можно вычислить следующим образом :
Rэкв = Rl + (R2 1 1 RЗ)
= Rl +

R2 x R3
R2 + R3

3, 3 кОм х 3, 3 кОм
3 , 3 к0м + 3, 3 кОм
= l кОм + 1 ,65 кОм
= 2,65 кОм
В этой схеме ток, потребляемый от источника питания, ограничивается эк­
вивалентным сопротивлением цепи, которое составляет 2,65 кОм. Ток от поло­
жительного полюса батареи проходит сначала через резистор Rl, а затем разде­
ляется - причем одна половина тока проходит через резистор R2, а другая через резистор R З (поскольку величина сопротивления обоих этих резисторов
одинакова), - а затем вновь обьединяется, посrупая на отрицательный полюс
батареи.
= 1 ко м +

ВНИМАНИВ

-----

В реальных схемах зачасrую, пом имо простых последовательных
и параллел ьных соеди нений сопротивлений, применяются более
сложные соединения сопротивлений, поэтому вычислить величину
эквивалентного соnротивления в них бывает далеко не всегда так
ГЛ АВА 5 З на ко мство с резисто р а м и

131

просто . Для расчета таких схем приходится использовать матрич­
ные методы математического анализа, однако, поскольку эта книга
не расс ч итана на читателей, имеющих глубокие познания в матема­
тике, я не намерена углубляться в дебри матричных методов .
-

R1
-



R,..
2,65к

+

R2
З, Зк

+

-

I

Рис. 5. 1 6. Во многих схемах используются те или иные сочетания
последовательного и параллельного соединений резисторов

132

Ч А СТЫ I

У пра вл ени е током

Глава

б

П од ч и н я емс я
з а ко н у Ом а
В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .

)) Ка к на п ряжен и е, ток и соп ротивлен и е подчиня ются
за кону О ма
)) Изу ч аем закон О ма на п ра ктике, анал и зируя цепи
)) Н ом и нальная рассеиваемая мощность ка к определя ю щий
фактор п ри вы боре компонентов схемы

м

ежду напря жением (электрической силой, которая приводит в движе­
ние электроны) и током в компонентах, обладающих электрическим
сопротивле нием , суще ствует тесная связь. Эта связь выраж ается
простым уравнением, которое носит название "Закон Ома". Из этой главы вы
узнаете, как с помощью закона Ома выяснить, что происходит в некоторых
базовых цепях. З атем вы узнаете, какую рол ь закон Ома и связанные с ним
вычисления мощности играют при разработке электронных схем.

О п р еделение з а кона О ма
Одной из сам ых важ ных концепций, которые необхо­
димо уяснить каждому человеку, знакомящемуся с элек­
троникой, является связь между напря жением, током и
сопротивлением в цепи. Эта связь выражается простым
урав нен и ем, известным как "Закон Ома" . Четко уяс нив
это уравнение, вы сможете анал изиро вать электрические

схемы, разработанные другими людьми, а также успешно разрабатывать соб­
ственные варианты электронных схем. Прежде чем приступить к подробному
рассмотрению закона Ома, было бы неплохо рассмотреть процесс прохожде­
ния тока через сопротивление.

П рохожден и е тока чере 3 со n ротивлен и е
Если приложить напряжение источника питания (например, батареи) к како­
му-либо электронному компоненту, обладающему ощутимым сопротивлением
(например, к лампе накаливания или резистору), то это вызовет у порядоченное
движение электронов через этот ком понент. Упорядоченное движение элек­
тронов является ни чем иным, как электрическим током. Прикладывая более
высокое напряжение, вы оказываете более сильное воздействие на электроны,
что создает более сильный поток электронов - т.е. более сильный ток - че­
рез данный ком понент (по сути, через сопротивление, которым обладает этот
компонент). Чем сильнее прилагаемая вами сила (напряжение U), тем сильнее
поток электронов (ток /) . Это похоже на поток воды в трубе определенного
диаметра. Если воду пропускать по такой трубе под определенным давлением,
она будет течь с определенной скоростью. Если повысить давление, оказывае­
мое на воду, вода будет течь по той же трубе быстрее, а если снизить давление,
оказываемое на воду, вода будет течь по этой трубе медленнее.

П рямо n ро n орциональная 3 а в иси мость со бл юдается все rда !

С вязь между напряжением И и током 1, проходящим
через ком понент, обладающий сопротивле нием R, была
выявлена в самом начале XIX века немецким физиком
Георгом Омом (возможно, вы уже где-то слы шали это
имя). Георг Ом выяснил, что у компонентов, обладающих
постоянным сопротивлением, напряжение и ток связаны
между собой прямо пропорциональной зависимостью :
если удвоить напряжение, то удвоится и ток; если напря­
жение снизить в два раза, то в два раза снизится и ток. Ге­
орг Ом выразил эту зависимость в виде простого математического уравнения,
которое с тех пор носит его имя: "Закон Ома".

Закон Ома гласит: напряжение равняется току, ум ноженному на со­
противление, или
3А/10МНИ!

134

U=Jx R

ЧАСТЬ 1 1

У пр а вл ение током

Суть этого уравнения заключается в следующем : напряжение И, измерен­
ное на ком поненте цепи, обладающем постоянным сопротивлением, равняется
току 1, проходящему через этот компонент, умноженному на величину сопро­
тивления R этого ком понента.
Например, в просто й схеме, показаиной на рис. 6 . 1 , 9-вольтовая батарея,
напряжение которой подводится к резистору сопротивлением 1 кОм, обеспе­
чивает прохождение в этой цепи тока силой 9 мА (т.е. 0,009 А) :
9 В = О,ОО9 А х I ООО Ом
З акон Ома играет столь важную роль в электронике, поэтому его нужно
знать, как таблицу умножения !
9мА
-

+

98

Рис. 6. 1 . Напряжение 9 В, приложен­
ное к резистору сопротивлением
1 кОм, обеспечивает ток 9 мА

СОВЕТ

ВНИМАНИЕ!

Применяя закон Ома, не забы вайте правильно пользоваться едини­
цами измерения. Прежде чем взять в руки калькулятор, обязательно
преобразуйте все единицы измерения, выраженные в кWlo- и мWtли­
в один масштаб. Нужно помнить, что закон Ома выражается сле­
дующей формулой : вольты = амперы х омы . В прочем, набравшись
храбрости, этот закон можно представить и как вольты = миллuш.t­
перы х кWtоомы, что также будет правильно (поскольку MWlЛU-, ум­
ноженные на кWlo-, взаимно ком пенсируются).
Но если вы проявите невнимательность и станете умножать милли­
амперы на омы или амперы на килоомы, то полученный вами ре­
зультат будет весьма далек от ожидаемого. Например, через лампу
накаливания, обладающую сопротивлением 1 00 Ом, проходит ток
5 0 мА. Есл и вы забудете преобразовать м иллиамперы в амперы,
то умножите 1 00 на 5 0 и получите напряжение на лампе, равное
5 000 В ! Н ичего себе . . . Чтобы результат вычислений оказался пра­
вильным, нужно было предварительно преобразовать 50 мА в 0,05 А
и лишь после этого умножать на 1 00 Ом , получив 5 В . Это уже го­
раздо лучше !
ГЛ А В А б

П одчи н я е м с я за кон у О м а

135

Закон Ома играет столь важную роль в электронике (так . . . кажется, я уже
говорила это), что я придумала следующую таблицу, чтобы помочь вам запом­
нить, как правильно его использовать:

Напря:жение

Ток х Сопротивление

V=Ix R

=

Вольты = Амперы х Омы
В = А х Ом
Вольты = Миллиамперы х Килоомы
В = мА х кОм

ЭАПОМНИI

Существует причина, по которой имя Георга Ома ассоциируется
с величинами сопротивления, а также с законом, названным в его
честь. Определение ома, или единицы сопротивления, пришло к нам
из работ Георга Ома. В проводнике сопротивлением в один Ом про­
ходящий по нему ток в один ампер вызывает падение напряжения
в один вольт. Просто мне показалось, что эти сведения будут вам ин­
тересны. (И все-таки, как хорошо, что Георг не носил какую-нибудь
фамилию наподобие Вой цеховский!)

Од ин закон, тр и у равнен ия
Не забыли ли вы школьный курс алгебры? Помните, как вы перегруппи­
ровывали члены какого-либо уравнения, содержащего переменные (например,
хорошо знакомые вам х и у), чтобы решить это уравнение относительно ка­
кой-то одной переменной, если вам известны значения других переменных?
Разумеется, те ж е правила применимы и к закону Ома. Вы можете перегруп­
пировать члены этого уравнения и получить в результате еще два уравнения .
Таким образом, один закон Ома дает нам сразу три уравнения !

V=lxR

R=u
1

Все эти три уравнения говорят об одном и том же, но разными способа­
ми. В ы мож ете использовать их для вычисления одной величины, когда вам
известны две другие величины. Какое из этих уравнений использовать в том
или ином случае, зависит от того, что требуется получить. Н иже приведено
несколько примеров.
))

13 6

ЧАСТЬ 11

Чтобы вычисnить неизвестное наnряжение, умножьте величину
то к а на сопротивление ( U = 1 х R). Н а пример, есл и через резистор
сопротивлением 2 к Ом проте кает ток 2 мА, то напряжение на та ком
резисторе составит 2 мА х 2 к Ом (или 0,002 А х 2000 Ом) = 4 В.

Уп р а вление током

»

>>

Чтобы вычисnить неиэвестный ток, возьмите вел и ч и ну напряже­
ния и раздел ите ее на известное вам сопроти вление (1 = и 1 R). На­
пример, есл и к резистору соп роти влением 1 кОм п р и клады вается
напряжение 9 В, то ток, п роходящий через этот резистор, соста вит
9 В 1 1 000 Ом = 0,009 А, или 9 мА.
Чтобы вычисnить неиэвестное сопротивnение, возьмите вел и­
ч и ну нап ряжения и разделите ее на известную вам вел и ч и ну тока
(R = и 1 1). Н а п ример, есл и к резистору с неизвестн ым соп роти в­
лением п р и клады вается н а п ряжение 3,5 В и через этот резистор
п роходит ток силой 1 О мА, то соп роти вление резистора соста вит
3,5 В 1 0,0 1 А = 350 Ом.

И спол ь зование з акона О м а
для а нали з а цепеи
..

Уяснив суть закона Ома, можете считать себя готовым к его применению
на практике. Закон Ома подобен универсальному ключу, с помощью которо­
го можно открыть секреты любой электронной схемы. С его помощью можно
уяснить поведение цепей и выявить проблем ы в цеп и (например, почему не
светится лампа накаливания, почему не работает электрически й звонок или по­
чему сгорел резистор в цепи). Закон Ома можно также использовать для разра­
ботки электронных схем и правильного выбора ком понентов для них. Все эти
вопросы м ы рассмотрим в одном из дальнейших разделов настоящей главы.
Пока же обсудим, как применять закон Ома для анализа электрических цепей.

В ычисление тока, п роходяще rо чере з ком п онент
В простой цепи, которую в ы видели на рис . 6. 1 , напряжение 9-вольтовой
батареи прикладывалось к резистору сопротивлением 1 кОм. Ток, проходящий
через этот резистор, можно вычислить следующим образом :
1=


1 000 Ом

= О ' 009 А = 9 мА

Если последовательно с резистором на 1 кОм добавить резистор на 220 Ом,
как показано на рис. 6.2, то можно еще больше ограничить ток в цепи.
Чтобы вычислить ток, проходящий через такую цепь, вам нужно оnределить
совокуnное соnротивление в этой цеnи с 9-вольтовой батареей. Поскольку ре­
зисторы в данном случае соединены nоследовательно, их соnротивления скла­
дываются ; таким образом, эквивалентное сопротивление составит 1 ,22 кОм .

ГЛ АВА б

Подчи н я е м ся з а кон у О м а

137

+ u1 - _;__
R1

+

R...,

220

1 , 22к
+

98

_;__

R2


u2

+

98

Рис. 6.2. Чтобы вычислить ток, проходящий через эту цепь,
определите эквивалентное сопротивление и примените закон Ома

Его можно использовать для вычисления тока в цепи после добавления в нее
резистора на 220 Ом :
1=


� 0,0074 А � 7, 4 мА
1 220 Ом

Таким образом , добавив в цепь еще один резистор, вы снизили ток в этой
цепи с 9 до 7,4 мА.

СОВЕТ

Символ "nриблизительно равно" (�) в приведеином выше уравнении
означает, что я округлила величину тока до ближайших десятых до­
лей м иллиампера. Вообще говоря, в электронике принято округлять
значения вычисленных величин, избавляясь от сотых и тысячных
долей этих величин, - если, конечно, вы не разрабатываете элек­
тронные схем ы для управления ускорителям и заряженных частиц
или каких-либо других высокоточных устройств промышленного
назначения, где важную роль могут играть даже десятитысячные
доли вычисленных вами значений.

В ы ч исление на п ряжения на ком п оненте
В цепи, которая была представлена на рис. 6. 1 , наnряжение на резисторе
равняется напряжению, снимаемому с 9-вольтовой батареи, т.е. 9 В . Это объ­
ясняется тем, что резистор я вляется единственным элементом цепи, помимо
батареи. Последовательное включение в эту цепь еще одного резистора (см .
рис. 6 . 2) изменяет карти ну рас пределения напряжения источ ника питания.
Теперь какая-то часть напряжения источника питания падает на резисторе
220 Ом (RJ), а остальная часть напряжения источника питания падает на ре­
зисторе 1 кОм (R2). Я обозначила эти напряжения как U1 и U2 соответственно.
Чтобы выяснить, какая именно часть напряжения источ ника питания па­
дает на каждом из этих резисторов, нужно воспользоваться законом Ома для
13 8

Ч А СТЬ 1 1 Уп р а вление током

отдельного резистора. Поскольку вам известна величина сопротивления каж­
дого из резисторов, вам известна и сила тока, проходящего через каждый ре­
зистор. Вспомните, что ток 1 равняется напряжению батареи 9 В , деленно­
му на суммарное сопротивление Rl + R2, или 1 ,22 кОм, т.е. приблизительно
7,4 мА. Теперь вы можете применить закон Ома к каждому из резисторов, что­
бы вычислить падение напряжения на нем .

и1 = I x R l
= 0,0074 А х 220 Ом
= 1 ,628 в
;::::; 1 ,6 в

и2 = / х R2
= 0,0074 А х 1 000 Ом
= 7,4 v
Обратите внимание: если сложить паден ия напряжения на этих двух рези­
сторах, можно получить 9 В , что равняется величине напряжения источника
питания. Это не является случайным совпадением : напряжение с батареи по­
дается на два резистора в цепи, причем напряжение п итания делится пропор­
ционально между этими резисторами (согласно величинам их сопротивления).
Такой тип схемы называется делителем напряжения.
Существует более быстрый способ вычисления значения любого из
"поделенных напряжений" ( и1 или и2) на рис. 6.2. Вам известно, что
ток, проходящий по такой цепи, можно выразить в следующем виде:
ПХНИЧЕСКИЕ

1'10ДР0БН0СТИ

J=

Вам также известно, что

и
бат

R l + R2

и1 = / х Rl

а

и2 = / х R2

Чтобы вычислить, например, и1, можно подставить в эту формулу выраже­
ние для /, приведеиное выше, получив

и =
1

и
бат

Rl + R2

x RJ

Это выражение можно переписать в следующем виде (оставив его, по сути,
неизменным):

и1 =

Rl
RJ + R2

х и-oam

ГЛ АВА б П одч ин я е м с я за кон у О м а

139

Аналогичное выражение для U2 будет иметь следующий вид:
= R2 х
и2
и
Rl + R2
йот
Подставив в эти формулы значения для Rl , R2 и ибат• получим и1 = 1 ,628 В ,
а и2 = 7,4 В , которые совпадают с вычислен н ы м и нам и ранее значения м и
и1 и и2 •
Приведеиное н иже уравнен ие обще го вида обычно используется
для выч исления напряжения на резисторе Rl в цепи дел ителя на­
пряжения :
ЭАЛОМНИI

и

t

В

Rl

=

R J + R2

х иoam
-

Дел ители напряжения используются во многих электронных схе­
мах, чтобы понизить напряжение источника питания до требуемого
уровня. Это поиижеиное напряжение затем подается на вход другой
части схемы, для питания которой требуется именно такой уровень
напряжения .

главе 5 , "Знакомство с резисторам и", был приведен пример делителя
напряжения, который понижает напряжение 9-вольтового источника питания
до 5 В с помощью резисторов на 1 5 и 1 2 кОм. Приведеиное выше уравнение
делителя напряжения можно использовать для вычисления выходного напря­
жения, ивых• цепи делителя напряжения, которая показана на рис. 6.3, следую­
щим образом :
1 5000 Ом
=
х9 В
и
вых ( 1 2000 + 1 5000) Ом
1 5000 x g В
27000
=58
=

Схема, показанная на рис. 6.3 понижает напряжение источ ника питания
до 5 в .

В ычисn ение неиэвестно r о сопроти вn ения
Допустим, вы пользуетесь большим электрическим фонарем, который пи­
тается от 1 2-вольтовой батареи, а измеренный вам и ток в цепи такого электри­
ческого фонаря равняется 1 ,3 А. (Как измерить ток, рассказывается в главе 1 6,
"Осваиваем мультиметр"). Сопротивление лампы накаливания такого электри­
ческого фонаря можно вычисл ить, разделив напряжение, подаваемое на его
140

ЧАСТЬ 1 1

У правл ение током

+

GB1
98

Рис. 6.3. Эта схема делителя напряжения
понижает напряжение 9-вольтового
источника питания д о 5 В (Uвыхl

лам пу ( 1 2 В), на ток, проходящий через нее ( 1 ,3 А). Это простое вычисление
вы глядит так:
12 в

R. 1a�m = 1 3 А

= 9 Ом

,

И С П ОЛ ЬЗО В А Н И Е ЗА КО Н А О М А
Законом Ома удобно пользоваться для а нал иза на п ряжения и тока, п ротекаю­
щего через резисто ры и другие компоненты, которые ведут себя подобно ре­
зисторам, на пример в лампах на каливания . Но применять закон Ома к другим
электронным компонентам (например, к конденсаторам, подробное описание
которых вы найдете в главе ?, "Начальные сведения о конденсаторах'; и катуш­
кам и ндукти вности, обсуждаемым в гла ве 8, "Знакомство с индукти вностью")
следует очень внимател ьно. Дело в том, что такие компоненты не обладают
постоянным сопроти влением п ри рабочих условиях. Сопроти вление току у
таких компонентов (которое назы вается полным сопротивлением ил и импе­
дансом) изменяется в зависимости от того, что п роисходит в да н н ый момент
в соответствующей цеп и. Поэтому, нап ример, для измерения "сопроти вления "
конденсатора нел ьзя испол ьзовать мул ьтиметр, а затем п ытаться п римен ить
закон Ома.

Л у чш е од ин ра з у ви дет ь, ил и
3 а ко н О м а в д е й стви и
Зако н О ма, которому подч и н я ются все электро н н ые ком поненты , об­
ладающие сопротивлен ием . я вляется одн и м из самы х важных принципов

ГЛ АВА б

П одч и н я е мс я за ко ну О ма

141

в электронике. В этом разделе мы проверим действие закона Ома на практике
и сделаем свои первые шаги в анализе схем.
На рис. 6.4 представлена последовательная цепь, включающая 9-вольтовую
батарею, резистор на 1 кОм (Rl) и потенциометр, или переменный резистор,
на 1 О кОм (R2). С помощью этой схемы вы можете проверить действие закона
Ома при разных значениях сопротивления.
-

R1

+



GB1
98

R2
1 0к

Рис. 6.4. С помощью этой простой последовательной
схемы можно проверить действие закона Ома

Чтобы собрать такую схему, вам понадобятся перечисленные ниже детали .
»

Одна 9-вольтовая бата рея.

)) Одна бата рейная колодка.
))

СОВЕТ

Оди н резистор номиналом 1 кОм и мощностью 0,25 Вт, обозначен­
ный сочетанием из коричневой, черной и красной полосок.

))

Оди н потенциометр номиналом 1 О кОм.

))

Одна беспаечная макетная плата.

В главе 2, "Присrупаем к изучению электроники", приведена инфор­
мация о том, где можно приобрести эти детал и, а в главе 5, "Зна­
комство с резисторам и", подробно рассказы вается о резисторах и
потенциометрах. Чтоб ы подключ ить потенциометр к соб ираемо й
схеме, вам понадобится припаять к его вы водам кусочки право­
да. В главе 1 5 , "Сборка электронных схем", рассказывается о том,
как припаять провода к выводам потенциометра и как пользовать­
ся беспаечной макетной платой. Поскольку придется измерять ток,
вам, возможно, следует обратиться к главе 1 6, "Осваиваем мульти­
метр", в которой достаточно подробно рассказывается о том , как
пользоваться мультиметром.

Ниже описана последовательность действий по сборке схемы, представлен­
ной на рис. 6.4, и проверке действия закона Ома.

142

ЧАСТЬ 11

У пра вление током

1

.

Соедините между собой средний вывод (пол3унок) и оди н И3 кра йних
выводов потенциометра.

При исnол ьзован и и nотенциометра в качестве реостата (nеременного резис­
тора с двумя вы водами) принято соединять вместе (т.е. накоротко} средний и
оди н из кра й н их вы водов. В этом случае R2 п редставляет собой соnроти вле­
ние между средним и другим кра й ним выводом. Вращая ось потенциометра,
вы можете изменять соnроти вление R2 от О (нуля} омов до 1 О кОм. Все, что вы
должны сейчас сделать, - п росто скрутить вместе два конца п ровода, n ри па­
я н н ых к среднему и крайнему выводам nотенциометра.
2 . Установите потенциометр в пол ожение нулевого сопротивления.

Настроив мул ьтиметр на измерение соnротивления в омах, измерьте соп ро­
тивление потенциометра между средним в ы водом (nолзун ком} и кра й н и м
вы водом, не соединенным накоротко с движком. Затем вращайте ось nотен­
циометра (в одном или другом наnра влении}, пока на дисnлее мультиметра не
отобразится "О Ом". Это значение будет тем соn ротивлением потенциометра,
с которого вы начнете анализ работы своей схемы .

3 . Соберите схему, исполь3уя рис. б.S в качестве руководства к действию.

Обратите внимание: в соби раемой схеме nорядок nодключения выводов ре­
зистора на 1 кОм и потенциометра не имеют значения n ри условии, что вы
за коротите средний и оди н из крайних вы водов, ка к при измерении соn ро­
ти вления потенциометра . Для этого раскрутите два n ровода nотенциометра
и вставьте их в соседние гнезда макетной платы.

4. И3мерьте ток, проходящий по цепи.

Рис. 6.5. Беспаечная макетная плата обеспечивает соединения между
компонентами в этой простой последовательной цепи

ГЛ АВА б

П одчи н я емс я за ко н у Ома

143

Чтобы измерить ток, нужно разомкнуть цеп ь и вкл ючить мул ьтиметр после­
довател ьно с тем компонентом схем ы, ток в котором в ы хотите и змерить.
В любой последовател ьной цеп и величина тока, проходящего через каждый
компонент, будет оди наковой, поэтому вы можете измерить ток в такой цепи,
в кл ю ч и в мул ьтиметр в любую точ ку разрыва этой схем ы . П римен ител ьно
к рассматри ваемому нами примеру я расскажу, как подключ ить мультиметр
между резистором и потенциометром.
П режде чем подключить мультиметр к этой схеме, переключите его в режим
измерения постоянного тока в миллиамперах (лучше всего выбрать диапазон
до 20 мА). Затем переставьте в ывод резистора, соединенный с потенциоме­
тром, в другой столбец ма кетной платы (или п росто оста вьте этот неподкл ю­
чен н ы й вывод висящим в воздухе). Итак, вы разомкнули свою цеп ь.
Подсоедините положительный щуп мультиметра к разомкнутой стороне рези­
стора на 1 кОм, а отри цательный щуп мультиметра - к разомкнутой стороне
потенциометра. Обратите внимание на вел и ч и ну тока, отображаемую на дис­
плее мультиметра.
Я вляется л и эта величина тока такой, на которую вы рассчитывал и, п рименяя
закон Ома к своей цеп и ? Вспомните: поскол ьку потенциометр уста новлен
в нулевое соп роти вление (О Ом), суммарное сопроти вление вашей схемы назовем его Rсу•ш - равняется п риблизительно 1 кОм.

Следует ожидать, что ток будет ра вняться п римерно 9 мА, посколь ку И6ат 1
= 9 В/1 кОм = 9 мА. Любые расхождения в полученных резул ьтатах мо­
гут быть вызваны колебаниями напряжения источника п итания, отклонением
сопроти вления резистора и незнач ительным в нутренним соп роти влением
самого мультиметра.

R>

Усиление. Если в ы можете усиливать электрический сигнал, то в ы
можете сохра нять и передавать слабые сигналы - и усиливать их,
когда нужно, чтобы эти сигнал ы в ыполнял и какую-либо полезную
функцию.

Например, радиовол н ы переносят слабые аудиосигналы на огром­
ные расстоян ия, а усил ител ь в вашей стереосистеме п ризван уси­
л ить та кой с и гнал до такой степени, чтобы он мог воздействовать
на диффузор динамика, колебания которого позволят вам услышать
соответствующие звуки.

23 2

ЧАСТЬ 1 1

Управление током

До изобретения транзистора фун кции ком­
мутации и усиления выполнялись вакуумны­
м и электронными лампам и . Вообще говоря,
в начале ХХ столетия вакуум ная электронная
лампа считалась величайшим достижением
в области электроники. Затем Джан Бардин,
Уолтер Хаузер Браттей н и Уильям Брэдфорд
Шокли продемонстрировал и м иру, что кро­
шечные полупроводниковые транзисторы справляются с той
же работой - только гораздо лучше (и с меньшей потребля­
емой мощностью). В 1 95 6 году эта троица б ыла удостоена
звания лауреатов Нобелевской премии по физике за изобре­
тение транзистора.
В наши дни транзисторы приобрели буквально микроско­
пические размеры . Транзисторы отл ичаются отсутствием в
них подвижных частей, высокой надежностью и гораздо меньшей потребляе­
мой мощностью, чем у их предшественников - вакуумных электронных ламn .
(Тем не менее некоторые ценители музыки до сих пор полагают, что звуковая
аппаратура на основе вакуумных электронных ламп обеспечивает более высо­
кое и насыщенное качество звучания, чем апnаратура на основе твердотельной
транзисторной технологии.)
Двумя самыми расnространенными типам и транзисторов являются :
>>

биполярные планарные (плоскостные) транзисторы;

»

полевые (уни полярные) транзисторы.

На рис. 1 0. 1 nредставлены общепринятые условные графические обозна­
чения разных типов транзисторов на электрических схемах. В nоследующих
Б и пол ярные ппанарные

Полевые транзисторы с

транзисторы

изол и рованным затвором

rъJ





(МДП -тра нзистор)

��' ���
Эм иттер

Эмиттер

N P N -тиna

РN Р-ти nа

Затвор

�ок

Затвор

Исток

С индуци рованным
каналом N -типа

�ок

Исток

С и ндуци рованным
каналом Р-ти па

Рис. 1 0. 1 . Условные графические обозначения биполярных и полевых транзисто­
ров с подписанными выводами

ГЛАВА 1 О Транзисторы - мастера на все руки

233

разделах м ы рассмотрим подробнее биполярные планарные транзисторы и по­
левые транзисторы.

Б и полярные п n анарные тра нзисторы
Одними из первых были изобретены биполярные планарные транзисто­
ры, и именно они по сей день используются большинством радиолюбителей
в собираемых электронных схемах. Биполярные транзисторы состоят из двух
сплавленных между собой рп-переходов, образующих трехслойную "бутер­
бродную" структуру. Как объяснялось в главе 9, "Поrружаемся в м ир диодов",
рп-переход представляет собой границу между двумя разными типами полу­
проводников: полупроводником Р-типа, который содержит носители положи­
тельного заряда (их называют дырками), и полупроводником N-типа, который
содержит носители отрицательного заряда (электроны).
Каждый участок транзистора снабжен выводами . Эти выводы называются
база, коллектор и эмиттер. Существует два типа биполярных транзисторов
(рис. 1 0.2).
N Р N -т ран зи с тор

Р N Р-т ран зи с тор

Коллекrор

Коллекrор

N

р
База

База

N

N

р

Эмипер

Эм и ттер

Рис. 7 0.2. Биполярные планарные транзисторы
содержат два рп-перехода: "база-эмиттер"
и "база-коллектор"

234

))

N РN-транзистор. Тон к и й слой nолуn ровод н и ка Р-ти nа заключен
между двумя более толстыми слоями nолуn роводника N-тиnа, n ри­
чем каждый из этих трех участков снабжен собственным выводом.

))

РN Р-транзистор. Тон к и й слой nолуn ровод н и ка N-ти nа заключен
между двумя более толстыми слоями nолуnроводника Р-ти nа, n ри­
чем каждый из этих трех участков снабжен собственным выводом.

ЧАСТЬ 1 1 Упра вление током

3АПОМНИI

Биполярные транзисторы содержат, по сути, два рп-перехода: "ба­
за-эмиттер" и "база-коллектор". Изменяя напряжение между пере­
ходом "база-эмиттер", можно управлять смещением этого перехода
(которое может быть как прямым, так и обратным), что в конечном
итоге приведет к изменению прохождения электрического тока че­
рез транзистор. (В главе 9, "Погружаемся в мир диодов", я уже объ­
ясняла, что небол ьшое положительное напряжение создает прямое
смещение рп-перехода и разрешает прохождение тока, а отрицатель­
ное напряжение обеспечивает обратное смещение рп-перехода и за­
прещает прохождение тока.)

П олевые транзисторы

Полевой транзистор состоит из канала полупроводникового материала N­
или Р-типа, через который может проходить ток, и другого материала (проло­
женного через определенный участок канала), который управляет проводимос­
тью этого канала (рис. 1 0.3).
N - канальный полевой транзистор с

Р - канальный полевой транзистор с

изол ированным затвором

изоли рованным затвором

Исток

Исток

N

р

Затвор

Затвор

Сток

Сток

Рис. 1 0.3. В полевом транзисторе напряжение, приложенное к затвору, управляет
прохождением электрического тока через канал между истоком и стоком

Один из концо в этого канала называется истоком, другой
стоком,
а у правляющий механизм назы вается затвором. Прикладывая напряжение
к затвору, вы можете управлять прохождением электрического тока от истока
к стоку. Исток, сток и затвор снабжены выводами. У некоторых полевых тран­
зисторов имеется четвертый вывод от подложки кристалла, который позволяет
подключить ее к общему проводу электронной схемы. (Впрочем, не следует
-

ГЛАВА 1 О Тра нзисторы - мастера на все руки

235

путать эти "четырехножки" с !v!ДП-транзистора.ми с двумя затворами, кото­
рые также снабжены четырьмя выводами.)
Полевые транзисторы бывают двух видов - с N-каналом и с Р-каналом в зависимости от типа полупроводникового материала (N-типа или Р-типа со­
ответственно), через который проходит ток. Существует два основных подвида
полевых транзисторов: !v!ДП1 (полевой транзистор с изолированным затвором
типа "металл -диэлектрик-полупроводник ") и с управляющим рп-переходом).
Разница между ними определяется конструкцией затвора, что, в свою очередь,
определяет разные электрические свойства и разные области применения каж­
дого из этих подвидов транзисторов. Мы не будем рассматривать в этой книге
конструкти вные особенности затворов - вам следует лишь помнить о суще­
ствовании этих двух основных подвидов полевых транзисторов.
Полевые транзисторы (и, в частности, МДП) приобрели большую популяр­
ность, чем биполярные транзисторы, по причине их широкого исnользования
в интегральных микросхемах (ИМС), которые мы будем подробно обсуждать в
главе 1 1 , "Еще одна инновация : интегральные микросхемы". В ИМС работают
совместно многие тысячи или даже миллионы транзисторов. Дело в том, что
структура таких транзисторов, потребляющих очень малую мощность, позво­
ляет "уnаковывать" на одной кремниевой пластине, подобно сардинам в кон­
сервной банке, буквально сотни тысяч МДП-транзисторов с N- и Р-каналом .

Электростатический разряд может повредить полевой транзистор,
ВНИМАНИЕ!

поэтому после покупки храните его в антистатической упаковке до
тех пор, пока не решите использовать в своих электронных схемах.
Подробнее о разрушительном воздействии электростатического разряда можно прочитать в главе 1 3 , "Создание лаборатории и техника
безопасности".

Ка кие б ывают тран 3 исторы
Размер полупроводни кового кристалла в транзисторе не превышает пес­
чинки, поэтому изготовители полупроводниковых приборов помещают такие
крошечные компоненты в металлический или пластиковый корпус, из которо­
го торчат выводы, позволяющие подключить транзистор к электронной схеме.
Существует огромное разнообразие форм и размеров транзисторов (некоторые
из них представлены на рис. 1 0.4).
Сигнальные транзисторы, которые обычно используются в слаботоч ных
цепях, отличаются небольшими размерами своих корпусов. В более крупные
1 МДП-транзисторы часто называют МОП-транзисторами, от "металл-оксид-полу­
проводник", поскольку роль диэлектрика выпол няет оксид кремния.
Прuм е ч. ред.
-

23 6

ЧАСТЬ 1 1 Упра вление

током

корпуса упаковываются сwювые транзисторы, предназначенные для работы
в цепях, в которых протекают большие то ки. Большинство сигнальных тран­
зисторов выпускаются в пластиковых корпусах. Однако для некоторых схем,
в которых требуется миним изировать влияние внешних помех, используются
сигнальные транзисторы в металлических корпусах. Это позволяет снизить ве­
роятность паразитных высокочастотных (ВЧ) помех.

Рис. 7 0.4. Невзрачный корпус среднестатистического
транзистора - это лишь оболочка, скрывающая бога­
тый и восхитительный внутренний облик транзистора, который изменил окружающий нас мир

Биполярные транзисторы, как правило, снабжаются тремя гибким и выво­
дами, подключенными к базе, коллектору и эмиттеру. Одним исключением из
этого правила является фототранзuстор, который будет обсуждаться в гла­
ве 1 2, "Приобретение дополнительных деталей" . Он выпускается в прозрач­
ном корпусе и имеет всего два вывода (коллектор и эмиттер). Для смещения
фототранзистора используется свет, поэтому подавать напряжение на базу не
требуется. Все полевые транзисторы снабжены выводам и истока, стока и за ­
твора; впрочем, у некоторых полевых транзисторов имеется четвертый вывод.
позволяющий подключить подложку транзистора к общему проводу электрон­
ной схем ы. Четыре вы вода имеет также МДП-транзистор с двумя затворами
(четвертый вывод используется для второго затвора).

ЭАЛОМНИI

Чтобы понять, какой вывод транзистора к чему относится, ознакомь­
тесь с паспортом интересующего вас прибора. Будьте внимательны
при чтении документации : в ыводы транзистора чаще всего (правда,
не всегда) отображаются на виде корпуса снизу - как если бы вы
перевернули транзистор "вверх ногами" и смотрели на него снизу.

ГЛАВА 1 0 Тра нзисторы - м астера на все руки

237

ВНИМАНИЕ!

Транзистор нужно подключать к электронной схеме в точном соот­
ветствии с тем , как было указано ее разработчиком . Перепутав вы­
воды транзистора при его подключении к схеме, вы можете вывести
из строя не только сам транзистор, но и другие компоненты схемы.

С помощью транзисторов можно реализовать
п рактически n ю б ые функции
Транзисторы можно комбинировать между собой всевозможными способа­
ми, реализуя, таким образом, практически любые необходим ые вам функции.
Поскольку сам по себе транзистор (если не заключать его в корпус) очень мал,
можно создать электронную схему, содержащую сотни или даже тысячи тран­
зисторов (наряду с резисторами и другими компонентами), и выполнить такую
схему в виде единого компонента, легко умещающегося на вашей ладони. Эти
восхитительные создания, называемые интегральными микросхемами (ИМС),
позволяют собирать по-настоящему сложные электронные схемы буквально
из нескольких элементов. В следующей главе мы рассмотрим некоторые ИМС,
появившиеся в результате "полупроводниковой революции".

Как ра б отает транзистор

ЭАПОМНИ!

И биполярный, и полевой транзисторы работают, в принципе, оди­
наково. Напряжение, которое вы подаете на вход (базу в случае
биполярного или затвор в случае полевого), определяет, будет ли
проходить ток через транзистор (от коллектора к эм иттеру в случае
биполярного или от истока к стоку в случае полевого).

Чтобы получ ить представление о том , как работает транзистор
(в частности, полевой), вообразите трубопровод, который соединяет
источник воды со стоком через управляемый кран, врезанны й в тру­
бу, как показано на рис. 1 0.5 . Переводя кран из состояния "полностью закрыт" в состояние "полностью открыт" ил и "частично от­
крыт", вы можете управлять потоком воды от источника к стоку.
Существует два механизма управления краном. Кран может:

23 8

»

действовать подобно nерекnючатеnю (вкnючено/выкnючено),
л ибо пол ностью открывая, л и бо полностью закрывая поток воды
(промежуточные состояния невозможны);

))

открываться частично в зависимости от того, какую силу вы п ри­
кладываете к нему. П ри этом можно изменять степень за крытия

ЧАСТЬ 11

Упра вление

током

(открытия) кра на, регул и руя та ким образом поток воды от источ­
н и ка к стоку. Небольшие усилия, которые вы должны п риложить к
руч ке кра на, вызывают аналогич ные, но значител ьно большие из­
менения потока воды. Именно та к действует транзистор в роли уси­
л ителя.
Исток

N

Затвор

Затвор

Сток

Сток

Рис. 7 0.5. Транзистор, подобно водяному крану, можно
закрывать (ток не проходит), полностью открывать
(проходит максимальный ток) или открывать частично
(величина тока, который проходит через транзистор,
будет зависеть, образно говоря, от ширины
открытия затвора)

Биполярные транзисторы работают практически так же . База действует
подобно управляемому крану на рис. 1 0 . 5 , управляя потоком электронов от
эми11ера к коллектору (или, выражаясь языком, более привычным для разра­
ботчиков электронных схем, прохождением тока от коллектора к эм и11еру).
Изменяя напряжение, подаваемое на базу транзистора, вы можете полностью
открывать или закрывать транзистор или посредством незначительных измене­
ний напряжения, подаваемого на базу, вызывать значительные изменения тока,
проходящего от коллектора к эмитrеру.

М одел ь, иллюстрирующая принцип ра б оты транзистора
Строго научное объяснение принципов работы транзистора заставило бы
нас вдаваться в технические подробности, касающиеся свободных электронов,
перемещения дырок, рп-переходов и смещения . Однако вам вовсе необяза­
тельно знать все эти технические подробности, чтобы научиться правильно
использовать транзисторы в собираемых электронных схемах. Чтобы освоить
основы практического использования транзисторов, вам вполне достаточно
познаком иться с предложенной ниже функциональной моделью транзистора.
ГЛАВА 1 О Транзисторы - мастера на все руки

239

На рис. 1 0.6 представлены простая модель NРN-транзистора (слева) и его
условное графическое обозначение на электрических схемах (справа). Данная
модель включает диод, представляющий переход "база-эм иттер", и перемен­
ное сопротивление, Rкэ, между коллектором и эмиттером . Величиной этого
перемениого сопротивления в рассматриваемой нам и модели управляет диод.
Напряжения, токи и вы воды транзистора помечены соответствующим обра­
зом, чтобы вы могли видеть, как эта модель соответствует реальному прибору
(транзистору).

+

Эм ипер

Эмипер

Рис. 1 0.6. Транзистор действует как переключотель или как
усилитель в зависимости от напряжения, которое вы
подаете на базу

ЧТО О З Н А Ч А ЕТ С Л О В О ТРА НЗИСТОР
Почему же транзисторы называются именно транзисторами? Слово транзи­
стор (traпsistor) состоит из двух частей: traпs и resistor.
Traпs (от ан гл. traпsfer - переносить) в этом названии отражает то обстоятель­
ство, что, подавая напряжение п рямого смещения на переход "база-эмипер';
вы заставляете электроны перемещаться в другой части данного компонента:
от эмиттера к коллектору, т.е. переносите действие из одной части компонента
в другую его часть. В этом и за ключается принцип работы транзистора .

Поскол ьку изменения тока в базе вызывают п ропорционал ьные изменения
тока "коллектор/эмиттер'; транзистор можно п редставить в виде своеобраз­
ного перемениого резистора: когда вы поворачи ваете ось такого резистора
(в результате изменения тока базы), изменяется его соп ротивление, что, в свою
очередь, вызывает п ропорционал ьные изменения тока "коллектор/эмиттер'�
Отсюда и вторая часть названия транзистора: resistor.

Н иже разъясняются условные обозначения на схеме, представленно й на
рис. 1 0.6.
240

ЧАСТЬ 11

Уп равление

током

)) Ию - нап ряжение на переходе "база-эмиттер'; который п редстав­
ляет собой рn-переход, подобны й диоду.
))

fн (ток

)) Икэ

-

базы) - ток, поступающий на базу транзистора.

напряжение между коллектором и эмиттером. Это напряже­
ние будет изменяться в зависимости от того, что п роисходит в базе.

))

fк (ток

коллектора) - ток, поступающий на коллектор.

)) /3 (ток эмиттера) - ток, выходящ и й и з эмиттера. Ток эмиттера п ред­
ставляет собой сумму токов коллектора и базы: /3 = fк + fн.

Транзистор может находиться в одном из трех состояний (режимов
работы), перечисленных н иже.
3АПОМНИI

))

))

))

Заnерт (тра н3истор выкnючен). Если ИБЭ :5: О, 7 В, диод рn-перехода
заперт, поэтому fн = О. В результате сопротивлен ие между коллек­
тором и эмиттером Rкэ ста новится бесконечно большим, а это оз­
начает, что fк = О. Выходная цепь такого транзистора (переход "кол­
лектор-эмиттер") подобна разомкнутому переключател ю - ток по
цеп и не п роходит. Такой режим работы называется отсечкой.

Активный (тран3истор частично открыт). Есл и Ию > 0,7 В, диод
рn-перехода открыт, поэтому ток через базу п роходит. Есл и ток lii
мал, сопротивление Rкэ начи нает понижаться и через коллектор
начинает п роходить небольшой ток, fк. Ток lк п рямо п ропорциана­
лен /8, причем коэффициент усиления по току, h213, равняется отно­
шению Iк/1/i, а транзистор работает как усилител ь тока и находится
в акт ивном режиме.

Открыт (тран3истор nоnностью вкnючен). Есл и Иsэ > 0,7 В, а ток
/1; стал достаточно большим, сопротивление R10 понижается пра кт и­
чески до нуля, поэтому через коллектор начи нает п роходить ма кси­
мально возможный ток коллектора, fк. При этом напряжение между
коллектором к эмиттером, Икэ • близко к нулю. Поэтому в ы ходная
цеп ь такого тра нзистора (переход "«коллектор-эм итте р »") на по­
ми нает замкнуты й перекл ючател ь - через него п роходит макси­
мально возможны й ток, транзистор работает в режиме насыщения.
В этом режиме ток коллектора, fк, оказывается гораздо больш им,
чем ток базы, /8, поэтому током базы можно п ренебреч ь. Поскольку
13 = fк + fн, можно считать, что ток эмиттера приблизител ьно равен
току коллектора 1э ::::: 1к·

ГЛАВА 1 О Транзисторы - мастера на все руки

241

И спользован ие транзистора
При разработке какой-либо схемы на транзисторах вы должны подобрать
ком поненты, которые переведут транзистор в требуемы й режим работы (за­
перт, активен или открыт) в зависимости от функций, которые должен вы пол­
нять транзистор в конкретном случае. Ниже описано, как это делается.
»

))

Тран3истор-усиnитеn ь. Если вы хотите испол ьзовать тра нзистор
в качестве усил ителя (акти вный режим), нап ряжение источ ника пи­
та ния и резисторы, подкл ючаемые к тра нзистору, нужно выбрать
так, чтобы переход "база-эмиттер" оказался прямосмещенным и что­
бы через базу п роходил ток достаточной вел и ч ины, но не такой, ко­
торый мог бы перевести тра нзистор в режим насыщения. Этот п ро­
цесс называется смещением тра нзистора.

Тран3истор-перекn ючатеn ь. Есл и в ы хотите, чтобы тра нзистор
работал ка к п ерекл ючател ь (вкл ючено/вы кл ючено), то вел и ч и н ы
н а п ряжения источ н и ка п ита н и я и резисторов должн ы быть та ки­
ми, чтобы переход "база-эмиттер" не п ропускал ток (на п ряжение на
переходе "база-эмиттер" должно быть мен ьше 0,7 V) или чтобы этот
переход обеспечи вал полную п роводимость - п р и чем н и ка кие
п ромежуточные состоя ния не допускаются. Когда переход "база-э­
миттер" не п ропускает ток, тра нзистор работает в режиме отсеч ки
(переключател ь находится в разомкнутом положении). Когда пере­
ход "база-эмиттер" обеспечивает пол ную п роводимость, транзистор
работает в режиме насы щения, а переключател ь находится в зам­
кнутом положени и .

Т РА Н З И СТО Р В К А Ч Е С Т В Е П Е Р Е КЛ Ю Ч АТ Е Л Я
У вас может возни кнуть вопрос, зачем в качестве переключателя использо­
вать тра нзистор, когда существует так много других типов переключателей
и реле (об этом уже было сказано в главе 4, "Соеди няем все вместе"). Нач нем
с того, что у транзисторов есть несколько важных достоинств по сра внению
с другими ти пами перекл ючателей, и поэтому транзисторы испол ьзуются
в случаях, когда их п реимущества неоспоримы. Транзисторы потребля ют очень
малую мощность, могут выполнять переключения с частотой, достигающей не­
скол ьких миллиардов раз в секунду, и п ри этом имеют очень малые размеры .
Именно поэтому для коммутации сигналов в интегральных схемах (которые мы
будем обсуждать в главе 1 1 , "Еще одна инновация: и нтеграл ьные микросхемы")
испол ьзуются тысячи транзисторов, умещающихся в одной крошечной ми кро­
схеме. У механических переключателей и реле есть своя область п рименения.

242

ЧАСТЬ 11

Упра вление

током

Они испол ьзуются, например, в си туациях, когда транзисторы не спра вляются
с высокой нагрузкой, когда п риходится коммутировать токи, превышающие
5 А, или высокие напряжения (например, в энергетических системах).

Усилен ие си r налов с помощ ь ю транзистора
Транзисторы широко используются для усиления слабых сигналов. (Под­
робнее о том, что представляют собой сигналы, читайте ниже, во врезке "Что
такое электрические сигналы".)
Предположим, что на выходе одного каскада некой электронной схемы ге­
нерируется слабый аудиосигнал и вы хотите его усилить перед подачей на ка­
кую-то другую электронную схему (например, на акустическую систему). Как
показано на рис. 1 0.7, для этой цели используется транзистор. Для усиления
слабых колебаний аудиосигнала ( Uвх ) его нужно подать на базу транзистора,
обозначенного на нашей схеме как VТJ . Транзистор преобразует эти слабые
колебания в сWlьные колебания сигнала ( Ивых ), которые создаются на выходе
(коллекторе) транзистора. Затем усиленный сигнал можно снять с выхода тран­
з истора (коллектора) и подать на вход другой схемы, например акустической
системы.

Рис. 1 0. 7. Подключив надлежащим образом несколько резисторов,
вы можете обеспечить требуемое смещение на транзисторе
и управлять коэффициентом усиления этой схемы

В ьа б ор смещения тран 3 и стора в режиме уси n ения
Чтобы транзистор мог работать как усилитель, он должен находиться в ак­
тивном режиме (т.е. быть частично открытым). Чтобы перевести транзистор
ГЛАВА 1 О Транзисторы - мастера на все руки

243

в этот режим, его нужно немного сместить, приложив к базе небольшое напря­
жение. В примере, представленном на рис. 1 0.7, резисторы Rl и R2 подключе­
ны к базе транзистора и представляют собой делитель напряжения (подробнее
о том , как работает дел ител ь, рассказывается в главе 6, "Подчиняемся закону
Ома") , понижающего напряжение источника питания, Ипит· С выхода этого
R2

х ипит • достаточное для того,
Rl + R2
чтобы открыть транзистор и обеспечить прохождение через него тока. Смещение транзистора выбирается таким, чтобы он перешел в активный режим (т.е.
нужно добиться частичного открытия транзистора).
Конденсатор С 1 обеспечивает прохождение через транзистор тол ько пе­
ременного тока, блокируя постоянную составляющую входного си гнала (он
сдвииут вверх по постояииому иапряжеиию), как показано на рис. 1 0.8. Если
бы этого блокирующего конде нсатора не было, то постоя н ное напряжение
входного сигнала добавлялось бы к напряжению смещения и могло бы перево­
дить транзистор в режим насыщения или отсечки (запирать его), в результате
чего он не мог бы работать как усилитель.

дел ителя на базу подается напряжение,

Сигнал сдвинутнапряжению
вверх по
постоянному
08

.L. -· · - ·
....IдJ\
____

с.I.Qи,.-+....\ гаQ-+-ет

-

_

v \

Рис. 1 0.8. Блокирующий конденсатор С 7 помо­
гает поддерживать смещение транзистора
на должном уровне; он убирает постоянную
составляющую входного сигнала перед его
подачей на базу транзистора

1

Ч ТО ТА К О Е ЭЛ Е КТ Р И Ч Е С К И Е С И Г Н АЛ Ы
Транзисторы ши роко испол ьзуются для усиления сигналов. Электрический
сигнал - это ка ртина электрического тока, разворачива ющаяся во времени.
Зачастую в том, ка к электрически й си гнал изменяет во времени свою форму,
и заключается информация о каком-то физическом я влении, например об ин­
тенсивности света, тепла или звука, или о положени и ка кого-л ибо объекта,
например диафрагмы микрофона или вала двигателя. Электрически й сигнал
можно n редпавлять себе как неки й код, что-то наподобие азбуки Морзе. Элек­
трически й си гнал является носителем тайных сообщени й, которые вы можете
расшифровать (если, конеч но, вам известен ключ к этому коду).

244

ЧАСТЬ 1 1 Управление

током

Аналоговый электрический сигнал, или просто аналоговый сигнал, называется
так потому, что я вляется аналогом, т.е. отображением "один к одному" физи­
ческой вел ич и н ы, которую он п редста вляет. Например, когда в студи и звуко­
зап иси записывается какая-то песня, колебания да вления воздуха (которые
являются н и чем и ным, как звуком) воздействуют на диафрагму ми крофона,
колебан и я которой вызывают соответствующие изменения электрического
тока. Этот колебл ющийся ток я вляется п редставлением исходного звука, т.е.
аудиосигналом.

Цифровые системы наподобие компьютеров не умеют обрабатывать непре­
рывные а налоговые сигналы, поэтому электрические сигналы сначала необхо­
димо п реобразовать в цифровую форму - л и шь после этого их можно "запу­
скать" в цифровую систему. Цифровая форма - это всего л и ш ь еще одна схема
кодирования - схема, в которой для п редста вления и нформа ции использу­
ются только двоичные значения О и 1 (это во многом похоже на азбуку Морзе,
в которой испол ьзуются сочетания точек и ти ре). Цифровой сигнал создается
путем та к назы ваемой выборки (дискретизации), т.е. фиксации вел и ч и н ы ана­
логового сигнала через регулярные и нтервалы времени и п реобразования
каждого зафикс и рованного таким образом значения в строку двоичных раз­
рядов (битов).

В ы б ор коз фф ициента усиления по напряжени ю
Когда транзистор на рис. l О. 7 частично открыт, колебания тока в базе, вы­
зываемые входным сигналом nеремениого тока, усил иваются. Поскол ьку ко­
эффициент усиления no току, h213, любых транзисторов, которые вы реши те
исnользовать в своих электрических схемах, могут отличаться в довольно ши­
роких пределах (я бы даже сказала, в очень широких), схему усилите.1 я нужно
разрабатывать таким о бразом , чтобы она не зависела от этого пара\fетра ис­
nользуемого транзистора. Для этого вам придется в какой-то стеnени nожерт­
вовать усилительными с пособностями схемы, но взамен вы обесnе ч ите ста­
бил ьность и nредсказуемость ее работы .

ЭАПОМНИI

Задействовав в схеме, изображенной на рис. 1 0.7, резисторы RЗ и
R4, вы можете уnравлять коэффициентом ycWleнuя по напряжению ,
т.е. стеnенью усиления входного сигнала, не заботясь о том , какой
именно коэффициент усиления по току обесnечивает исnользуемый
вами транзистор. (Поистине замечательная возможность !) Коэффи­
циент усиления no наnряжению nеремениого тока транзисторной
схемы с резисторами, изображенной на рис. 1 0.7, равняется -RЗIR4.
Знак "минус" означает лишь то, что входной сигнал инвертирует­
ся на выходе схем ы . Другими словам и, когда наnряжение на входе
возрастает, а затем снижается, наnряже ние на выходе снижается,
ГЛАВА 1 О Тра нзисторы - мастера на все руки

245

а затем возрастает, о чем свидетельствуют формы входного и вы­
ходного сигналов, показанные на рис. 1 0.7. Прежде чем отправить
выходной сигнал, например, на акустическую систему, его нужно
пропустить через еще один блокирующий конденсатор (С2), чтобы,
опять же, устранить постоянную составляющую.

Т ипы тра нзисторных уси я итея ьных схем
Тип схемы, которую мы обсуждали в предыдущем разделе, называется уси­
литель с общим эмиттером (такое название обусловлено тем, что в этой схеме
эмиттер соединен с общим проводом). Такая схема - лишь один из возмож­
ных вариантов в ключения транзисторов в усилительных каскадах. В зависи­
мости от поставленных целей используются разные схемы включения транзи­
сторов. Например, разработчик может поставить перед собой цель обеспечить
высокий коэффициент усиления по мощности или по напряжению. Как имен­
но будет вести себя схема, зависит от ряда факторов, перечисленных ниже.
)) Способ подключения транзистора к источнику п итания.
))

Местоположение нагрузки.

)) Допол н ительные компоненты (например, резисторы, конденсаторы
или другие транзисторы), п римене и ные в схеме.
))

Место вкл ючения этих компонентов в схему.

Например, два биполярных транзистора можно включить по схеме состав­
ного транзистора (так называемая пара Дарлингтона) и создать тем сам ым два
каскада усиления. (Далее в этой главе, в разделе "Эксперименты с транзистора­
ми", вы узнаете, как создать простую пару Дарлингтона.) Такого же результата
можно добиться и более простым путем : купите компонент с тремя выводами
под названием транзистор Дарлингтона, который включает уже готовую пару
Дарлингто на.

СОВ ЕТ

246

Разработка усилительных устройств на транзисторах - самостоя­
тельная область знаний; этой теме посвящено немало замечатель­
ных книг. Если вы хотите узнать как можно больше о транзисторах
и о том, как разрабатывать усилительные устройства на их основе,
постарайтесь приобрести хорошую книгу по проектированию элек­
тронных схем, например третье издание книги Пола Хоровица (Paul
Horowitz) и Уинфилда Хилла (Winfie\d Hi\1) The Art of Electronics

ЧАСТЬ 1 1 Управление током

(Cambridge University Press) 1 . Это недешевая и фундаментал ьная
книга. Она считается классическим пособием по разработке элек­
тронных схем.

Коммутация си г налов
с помощ ь ю транзистора
Транзистор можно также использовать в качестве электронного коммутато­
ра (переключателя). В этом случае база транзистора действует подобно рычаж­
ку механического тумблера.
)) Тра нзисторн ы й переключател ь находится в положе н и и "выкл юче­
но': когда в его базу не поступает ток (режим отсеч ки). Выходная
цеп ь та кого транзистора (переход "коллектор-эмиттер") напоми­
нает разомкнуты й перекл ючатель, даже если между коллектором
и эмиттером существует разность напряжений.
)) Транзисторн ы й переключател ь находится в положении "включено':
когда в его базу поступает ток (режим насыщения). Выходная цепь
та кого транзистора (переход "коллектор-эми ттер") напоминает зам­
кнуты й переключатель, который проводит ток от коллектора к эмит­
теру - и далее к подключенной нагрузке.

Где же может понадобиться ключевой режим работы транзистора? Допу­
стим, вы разрабатываете некое электронное устройство для автоматической
выдачи корма цыплятам в утренние часы . Для управления входом транзистор­
ного переключателя, который подает ток на ваше исполнительное устройство
(нагрузку), можно воспользоваться фотодиодом. Последний проводит ток.
когда на него падает свет. Ночью фотодиод не проводит ток, поэтому транзи­
стор заперт. Когда восходит солнце, фотодиод начинает проводить ток, отпирая
транзистор и обеспечивая таким образом подачу тока на ваше исполнител ьное
устройство, которое начинает выдавать цыплятам корм. Цыплята накормлены
и довольны, а вы продолжаете спать.
Вам, наверное, интересно, почему нельзя сразу подать ток с фотодиода на
исполнительное устройство выдачи корма? Дело в том, что для срабатывания
этого устройства требуется намного больший ток, чем тот, который может про­
водить фотодиод. Малый ток фотодиода управляет включением/выключением
2

Существует перевод на русский язык второго издания этой книги, которая называет­
ся Искусство схем от ехн ики. - Пр u.м е ч. ред .

ГЛАВА 1 0 Тра нзисторы - мастера на все руки

247

транзистора, которы й действует nодобно nереключателю и nодает с источника
nитания большой ток, сnособный nривести в действие устройство выдачи корма.

ТЕХНИЧЕСКИЕ

ГЮДРО&Ности

Одна из nричин огромной nоnулярности исnользования транзисто­
ров в качестве nереключателей состоит в том, что в ключевом режи­
ме они рассеивают очень незначительную мощность. Вы, наверное,
nомните, что мощность равняется nроизведению тока и наnряжения.
Когда транзистор заnерт, ток в нем не nротекает, nоэтому рассеивае­
мая мощность равняется нулю. Когда транзистор nолностью открыт,
наnряжение Икэ близко к нулю, nоэтому рассеиваемая мощность
nрактически также равняется нулю.

В ы б ор тран з и сто р о в
Транзисторы nриобрели столь большую nоnулярность, что количество их
наименований исчисляется многими тысячами. Как же в таком случае выбрать
транзистор для вашей схемы и как разобраться во всем разнообразии транзи­
сторов, имеющихся в nродаже?
При разработке какой-либо транзисторной схемы нужно nонимать, как она
будет работать nри тех или иных условиях. На какой максимальный ток кол­
лектора должен быть рассчитан транзистор? Какой минимальный коэффици­
ент усиления по току вам требуется для усиления входного с игнала? Какая
максимальная мощность может рассеиваться на вашем транзисторе nри экс­
тремальных условиях его работы (наnример, когда транзистор заперт и все на­
пряжение источника питания может падать на переходе "коллектор-эмиттер")?
После уяснения всех деталей работы схемы можно приступать к просмотру
спецификаций транзисторов, чтобы подобрать такой тип транзистора, который
удовлетворит вашим потребностям.

В ажные характеристи к и тран 3 истора
Для описания всего множества существующих транзисторов используется
большое число nараметров, но, чтобы выбрать транзистор, подходящий имен­
но для вашей схемы, понадобится знать буквально несколько из них. В случае
биполярных (N PN или PNP) транзисторов вы должны обратить внимание на
перечисленные ниже параметры.
>>

248

Максимаnьно доnустимый ток коnnектора Uк.,a•.J. Максимал ь­
ная вел и ч и на nостоя н ного тока, которую может в ыдержать дан­
ный тра н з истор. Разрабаты вая ту и л и иную электрон ную схему,

ЧАСТЬ 1 1 Уn равление током

обязател ьно исnол ьзуй те р езис тор, чтобы огра н и ч и ть ток коллек­
тора его максимально доnустимым значением.
))

))

))

ЭАПОМНИI

Коэфф ициент уемnения по току (h1JЭ иnи р). О тношение тока кол­
лектора к току базы (т.е. Iкllн), которое характе ри зует усил ител ь­
н ы е возможности данного транзистора. Диа пазон ти п и ч ных зна­
чен и й коэффи циента усиления по току п рости рается от 50 до 200.
Пос кол ьку коэффи циент усиления по току ва рьируется в ш и роких
п ределах - даже с р еди одноти п н ых транзисторов, - вам нужно
знать гарантированное м и нимал ьное з начение h213• Коэффи циент
усиления по току, указанный в спецификациях для транзистора каж­
дого конкретного типа, я вляется ни чем иным, как гаранти рованным
минимальным значением h213• Вел и чина h213 зависит от выбранного
значения тока коллектора Iк, поэтому и ногда h213 указы вается для
оп р еделенной величины Iк, наnриме р 20 мд.
Максимальное наnряжение " коnnектор-эмиттер" ( Икэ�"а"J. Мак­
симал ьное н а п ряжение на переходе "коллектор-эмиттер"; его зна­
чение обычно - не менее 30 В. Есл и вы р аботаете с маломощными
схемами (а р адиол юбител ьские схемы, ка к nра вило, маломощные),
то этот параметр не п редста вляет для вас особого и нтереса.

Максимальная рассеиваемая мощность (Р.,0,.,). М а ксимальная
мощность, которую способен рассеивать данный тра нзисто р; эта
вел и ч и на п римерно ра вняется Икэ х Iк..,а.·с · Этот nараметр не пред­
ста вляет для вас особого и нтереса, если вы используете тра нзисто р
в кл ючевом режиме, поскол ьку р ассеи ваемая им мощность в этом
случае очень невел и ка. Есл и же вы используете транзистор в а ктив­
ном режиме (в качестве усилителя), этот nараметр важен для вас.

Есл и пред полагается, что в схеме транзистор буде т рассе и ват ь
мо щность, соизмеримую с величиной его максимал ьной рассеи ва­
емой мощности, то транзистор следует установить на тепл оотво..1
(радиатор).

Чтоб ы определить эти характеристики, ознаком ьтесь на сайте изготовителя
с паспортом интересующего вас изделия, в котором приведены технические
параметры этого прибора. Если вы собираете схему, разработанную кем-то
другим, спецификации не должны особенно вас волновать: вы можете просто
использовать транзистор, указанный разработчи ком схемы, или воспользовать­
ся справочником транзисторов, в котором указа ны возможные варианты заме­
ны для каждого транзистора.

Г ЛАВА 1 О Транзисторы - мастера на все руки

249

М а ркировка транзисторов
Многие биполярные транзисторы, изготовленные в Северной Америке, мар­
кируются пяти- или шестизначным кодом, который является составной час­
тью стандартной системы идентификации полупроводниковых приборов. Для
транзисторов первые два знака - всегда 2N : 2 указывает количество рп-пере­
ходов, а N указывает полупроводник. Оставшиеся три или четыре знака ука­
зывают конкретные характеристики данного транзистора. Однако разные изго­
товители могут использовать разные схемы кодирования, поэтому лучше всего
обратиться на сайт изготовителя, воспользоваться его каталогом или перечием
спецификаций, чтобы быть уверенным в том, что вы приобретаете именно то,
что нужно для вашей схемы.
М ногие поставщики каталогизируют транзисторы в соответствии с типа­
м и схем, в которых они используются (например, маломощные схемы, схемы
средней мощности, силовые цепи, схемы обработки звуковых сигналов (с низ­
ким уровнем шумов) или универсальные схемы. Зная, к какой категории отно­
сится разработанная вам и схема, вы без труда выберете транзистор, подходя­
щий для вашей схемы .

Э ксперимент ы с транзисторами
В этом разделе в ы увидите, как с помощью крошечных транзисторов можно
у правлять током в одной цепи (на выходе транзистора), изменяя параметры
электронных компонентов в другой цепи (на входе транзистора). В этом, вооб­
ще говоря, и заключается функция транзистора !

Усиление тока
Схему, показанную на рис. 1 0 .9, можно использовать для демонстрации
усилительных возможностей транзистора.
Н иже перечислены детали, которые понадобятся вам для сборки такой схемы.
»

Одна 9-волыовая батарея с батарей ной колодкой.

»

Один биполярный N РN-транзистор типа 2 N3904 или ВС548 (или л ю­
бой другой транзистор общего назначения); можно испол ьзовать
отечественн ы й транзистор КТЗ 1 02Д.

>>

Один резистор номи налом 470 Ом и мощностью не менее 0,25 Вт,
обозначенный желтой-фиолетовой-коричневой полосками.

»

250

ЧАСТЬ 11

Один резистор номиналом 1 О кОм, обозначенный коричневой-чер­
ной-оранжевой полосками.

Упра вление током

)) Оди н потенциометр на 1 МОм.
)) Два светодиода (любого размера и цвета).
))

Одна беспаечная макетная плата и перемычки.

Информация о том , где можно достать такие детали, приведена в главе 2,
"Приступаем к изучению электроники".
Используя рис. 1 0. 1 О в качестве руководства, выполните описанную ниже
последовательность действий.

Рис. 1 0. 9. Пара светодио­
дов помогает убедиться
в усилительных способнос­
тях транзистора

1

,

Рис. 1 О. 1 О. Слабый ток базы обеспечивает
лишь очень слабое свечение первого свето­
диода HL 1 красного цвета (слева), тогда как
значительно больший ток коллектора заставляет ярко светиться второй светоди­
од HL2 зеленого цвета (справа)

Соберите схему на основе какоrо-nибо бипоnярноrо NРN-транзистора
общеrо назначения, например типа 2N3904 иnи ВС548.

Убедитесь в п ра вильнести подключения в ыводов базы, коллектора и эмитте­
ра транзистора, руководствуясь маркировкой на корпусе транзистора или его
спецификациями. Убедитесь в п равильнести ориентации светодиода (соответ­
ствующая и нформация при ведена в гла ве 9, "Погружаемся в мир диодов").

2 . Проверните ось потенциометра до упора так, чтобы вывести ero н а мак­
симаnьное сопротивnение ( 1 МОм).

ГЛАВА 1 О Транзисторы - мастера на все руки

2 51

Скорее всего, вы будете н а бл юда ть сл а бое свечение светодиода HL2, одн а ко
п ри этом светодиод HLJвообще не будет светиться, хотя через него и п рохо­
дит очен ь сл а бый ток.

3 . Медленно поворачи вайте ось потенциометра, уменьшая его сопротив­
ление, и наблюдайте, как ведут себя светодиоды.

Повор а ч и в а я ось потенциометр а , вы должн ы н а блюд а ть постепенное усиле­
ние я ркости свечения светодиод а HL2. В ка кой-то момент вы увидите и све­
чение светодиод а HL J . По мере дал ьнейшего снижения соп роти вления по­
тенциометра оба светодиод а будут светиться все ярче, но яркость HL2 будет
гораздо больше я ркости HLJ .

Итак, вы стали свидетелем усилительных способностей транзистора. Сла­
бый ток базы, проходящий через HL J , усиливается транзистором, в результате
чего через HL2 проходит знач ительно больший ток. HLJ светится тускло, по­
скольку через него проходит слабы й ток базы, а HL2 светится ярко, поскольку
через него проходит значительно больший ток коллектора. Если хотите, може­
те измерить оба эти тока. (О том, как измерить слабый ток базы, можно прочи­
тать во врезке "Измерение очень слабых токов".)
И З М Е Р Е Н И Е О Ч Е Н Ь СЛ А Б Ы Х ТО К О В
Ток б а зы би полярного тра нзистора н а р и с . 1 0. 1 О , которы й проходит через
светодиод HLJ , очень м а л, особенно когда соп роти вление потенциометр а
выставлено н а максимум. Измерить этот крошечный ток можно несколькими
способами.






252

Выполните измерение непосредствен но. Для этого перекл ючите мул ь­
тиметр в режим измерен ия м а лого постоян ного тока, р азомкните цеп ь с
одной стороны светодиод а HL J и включ ите мультиметр последов а тел ьно
со светодиодом HLJ . (Этот ток н а стол ько м а л, что ва ш измерительный п ри­
бор может п р осто "не з а метить" его.)
И змерьте ток косвен но, п ризвав на помощь з а кон Ом а . Тот же ток, кото­
р ый п роходит через светодиод HLJ и подается н а ба зу транзистора, прохо­
дит та кже через два резистор а : потенциометр Rl и постоян н ы й резистор
R2 номин а лом 1 О кОм. Вы можете измерить падение н а п ряжения на любом
из этих резисторов и разделить вел и ч и ну этого напряжения н а сопротив­
ление резистора . (В гл а ве б, "Подчи няемся з а кону Ом а '; было ска зано, что,
согл а сно з а кону Ом а , ток, п роходящий через резистор, ра вняется н а п ряже­
н и ю н а этом р езисторе, деленному н а его соп ротивление.)

Чтобы ваше измерение было ка к можно более точным, отключите источник
п ита ния от схемы, извлеките из нее резистор и измерьте точно его соп ро-

ЧАСТЬ 1 1 Уп ра вление

током

тивление с помощью мультимет ра . Затем выч ислите вел и ч и ну тока . Вос­
пользовавшись этим методом, я измерила ток базы, который в моем случае
оказался равным 6,7 мкА (т.е. 0,0000067 А).

Установив максимальное сопротивление потенциометра ( J МОм), я измери­
ла ток базы, который в моем случае оказался равным 6,7 мкА (т.е. 0,0000067 А)
и ток коллектора (он оказался равным 0,94 мА). Разделив ток коллектора на
ток базы, я определила, что коэффициент усиления по току моей транзистор­
ной схемы равняется 1 40. Установив сопротивление потенциометра равным
О Ом, я измерила ток базы (0,65 мА) и ток
коллектора ( 1 4 мА); при этом коэффициент
+ 98
усиления по току оказался равным пример­
но 2 1 ,5 . Довольно большой разброс 3 !

В ключите свет !
На рис. 1 0 . 1 1 представлена схема сен­
сорного выключателя . В ней для усиления
очень слабого тока базы, которого было бы
достаточ но, чтобы засветился светодиод,
используется пара NРN-транзисторов. Это
последовательное соединение двух бипо­
лярных транзисторов, при котором их кол­
лекторы соединены между собой, а эмиттер
одного транзистора подключен к базе дру­
гого транзистора, называется составным
транзистором или парой Дарлингтона 4 •
(Транзисторы обозначаются на электриче­
ских схемах буквами VT.)

Рис. 1 О. 1 1 . Составной транзи­
стор (пара Дарлингтона) может
использоваться в качестве сен­
сорного выключателя

3 В данном случае автор измерила коэффициент усиления по току транзистора, нахо­
дящегося в режиме, близком к насыщению, что лишено всякого смысла. Дело в том,
что в режиме насыщения ток коллектора ограничен номиналом резистора R З и не бу­
дет меняться nри дальнейшем увеличении тока базы. Поэтому коэффициент усиления
по току будет зависеть только от номиналов резисторов Rl и R2 и не будет отражать
реальные nараметры транзистора.
Пр uме ч. ред.
-

4 Очень nлохая nрактика, когда в схемах база транзистора остается "висящей в воз­
духе" и ни к чему не подключена, как в данном случае. Дело в том, что транзистор с
висящей в воздухе базой может nолросту выйти из строя, не говоря о том, что поме­
хоустойчивость такой схемы будет крайне низкой . Поэтому в подобных случаях ре­
комендуется всегда соединять базу транзистора с общим проводом схемы через рези­
стор сопротивлением порядка 1 МОм . - Прииеч . ред.

ГЛАВА 1 О Транзисторы - мастера на все руки

2 53

Чтобы протестировать сенсорный выключатель, соберите схему, как пока­
зано на рис. 1 0 . 1 2 . Н иже перечислены детали , которые по надобятся вам для
сборки такой схемы.

Ф •

»

Одна 9-вол ыовая батарея с батарей ной колодкой.

>>

Од и н рез истор ном и налом 1 00 кОм, обозн а ч е н н ы й кор и ч н е­
вой-черной-желтой nолосками.

»

Один резистор ном и налом 1 кОм, обозначенный кор и чневой-чер­
ной-красной nолосками.

»

Один светодиод л юбого размера и цвета.

»

Два биполя рных NРN-транзистора тиnа 2N3904 или ВС548 (ил и л ю­
бые другие транзисторы общего назначения).

»

Одна бесnаечная макетная nлата и nеремычки.


-о 111
(,) . . ..
.Q • • ,.
r(! •

















Рис. 1 0. 12. Один из способов сборки транзисторной схемы сенсорного
выключателя. Светодиод загорается после одновременного касания
пальцем вывода резистора номиналом 1 00 кОм и провода, подключенного к положительной клемме источника питания

Замкните цеnь, прикоснувшись пальцем к месту ее разрыва, как показано на
рис. 1 0. 1 2 (не бойтесь получить удар электрическим током : в результате этого
эксперимента мой десятилетний сынишка остался цел и невредим). Зажегся ли
СИД? Когда вы замыкаете эту цепь, через вашу кожу проходит очень слабый
ток (несколько ми кроампер), который усиливается парой транзисторов, зажи­
гающих светодиод.
2 54

ЧАСТЬ 1 1 Управление

током

ПОДРО6НОС1И
ТЕХНичЕСКИЕ

Если вы прикоснетес ь к висящему в воздухе выводу резистора но­
миналом 1 00 кОм (не замыкая цепь), то можете заметить кратковре­
менную вспышку светодиода (особенно если перед этим вы пройдетесь шаркающей походкой по ковру ) . Э то о 6ъ ясняется тем, что на
вашем пальце накопился небол ьшой электрический заряд, и когда
вы прикоснетесь к резистору, этот заряд стечет на базу первого тран­
зистора и усилится парой Дарлингтона в достаточной степени, что­
бы зажечь светодиод. (Если номинальный коэффициент усиления по
току, h213, ваших транзисторов равняется 1 00, то суммарный коэф­
фициент усиления пары Дарлингтона составит 1 00 х 1 00 = 1 О 000.)
После того как заряд стечет, светодиод погаснет. (Обратите внима­
ние: если прикоснуться к выводу резистора с надетым антистатичес­
ким браслетом, светодиод не зажжется.)

ГЛАВА 1 0 Тра нзистор ы - мастера на все руки

2 55

Глава

11

Е щ е одн а и н н о в а ц и я :
и н т е г р а л ь н ь1 е
м и к ро с хем ь1
В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .
)) Раз м е щен и е м ножества комп оненто в на кри с та лле
и нтеграл ь но й м и кросхем ы (ИМС)
)) Изъя с няемся на язы ке двои ч н ых разр я до в
» Ло г и ч е ски е ра ссужден ия о л о г ич ес ких э ле м ен тах
» Р аз би раемс я в о б озна чен и я х на корпусах ИМС

)) Ра сп ол ожен ие вы в од о в ИМС

)) Ус илен и е с иг налов с помощь ю оп е ра ц ионных усил ител ей
» Си нхрон иза ц и я, п од с ч ет и у п ра вл ен и е вс е м ,

что п о п а д ется под ру ку

к

осмические исследования, программ ируемые кардио­
стимуляторы, потребительская электроника - все �....,"'1'
это и многое-многое другое оставалось бы для нас
лишь досужими мечтам и и игрой творческого воображе­
ния, есл и бы в нашем распоряжении не появились инте­
гральные микросхемы. Это потрясающее новшество (на
самом деле - цепочка потрясающих новшеств) сдела­
ло возможным появление вашего смартфона, планшета,
i Pod и навигационной системы GPS, а также но ве йших
прорьшных технологи й, таких как 3 D-печать и автоном ные

(без водителя) транспортные средства. Как знать, возможно, с помощью ИМС
в один прекрасный день вы создадите посредством 3D-печати собственный
бесп илотный автомобил ь!
Интегральная микросхема включает от нескольких десятков до многих
м иллиардов (да-да, именно миллиардов ! ) электронных компонентов, умеща­
ющихся в одном устройстве, которое, в свою очередь, легко помещается на
ладони вашей руки. Каждая ИМС содержит сложный ком плекс крошечных
управляющих схем на основе транзисторов, причем взаимодействие с внеш­
ним миром осуществляется посредством конечного числа ее выводов.
В этой главе рассказывается о том , как появились интегральные микросхе­
мы, описаны три разновидности интегральных микросхем и рассматривается
внутренняя начинка одной из этих разновидностей - логических ИМС. В ы
узнаете о том, как компьютеры и другие цифровые устройства, оперируя двумя
разными уровнями напряжения, обрабатывают информацию, используя осо­
бые правила, которые называются логикой. Затем я объясняю, как по внеш­
нему виду ИМС можно понять, какие функции она выполняет (поскольку для
этого недостаточно лишь маркировки, приведеиной на корпусе ИМС) и как
подключать ИМС к электронным схемам. Наконец, мы подробно рассмотрим
три самые популярные ИМС : вы узнаете, какие функции они выполняют и как
их можно использовать в схемах, которые вы будете разрабатывать самостоя­
тельно.

П очему именно И М С
И нтегральная микросхема (ИМС) была изобретена в 1 95 8 году (ч итайте
врезку "Рождение ИМС") как средство решения проблем, присущих ручной
сборке электронных компонентов при их массовом производстве с использо­
ванием больших количеств крошечных транзисторов. Интегральные микро­
схемы, которые часто назы вают Jwuкpoчunaмu или просто кристштами, пред­
ставляют собой миниатюризированные электронные схемы, создаваемые на
одной пласти не из полупроводникового материала. Типичная интегральная
м икросхема содержит сотни транзисторов, резисторов, диодов и конденса­
торов, а сам ые современные и совершенные ИМС содержат несколько м ил­
лиардов компонентов. В в иду столь высокой плотности компонентов в И МС
появилась возможность создавать очень сложные электронные схемы на осно­
ве буквально двух-трех корпусов ИМС. Интегральные микросхемы являются
строительными блоками более крупных электронных схем. Соединяя тем или
иным способом нескол ько ИМС, вы можете создать практически любое элек­
тронное устройство.
258

ЧАСТЬ 1 1 Уп равление

током

Р О ЖД Е Н И Е И М С
После изобретения транзистора в 1 947 году внимание разработч и ков элек­
тронных устройств перекл юч илось с громоздких электронных вакуумн ых
ламп на этот новый полупроводниковый, более компактн ы й и надежны й элек­
тронн ы й прибор. Поскольку размер перестал быть серьезным п репятствием
на пути внедрения множества смел ых и далеко идущих п роектов, разработ­
ч и ки начали создавать все более и более совершенные и сложные электрон­
ные схемы. Одна ко успехи в создании сложн ых электронных схем породили
ряд п ра кти ческих п роблем: соединения сотен компонентов нем и нуемо по­
рождали ошибки, локализовать которые было чрезвыча й но сложно. К тому
же сложные схемы зачастую не обладали требуемым быстродейств ием, по­
скольку электронам требовалось какое-то время, чтобы п реодолеть сложный
лабиринт п ровод о в и компонентов 1• На п ротяжении 1 950-х годов гла вной за­
ботой и нженеров в электрон ной п ромышленности было уменьшение разме­
ров электронных схем и повышение их надежности.
В 1 952 году брита нский и нженер по имени Джеффри Даммер
(Geoffrey Dummer} ( 1 909-2002} обнародовал свою идею объ­
еди нения множества элементов электронных схем на одной
пласти не из полупроводни кового материала - без испол ьзо­
вания соединительных п роводов. По его мнению, такой подход
должен был устра нить ошибки, вызванные непра вильными со­
еди нениями, и избавить изготовителей электронной техни ки
от обременительной ручной сборки дискретных компонентов.
Хотя Джеффри Даммер п редложил лишь идею И МС, но не реализовал ее на
п ракти ке, именно его считают основоположн и ком интегральной схемы.
Затем, летом 1 958 года, Джек Килби (Jack Кilby} ( 1 923-2005},
недавно приняты й на работу инженером в ком п а н и ю Texas
l п strumeпts, самостоя тельно создал в лаборатории (в то вре­
мя как его коллеги находились в отпусках} прототи п И МС: он
разместил несколько электрон н ых компонентов на одной
монол итной германиевой пластине (герман и й, как и кремний
я вляется полупроводниковым материалом} и преложил на поверхности пласти н ы металлические соединения между ними.
Эта п римити вная конструкция, п редложенная Джеком Килби, и стала первой
успешной демонстрацией интегральной микросхемы.
Спустя шесть месяцев Роберт Ной с (Robert Noyce} ( 1 927 - 1 990} из компании
Fai rchild Semicoпductor (который впоследствии стал одн и м из основателей
1 На самом деле виной всему были высокая собствен ная емкость и индуктивность по­
добных соединений, из-за которой искажалась форма сигнала при повышени и рабо­
чей частоты.
Примеч . ред.
-

ГЛАВА 1 1

Еще одна и н новация : и нтегральные микросхемы

2 59

компании l ntel) п редложил собственн ы й ва риант ИМС, ко­
торая позволяла решить множество п ра ктических п роблем,
присущих конструкции Джека Килби, и наладить их массовое
п роизводство. Килби и Нойс счита ются изобретателями и нте­
грал ьной микросхемы . (Килби стал лауреатом Нобелевской
п ремии по физике в 2000 году за в клад в изобретение интег­
рал ьной м и кросхемы, п ра вда с задержкой в 42 года! Вп ро­
чем, на церемон и и вручения п реми и он заявил, что, если бы
в момент получения им Нобелевской п ремии был жи в Роберт Нойс, он по п ра­
ву должен был бы разделить эту п реми ю с н им.)
С 1 958 года в мире электроники п роизошло множество событи й . Трудно пере­
ч исл ить все инновации, появившиеся за это время . Плотность размещения
транзисторов на кристалле (т.е. количество элементов на еди н и цу площади
кристалла, что характеризует та кже степень их бл изости оди н по отношению к
другому) за это время росла по экспоненциальном закону, что вызвало бурный
п рогресс в электронике. В наши дни производител и полупроводниковых п ри­
боров умещают на одной кремниевой пласти не, размер которой не п ревышает
десятицентовой монетки ( 1 8 мм в диаметре), милл ионы транзисторов, и это
уже н и кому не кажется чем-то необычным, а начи ная с 2006 года выпускаются
микропроцессоры, содержащие более одного миллиарда транзисторов. Дух
захватывает, когда вдумаешься в эти числа!

А нало r овые, ци ф р овые и смешан н ые И М С
Со временем изготовители м икросхем научились выпускать множество
разных ИМС, каждая из которых вы полняет определенную функцию в зави­
симости от способа соединения ком понентов внутри ИМС. М ногие из интег­
ральных микросхем, которые могут встретиться вам, стали настолько популяр­
ньiми, что были стандартизированы . Обширную информацию о таких ИМС
вь1 найдете как в книгах, так и в Интернете. Эти стандарт изированные ИМС
выпускаются м ногими изготовителями, а используют их в сво их устройствах
производители электронной техники и миллионы радиолюбителей по всему
миру. Другие, специализированные, ИМС предназначены для выполнения той
или иной уникальной задачи. Чаще всего конкретная специал изированная ми­
кросхема выпускается лишь какой-то определенной компанией.
Все ИМС - и стандартизированные, и специализированные - можно раз­
дел ить на три основные категории: аналоговые, цифровые и смешанные. Эти
термины относятся к типам электрических сигналов (подробнее об электри­
чес ких сигналах можно прочитать в главе 1 О, "Транзисторы - мастера на все
руки"), которые обрабатывает микросхема.
260

ЧАСТЬ 11

Уп равление током

))

Анаnоговые ИМС. Эти ИМС содержат схемы, которые обрабатыва­
ют аналоговые сигналы, п редста вляющие собой непрерывно изме­
няющиеся во времени на п ряжения и токи. Такие схемы н а зываются
аналоговыми. Аналоговые И МС п рименя ются в схемах блоков п ита­
ния, датчиков, усилителей и фил ьтров.

))

Цифровые ИМС. Эти ИМС содержат схемы, которые обрабаты ва­
ют цифровые сигналы. Цифровые си гналы п редставля ют собой раз­
ворач и ва ющиеся во времени совокупности значени й напряжения
(или тока). Причем напряжение (или ток) может принимать лишь два
значения, которые п редставля ют двоич н ые цифровые да н н ые (на­
п р имер, вкл ючено/выкл ючено, высокий уровен ь/н изкий уровень
или 1 /0; более п одробное обсуждение цифровых да н н ы х п ри ве­
дено в следующем разделе.) Такие схемы называются цифровыми.
Некоторые цифровые ИМС (нап ример, м и кроп роцессоры) содер­
жат милл ионы - или даже милли а рды - крошечных электронных
схем на площади, не п ревыша ющей нескол ьких квадратн ых мил­
лиметров.

))

Смешанные И МС. Эти ИМС содержат как а налоговые, так и цифро­
вые схемы . ИМС смешан н ого типа обычно используются для п ре­
образова н ия а н алоговых си гналов в цифровые, которые, в свою
очередь, испол ьзуются в цифровых устройствах. П римерами та ких
ИМС могут служить а налого-цифровые п реобразовател и (АЦП),
цифро-аналоговые п реобразователи (ЦАП) и п роцессары цифровых
радиосигналов.

П р инятие р ешен и й на основе ло r ики
Когда в школе вы учились складывать ч исла, вам просто приходилось запо­
минать набор стандартных правил сложения, таких как "2+2=4" и "3+6=9". За­
тем, когда вы учились складывать многоразрядные числа, вы использовали эт и
простые правила, а также еще два приема: перенос числа из младшего разряда
в старший и перегруппирование разрядов цел ых чисел из старших разрядов в
младшие. Применяя несколько несложных приемов и одно простое правило,
вы могл и без труда сложить два больших числа.

3АПОМНИI

Микро процессор в вашем ком пьютере работает примерно так же.
В нем для выполнения простых операций наподобие "2+2=4" ис­
пользуется множество крошечных цифровых схем, которые в сре­
де профессионалов назы вают цифровой логикой. В ыходы этих
логичес ких схем внутри ми кро процессора объединяются с уче­
том правил выполнения простых операций наподобие переноса/
ГЛАВА 1 1

Е ще одна и н нова ция : и нтегральные ми кросхемы

261

перегруппирования, чтобы получился искомый результат. Комби­
нируя эти схемы и соединяя их между собой в нужной последова­
тельности, микропроцессор может выполнять достаточно сложные
математические операции. Однако в основе всего, по сути, лежит
некая совокупность простых логических схем, в которых выполня­
ются примитивные логические операции.
В этом разделе вы получили представление о том, как работают цифровые
логические схемы.

Ч то такое б иты
Складывая два ч исла, вы должны учитывать тот факт, что каждый из разря­
дов этих чисел может принимать значение от О до 9. Так происходит потому,
что в повседневной жизни м ы используем привычную нам десятичную систе­
му счисления, в основании которой лежит число 1 О. При сложении же двух
чисел в ком пьютере используется более простая для аппаратной реализации
двоичная система счисления, в основании которой лежит число 2. Поэтому
компьютер оперирует только двоичными числами, каждый из разрядов кото­
рых может принимать значение О или 1 . Поскольку в двоичной системе для
каждого разряда возможны лишь два значения, эти разряды называются двоич­
ными разрядами или битами. При этом для представления нужных значений
чисел или определенных символов используются наборы битов, или битовые
строки. Например, ч исло 1 3 в двоичной системе представляется в виде бито­
вой строки 1 1 О 1 . Ниже, во врезке "Побитовое представление чисел", кратко
объясняется, как это все работает.
Помимо представления чисел и символов, биты можно использовать для
пересылки информации. Биты данных, используемые в качестве носителей ин­
формации, поистине универсальны. Они могут представлять многие явления,
каждое из которых можно характеризовать двумя состояниями - так называе­
мые двустабWlьные (бинарные) явления : пиксель (элемент изображения) экра­
на может либо светиться, л ибо нет; клавиша может быть либо нажата,
либо отпущена; на дорожке лазерного DVD-диска может либо быть выемка,
л ибо ее может не быть; транзакция банкомата может быть либо подтверждена,
либо отклонена; и т. п . Присваивая логические значения О и 1 какому-то кон­
кретному явлению, которое можно охарактеризовать двумя состояниями, "да"
и "нет", вы можете использовать биты для передачи информации о физических
я влениях и использовать эту информацию для у правления каким и-то другими
процессами, обрабатывая эти биты в соответствующей цифровой схеме.

262

ЧАСТЬ 11

Управление током

3АПОМНИ1

Логические значения 1 и О также называют "исти ной" и "ложью"
или "высоким" и "ни з ки-.(· уровнями. Но чем же в действительно­
сти являются эти едини цы и нул и в цифровых схемах? На самом
деле они представляют собой высокое и низкое значения тока или
напряжения, кото ры м и отпираются или зап ираются транзисторы .
(В главе 1 О, "Транзисто ры - мастера на все ру ки", был описан
принuип действия транзисто ро в и было показано, как их можно ис­
пользовать в качестве переключателей.) Для представления цифро­
вых данных чаще всего исп о льзуются высокое и н изкое значения
наnряжения. Например, как правило, напряжение О В соответствует
логическому О, или низкому уровню, а 5 В - логической 1 , или вы­
сокому уровню.

Байт (с этим термином вам, наверное, уже приходилось сталкивать­
ся) представляет с о бой набо р из восьми битов. Байт используется в
качестве базово й единицы для хранения информации в ком пьютер­
ных системах. В системах ком пьютерной памяти, таких как оперативное запоминающее устройств о (ОЗУ), а также в накопительных
устройствах, таких как ком пакт-диски (CD) и флеш-память, байты
используются для хранения огромных масс ивов данн ых. В каче­
стве аналогии здесь можно привести организацию хранения денег
в банке. Как известно, все денежные купюры упаковываются в пач­
ки, чтобы упростить наличные расчеты и ускорить пересчет денег.
То чно так и в ком пьютерных системах биты данных упаковываются
в байты , чтобы упростить процесс хранения информации.

=�

П О Б И ТО В О Е П Р Е ДС ТА ВЛ Е Н И Е Ч И С Е Л
Если в десятичной системе счисления ( системе счисления по осно­
1 0) требуется n редставить какое-то число, бол ьшее 9 , то при
этом nриходится исnользовать допол нительные разряды. Каждая позиция
(разряд) в десятичном ч исле n редста вляет собой оnределенную стеnень ч исла
1 0 (1 0°, 1 01 , 1 02 и т.д.), а значение цифры (от О до 9 ), занима ющей данную nози­
цию (разряд), я вляется множителем nри соответствующей стеnен и числа 1 О.
Когда мы говорим о стеnенях числа 1 О, показатель степени (т. е. ч исло сnра­
в а от 1 О, обозначен ное мел ким шрифтом) говорит о том, сколько раз нужно
умножить 1 0 на самое себя, т.е. 1 01 ра вняется 1 0, 1 02 равняется 1 0 х 1 0 = 1 00,
1 03 равняется 1 О х 1 О х 1 О = 1 000 и т.д . Что же касается 1 0°, то это ч исло n ро­
сто равняется 1 , поскольку любое ч исло в нулевой стеnени равняется 1 . Таким
образом, nозиции (ра зряды) в десятич ном числе, начиная с кра йней сnрава,

m
....



• •




....
"'


• • •

• •





• •

• •



• • •







' •













• •







• .. • •

• • • •

• •


. .

С>
....



"





• •







• •

.

.

. . �
"'
.....

• •

е



Рис. 1 1 .20. SРDТ-переключатель используется в этой схеме
бистабильного мультивибратора для запуска и сброса
таймера 555 (на рисунке добавлены обозначения выводов
ИМС и положений переключателя)

После сборки схемы переведите переключатель в положение "Запуск". За­
горелся ли при этом светодиод? Горит ли он, пока переключатель находится в
положении "Запуск"? Теперь переведите переключатель в положение "Сброс".
Погас ли светодиод и остается ли он в погашенном состоянии, пока переклю­
чатель находится в положении "Сброс"?



2 94

Поскольку высокий (или низкий) уровень напряжения остается на
выходе триггера до тех пор, пока триггер сброшен (или запущен),
последний можно использовать для хранения одного бита данных.
(Вспомните, что бит может быть равен О или 1 , что соответствует
низкому или высокому уровню напряжения.) Регистры, использу­
ем ые для хранения промежуточных значений, включенные между
каскадам и сложной логической схемы, состоят из м ножества три­
ггеров. Триггеры также используются в некоторых схемах цифро­
вых счетчиков для хранения двоич ных разрядов в связанных меж­
ду собой регистрах. Последние образуют массив, выходы которого
составляют строку битов, представляющую результат счета. (См .
выше в этой главе врезку "Промежуточное хранение двоичных дан­
ных в регистрах", в которой приведена дополнительная информация
о регистрах.)

ЧАСТЬ 11

Уnравление током

Рассмотренные выше типы схем с испол ьзован ием таймера 5 5 5
можно использовать для запуска других схем н а осн о ве таймера
5 5 5 . Например, генератор тактовых импульсов можно использовать
для запуска триггера, лежащего в основе всев о зможных схем отсчета реального времени. Одн о вибратор можно также использовать
для генерирования непродолжительного негромкого тона. Когда его
звучание закончится, м ожно изменить состояние триггера, выход
которого запустит генерато р, к которому подключен динамик. Та­
кую схему можно использовать в домашней системе сигнализации .
В распоряжении владельца, входящего в свой дом (или у грабителя),
есть примерно 1 О секунд на то, чтобы отключить эту систему сигна­
лизации (при этом раздается негромкий предупреждающий сигнал),
после чего раздается громкая сирена, способная разбудить жильцов
не только этого дома, но и соседних.

П одсчет и мпуn ьсов с помощью десятично r о счетчика 401 7
Десятичны й счетчик-дешифратор 40 1 7 изготовлен по технологии КМОП
(существуют отечественные аналоги К5 6 1 ИЕ8 и К 1 76ИЕ8). Его цоколевка
показана на рис. 1 1 .2 1 . Он представляет собой 1 6-штырьковую ИМС, которая
после запуска выполняет циклический подсчет импульсов от О до 9, их после­
дующую дешифрацию и вывод сигнала на одну из 1 О выходных ножек. Когда
тактовый импульс подается на вывод 1 4, выходной сигнал последовательно
появляется на выводах 1 -7 и 9-1 1 (не подряд!). При положительном перепаде
тактового импульса показания счетчика каждый раз увеличиваются на едини­
цу. Учтите, что выходной сигнал, соответствующий текущей цифре, не будет
появляться на выходных ножках, пронумерованных в строгой последователь­
ности против часовой стрелки. Чтобы определить, в какой именно последо­
вательности это происходит, изучите цоколевку микросхемы. В ыходы тако го
счетчика можно использовать для п о следовательного зажигания группы све­
тодиодов (как например, в устройствах бегущих о гней и модел и свето фора,
о п исанных в главе 1 7, "Создание первых электронных устройств") или для за­
пуска одновибратора, который управляет какой-то другой схемой.
Счет может осуществляться, только когда на выводе 1 3 (Запрет счета) при­
сутствует низкий уровень напряжения. Счет можно приостановить, подав вы­
со кий уровень напряжения на вывод 1 3 . Можно также с бросить счетчик в нуль,
подав высокий уровень напряжения на вывод 1 5 . Это означает, что на выходе
нулевого значения счетчика (вывод 3) появится высокий уровень напряжения.

ГЛАВА 1 1

Е ще одна и н новация: интеграл ьные ми кросхемы

295

+ Ипнт ( от 3 до 1 5 В )

5
1

В ых о ды

о
2
б

Сброс

CD40 1 7A
( К56 1 ИЕ8

К 1 76ИЕ8)
ил и

Та ктовые и спульсы
Запрет с чета
Перен о с

7

9

3

4

Общи й

8

Выходы

Рис. 1 1.2 1 . Цоколевка микросхемы десятичного счетчика-делителя 40 1 7



СОВЕТ

296

Соединяя каскадно несколько ИМС 40 1 7, в ы можете создавать мно­
горазрядные десятичные счетчики , способн ые подсчитывать десят­
ки, сотни , тыся ч и и более и м пул ьсов. На выходе переноса (вы­
вод 1 2) появляется в ысокий уровень напряжения, когда значение
счетчика находится в пределах от О до 4, и н изки й уровень напря­
жения, ко гда значение счетч ика находится в пределах от 5 до 9 .
Другими словам и, уровень си гнала н а этом выходе изменяется
с низкого на высоки й через каждые десять входных им пул ьсов.
Поэтому, выходной сигнал с в ывода 1 2 подать на такто вы й вход
(вы вод 1 4) другого десятичного счетчика, то этот второй счетчи к
будет подсч иты вать десятки. Подавая выходной сигнал с в ы вода
1 2 второго счетчи ка на в ывод 1 4 третьего счетчика, вы уже може­
те подсчитывать сотни входных импульсов. Имея достаточ ное ко­
л ичество м и кросхем 40 1 7 (всего-то полтора десятка ! ) , вы можете
даже подсчитать национальны й долг США !
В ыходы микросхемы счетчика 40 1 7 можно соединять между собой
через диоды, чтобы получить результирующий выходной сигнал
разной длительности. Для этого нужно подключ ить аноды диодов
(положител ьны й полюс) к соответствующему выходу счетчи ка,
а все катоды (отрицател ьные полюса диодов) соединить вместе и
подключить к ним нагрузочный резистор. При таком способе вклю­
чения, когда на каждом из выходов поя в ится высокий уровен ь

ЧАСТЬ 1 1 Управление током

напряжения, ток будет проходить через этот резистор. Например, вы
можете таким образом смоделировать работу дорожного светофора,
соединив вместе выходы 0--4 и подавая результирующий сигнал (че­
рез резистор) на красный светодиод, подключив выход 5 к желтому
светодиоду и, соединив вместе выходы 6-9, для управления зеленым
светодиодом . (Читайте об устройстве модели светофора в главе 1 7,
"Создание первых электронных устройств".)

М и кр о ко нтр оллеры
Одной из самых гибких и универсальных интегральных схем, которые мо­
это ма­
гут встретиться вам, является микроконтроллер. Микроконтро!Ulер
ленький полноценный ком пьютер, реализованный на одной микросхеме. Что­
бы запрограммировать м икроконтроллер, его нужно поместить на макетную
плату, которая обеспечивает сопряжение этой микросхемы с переанальным
ком пьютером . После того как м икроконтроллер будет запрограммирован, его
можно вставить в соответствующее гнездо вашего электронного устройства
(роль которого может исполнять беспаечная макетная плата). Чтобы обеспе­
чить сопряжение между микроконтроллером и светодиодами, двигателями или
переключателями, вам понадобится добавить всего несколько других компо­
нентов - вот и все, что требуется от вас ! Эта маленькая программируемая
микросхема способна на очень м ногое (например, она может у правлять дей­
ствиями робота). Важное достоинство микроконтроллера заключается в том,
что путем внесения соответствующих изменений ли шь в несколько строк кода
(или полного перепрограмм ирования микроконтроллера) вы можете изменить
вы полняемые им функции. При этом вам не нужно перекоммутировать про­
вода, заменять резисторы и другие ком поненты, чтобы заставить эту гибкую
микросхему выполнять какую-то новую функцию.
Изготовители интегральных схем выпускают сотни наименован ий микр о ­
контроллеров, причем некоторые из них ориентиро ван ы именн о на нач инаю­
щих радиолюбителей. Какие-то из них, например микроконтроллер, кото ры й
вы видите на печатной плате, показаиной на рис. 1 1 .22, можно приобрести как
с оставную часть полного пакета разработч ика. В этом случае вы получаете
в со бранном виде печатную плату, на которой смонтирована ИМС микрокон­
троллера, дискретные ком поненты и стандартные соединители, с помощью
которых вы можете подключить этот микроконтроллер к той или иной схеме
в процессе работы или к пере анальному ком пьютеру для программирования.
Во многие из таких наборов включена, пом имо прочего, так называемая инте­
грированная среда разработки (I DE), которая содержит программные средства
для программирования микроконтроллера. (Подробнее о микроконтроллерных
-

ГЛАВА 1 1

Е ще одна и нновация: и нтеграл ьные м и кросхемы

297

наборах можно прочитать в главе 1 8, "Десять
направлений для дальнейшего изучения элек­
троники".)
Рис. 7 7 .22. Квадратная микросхема, на которую
взирает Джордж Вашингтон, представляет
собой микроконтроллер, подпаянный методом
поверхностного монтажа к миниатюрной
печатной плате, на которой смонтированы
также дополнительные компоненты и разъем

Д ругие попуn я рные И М С
К ч ислу других распространенных функций, обеспечиваемых интеграль­
ными схемам и, относятся выполнение математических операций (сложение,
вычитание, умножение и деление), мультиплексирование (т.е. выбор нужного
сигнала, поступающего по нескольким входам, и передача его на единствен­
ный выход) и преобразование сигналов из аналоговой форм ы в цифровую и
обратно.
>>

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) используется для п реоб­
разова ния а налогового сигнала (т.е. непрерывного сигнала) в циф­
ровой сигнал, который можно обрабатывать с помощью компьюте­
ра или какой-либо другой цифровой электронной системы.

»

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) испол ьзуется для п ре­
образования обработа нного цифрового си гнала обратно в а н ало­
говый си гнал. Например, а налоговый сигнал используется для при­
веден и я в действие динамиков в вашей домашней а кустической
системе.

Разумеется, микропроцессор, который является основой вашего персональ­
ноге компьютера и, возможно, играет не последнюю роль в вашей личной жиз­
ни, также относится к числу сам ых популярных ИМС .
Ч исло других интегральных микросхем, пользующихся большой популяр­
ностью среди радиолюбителей, столь велико, что обсудить их все на страницах
этой книги не представляется возможным . Между тем разработчики микроз­
лектронной техники постоянно предлагают все новые и новые идеи (а также
усовершенствуют ряд своих старых идей), а это значит, что в обозримом буду­
щем выбор в мире интегральных микросхем у нас будет более чем достаточным.

29 8

ЧАСТЬ 11

Управление т о ком

Глава

12

П р и о б рете н и е
д о п ол н и т е л ь н ь1 х
детал е и
v

В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .
)) Вы би ра е м са м ы й п одходя щи й ти п п ровода
» О беспеч и в аем эл е ктроп ита н и е с п омо щью бата р е й

и сол н е ч н ых элеме нто в

)) Уп ра вля е м со ед и н е н ия м и с помощь ю п е р е кл ю ча телей
)) З а п уска ем схе м ы в д ей с т в и е с помо щ ью датч и ков
)) П р е о бра зуе м эле ктри ч е ство в св ет, з в ук и дв ижен и е

н

есмотря на то что отдельные ком поненты и интегральные
м и кросхемы, обсуждавшиеся в главах 4- 1 1 , играют
..".........,.,.
. _
""'JII!Wii�
ключевую роль в формировании потока электронов
в электронных схемах, не следует забывать о многих дру­
гих деталях, которые играют вспомогательную, но все
же очень важную роль в обеспечении работы электрон­
ных схем.
Некоторые из этих вспомогательных деталей - та­
кие, как провода, разъем ы и батареи - являются важ­
ными составным и частями любой электронной схемы.
В конце концов, вы испытывали бы серьезные (возможно,

даже непреодолимые) затруднения, если бы вам пришлось собирать какую-ли­
бо электронную схему без проводов, которыми вы могли б ы соединять между
собой отдельные ком поненты, или без батареи, которая служила бы источ ни­
ком питания это й электронной схемы. Что же касается других деталей , которые
мы будем обсуждать в этой главе, то вам, возможно, придется только изредка
испол ьзовать их - и притом лишь в схемах, вы полняющих специфические
функции. Например, когда вам понадобится создать некий шумовой эффект,
для этой цели может пригодиться схема, генерирующая зву к наподобие воя
сирены, однако совершенно понятно, что схему, создающую тако й звуковой
эффект, вы будете использовать далеко не в каждой из разрабатываемы х вами
электронных схем.
Вы этой главе м ы будем обсуждать груп пу разнородных компонентов. Часть
из таких компонентов всегда должны быть у вас под рукой (точ но так же, как
вы создаете у себя дома некоторый запас туалетной бумаги и тюбиков зубной
пасты), тогда как другие вы будете приобретать лишь для реализации какого-то
определенного устройства.

В ыпол нение соединен и й
Собирая ту или иную электронную схему, вам приходится соединять между
собой отдельные ком поненты этой схемы, обеспечивая, таким образом, про­
хождение тока между ними. В последующих разделах описаны провода, кабе­
ли и разъемы, которые о беспечивают прохождение тока между ком понентами
электронной схемы.

Ка к п равил ь но вы б рат ь п ровода
Провод, которы й вы используете во всевозможных устройствах электрон­
ных схем, это всего лишь длинная нить металла ( ч аще всего провода изго­
тавливают из меди). Провод выполняет единственную функцию: обеспеч ить
прохождение электронов между компонентами электронной схемы. В продаже
имеется достаточно широкий ассортимент проводов. В последующи х разделах
вы найдете рекомендации по вы бору типов проводов, подходящих для тех или
иных устройств.

Многожильный или одножильный провод ?
Отрежьте шнур от какой-нибудь старой настольной лампы, которая хранит­
ся у вас в кладовке, и вы увидите два или три пучка очень тонких проводо в,
причем каждый из этих пучков проводов заключен в изолирующую оболочку.
(Полагаю, не нужно объяснять, по ч ему, когда вы будете отрезать шнур, вилка
300

ЧАСТЬ 1 1

Уп равление

током

шнура не должна быть вставлена в электрическую розетку.) Такой провод на­
зывается многожWlьным. Другой тип провода, называем ый одножWlьньиw, со­
держит лишь один провод, или жилу (которая, как правило, бывает толще, чем
у м ногожильного провода), заключенную в изолирующую оболочку. Примеры
многожильных и одножильных прав одав представлены на рис. 1 2 . 1 .
Нескол ь ко тон ких проводов

М н огожил ь н ы й п р овод

И зол я ци я



Оди н про вод



Одножил ьн ы й п ровод

Рис. 12. 1 . В электронике широко используются как много­
жильные, так и одножильные провода

Многожильный провод гораздо гибче одножильного, поэтому он обычно
используется в ситуациях, когда провод приходится много двигать или сгибать
(например, в шнурах для настольных ламп и в кабелях, которые вы п одключа­
ете к своему пер еанальному компьютеру или стереосистеме). Одножильный
провод используется в местах, где вам не придется м ногократн о перемещать
провод, и для соединения ком понентов на макетных платах (подробнее о ма­
кетных платах можно прочитать в главе 1 5 , "Сборка электронных схем"). Од­
ножильный провод легко вставляется в гнезда макетной платы, но для того
чтобы вставить в гнездо макетной платы м ногожильный провод, вам придется
скрутить концы его жил вместе (чтобы все они надежно во ш ли в гнездо); прав­
да, в процессе скручивания вы можете сломать одну ил и две жил ы (поверьте,
именно так чаще всего и случается), а это, в свою очередь, может привести
к закорачиванию цепи.

Ч то такое кали б р п ровода
В США диаметр жилы чаще всего указывается в виде так называемого ка­
либра провода. Как нарочно, соотношение между диаметром и калибром про­
вода в электронике является, по сути, обратны м : чем меньше калибр провода,
тем больше его диаметр. Типичные калибры правадов указаны в табл. 1 2. 1 .
ГЛАВА 1 2 Приобретение дополн ительных деталей

3 01

Табл и ца 1 2. 1 . П ровода, w и роко испольэуемые п р и монтаже
электронных схем

Кал и б р
п р о во д а

Д и а ме т р
п р о во д а ( м м )

Обл а с т ь п р и м е н е н и я



1 ,29

Электронные схемы, работающие с большими токами
или мощностями

18

1 ,02

Электронные схемы, работающие со средними токами
или мощностями

20

0,8 1

Больши нство устройств электронной техн и ки

22

0,64

Большинство устройств малоточных электронных схем

30

0,25

Соединения на п рототи пах малых печатных плат
или соединения, выполняемые методом монтажа
на круткой

Для повторения большинства электронных устройств - в том числе опи­
санных в этой книге - можно использовать провод диаметром 0,6-0,8 мм (20или 22-го калибра). При подключении к источнику питания электродвигате­
ля вам понадобится провод диаметром 1 - 1 ,5 мм ( 1 6- или 1 8-го калибра). Для
выполнения соединений на прототипах малых монтажных плат лучше всего
использовать провода диаметром 0,25-0,32 мм (2 8- или 30-ro калибра). Провод
диаметром 0,25 мм (30-го калибра) раньше использовался для соединения ком­
понентов на монтажных платах специального назначения ; для этого применял­
е я так называемый .метод монтажа накруткой, которы й в наши дни исполь­
зуется очень редко. (Подробнее о монтаже электронных схем можно прочитать
в главе 1 5 , "Сборка электронных схем".)
Калибр провода иногда обозначается с использованием довольно
странных аббревиатур. Например, вам может встретиться провод
20-го кал ибра, обозначаемый как 20 ga., #20 или 20 AWG (American
Wire Gauge - американский калибр проводо в).

СОВЕТ

ВНИМАНИЕ!

3 02

Если вы нач инаете работать с приборам и, в которых используются
более высокие напряжения или токи, чем те, которые указаны в этой
книге, ознакомьтесь с инструкциями к соответствующему прибору
или обратитесь к авторитетному справоч нику, чтобы определ ить
диаметр провода, подходящи й для вашего устройства. Например,
в National Electrical Code (Национальные правила эксплуатации
электротехнического оборудо вания в США) перечислены калибры

ЧАСТЬ11

Управление

током

проводов, требуем ые для монтажа каждого из типов электропровод­
ки, которые используются в жилых домах. Желательно также обла­
дать знаниями по технике безопасности и квалификацией, достаточ­
ными для работы над подобными устройствами.

К расочн ы й ми р проводов
Как и в случае цветных полосок, раскрывающих секреты величин сопротив­
ления резисторов, цветная изоляция, в которую заключен провод, помогает вам
проследить те или иные соединения в ваше й схеме. При выполнении соедине­
ний постоянного тока (например, когда вы работаете с монтажной платой) об­
щепринятой практикой является использование красного провода для всех со­
единений, подключенных к положительной клемме источника питания (+ Unum)
и черного провода - для всех соединений, подключенных к отрицательной
клемме источника питания (+ Unum) или к общему проводу. Желтый или оран­
же вый провод часто испол ьзуется для обозначения входных сигналов, таких
как сигнал, поступающий от микрофона в схему. Если у вас под рукой всегда
будет набор проводов разного цвета, вы можете закодировать соединения с раз­
ными компонентами проводами определенного цвета. Тогда впоследствии вам
будет достаточно лишь беглого взгляда, чтобы понять, что происходит в вашей
схеме (если, конечно, вы не дальтоник).

О б ъединение п роводов в ка б ел и или жгуты
Кабели представляют собой группы из двух или большего числа проводов,
защищенных наружным слоем изоляции. Двужильные провода, по которым
переменный ток течет от электрической розетки к какому-либо электричес­
кому прибору, например настольной лампе, являются кабелями. Также стоит
упомянуть и жгуты, проложеиные в мешанине соединений вашего домашнего
кинотеатра или настольного компьютера. Кабели отличаются от многожильно­
го провода тем, что провода, используемые в кабелях, разделены между собой
изоляцией .

П одключение посредством разъ емов
Если взглянуть на кабель - скажем, такой, с помощью которого спутнико­
вый тюнер подключается к телевизионному приемнику, - то на обоих его кон­
цах можно увидеть специальные металлические или пластмассовые приспосо­
бления. Эти приспособления назы ваются штекерами, которые представляют
собой один из видов разъ емов. На вашем спутниковом тюнере и телевизион­
ном приемнике имеются также металл ические или пластмассовые розетки; в
эти розетки вставляются штекеры, которы ми снабжаются концы кабеля. Эти
ГЛАВА 1 2

П р иобретение доnолн ительных деталей

30 3

розетки (которые иногда называют гнездами ил и контактными колодками)
представляют собой еще оди н в ид разъ емов. Набор штырько в и отверсти й
в разъемах обеспечивает соединение нужного нам провода в кабеле с соответ­
ствующим проводом в устройстве, подключаемом с помощью этого кабеля.
Разные типы разъемов испол ьзуются для разных целей. Н иже перечислен
ряд разъемов, с которыми вам придется иметь дело в своей радиолюбитель­
ской практике.
))

Клемма и клеммная колодка фун кцион и руют в п а ре и являются
простейшим ти пом разъемного соединения. Клеммная колодка со­
стоит из набора п а р ви нтовых клемм. Обычно она п р и крепляется
к корпусу или шасси разрабатываемого устройства . На концы всех
п роводов, которые плани руется п одкл ючить к клеммной колодке,
нужно п р ипаять (или обжать) специальные наконеч н и ки, назы вае­
мые клеммами. П осле этого не соста вит труда подключ ить каждую
клемму к соответствующему конта кту на клеммной колодке. Когда
нужно соед и н ить вместе два п ровода, п росто п р и крутите их к од­
ной из пар в интовых клемм.

))

Штекеры и розетки служат для передач и аудио- и видеоси гналов
между отдел ьными блоками оборудования по кабелю наподобие
тех, которые п редставлены на рис. 1 2.2. Штекеры на каждом кон це
кабеля подключа ются к соответствующим розеткам, расположен­
ным на корпусе устройства. Аналоговые аудиокабели {рис. 1 2.2, сле­
ва) содержат оди н или два сигнальных п ровода (по которым пере­
дается аудиосигнал) и металли ческий экран, в который закл ючены
п ровода. Этот металл ический экран защи щает сигнальные п ровода
от электромагнитных помех (так называемого шума) путем мини­
миза ц и и на водок п а разитного тока в этих п роводах. Кабел и циф­
ровых систем мул ьтимедиа, например НDМI-кабель, показанный на
рис. 1 2.2, справа, содержат нескол ько экра н и рова н н ых п роводов,
по которым передаются цифровые аудио- и видеосигналы.

))

Многоштырьковые разъемы обычно испол ьзуются для передач и
сигналов на печатн ы е платы и съема сигналов с печатных плат. Пе­
чатная плата
это тонкая пластина из диэлектри ка, на которой
монти руются компоненты неразборной электронной схемы . М но­
гошты рьковыми разъемами удобно п ол ьзоваться для реал изац и и
сложных электрон н ых устройств, в которых задействуется несколь­
ко печатных плат. Бол ьш и нство многоштырьковых разъемов состо­
ит из одного или двух рядов металлических конта ктных шты рьков,
закрепленных на пластмассовой основе, которая монтируется не­
посредственно на печатной плате. К многошты рьковому разъему
могут подключаться отдел ьные п ровода, или жгут п роводов. Сам
-

3 04

ЧАСТЬ 11 Упра вление т о ко м

разъем может вста вляться в ответную часть, расположе н ную на
конце плоского шлейфа, ил и ленточного кабеля (это такая совокуп­
ность изол и рованных друг от друга п роводов, уложенных рядом в
одной плоскости и образующих плоский, гибкий кабел ь) . П рямоу­
гольная форма разъема позволяет легко п роследить путь сигналов
от каждого п ровода в та ком кабеле к требуемой ч асти печатной
платы. Многошты рькавые разъемы разл и ч а ются п о кол и честву
штырько в (выводов), испол ьзуемым в н их, нап ример существует
40-штырьковый разъем.

Рис. 12.2. Аналоговый аудиокабель (слева) и НDМ/-кабель (справа)
обеспечивают передачу информации между отдельными блока­
ми электронного оборудования

В электронике используется широкий ассортимент разъем о в. П одро б н о из­
учать весь этот ассортимент нет нужды до тех пор, п о ка вы не присту пите
к реализации более сложных устройств. Если вы хотите узнать п о б о.1ьше о б
имеющемся в наши дни ассортименте разъемов, можете обратиться к с оответ­
ствующим катало гам или заглянуть на веб-сайты поставщиков эл е ктро н ной
техники, перечисленных в главе 1 9, "Десять превосходных поставщико в элек­
тронных компонентов". У большинства поставщиков разъемы выделены в от­
дельную категорию продукции.

И сто чн и ки 3л ект р о п и та н ия
Никакие провода и разъемы не помогут вам, если у вас нет источника элек­
тропитания. В главе 3 , "Общие с ведения об электрических цепях", м ы уже
обсуждали источники получения электричества, в том числе исто чник пере­
меннога тока, каким является настенная розетка у вас дома, а также источники
постоянного тока, какими являются батареи и солнечные элементы (кото рые
ГЛАВА 1 2

Приобретение дополнительных де талей

30 5

иногда называют фотогальваническими элементами). В этом разделе я расска­
жу о том , как выбрать источник питания и как nодавать его напряжение на
свои схемы.

П итание от б атаре й
Самым подходящим источником nитания для боль шинства электронных
схем я вляются химические элементы п итания или батареи (которые пред­
ставляют собой набор соединенных последовательно элементов питания). На
рис. 1 2 .3 представлены символы, которыми обозначаются
элементы питания и батареи на электрических схемах.

J_


+_L


Рис. 12.3. Обозначения химического элемента питания
(слева) и батареи (справа) на электрических схемах

На многих электрических схемах батареи обозначаются так же, как элемен­
ты nитания. Элементы nитания - довольно легкие и компактные источники
питания. Соединяя последовательно несколько элементов питания, вы можете
создать источник п итания, обеспечивающий практически любое нужное вам
напряжение постоянного тока. Широко используемые элементы питания типо­
размеров ААА, АА, С и D обесnечивают наnряжение питания около 1 ,5 вольт
каждый. 9-вольтовая батарея (иногда называемая транзисторной батареей1 ,
или батареей типа "Крона") по своей форме напоминает nараллеле nипед и
обычно содержит шесть 1 ,5-вольтовых элементов nитания. (Некоторые деше­
вые батарейки могут содержать только nять 1 ,5-вольтовых элементов питания.)
Батарея для электрического фонарика (круnная прямоугольная штуковина,
которая может nитать фонарик внушительных размеров) вырабатывает напря­
жение около б В .

nодклю ч ение батарей к электрическим схемам
Для подключения отдельной 9-вольтовой батареи типа "Крона" к электричес­
кой схеме обычно исnользуется специальная колодка, nоказанная на рис. 1 2 .4.
Пружинные контакты этой колодки защелкиваются на вы водах батареи . Эти
вы воды называются разъемом типа "Крона" или РРЗ . К ним припаяны чер­
ный и красный провода, с помощью которых батарея и подключается к схеме.
Для этого сначала нужно зачистить изоляцию на концах nроводов, а затем под­
ключить эти выводы (оголенные концы черного и красного проводов) к своей
схеме. Эти выводы можно также подключить к клеммам, вставить в отверстия
1

Потому что раньше такие батареи nитали транзисторные радиоnриемники. - Пр и­

меч. ред.

306

ЧАСТЬ 1 1 Упра вление

током

беспаечной макетной платы или nриnаять неnосредственно к соответствую­
щим контактам на печатной nлате . Все эти методы м ы будем обсуждать в гла­
ве 1 5 , "Сборка электронных схем".

Рис. 12.4. Батарейная колодка облегчает подключение
9-вольтовой батар еи к вашей схеме
1

К А К О Ц Е Н И Т Ь С Р О К СЛ У Ж Б Ы О Б Ы Ч Н О Й БАТА Р Е Й К И
Емкость батареи, указанная в ампер-часах (Ач) и л и миллиампер-часах (мдч),
позволяет вам уяснить, какой вел и ч и н ы ток может обеспечивать и нтересую­
щая вас батарея на п ротяжении определенного периода времен и. Например,
емкость 9-вольтовой батареи обы чно составляет примерно 500 мдч . Та ка я
батарея может п итать схему, потребляющую 25 мА, в течение п римерно 20 ч ,
после чего напряжение батареи начнет падать. (Я п роверяла 9-вол ьтовую ба­
тарею, которую испол ьзовала на п ротяжении нескольких дней; оказалось, что
в конце этого срока ее нап ряжение составляло лишь 7 В.) Батарея типоразмера
АА, емкость которой составляет 1 500 мАч, может п итать схему, потребляющую
25 мА, в течение примерно 60 ч.

Шесть батареек типоразмера АА, соединенных последовательно (такой на­
бор обеспечи вает напряжение около 9 В), будут служить дольше, чем одна
9- вольтовая батарея. Это объясняется тем, что шесть батареек, соединенных
последовател ьно, содержат больше химических веществ, чем одна 9-вол ьто­
вая батарея, и могут обеспечивать больший ток на п ротяжении определенного
периода времени, п режде чем "сядут". (В гла ве 3, "Общие сведения об электри­
ческих цепях'; рассказывалось о том, как устроены батарей ки и почему они
в кон це кон цов "садятся'�) Если разработанная вами схема потребляет значи-

ГЛАВА 1 2

П р иобретение допол нител ьных деталей

3 07

тельный ток или если ваша схема рассчитана на непрерывный режим работы,
п редпочтение следует отдать более круп н ы м бата рей кам типоразмеров С
и D, срок службы которых больше, чем у батареек меньших типоразмеров или
большинства аккумуляторов.
Подробнее о разных типах батареек и о том, на какой срок их службы можно
рассчитывать, читайте ниже, в разделе "Классификация батарей по их начинке'�

Если соединить положительный вывод одной батарейки с отрицательным
выводом другой, то общее напряжение такого последовательного соединения
батареек будет равно сумме индивидуальных напряжений этих двух батареек.
Для этой цели используются специальные держатели для батареек, или так
называемые батарейные отсеки. Они выполняют одновременно две функции:
автоматически обеспечивают последовательное соединение между отдельны­
ми батарейками и удерживают эти батарейки в в иде единого блока. Некоторые
держатели снабжены черным и красным выводами, с которых снимается сум­
марное напряжение всех батареек, помещенных в держатель. Другие держатели
для батареек (как показано на рис. 1 2.5) снабжены разъемом типа "Крона". Он
позволяет восnользоваться стандартной батарейной колодкой и снять суммар­
ное наnряжение с батареек между черным и красным nроводами этой колодки.

Рис. 12. 5. Четыре полуторавольтовые батарейки, помещенные в специ­
альный держатель, обеспечивают напряжение около 6 В между черным
и красным проводами

Класси фикация батарей по их на чинке
Батаре и классифицируются по хим ическим веществам , содержащимся
в них, причем от типа используемого химического вещества зависит способ­
ность батареи к перезарядке. Ниже перечислены имеющиеся в настоящее вре­
мя типы батарей.
3 08

ЧАСТЬ 11

Управление т око м

))

))

Батареи одноразовоrо использования (не перезаряжаемые).


Уrол ьно-ци н ковые бата реи б ы в а ют разных ти п ора змеров
(в том ч исле АдА, Ад, С, D и типа "Крона") и относятся к низшему
классу батарей. Они очень дешевы, но служат недолго.



Щелочные батареи также бывают разных ти поразмеров и слу­
жат примерно в три раза дольше, чем угольно-цинковые. Я реко­
мендую вам поначалу испол ьзовать в своих устройствах именно
этот тип бата рей . Есл и вам покажется, что п риходится сли ш ком
часто их менять, то можете перейти к использован и ю аккумуля­
торов.



Легкие литиевые батареи вырабатывают более высокие на п ря­
жен ия (приблизительно 3 В), чем другие ти пы батарей, и облада­
ют более высоки й емкостью, чем щелочн ые бата реи . Они стоят
дороже; к тому же больши нство л итиевых батарей не я вля ются
переза ряжаемыми. Но есл и для вашего устройства (нап ример,
малого робота) нужна именно легкая батарейка, то л итиевые ба­
тареи я вляются идеал ьным ва риантом.

Бата реи мноrоразовоrо использования (перезаряжаемые).


Н икель-металлоrидридные (NiMH) а ккумуляторы я вля ются в
н а ш и д н и самым популя рным типом переза ряжаемых бата ре­
ек. Они бывают разных ти поразмеров (в том числе АдА, Ад, С, D
и типа "Крона") и вы рабаты вают п риблизительно 1 ,2 В. Оди н из
недостатков N i М Н-а ккумуляторов заключается в их достаточно
быстром саморазряде (если такой а ккумулятор не испол ьзуется,
для его саморазряда достаточно двух-трех меся цев) . Вп рочем,
некоторые виды N iМН-а ккумуляторов характеризуются медлен­
ным саморазрядом. Рекомендую вам использовать N i М Н-аккуму­
ляторы в устройствах, которые требуют применения перезаря­
жаемых батарей.



Ионно-литиевые (Li-ion) аккумуляторы я вляются новей шим ти­
пом переза ряжаемых батарей. Бол ьши нство та ких а ккумулято­
ров вырабаты вают номи нальные 3,7 В (максимум 4,2 В), п р и чем
для всех этих аккумул яторов требуется специал ьное за рядное
устройство (учтите, что за рядное устройство, испол ьзуемое для
N i М Н-аккумуляторов, не подходит для зарядки ион но-литиевых
а ккумуляторов). Хотя некоторые модел и ионно-л итиевых а к­
кумуляторов по своему внеш нему виду похожи на обы чные ба­
тарейки ти поразмеров Ад и АдА, для них используется другая
система обозначен и й (нап ример, ионно-л итиевый аккумулятор
1 4500 имеет такой же типоразмер, как и батарейка Ад) . Есл и вы
решите использовать в своих устройствах ионно-литиевые а кку­
муляторы, то не забыва йте о разнице в величинах н а п ряжений,

ГЛАВА 1 2 П р и обретение дополнител ьных деталей

30 9

вырабатываемых ими и обычными элементами п итания. (Напри­
мер, два ионно-литиевых а ккумулятора, соединенные последо­
вательно, обеспечивают 7,4 В, тогда как две бата рейки ти пораз­
мера Ад, соединенные последовательно, вырабаты вают напря­
жение около 3,0 В.)


ВНИМАНИЕ!

СОВЕТ

СОВЕТ

310

Никеnь-кадмиевые (NiCd) а ккумуляторы, подобно NiМН-акку­
муляторам, в ы рабатывают п римерно 1 ,2 В. Н и кел ь-кадмиевые
а ккумуляторы в знач ител ьной мере утратил и попул я рность,
которой они пользевались в середине 1 990-х годов. Это объяс­
няется их малой емкостью, высокой токсичностью их начинки
(содержат ядовиты й кадми й), достижениями в разработке дру­
гих типов аккумуляторов (в частности, N i M H) и их недостатком,
получившим название эффект памяти. Последний означает, что
для достижения пол ной емкости а ккумулятора перед зарядкой
его нужно сначала полностью разрядить. Если игнорировать это
требование, то емкость таких а ккумуляторов быстро снижается.
Рекомендую вам избегать использования н и кель-кадмиевых ак­
кумуляторов и п рименять их л и ш ь в случае, есл и у вас с давних
пор завалялась пара-трой ка таких аккумуляторов и вам жалко их
выбросить.

Не используйте разнотипные батареи в одной и той же электричес­
кой схеме и ни в коем случае не пытайтесь перезаряжать батареи
одноразового использования . Эти батареи могут разрушиться, что
приведет к вытеканию кислоты (батарея может даже взорваться). На
корпусах большинства батарей одноразового использования содер­
жатся предупреждения об опасности их перезарядки.
Покупка зарядного устройства и запаса аккумуляторов может со
временем сэкономить вам немалую сум му денег. Однако, прежде
чем покупать зарядное устройство, удостоверьтесь в том, что оно
подходит для того типа аккумуляторов, которы м и вы намерен ы
пользоваться . В ыясните, в частности, какое химическое вещество
применяется в ваших аккумуляторах (например, они могут быть
ионно-литиевыми или никель-металлогидридными) и какое напря­
жение они обеспечивают.
Надлежащим образом утилизируйте использованные вами батарей­
ки. Батареи, содержащие тяжелые металлы (такие, как никель, кад­
мий, свинец и ртуть), могут представлять опасность для окружаю­
щей среды, если вы будете выбрасывать их куда попало. На веб-сай-

ЧАСТЬ 1 1 Управление т око м

тах изготовителей батарей - или на других веб-сайтах, таких как
www . e h s o . c om / e h s home / b a t t e r i e s . php - приводятся реко­
мендации относител ьно правильных способов утилизации батарей.

И спольэован ие солнеч но й 3нерги и
Если вы собираете схему, предназначенную для работы вне помещения, или просто хотите использовать "чистый" источник энергии, - можете приоб­
рести одну или несколько солнечных батарей. Батарея солнечных элементов
(солнечная батарея) состоит из массива солнечных элементов (они представ­
ляют собой большие диоды, называем ые фотодиодами), которые вырабаты­
вают электрический ток, когда на них падает свет, например солнеч ный свет.
(Обсуждение диодов можно найти в главе 9, "Погружаемся в мир диодов", а о
фотодиодах рассказывается ниже в этой главе, в разделе "Использование дат­
чиков".) Солнечная батарея размером примерно 1 2х 1 2 см в условиях яркого
солнечного света способна вырабаты вать ток 1 00 мА напряжением 5 В . Если
же для питания небольшого или переноснога электронного устройства вам
требуется ток порядка 1 О А, то , несомненно, вы можете получить такой ток, но
размер солнечной батареи в этом случае может оказаться вес ьма "проблема­
тичным" - не говоря уже о стоимости такой батареи.
Некоторые солнечные батареи содержат выводы, с помощью которых ее
можно подключить к схеме подобно тому, как вы подсоединяете к своей схе\1е
выводы батарейной колодки или держателя батарей. У других солнечных ба­
тарей нет выводов, поэтому вам придется самостоятельно припаять прово.1а
к двум ее клеммам.
Ниже перечислен ряд критериев, с помощью которых вы можете опре.Iе­
лить, подходит ли для вашего устройства та или иная солнечная батарея.
>>

Сможете ли вы обеспечить достаточный уровень солнеч ного
освещения для своей солнечной батареи в часы, когда должна
работать ваша схема, или вы намерены испол ьзовать эту сол­
нечную батарею для заряда аккумулятора, который обеспечи­
вает питание вашей схемы? Есл и нет, поды щите какой-л ибо дру­
гой источ ник п итания.

»

Подходит ли по своим размерам эта солнечная батарея к созда­
ваемому вами электронному устройству? Чтобы ответить на этот
воп рос, вы должны знать, ка кую мощность будет потреблять ваше
электрон ное устройство, и размеры сол нечной бата реи, которая
способна обеспечи вать та кую мощность. Есл и бата рея получается
слишком большой для вашего устройства, попытайтесь либо внести
в его конструкцию изменения, позволяющие снизить потребляемую
мощность, л ибо подыскать ка кой-нибудь другой источн и к п итания.

ГЛАВА 1 2

П р и обретение допол н ител ьных деталей

ЗU

И спол ьзован ие сети перемен и ого т о ка, есл и тре буются
высоки е токи или н апря жения ( не рекомендуется )
Переменный ток, подаваемый в жw1ые дома вашей энергогенериру­
ющей компанией, может быть опасен для вашего здоровья (вплоть
до смертельного исхода), поэтому я не рекомендую использовать в
ВНИМАНИЕ!

качестве источника п итания ваших электронных схем напряжение
сети перемениого тока. А поскольку подавляющее большинство лю­
бительских электронных схем питается от батарей, у вас вообще не
должно возникать соблазна использовать в качестве источника пи­
тания для своих электронных устройств внутреннюю электросеть
вашего дома.

Некоторые устройства потребляют довольно большо й постоянный ток или
питаются высокими напряжениями постоянного тока, которые не могут обес­
печ ить батареи . В подобных случаях для преобразования перемениого тока
в постоянный ток в ы можете использовать специальный адаптер перемениого
тока (например такой, как на рис. 1 2.6) и получить нужные вам более высокие
значения постоянного тока или напряжения. В этом случае вы не подвергае­
тесь опасностям, связанным с непосредственным испол ьзованием переменно­
го тока из вашей домашней электросети.

Рис. 12.6. Этот адаптер переменнаго тока преобразует 220 В перемен­
нога тока в 7,5 В постоянного т ока и обеспечивает ток величиной до
300 мА. Я срезала выходной штекер этого адаптера, чтобы им было
легче пользоваться для экспериментов со схемами, питающимися от
постоянного тока
Ни
ВНИМАНИЕ!

ЗU

в коем случае не снимайте корпус адаптера перемениого тока
и не копайтесь в его внутренностях. Конденсаторы, используемые
в схеме адаптера, накапл ивают на своих пластинах значительный

ЧАСТЬ 11

Уп равление т оком

электрический заряд. (Подробнее о конденсаторах можно прочитать
в главе 7, "Начальные сведения о конденсаторах".)
Адаптеры перемениого тока обеспе ч ивают ток величиной от сотен милли­
ампер до нескольких ампер при напряжениях от 5 до 20 В постоянного тока.
Некоторые из них обеспечивают как положительное напряжение постоянного
тока, так и отрицательное. В разных моделях используются разные типы ште­
керов, позволяющие подключить источ ник питания к схеме. Если вы хотите
купить адаптер перемениого тока, внимательно ознакомьтесь с его технически­
ми спецификациями, чтобы определить его номинальную мощность и узнать,
как его подключить к своей электронной схеме.
П Р И О Б Р Е Т Е Н И Е Н АСТ Е Н Н Ы Х И СТО Ч Н И КО В П ИТА Н И Я
Адаптеры переменнога тока и ногда называ ют настенными источн и ками п ита­
ния (очевидно, это объясняется тем, как они выглядят, будучи вста вленными в
розетку на стене). Вы можете п риобрести новые или бывшие в употреблении
источники питания. (Полезные сведения о поставщиках электрон ной техники
приведены в гла ве 1 9, "Десять п ревосходных поставщиков электронных ком­
понентов'�) Возможно, у вас уже есть старые сетевые адаптеры, оста вшиеся
от выброшенного беспроводного телефона или ка кого-то другого электрон­
ного устройства. В таком случае п роверые, действител ьно л и на его выходе
получается наn ряжение постоя нного тока (на выходе некоторых ада птеров
nрисутствует напряжение переменнаго тока), а та кже выясните, какие на п ря­
жение и ток обеспечивает ваш старый адаптер; обы ч но величины напряжения
и тока указыва ются на корпусе адаптера. Это поможет вам понять, подходит
ли он для вашего очередного устройства. Если nодходит, выясните полярность
его выходного разъема (т.е. с какого конта кта снимается положител ьное, а с
какого - отри цательное нап ряжение постоянного тока). Важное п редуn ре­
жден ие: многие сетевые адаптеры обеспечивают на выходе весьма некачес­
твенное (пульсирующее) напряжение постоянного тока - во всяком случае,
оно очень не похоже на то стабильное наnряжение постоянного тока, которое
обеспечивают батареи и на которое вы, наверное, рассч итываете. Более того,
n ра ктически все современные сетевые адаптеры относятся к категори и та к
называемых импул ьсных (не а налоговых) источн и ков п ита н ия, которые так­
же могут содержать высокочастотн ые пул ьсации или даже кратковременные
броски напряжен ия.

СОВЕТ

Возможно, вам понадобится подготовить сетевой адаптер так, что­
бы им было легко пол ьзоваться в ваших радиолюбител ьских экс­
периментах . Для это го вам придется срезать его выходной ште­
кер, разделить и зач истить два выходных провода, чтобы вы могли
ГЛАВА 1 2 П р и обретен и е дополнительных деталей

313

подключ ить образовавшиеся таким образом два вывода непосред­
ственно к своей схеме и обеспечить ее питание напряжением по­
стоянноr-о тока, как показано на рис . 1 2 .6, справа. Ниже описана по­
следовательность действий по подготовке вашего сетевого адаптера.

1

.

Удостоверьтесь, что вы вынули сетевой адаптер из розетки.

2 . С помощью "кусачек" (см. главу 1 3, "Создание лаборатории и техника
безопасности'� ) срежьте выходной штекер.

3 . С помощью ножа или какого-либо другого острого предмета разделите
два изолированных провода на длину, равную прим е рно 5-б см.

4. С помощью "кусачек" укоротите один из двух изол ированных проводов
так, чтобы он был по меньшей мере на 2-3 см короче другого провода.

Сдел а в один из п роводов короче другого, вы тем самым п редотвратите их
случай н ы й контакт, когда сетевой адаптер будет вставлен в розетку. В п ротив­
ном случае может п роизойти короткое замыкан ие, в результате чего адаптер
вы йдет из строя.

5 . С помощью приспособления для зачистки проводов (см. главу 1 3) тща­
тельно снимите изоляцию с каждого из двух изол ированных проводов
на длину, равную примерно 1 см.

б . Скрутите между собой все жилы каждого из двух многожильных прово­
дав (обязательно проследите, чтобы скручены были им е нно все жилы).

7, Удостоверившись в том, что эти два проводника н е касаются друг друга,
вставьте адаптер в розетку.

8 . Настройте мул ьтиметр н а и змерение н а п ряжения постоя нн ого тока

в д и а пазоне от 20 В и более (см. гла ву 1 б, "Осваиваем мул ьтиметр")
и прикоснитесь одни м щупом мультиметра к одному из зачищенных
проводов, а другим щупом мультиметра - к другому проводу сетевого
адаптера.

9 . Зафиксируйте вел и ч и ну напряжения, отображаемую на индикаторе
мультиметра.

Если это на п ряжение положител ьно, знач ит, положител ь н ы й (обычно обо­
значаемый красным п роводом) щуп вашего мул ьтиметра подкл ючен к по­
ложител ьному вы воду сетевого ада птера. Есл и же показа н и е мул ьтиметра
отри цательно, знач ит, к положител ьному вы воду сетевого ада птера подклю­
чен отри цател ь ны й (об ы ч но обозначаем ы й черн ым п роводом) щуп вашего
мул ьтиметра. Пометьте положительный вы вод сетевого ада птера с помощью
маркера ил и я рл ы ка.
Обратите в н и м а н и е: вел и ч и на н а п ряжения, отображаема я на инди като­
ре мул ьтиметра, наверняка будет существенно бол ьшей, чем номи нал ь­
ное на п ряже н и е, указан ное н а корпусе ада птера и л и в его техн и ческих

314

ЧАСТЬ 11

Управление

током

характеристиках. Это расхождение не свидетельствует о каких-то п роблемах
и объясняется тем, что вы используете нерегул и руемый источн и к п итания и
измеряете выходное напряжение адаптера без нагрузки. Выходное напряже­
ние нерегулируемого источника питания изменяется в за висимости от тока,
потребляемого нагрузкой, т.е. разрабаты ваемым вами устройством. П осле
того ка к вы подкл ючите в ыводы сетевого ада птера к какой-л ибо электриче­
ской схеме, его выходное на п ряжение снизится. Н а пример, мой мул ьтиметр
зафиксировал напряжение 1 0,5 В на сетевом адаптере, номинальное (зая влен­
ное) выходное на п ряжение которого составляет 7,5 В постоян ного тока.

Примите мои поздравления ! Теперь вы можете использовать в своих элек­
тронных устройствах источник питания, который способен обеспечивать боль­
ший ток, чем обычные батарейки.

ВНИМАНИЕ!

Даже после отключения настенного источника питания от сети пе­
ременного тока на его выходах в течение определенного времени
все равно будет сохраняться напряжение постоянного тока, посколь­
ку внутри корпуса адаптера скрывается конденсатор внушительной
емкости, который продолжает держать заряд. Со временем этот кон­
денсатор, конечно же, полностью разрядится, но процесс разряда
может занять несколько часов. Чтобы быстро разрядить этот конден­
сатор, воспользуйтесь изолированными круглогубцами, с помощью
которых вы должны ухватить резистор сопротивлением 680 Ом,
прикоснуться его выводами к выводам сетевого адаптера и оставить
все в таком положении примерно на 30 с.

И спол ь з ова н ие датчиков
Если вам нужно привести в действие некую электронную схему как реак­
цию на определенное физическое событие (например, изменение температу­
ры), то вам не обойтись без электронных ком понентов, называемых датчи­
ками. Принцип действия датчиков основывается на том, что разные формы
э нергии - в том числе свет, тепло и движение - можно преобразовать в элек­
трическую энергию. Датчики представляют собой разновидность преобразо­
вателя, т.е . электронного устройства, которое преобразует энергию из одной
формы в другую. В этом разделе я описываю некоторые из самых распростра­
ненных входных преобразователей, или датчиков, используемых в электрон­
ных схемах.
Условные графические обозначения на электронных схемах некоторых ти­
nов датчиков, обсуждаем ых в настоящем разделе, представлены на рис. 1 2.7.
ГЛАВА 1 2 П риобретение доп ол нител ьных деталей

31 5

r
Фототранзисторы

Термистер

Микрофон

Антенна

Рис. 1 2. 7. Обозначения разных типов датчиков на электрических схемах

В ижу свет !
М ногие электронные компоненты ведут себя по-разному в зависимости от
света, который падает на них. Изготовители электронной техники выпускают
определенные варианты компонентов, в которых используется такая чувстви­
тельность к свету, заключая эти компоненты в прозрачные корпуса. Это позво­
ляет использовать их в качестве датчиков в таких устройствах, как охранная
сигнализация, системы обнаружения дыма, автоматического включения ос­
вещения с наступлением сумерек и системы безопасности, которые препят­
ствуют опусканию ворот вашего гаража, управляемых электромеханическим
способом, когда под воротами пробегает кошка. Эти компоненты можно также
использовать для связи между пультом дистанционного у правления, который
посылает кодирован ные ком анды посредством инфракрасно го света с по­
мощью светоизлучающего диода (они обсуждаются в главе 9, "Погружаемся
в мир диодов"), и телевизионным приемником или DVD-плеером, который со­
держит светочувствительный диод или транзистор, позволяющий принимать
эти кодированные команды.
Н иже перечислены примеры светочувствительных приборов, используемых
в качестве датчиков.
))

316

Фоторе3исторы (ипи фото3nементы) п редста вля ют собой с ве­
точувствител ьные резисторы, изготовленные из полупроводн и ко­
вого материала. Обычно они облада ют в ысоким сопроти влением
(прибл и з ительно 1 МОм) в темноте и довол ьно н изким соп роти в­
лением ( п рибл и зител ьно 1 00 Ом) на ярком свету. В п рочем, чтобы
оnредел ить фа ктическое соп роти вление - как в темноте, так и на
свету, - которым обладает конкретны й фоторезистор, можно вос­
nол ьзоваться мул ьтиметром (nодробнее об этом расска з ы вается
в гла ве 1 б, "Осваиваем мул ьтиметр"). Тип и ч н ы й фоторезистор наи­
более чувствителен к видимому свету, особенно в зелено-желтой
части сnектра. Фоторезистор можно устанавли вать в электронных
схемах без собл юдения полярности (он n ропускает ток в л юбом на­
п равлении).

ЧАСТЬ 1 1 Упра вление

током

))

Фотодиоды п редстав л я ют собой п ротивоположность светоизлуча­
ющим диодам, которые мы обсуждали в гла ве 9. Они п роводят ток
(и, соответственно, на них образуется падение напряжения), только
когда на н их падает достаточно я ркий свет - ка к прави л о, в и нфра­
красном (невидимом) диапазоне. Подобно стандартным диодам,
фотодиоды снабжаются двумя вы водами: коротки й вывод соеди нен
с катодом (отрицател ьный пол юс), а длинный вывод - с анодом (по­
ложительный полюс).

))

Большинство фототранэисторов - это обычные би полярные пла­
нарные транзисторы (подробнее об этом можно п роч итать в гла­
ве 1 О, "Тра нзисторы - мастера на все руки"), которые закл ючены
в п розрачный корпус - так, чтобы свет создавал смещение на пере­
ходе "база-эмиттер': Эти п риборы обычно снабжаются тол ько двумя
выводами (в то время как ста ндартные транзисторы имеют три вы­
вода). Это объясняется тем, что вам не требуется доступ к базе тран­
зистора, чтобы создать на ней смещение, - свет сделает все сам!
Сна ружи фототранзисторы похожи на фотодиоды, поэтому нужно
быть внимательным, когда п р иходится иметь дело одновремен н о
и с теми, и с другими.

Ула вл ивание э вуков с помощью микро ф она
Микро фоны - это входные преобразователи, которые преобразуют акус­
тическую энергию (иными словами, звук) в электрическую энергию. В боль­
ш инстве микрофонов используется тонкая мембрана, или диафрагма, которая
вибрирует в ответ на изменения давления воздуха, вызываемые звуком. Эти
вибрации мембраны разными способами - в зависимости от типа микрофо­
на - преобразу ются в электрический сигнал перемениого тока.
))

В конденсаторном (эnектретном) ми крофон е в и б р и рующая
мембрана играет роль одной из пласти н конденсатора, в результа­
те чего з вуковые колебания вызывают соответствующие изменения
емкости . (Подробнее о конденсаторах можно п роч итать в гл а ве 7,
"Начальные сведения о конденсаторах".)

))

В динамическом микрофоне диафрагма п ри креплена к подвиж­
ной катушке и ндуктивности, помещенной внутри постоянного маг­
н ита . Когда звуковые колеба н ия вызывают колебан и я диафрагмы,
катушка и ндукти вности движется внутри магнитного поля, создава­
емого магнитом, в резул ьтате чего в катушке на водится ток. (В гла­
ве 8, "Знакомство с и ндукти вностью'; подробно рассказывается об
этом я влении, называемом электромагнитной индукцией.)

))

В п ь е эоэn е к т р и ч ес к о м м и к р о ф о н е д л я п ре о б р а з о в а н и я
з вука в э л ектр и ч е с кую э н е р г и ю и с п о л ьзуется с п е ц и а л ь н ы й

ГЛАВА 1 2

Приобретение допол н ительных деталей

317

пьезоэлектрический кристалл, п р и н ц и п действия которого осно­
ван на та к назы ваемом пьезоэлект р ическом эффекте. Суть этого
эффекта заключается в том, что определенные материалы выраба­
тыва ют электрическое нап ряжение, когда они подверга ются меха­
ническому воздействи ю.
>>

В оптическом микрофоне источник лазерного света направляет
световой луч на поверхность крошечной отражающей диафра гмы.
Когда эта диафрагма движется, изменения света, отражаемого от ди­
афрагмы, улавливаются детектором, который п реобразует эти изме­
нения света в электрически й сигнал. Волоконно-оптические микро­
фоны нечувствител ьны как к электромагнитным помехам (ЭМП), так
и к радиочастотным помехам (РЧ П).

Ч увствую тепло

Термистор

это резистор, сопротивление которого изменяется при изме­
нении температуры . Термистары снабжены двумя выводам и, у них нет поляр­
ности, поэтому вы можете включать их в свои схемы без соблюдения поляр­
ности.
Н иже описаны два типа термисторо в.
-

>>

Термнетор с отри цательным температурным ко3ффициентом
сопротивления (ОТКС). Соп ротивлен ие ОТКС-термистера снижа­
ется с повы шением температуры. Этот тип термистера я вляется са­
мым распространенным.

»

Термнетор с положительным температурным ко3ффициентом
сопротивления (ПТКС, или поэистор). Сопроти вление позистера
повышается с повышением температуры.

И С ПО Л ЬЗОВА Н И Е ДАТЧ И КО В СВЕТА Д Л Я ОБ Н А Р УЖЕ Н И Я ДВ И Ж Е Н И Я
П риходилось ли вам, подойдя в темноте к ч ьей-либо двери, видеть, как вне­
запно включается наружное освещение? А видели ли вы, как ворота гаража
перестают опускаться, когда порог гаража пересекает ребенок или какой-ли­
бо объект на колесах? Это и есть работа системы обн а ружения движения.
В устройствах обнаружения движения обычно испол ьзуются датчи ки света для
обнаружения либо присутствия инфракрасного света, излучаемого тепл ым
объектом (например, человеком или жи вотным), л ибо отсутствия и нфра­
красного света, когда какой-либо объект возникает на пути луча, испускаемого
другой частью этого устройства.

318

ЧАСТЬ 11

Упра вление

током

Во многих жил ых домах, учебных заведениях и магазинах используются пас­
сивные инфракрасные датчики движения для вкл ючения освещения или об­
наружения лиц, п ытающихся незакон но п роникнуть в помещение. И К датчи ки
движения содержат чувствительный элемент (который обычно состоит из двух
кристаллов), линзу и небольшую электронную схему. Когда инфракрасный свет
попадает на кристалл, он вырабатывает электрический заряд. Поскольку те­
плые тела (как у большинства л юдей) излучают инфракрасный свет на дли нах
волн, отличных от дли н ы волны, излучаемой более холодными объектами (на­
п ример, стеной), разл и ч ия в выходных сигналах И К датчика можно использо­
вать для обнаружения п рисутствия теплого тела. Электронная схема, входящая
в состав И К устройства обнаружения движения, и нтерпретирует разл и ч ия в
выходных си гналах И К датчи ка, чтобы определить, присутствует ли где-то по­
близости движущийся тепл ы й объект. (Использование двух кристаллов в И К
датчи ке позволяет такому датчи ку уловить разницу между событиями, кото­
рые в одинаковой степени и одновременно влияют на оба кристалла (напри­
мер, изменения температуры в комнате), и событиями, которые по-разному
влияют на эти кристаллы (например, теплое тело, которое движется сначала
мимо первого кристалла, а затем мимо второго).)
В п ромышленных И К датчиках движения испол ьзуется напряжение 220 В. Они
п редназначены для монтажа на стене или наверху мачты п рожекторного осве­
щения. Для электронных устройств, которые п редусматри вают п итание от ба­
тарей, вам понадобится компактны й вариант датчи ка движения, для п итания
которого испол ьзуется 5-вол ыовый источн и к. У тип и чного компактного дат­
чика движения есть три вывода; общий п ровод, положительное напряжение
источн и ка п итания и выход устройства. Если вы подадите на такой датчик +5 В,
то напряжение на выходе составит О В, когда движение не обнаружено, или
около 5 В, когда движение обнаружено. Компактны й датчи к движения можно
п риобрести у онлайн-поставщиков охранных систем, однако п риобретать сле­
дует именно датчи к устройство обнаружения движения (motion detector), а не
п росто ИК датчик (PIR sensor). Л инза, входящая в состав датчика движения, по­
зволяет этому устройству обнаружить именно движение какого-либо объекта,
а не п росто присутствие объекта.

В каталогах поставщиков обычно указывается сопротивление термисторов,
и змеренное при 25°С. Измерьте сопротивление термн етора самостоятельно с
помощью мультиметра при разных тем пературах (подробнее об использова­
нии мультиметра можно прочитать в главе 1 6, "Осваиваем мультиметр"). Эти
и з мерения позволят вам откалибровать термистор, т.е. получ ить точную за­
висимость сопротивления терм нетора от тем пературы . Если вы не знаете, к
какому типу принадлежит ваш термистор, можете о пределить это, выяснив,
повышается или понижается его сопротивление с ростом тем пературы.
ГЛАВА 1 2

П ри обретение допол н ительных деталей

319

СОВЕТ

Если вы собирае тесь ис пользовать термнетор для инициирования
какого-то дейс т вия при определенной температуре, обязательно из­
мерьте его сопрот ивление при ну:жной вам температуре.

Д РУ Г И Е С П О СОБ Ы Ф И КС А Ц И И Т Е М П Е РАТ У Р Ы
В разделе "Чувствую тепло" мы рассматривали датчи ки температуры, назы вае­
мые термисторами. Однако существует несколько других ти пов этих датч и ков.
Н иже п ри веден краткий обзор их характеристик.






Полупроводниковый датчик темп ературы. Самый расп ростра ненн ы й
т и п датч ика, выходное нап ряжение которого зависит от температуры, со­
держит два транзистора (см гла ву 1 О, "Транзисторы - мастера на все руки").
Термопара. Термопа ра содержит два п ровода, изготовленных из раз н ых
металлов (например, меди и медно-ни келевого сплава), которые сва рены
или спая ны вместе в одной точ ке. Такие датчи ки вы рабаты вают нап ряже­
н ие, которое изменяется в за висимости от температуры. Как именно бу­
дет изменяться напряжение в зависимости от температуры, определяется
тем, какие именно металл ы испол ьзова н ы для изготовления термопары.
С помощью термопар можно измерять высокие температуры - несколько
сотен градусов (и даже более тыся ч и градусов).
И нфракрасный датчик температуры. Этот датчи к измеряет и нтенсив­
ность инфра красного излучения, испускаемого тем или иным объектом. Ин­
фракрасный датчи к температуры п рименяется в случаях, когда ваш датчи к
должен находиться н а определенном расстоян и и от объекта, подлежащего
и змерени ю. Н а п ример, этот датчик можно испол ьзовать в случае, если и н­
тересующий вас объект подвергается воздействи ю агрессивных сред. На
п ромышлен ных п редп риятиях и внаучно-исследовательских лаборатори­
ях обычно испол ьзуются термопары и и нфра красные датчики температуры.

Д руги е виды э ада ющих входных п р ео б ра э ователе й
В электронных схемах используется много других т ипов входных преобра­
зователей. Ниже приведены три примера входных преобразователей, широко
используем ых в электронных схемах.
))

32 0

Антенна ула вл и вает электромагнитные вол н ы и п реобразует их
энерги ю в электри ческ и й с и гнал. (Она та кже фун кциони рует ка к
выходной преобразователь, п реобразующий электрические си гна­
лы в электромагнитные волны .)

ЧАСТЬ 1 1 Управление

током

>>

Датчики давnения или положения. Принциn действия та ких дат­
ч и ков основан на зависимости соnротивления оnределенных мате­
риалов от деформаций, которым они nодвергаются. П ьезоэлектри­
ческие кристаллы относятся к такой категории материалов.

>>

Датчики ускорения (акселерометры). Принциn работы одного из
тиnов а кселерометра, оn ределя ю щего ориентацию ва шего сма рт­
фона в n ространстве, основан на изменении емкости, которое я в­
ляется резул ьтатом воздействия сил ускорения на одну крошечную
емкостную nластину, n р и креnленную к n ружине. Под действием
сил ускорения эта nластина движется относител ьно другой, жестко
зафикси рованной nластины, в результате чего изменяется емкость
"конденсатора'; состоящего из этих двух nластин.

Преобразователи часто классифицируют по типу преобразования энергии,
выполняемого ими (бы вают, например, электроакустические, электромагнит­
ные, фотоэлектрические и электромеханические преобразователи). Эти замеча­
тельные устройства открывают перед нами поистине колоссал ьные возможно­
сти : с их помощью электронные схемы могут выполнять множество полезных
функций.

П оле зн ые фун кци и , получаемые
на вы ходе злектронн ы х схем
Датчики, или входные преобразователи, превращают какую-ли б о и з фор \1
энергии в электрическую энергию, которая подается на вход соответствующей
электронной схемы. Выходные преобразователи выполняют о б ратную раб оту :
они превращают электрический сигнал, создаваемый н а выходе соответс т ву­
ющей электронной схемы, в какую-либо другую форму энергии, например в
звук, свет или движение (которое представляет собой механическую энергию).
Возможно, вы не отдаете себе отчета в этом, но вам, вероятно, уже встре­
чались многие устройства, которые в действительности являются выходными
преобразователями. Л ампы накаливания, светодиоды, электродви гатели, ди­
намики, жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) и другие типы электронных
индикаторных устройств - все они преобразуют электрическу ю энергию в
какую-либо другую форму энергии. Если бы не выходные преобразователи, вы
могли бы целыми дня м и создавать, формировать и пересылать электрические
сигналы по проводам и подавать их на те или иные электронные компоненты,
но при этом нико гда не смогли бы воспол ьзоваться богатым и возможностя­
ми электроники. Л ишь когда вы преобразуете электрическую энергию в ка­
кую-либо другую форму энергии (и вос пол ьзуетесь этой формой энергии для
ГЛАВА 1 2

Приобретение допол нительных деталей

321

выполнения каких-либо полезных функций), вы сможете почувствовать, что
начали пожинать плоды своего труда.
На рис. 1 2.8 представлены условные графические обозначения трех выход­
ных преобразователей, используемых в электрических схемах.

d]

=(] -о-

Дин амик

Зуммер

Электродвигатель

Рис. 12.8. Условные графические обозначения
некоторых популярных выходных преобразова­
телей на электрических схемах

П оговорим о динамиках

Динамики преобразуют электрические сигналы в звуковые колебания, ко­
торые слышит наше ухо. В большинстве своем они состоят из постоян ного
магнита, внутри которого расположена подвижная катушка с проводом (элек­
тромагнит, который, по сути, представляет собой электрически управляемый
магнит), и вибрирующего диффузора конической формы . На рис. 1 2.9 показано
устройство динамика.
Бумажная гильза

С ерде ч ник
'-+-( ке рн )

,.-,r-----'





····
.___

Подвижная катушка

)11

Диффузор

Рис. 12. 9. Устройство обычного динамика:
магнит, подвижная катушка и диффузор

Подвижная катушка представляет собой несколько десятков витков тонкого
изолированного медного провода, намотанного на бумажную гильзу, к которой
прикреплен диффузор и которая движется вокруг железного сердечника. При
изменениях электрического тока, проходя щего через катушку, она (как элек­
тромагнит) или притяги вается к постоя нному магниту, или отталкивается от
322

ЧАСТЬ 1 1 Управление

током

него. (Подробнее об электромагнитах можно прочитать в главе 8, "Знакомство
с индуктивностью".) Такие движения катушки вызывают вибрации диффузора,
которые, в свою очередь, создают звуковые волны.
У большинства динам иков всего два вы вода. При подключении его к элек­
тронной схеме соблюдать полярнос ть не требуется. (Впрочем, когда речь идет
о более серьезных устройствах, таких как высококачественные аудиосистемы,
необходимо обращать внимание на обозначение полярности, выбитое на кор­
пусе динамиков, поскольку это определяет способ их подключения к электрон­
ной схеме внутри соответствующей аудиосистемы.)
Динамики классифицируются согласно перечисленным ниже критериям.
»

Диапазон воспроизводимых частот. В зависимости от размеров и
конструкции динамики могут генери ровать з вук в разных диапазо­
нах в п ределах слышимого диапазона частот (п риблизительно от
20 Гц до 20 кГц). Например, оди н из динамиков а кустической систе­
мы может генерировать звук в басовом диапазоне (нижние частоты
слышимого диапазона), тогда как другой динамик в той же а кустиче­
ской системе может генерировать звук в более высоком диапазоне.
П ри созда н и и высококачественной а кустической системы нужно
обра щать особое внимание на частотны й диапазон испол ьзуемых
динамиков. Во всех остальных случаях эта характеристика не столь
актуальна и ею можно п ренебречь.

»

Входное сопротивnение (импеданс). Входное сопротивление я в­
ляется показателем сопротивления динамика перемен н ому току. Вы
можете без труда найти динамики, соп роти вление которых состав­
ляет 4, 8, 1 б и 32 Ом. Важно выбрать динамик, который соответство­
вал бы м и нимальной вел и ч и не номинального выходного соп ротив­
ления усил ителя, нагрузкой которого будет служить этот динамик.
(Вел и ч и ну номинал ьного выходного сопротивления можно найти в
соответствующих технических специфи кациях на веб-сайте изгото­
вителя вашего усилителя.) Если входное сопротивление динамика
сл и ш ком высоко, вам не удастся "выжать" из него всю мощность, на
которую он способен. Есл и же входное соп ротивлен и е динамика
сли ш ком мало, то вы можете легко вывести его из строя и перегреть
усил итель.

))

Номинаnьная мощность. Номи нальная мощность динам и ка ука­
зы вает на то, ка кую мощность ( н а п ом н и м, что Мощность = На­
пряжение х Ток) способен выдержи вать этот д и н а м и к в течение
дл ител ьного времени, не выходя при этом из строя. Ти пичные ве­
л и ч и н ы номинальной мощности динамиков для радиол юбител ь­
ских устройств таковы: 0,25; 0,5; 1 и 2 Вт. Важно, чтобы максималь­
ная выходная мощность усилителя (обратитесь к соответствующим

ГЛАВА 1 2

П риобретение допол нител ьных деталей

32 3

техническим спецификациям), на грузкой которого будет служить
дан н ы й динамик, соответствовала параметрам этого динамика. Вы­
берите динамик, номинальная мощность которого была бы больше,
чем максимальная выходная мощность усил ителя.

СОВЕТ

Что касается большинства радиолюбительских устройств, то в них
вполне достаточно использовать миниатюрные динамики (прибли­
зительно 5-8 см в диаметре), входное сопротивление которых со­
ставляет 8 О м . Главное, не пере гружайте эти маленькие орущие
суще ства, номи наль ная мощно сть которых со ставляет от 0,25
д о 0,5 Вт.

П одаем сигналы с помощью зуммеров
Подобно динамикам, зуммеры также генерируют звук, но в отличие от ди­
нам иков во всех случаях вырабаты вают один и тот же малоприятны й для
слуха писк, какое бы напряжение вы на них ни подавали (в разумных пределах,
разумеется). В случае динамиков справедлива формула "Моцарт на входе ­
Моцарт на выходе". В случае зуммеров "Моцарт на входе" не вызывает на вы­
ходе ничего другого, кроме однообразного писка.
Одна из разновидностей зум мера, пьезоэлектрический зу..о.tм ер, содержит
диафрагму, прикрепленную к пьезоэлектрическому кристаллу. Когда к этому
кристаллу приклады вается напряжение, он расширяется или сжимается (это
так называемый пьезоэлектрический эффект). Это, в свою очередь, заставляет
диафрагму вибрировать, создавая звуковые волны. (Обратите внимание : пьезо­
электрические зуммеры работают на обратном физическом принципе по срав­
нению с пьезоэлектрическим микрофоном, который мы обсуждали несколько
выше в настоящей главе.)
Зуммеры имеют два вывода и выпускаются в разных корпусах. На рис. 1 2. 1 О
показан типичный зуммер. Чтобы правильно подключить зуммер к схеме, нуж­
но пом нить, что красный вывод подключается к положительной клемме источ­
ника питания.
В ыбирая подходящий зум мер, нужно учиты вать три его характеристики.

324

»

Частота излучаемого звука. Больши нство зуммеров издают звук
строго определенной частоты, п римерно в диапазоне от 2 до 4 кГц.

))

Рабочее напряжение и диапазон напряжений. П окупайте зум­
мер, рабочее нап ряжение которого соответствует источн и ку п ита­
ния, испол ьзуемому в вашем устройстве.

))

Громкость звучания, выраженная в децибелах (дБ). Чем бол ь­
ше номина л ьная громкость звучания, выраженная в децибелах, тем

ЧАСТЬ 1 1 Уп равление

током

сил ьнее звук, издаваемый зуммером, - и тем бол ьшее раздраже­
ние он вызывает у окружа ющих. Чем выше нап ряжение постоян но­
го тока, тем громче звучит зуммер.

Рис. 12. 1 О. Работать с этим шумным
маленьким зуммером очень просто

ВНИМАНИЕ!

Громкость зуммера не должна быть чрезмерной - в противном слу­
чае может пострадать ваш слух. Если уровень гром кости достигнет
90 дБ и будет сохраняться в течение продолжительного времени, у
вас может наступить необратимая потеря слуха. Болевые ощущения
возникают при достижении уровня громкости, равного приблизи­
тельна 1 25 дБ.

Соэдан ие полезн ых ви б раци й с помощью
3n ектродви rатеn е й постоянно r о тока
Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, что заставляет ва ш с мартфон ви­
брировать? Нет, это вовсе не мексиканские прыгающие боб ы ! В смартфонах и
подобных им устройствах обычно используется электродвигатель постоятю ­
го тока, который превращает электрическую энергию (в частност и, энергию,
запасенную в аккумуляторе) в движение. Таким движением может быть вра­
щение колес созданного вами робота или вибрация смартфона. Вообще говоря,
электродвигатель постоянного тока можно использовать в любом устройстве,
который связан с выполнением тех или иных движений.
Электромагниты являются важной частью электродвигателей постоянного
тока, поскольку эти двигатели состоят, по сути, из электромагнита, размещен­
ного на валу и вращающегося между двумя постоянными магнитами, как по­
казано на рис. 1 2. 1 1 .
ГЛАВА 1 2

Приобретение допол нител ьных деталей

32 5

s

N
Вал

t

Южный полюс
постоянного магнита

1

Северный пол юс
постоянного магнита

Рис. 7 2. 7 7 . Взаимное расположение частей простого
электродвигателя постоянного тока

При подключении положительного и отрицательного полюсов источника
nитания к обмотке ротора (катушки электромагнита) nоследний создает на сво­
их концах магнитное nоле и начинает взаимодействовать с nолюсами nостоян­
ного магнита, расположенного по соседству с ним. Как известно, однои мен­
ные nолюса магнитов отталкиваются, а противоnоложные - притягиваются.
В результате обмотка ротора приходит в движение, что вызывает nоворот вала
двигателя то тех пор, пока катушка электромагнита не окажется рядом с nро­
тивоnоложным полюсом постоянного магнита. И если не предпринять никаких
действий, то в этот момент вал двигателя остановится.
Для того чтобы обеспечить непрерывное вращение ротора двигателя, нужно
сделать так, чтобы в нужный момент изменились магнитные полюса электро­
магнита (т.е. просто поменять полярность подключения источника питания
к обмотке ротора). Эту функцию выполняет простое устройство, состоящее
из коллектора (разделенный на сегменты барабан, кажды й сегмент которого
соединен с соответствующим концом обмотки электромагнита) и щеток, кото­
рые касаются коллектора. Коллектор вращается вместе с валом, а щетки оста­
ются неподвижными, причем одна из щеток подключена к положительному
полюсу батареи, а другая - к отрицательному. Когда вал - и, следовательно,
коллектор - вращается, происходит смена сегмента, находящегося в контакте
с каждой из щеток. Это, в свою очередь, влияет на то, какой конец электромаг­
нита будет соединен с отрицательным или положительным выводом источника
питания.
Вал в электродвигателе постоя нного тока вращается со скоростью не­
сколько тысяч оборотов в минуту, что многовато для большинства примене­
ни й таких электродвигателей . Поставщики электронной техники продают
326

ЧАСТЬ 1 1 Управление т оком

электродвигатели постоянного тока, снабженные так называемым зубчатым
редуктором, который понижает скорость вращения выходного вала примерно
до сотни (и меньше) оборотов в минуту (об/мин). Это устройство похоже на
коробку передач в автомобиле.

СОВЕТ

Если хотите уз нать, как устроен электродвигатель постоянного тока,
купите з а несколько долларов какой-нибудь и з самых дешевых его
экз емпляров и просто разберите его.

В каталогах поставщиков обычно указывается довольно много технических
параметров поставляемых ими электродвигателей. Когда будете подыскивать
электродвигатель, подходящий для своего устройства, учитывайте два важных
их параметра, приведеиных ниже.
>>

Скорость вращения. Нужная скорость вращения, в ы раженная в
оборотах за одну м и нуту (об/ми н), зависит от того, ка кое именно
устройство вы разрабатываете. Нап ример, когда речь идет о враще­
н и и колес модел и а втомобиля, вам может понадобиться скорость
вращения порядка 60 об/мин. Тогда колеса вашей модел и будут вра­
щаться со скоростью 1 об/с.

»

Р а бочее напряжен ие. Рабочее н а п ряжение задается в виде диа­
пазона напряжений. В радиол юбительских устройствах обы ч но ис­
пользуются электродвигатели, которые п итаются от источ ни ков на­
п ряжения 4,5- 1 2 В. Также следует обратить внимание на указанные
изготовителем номинальное напряжение и номинал ьную скорость
вращения электродвигателя. Электродвигател ь вращается с та кой
ско ростью, когда вы п одаете на него ном и н ал ьное н а п ряжение.
Есл и же вы подаете на него н а п ряжен ие, мен ьшее номи нального,
электродвигатель вра щается медленнее (т.е. скорость его вра щен ия
меньше ном инальной). Если вы подаете на него нап ряжение, кото­
рое бол ьше номинал ьного, он может вращаться быстрее (но не ис­
ключено, что он со временем сгорит).

Электродвигатели постоянного тока снабжены двумя выводами (или клем­
ами,
к которым вы должны припаять провода): один - для положительного,
\1
а другой - для отрицательного напряжения питания. Запустить электродви­
гатель в работу можно, просто подав напряжение постоянного тока, которое
обеспечивает нужную вам скорость вращения, а когда вы хотите остановить
электродвигатель, достаточно просто отключить это напряжение. У большин­
с тва электродвигателей постоянного тока и з менение полярности питающего
напряжения изменяет направление вращения вала.

ГЛАВА 1 2

Приобретение допол нительных деталей

327

Можно использоват ь более эффекти вны й метод управления с коростью
вращения электродвигателя, называемы й широтно-импульсной модуля ц ией
(ШИМ) . В соответствии с этим методом напряжение подкл ючается к двига­
телю на короткий промежуток времени, после чего откл ючается. Чем продол­
жительнее интервалы в кл ючения напряжения питания, тем быстрее вращается
вал электродвигателя . Если вы создаете устройство, в основе которого лежит
электродвигатель (например, робот), то такой способ у правления скоростью
вращения реализуется с помощью специальных электронных микросхем.

ВНИМАНИЕ!

328

Если вы на гружаете вал электродвигателя такими приспособления­
ми, как колеса, лопасти пропеллера и другие, позаботьтесь о надеж­
ном закреплен ии этих устройств на валу двигателя и лишь после
этого подавайте питание на электродвигатель . В противном случае
ваша насадка может соскочить с вала и ранить вас или кого-то дру­
гого, кто в этот момент окажется поблизости .

ЧАСТЬ 1 1

Управление током

П р и м и м а е м ся
з а зл кт р о н и ку
се р t.еэ

В ЭТО Й Ч А С Т И . . .
)) Обустр а и ваем ла боратор и ю для серьезных заняти й
электр оникой
)) Учимся читать элек т р ическ ие схемы
)) Осва ивае м искусство пай ки
)) Собир а ем схемы-макеты на б еспаечной монтажной
плате
)) Создаем готовые схемы
)) Исследуем работу схемы с помощью мультиметра
)) П овторяем инте р есные устрой ст ва, которые
упр авля ют светом, выдают звуковой сигнал тревоги,
проигрыва ют музык у и р еализуют проч ие полезные
функции

Глава

13

Со э д а н и е
лаб ор а то р и и и
тех н и к а бе з о п а сн о сти
В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .

)) О бустраи ваем рабочее место, кото рое обеспечит вам
ма ксимальные комфо рт и удобство
»

З апасаемся и нструментами и п рочими вспомогательными
п риспособлениями и материалами

)) Создаем исходн ы й комплект электронн ых ком понен то в
)) Между п рочим, за кон О м а п рименим не тол ько
к электрическим цепям, но и к л юдя м
)) Ка к избежать п оражен ия электрически м током
)) Ка к уберечь комп оненты от п ревращения в горку пепла

3

нать, как работают резисторы, диоды, транзисторы и про­
чие электронные ком поненты - это, конечно, заме­
чательно, но подлинное наслаждение доставляет
воплощение в жизнь реальных устройств, т.е. электрон­
ных схем, которые могут жужжать, мигать, пищать и со­
вершать множество других восхитительных действий !
Чтобы извлечь максимальную пользу из своего путеше­
ствия в волшебный мир электроники, нужно не пожа­
леть времени и основательно подготовиться.
В это й главе вы ознаком итесь с рекомендациями по
обустройству небольшой электронной лаборатории в своем

доме. Я расскажу вам об инструментах, приспособлениях и материалах, кото­
рые понадо бятся вам, чтобы успешно реализовать всевозможные электронных
устро йства, и порекомендую вам перечень электронных ком понентов, ку пив
которые, вы сможете создать ряд таких устройств.
Хотя сборка и испытание электронных схем под силу лишь храбры м серд­
цам (поскольку даже малые токи могут стать для вас серьезным испытанием
на прочность), я советую даже самым храбрым из вас внимательно ознако­
миться с правилами техники безопасности при работе с электрическим током.
Удар электрическим током вызывает не сам ые приятные ощущения и подчас
влечет за собой весьма тяжелые последствия. Знание правил техники безопас­
ности и неукоснительное их выполнение избавит вас от этих неприятностей.

ВНИМАНИЕ!

Прислушайтесь к разумному совету: чтобы вызвать серьезную трав­
му или даже смертельный исход, требуется не такой уж большой ток.
Даже сам ые оп ытные с пециалисты принимают надлежащие меры
предосторожности, чтобы избежать поражения электрическим то­
ком. Я настоятельно рекомендую вам (и даже настаиваю) вниматель­
но ознакомиться с изложенными ниже правилами техники безопас­
ности при работе с электрическим током. (Между прочим, мне было
не так-то легко собрать воедино соответствующую информацию.)
Прежде чем приступать к разработке очередного устройства, еще
раз перечитайте правила, изложенные в конце этой главы. Обещаете?

В ы б ор подходя щего места для
радиолю б ител ь ско й практи ки
Где именно вы устроите свою радиолюбительскую лабораторию - не ме­
нее важно, чем выбрать устройство, которое вы будете создавать, или инстру­
менты, которыми вы будете пользоваться. Как и в случае недвижимости, глав­
ным является местоположение. В ыбрав самое подходя щее место в доме или
квартире, вы сможете оптимальным образом организовать свою работу и полу­
чать истинное удовольствие от радиолюбительских экспериментов. Нет ничего
хуже, чем работать на неряшливом рабочем месте при тусклом освещении и в
плохо проветриваемом помещении.

В ажне й ш и е составляющие хоро ш е й
радиолю б ительско й ла б оратории
Н иже перечислены важнейшие составляющие хорошей радиолюбительской
лаборатории .
332

ЧАСТЬ

111

П р и н и маемся за эле ктро н и ку всерьез

JJ

Комфортабельное рабочее место с п росторным столом и удобным
стулом

J)

Хорошее освещение

J)

Достаточ ное кол ичество электрических розеток, обеспечи ва ющих
ток до 1 0 А

J)

И нструменты и я щики с инструментами, находящиеся рядом с рабочим местом (на стеллажах или полках)

J)

Комфортная, сухая атмосфера

))

П рочная и плоская рабочая поверхность

))

Спокойная и тихая окружающая обстановка

В идеале, на вашем рабочем месте никто не должен "копаться", пока
ВНИМАНИЕ!

вы отсутствуете (в течение нескол ьких часов ил и дней). Кр о ме того,
ваш рабочий стол должен быть "запретной зоной" или вне досягае­
мости для ваших детей . Любознательным детишкам не должно быть
места в вашей радиолюбительской лаборатории!

Идеальным местом я вляется гараж, поскольку здесь вы можете свободно
работать с паяльником и прочими опасными инструментами и материалами, не
рискуя прожечь или иным способом испортить ковер или находящуюся рядом
мебель. Необходимая вам площадь не так уж велика: примерно 1 х2 м вполне
достаточ но. Если вы не можете расчистить в своем гараже такую площадку
(или если у вас вообще нет гаража), можете использовать какую-то из комнат
своего дома, часть которой будет отведена под лабораторию. Если вам прихо­
дится работать в ком нате с ковровым покрытием пола, чтобы предотвратить
накопление статического электричества на своем теле, постелите поверх ков­
рового покрытия защитный коври к наподобие антистатического мата. Н иже
в это й главе мы еще вернемся к этому вопросу и рассмотрим его подр о бнее.

ВНИМАНИЕ!

Если ваше рабочее место невозможно оградить физически от досту­
па других членов семьи, расскажите им об опасности, которая может
подстерегать тех, кто не разбирается в электричестве и не знаком с
правилами техники безопасности при работе с электрическим током
(которые я излагаю ниже в этой главе). Особенно это касается ваших
детей. Лучше всего обьявить свое рабочее место "запретной зоной".
Желательно, чтобы ваши устройства, инструменты, приспособления
и материалы хранились в я щиках и шкафах, запирающихся на за­
мок, или в иных местах, недо сту пных для детей. Ни в коем случае
не оставля йте интеграл ьные схем ы и другие острые предметы на
полу : случайно наступив на них, можно сильно поранить ступню !
ГЛАВА 1 3

Соэда н и е лаборатории и техн и ка безопасности

333

Где бы вы ни устроили свою радиолюбительскую лабораторию, обратите
внимание на атмосферу в этом помещении. Чрезмерное тепло, холод или влаж­
ность может сильно сказываться на "самочувствии" ваших электронных схем.
Если рабочее место кажется вам чересчур холодным, жарким или сырым, по­
пытайтесь кондиционировать воздух в этом помещении или вообще откажи­
тесь от использования этого места в качестве радиолюбительской лаборатории.
Чтобы регулировать тем пературу и влажность на своем рабочем месте, вам,
возможно, понадобится утеплить помещение, установить кондиционер воздуха
или смонтировать оборудование для понижения влажности . Разместите свой
рабочий стол так, чтобы он находился подальше от открытых дверей и окон,
через которые в помещение может проникать избыточная влага или тепло. Со­
гласно правилам техники безопасности, ни в коем случае нельзя работать на
мокром или хотя бы слегка влажном полу.

О сновные сведен ия о ра б очем столе радиол ю б ителя
Характер создаваемых вами устройств определяет размеры необходимого
рабочего стола, однако в большинстве случаев вам будет вполне достаточно
рабочего стола, размер столешницы которого составляет примерно 60 х 90 см.
Впрочем, если площадь столешницы вашего рабочего стола меньше указанных
размеров, это отнюдь не является препятствием, которое помешает вам созда­
вать за таким столом свои электронные устройства.
Рабочий стол требуемых размеров можно изготовить самостоятельно, вос­
пользовавшись для этого какой-нибудь старой дверью, которая хранится у вас в
гараже и которая будет выполнять роль столешницы. Если подходящей старой
двери у вас не найдется, подберите в ближайшем мебельном магазине недоро­
гую пустотелую щитовую дверь или более прочную цельную дверь. Изготовь­
те ножки для своего стола, воспользовавшись для этого деревянным бруском
длиной 90 см с попереч н ы м сечением 5 х 1 О см. Н ожки можно прикрепить
к столешнице с помощью кронштейнов (металлических уголков). В качестве
ал ьтернативного варианта с воей рабочей поверхности можно испол ьзовать
20-миллиметровую фанеру или древесна-стружечную плиту.
Конструкция рабочего стола может быть еще более простой, если вместо
четырех ножек использовать козлы, которыми обычно пользуются для распи­
ливания дров, и установить сверху на эти козлы какую-нибудь старую дверь.
Такая конструкция позволит вам при необходимости разбирать свой рабочий
стол и хранить его где-нибудь в угол ке, чтобы он занимал как можно меньше
места. Закрепить столешницу на козлах можно с помощью прочных и эластич­
ных прорезинеиных шнуров; это необходимо для того, чтобы столешница слу­
чайно не упала с козел и не поранила вас.
334

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрони ку всерьез

Помните, что в процессе работы над своими устройствами вам придется
часами наклоняться над рабочим столом . Конечно, вы можете ужаться в своих
расходах и куnить недорогой письменны й стол, который будет служить вам
рабочим. Если у вас еще нет удобного и прочного стула, его придется купить в
первоочередном nорядке. В ысота сиденья этого стула должна быть nодобрана
так, чтобы она соответствовала выс оте вашего рабочего стола, в противном
случае вам гарантированы боли в спине и пояснице, а также быстрая утомля­
е мость.

П рио б ретаем инструменты ,
вспомогател ь ные п риспосо бn ения
и материалы
Для каждого хобби требуется оnределенный набор инструментов, вспомо­
гательных присnособлений и материалов. В этом смысле радиолюбительство
не является исключением. Если вы будете расnолагать всем и необходимыми
инструментами, а также определенным набором вспомогательных присnасо­
олений и материалов, начиная с nростой отвертки и заканчивая высокооборо­
тистой электродрелью, то будете nолучать гораздо большее удовольствие от
с о здания собственных электронных устройств. Важн о также, чтобы все эти
инструменты, вспомогательные присnособления и материалы были правильно
о рганизованы и хранились так, чтобы каждый раз, когда вам потребуется та
или иная вещь, вам не приходилось nодолгу искать ее по всему дому.
В этом разделе я расскажу вам, какие именно инструменты, вспомогатель­
ные nриспособпения и материалы вам nонадобятся для работы над электр о н­
ными устройствами - от совсем простых схем до устройств среднего уро вня
сложности.

СОВЕТ

Если вам удалось организовать у себя дома постоянное рабочее мес­
то для создания электронных устройств, то какие-то из ручных ин­
струментов, упоминающихся в настоящем разделе, можно либо раз­
весить на стене, либо вставить в отверстия перфорированной дре­
весна-стружечной nлиты. Это относится к инструментам, которыми
вы пользуетесь чаще всего . Другие мелкие инструменты, а также
всnомогательные nрисnособления и материалы можно сnрятать в
небольшой я щик для инструментов, который можно хранить непо­
средственно на своем рабочем столе. Пластиковую коробку (из тех,
которые обычно исnользуются для хранения рыболовных снастей)
ГЛАВА 1 3

Созда н и е лаборатории и техни ка безоnасности

335

с множеством небольших отделений и одним большим отделением
можно использовать для упорядоченного хранения разных мелких
деталей и компонентов.

М уn ьтиметр - о б я 3атеn ьная принадлеж и ость
в awero ра б оче го места
Одним из самых важных для вас инструментов является мультшwетр, ко­
торы й можно использовать для измерения напряжений постоянного и пере­
мениого тока, сопротивления и величины тока, когда вам нужно разобраться,
что же происходит в схеме, с которой вы эксперимен­
тируете. Большинство мультиметров, которые испол ь­
зуются в настоящее время, относятся к цифровому
типу (рис. 1 3 . 1 ) Это означает, что в них используются
цифровые индикаторы наподобие тех, которые приме­
няются в цифровых часах. (Такие мультиметры можно
использовать для измерений как в аналоговых, так и в
цифровых схемах.) В мультиметрах старого, аналого­
вого типа в качестве индикатора измеряемых величин
применяются стрелка и ряд градуированных шкал.
Каждый мультиметр комплектуется паро й изме­
рительных щупов : оди н черный (для подключения к
общему проводу) и один красный (для подключения
к положительному источнику напряжения или тока) .
В небол ьших мул ьтиметрах карманного типа измери­
тельные щупы являются несъемными (они "намертво"
припаяны к мультиметру), тогда как в более крупных
Рис. 1 3. 1 . Мультимет­ моделях мультиметров измерительные щуп ы можно
ры позволяют изме­
вынуть из прибора. Кажды й из таких щупов снабжен
рить напряжение, со­
металлическим наконечником конической формы, ко­
противление и ток
торым вы будете прикасаться к тем или иным контак­
там исследуемой схемы. Можно также купить щупы в виде зажимов, которые
надеваются на металлические наконечники щупов; применение таких зажимов
облегчает процесс измерений, поскольку вы можете прикреппять эти зажимы к
проводам или выводам компонентов.
Новые цифровые мультиметры можно приобрести по цене от 1 О до более
1 00 долларов. Более дорогостоящие модели предоставляют дополнительные
возможности, например встроенные схемы определения параметров конден­
саторов, диодов и транзисторов. Мультиметр можно представпять себе как
некий набор глаз, с помощью которых вы можете заглядывать внутрь своих
.

33 6

ЧАСТЬ 1 1 1

П ри н и маемся за электро н и ку всерьез

электронных схем, nоэтому следует nокуnать самы й дорогостоящий мульти­
метр из тех, которые вы можете себе nозволить. Таким образом, когда вы nри­
метесь за реализацию более сложных устройств, с nомощью такого мультиме­
тра вам будет легче разобраться в nроцессах, nроисходящих в ваш их схемах.
Подробнее о том, как nользоваться мул ьтиметром, я расскажу в главе 1 6,
"Осваиваем мультиметр".

З а п асаемся п аял ь ными п ринадn ежностями
Лайка - это метод, который исnользуется для создания неразъемных сое­
динений между комnонентами в nроцессе сборки той или иной электронной
схемы. В место того чтобы скреnлять те или иные детали с nомощью клея, ис­
nользуются маленькие каnельки расnлавленного металла, называемые припо­
ем, которые наносятся с nомощью устройства, называемого паяльником. Ме­
талл, наносимый на место сnайки, обесnечивает между nроводами и выводами
комnонентов вашей схемы nроводящее ф изическое соединение, называемое

паянным соединением.
Вам будет, наверное, приятно узнать, что для пайки понадобится лишь не­
сколько простых инструментов и всnомогательных материалов. Базовый набор
для пайки можно приобрести по цене, не превышающей 1 О долларов, однако
nриобретение более качественных инструментов для пайки о бойдется несколь­
ко дороже. Как минимум вам понадобятся для пайки перечисленные ниже ос­
новные принадлежности.
))

Паяnьник, п редставляет собой стержнеобразный и нструмент, ко­
торый состоит и з ручки, изготовленной из изоляционного матери­
ала, нагревательного элемента и отпол и рованного металл ического
наконечн и ка, который и ногда называют жалом (рис. 1 3 .2) . Выбери­
те паяльни к номинальной мощностью 25-30 Вт со съемным (смен­
ным) жалом и трехконтактной
вилкой, обеспечи вающей его
заземление. Некоторые моде­
ли паяльн и ков позволяют ис­
пользовать наконеч н и ки раз­
ных размеров для разных ти­
пов устройств, а конструкция
некото р ых моделе й п редус­
матри вает даже возможность
регул и рова н и я мощности па­
Рис. 1 3.2. В некоторых моделях
яльника. (Обе эти возможно­
паяльников можн о регулировать
сти, конечно, хороши, но без
температуру нагрева жала;
них вполне можно обойтись.)
они также комплектуются соб­
ственными подставками

ГЛАВА 1 3

Создание лаборатории и техни ка безопасности

337

ВНИМАНИЕ!

))

Подставка для nаяльника. Такая nодста вка удержи вает nаяльник
и не nозволяет его нагретому жалу случайно n рикоснуться к n ред­
метам, находящимся на nоверхности рабочего стола . Некоторые
nаял ь н и ки n родаются в комnлекте с nодста вка ми . (Обы ч но та кие
комnлекты называются паяльными станциями.) У та кой nодставки
должно быть тяжеловесное основание, в п ротивном случае ее сле­
дует надежно за креп ить на рабочем столе, чтобы она случа й но не
перевернулась. Подста вка для паяльника должна быть обязател ь­
ной п р и н адлежиостью ва шего рабочего стола, есл и вы не хотите
сжечь разрабатываемое вами устройство, рабочи й стол или самого
себя!

))

Приnой - это мягкий металл, который нагревается до температу­
ры плавления с помощью паяльника, после чего ему п редоста вля­
ется возможность остыть и сформировать п роводящее соединение.
Ста нда ртн ы й п ри п ой, испол ьзуем ы й для монтажа электро н н ы х
схем, п редставляет собой пол ы й п руток, которы й состоит п рибли­
зительно на 60% из олова и на 40% из сви нца; внутренняя полость
такого оловянно-сви нцового п рутка заполнена канифолью, которая
в п роцессе пайки играет роль флюса (это так называемый трубчатый
п р и пой типа 60/40 с ка нифол ьным серде ч н и ком). (Не п рименяйте
припой, п редназначенн ы й для са нтехни ческих паяльных работ; та­
кой п ри пой "разъедает" электронные компоненты и печатные nла­
ты .) Воскообразн ы й флюс nомогает очистить металл ы, которые вы
соединяете nай кой; кроме того, он nовышает способность расnлав­
ленного п р и поя обволаки вать место соед и нения и надежно сце­
плять между собой соединяемые металлы . П р и пои бывают разных
диаметров и n родаются намота нн ыми на катушки. Для радиол юби­
тел ьских устройств я могу п орекомендовать трубчатый п р и пой,
диаметр которого составляет 0,8 или 1 мм.

Свинец, содержащийся в трубчатом припое типа 60/40 с канифоль­
ным сердечником, может представлять опасность для вашего здоро­
вья, поэтому обращаться с ним нужно осторожно. Не прикасайтесь
ко рту и глазам руками, если вы трогали ими припой. Тем более ни в
коем случае не берите такой оловянно-евинцовый пруток в рот. (Ино­
гда возникает соблазн сделать это, если нужно освободить руки.)

Рекомендую вам также запастись перечисленными ниже дополнительными
инструментами и принадлежностями для пайки.
))

338

Влажная губка. Влажной губкой можно снимать изл и ш ки п р и поя
и фл юса с горячего жала паяльника. Некоторые nодста вки для па­
ял ь н и ка комплектуются небол ьшой губкой, а в самой подста вке

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н имаемся за электрон и ку всерьез

п редусмотрено специальное гнездо для хра нения губки, но для
этой цели также вполне годится обыч ная хозяйственная губка (тол ь­
ко чистая!).
))

И нструменты дnя удаnения припоя. Отсос для припоя ( иногда
его называют насосом для удаления изл и шков припоя) п редставля­
ет собой шприц с подп ружиненным поршнем, при движени и кото­
рого создается разрежение (вакуум), затя гивающее п р и пой. Таким
устройством можно пользоваться для удаления изл и ш ков при поя
(или пол ного удаления припоя) с места соединения. Чтобы воспол ь­
зоваться таким устройством, расплавьте п р ипой, который вы хоти­
те удалить, быстро установите отсос для п р и поя над местом с рас­
плавленным п р ипоем и приведите это устройство в действие. Как
альтернативный вариант можно испол ьзовать специальную медную
ленту (или косичку), которая применяется для удаления припоя в
труднодоступных местах. Она п редставляет собой плоскую оплетку
(похожую на фитил ь) из тон ких медных п роводов и позволяет снять
л и ш н и й п рипой (который, конечно же, необходимо п редваритель­
но распла вить), поскольку сцепление п р ипоя с медью оказывается
сильнее, чем с выводами компонентов или п роводниками печатной
платы.

))

Паста дnя очистки жаnа паяnьника. Название этого средства го­
ворит само за себя.

))

Средство дnя удаnения и3nиwков канифоnи обычно п родается
в бутылках или в аэрозол ьных баллончиках. Средство для удаления
излишков канифоли (смывку) нужно испол ьзовать после па йки, что­
бы убрать остатки флюса и п редотвратить окисление (т.е. поя вление
коррози и, если в ыражаться по-п ростому) мест п а й ки, которое мо­
жет нарушить паянные соединения.

))

Допоn нитеnьные жа n а дnя паяnьника. Ч а ще всего для п а й ки
электронных схем достаточно небол ьшого (диаметром 3-4 мм)
круглого или плоского жала. Вам, конечно, могут встретиться жала
бол ьшего или меньшего диаметра, которые можно испол ьзовать
для разных типов устройств. Важно купить ж а ло, подходящее для
в а шей модели паяльника. Жало необходимо менять в случаях, когда
на нем появляются трещины, признаки корроз и и ил и слущивания
металлизации. Износи вшееся жало не обеспечивает нагрева, требу­
емого для распла вления припоя .

В главе 1 5, "Сборка электронных схем", я подробно объясняю, как пользо­
ваться паяльником .

ГЛАВА 1 3

Создан и е лаборатории и техни ка безопасности

339

3 а п асаемся ручн ы ми и нструментами
Ручные инструменты явля ются необходимой принадлежиостью вашего ра­
бочего места. С их помощью вы можете закручивать винты, отрезать провода,
сгибать небольшие кусочки металла, а также вы полнять множество других ру­
тинных операций. Н иже перечислены ручные инструменты, являющиеся обя­
зательной принадлежиостью вашего рабочего места.
))

Кусачки. Ун и версал ьные куса чки можно п риобрести в л юбом хо­
зяйственном магазине, однако вы поступите п ра в ил ьно, если не по­
жалеете примерно 5 долларов на п риобретение бокорезов, или ко­
сых острогубцев, показан ных на рис. 1 3.3, для обреза ния п раводав
в труднодоступных местах (на п ример, над паянным соединением).

))

Приспособnение для зачистки проводов. Зачастую нужно зачи­
стить п ровод от изоля ции примерно на 1 -2 см, чтобы зач и щен н ы й
конец п ровода можно было припаять к определенной точке соеди­
нения или вста вить в требуемое отверстие беспаечной ма кетной
платы (которую мы обсудим ниже). Качественное приспособлен ие
для зачистки п роводов (которое и ногда называют стриппером) со­
держит специальные выступы и впадины, позволяющие аккуратно и
без особых усилий снимать изоляцию с п роводов разных диаметров
(которые, как указывалось в гла ве 1 2, "П риобретение допол нитель­
ных деталей'; оп ределя ются их кал ибром), не повредив п ри этом
сам провод. И ногда в п родаже можно встретить комбинированный
и нструмент, сочетающий в себе кусач ки и стри ппер, вп рочем тогда
вам придется самому определять диаметр п ровода.

)) Тонкие круглогубцы (двух ра змеров). С помощью та ких кругло­
губцев вы можете сгибать провода, вста влять в ыводы элементов в
отверстия беспаечной макетной платы и удержив ать детали, с кото­
рыми вы работаете в да нный момент. П риобретите две пары кругло­
губцев: мини-круглогубцы (дл и ной около 1 О см) для "тонкой" р а боты
и круглогубцы стандартного размера, которыми вы можете пол ьзо­
ваться, когда нужно п риложить несколько большее усил ие.
))

340

Прецизионные отвертки. Обязател ьно приобретите отвертку для
винтов с п ростым шл и цем и отвертку для ви нтов с крестообразным
шлицем, п ричем размеры этих отверток должны подходить для мел­
ких работ, которыми вам придется заниматься при созда нии своих
электронных устройств. Чтобы избежать повреждения головки вин­
та, размер отвертки должен соответствовать ха рактеру выполняе­
мой вами работы. Чтобы облегч ить себе работу с мел кими ви нтами,
пол ьзуйтесь нам а гн и ченной отверткой или наложите на головку
ви нта небольшой кусочек рези новой удерживающей масти ки, п ре­
жде чем вставлять конец отвертки в шл иц винта.

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

))

Увеnичитеnьное сте к nо с кратностью 3 х (или бол ьше) поможет
вам контроли ровать качество паянных соед и нен и й и читать кро­
шечные обозначения на электронных компонентах.

))

Третья рука. Нет, это не часть тела вашего друга. Это и нструмент,
который крепится на ва шем рабочем столе и снабжен регул и руе­
мыми зажимами, которые удержи вают небольшие детали, когда вы
работаете. Третья рука позволяет облегчить процесс пайки. П ример
третьей руки, снабженной увел и чител ьным стеклом, п редставлен
на рис. 1 3.4.

Рис. 1 3.3. Бокорезы позволяют обре­
зать провод у самой поверхности
печатной платы

Рис. 1 3.4. Эта третья рука снабжена
зажимами типа "крокодил" и увели­
чительным стеклом

З апасаемся ветош ью и смывками
Если вы не будете держать электронные схемы, ком поненты и другиечасти
ваших электронных устройств в идеальной чистоте, они могут работать значи­
тельно хуже, чем заявляют их изготовители. Особенно важно соблюдать чисто­
ту при выполнении пайки. Грязь я вляется причиной некачественных паяиных
соединени й, а некачественные паяиные соединения, в свою очередь, являются
причиной неудовлетверительной работы электронных схем.
Ниже приведен перечень принадлежис етей и материалов, которые помогут
вам содержать свои устройства в чистоте, близкой к идеальной.
))

Мягкая ткань иnи марnевый бинт. Удаля йте пыль с п редметов, с
которыми вы работаете, с помощью мя гкой ткан и или стерил изо­
ван ного марлевого бинта (без примесей хлопчатобумажного волок­
на). Не следует пол ьзоваться бытовыми аэрозолями для удален ия
пыли, поскол ьку некоторые из н их вызывают появление заряда ста­
тического электричества, которое может повредить электрон н ые
компоненты.

ГЛАВА 1 3

Созда н и е лабо ратории и техн и ка безопасности

341

342

))

Сжатый воздух. Давление сжатого воздуха, который п род а ется в
специальных баллончиках, поможет вам удалить пыль с поверхнос­
ти печатных плат и п рочей "начинки" электронных устройств. Од­
нако баллончики со сжатым воздухом, пока вы не пол ьзуетесь ими,
следует хранить в местах, недоступных для остальных членов вашей
семьи, поскол ьку испол ьзова н и е баллонов со сжатым воздухом
в качестве и н галятора может стать причиной смертельного исхода.

))

Бытовое чистящее средство на водной основе. Пол ьзуйтесь
та ким средством в виде аэрозоля для удаления грязи и жир а , на­
л и пшего на ваших инструментах, рабочих поверхностях, а также на­
ружных поверхностях ваших электронных устройств. Не н а носите
такое чистя щее средство на электронные схемы, находящиеся под
нап ряжением, поскольку это может вызвать короткое замы кание.

))

Чистящее средство для злектронных компонентов. Грязь и жир с
электронных компонентов следует удалять лишь с помощью специ­
ального чистящего средства, предназначенного для этой цели.

))

Кисти для живописи. П риобретите небол ьшую кисточ ку, а та кже
ши рокую кисть для удален ия п ыл и и грязи с электронных схем, но
не пол ьзуйтесь дешевыми кистями, из которых обил ьно вы падают
волоски. Для этой цели подойдет также сухая и чистая зубная щетка .

))

Фотографическая груша-щетка. Фотографическая груша-щетка,
которую можно п риобрести п ра ктически в л юбом фотома газине,
в ыпол няет одновременно "подмета ющую" функци ю мя гкой кисти
и чистящую функци ю обычной резиновой груши, сдув а ющей пыль.

))

Средство для ч истки злектрических конта ктов. С редство для
чистки электрических контактов, выпускаемое в виде аэрозоля, по­
зволяет эффективно чистить электрические конта кты. Нанесите это
средство н а кисть, а затем п роведите этой кистью по контакта м, что­
бы очистить их от пыли и грязи.

))

Хлопчатобумажные тампоны. С помощью та ких хлопчатобумаж­
ных тампонов можно п ромокать излишки масла, смазки и чистя ще­
го средства.

))

Маникюрные приспособпения и пилочки для ногтей. Позволяют
соскабли вать с печатной платы и электрических конта ктов отходы
своей работы, а после - сделать себе м а н икюр!

))

Ро з овый ластик для стирания. Идеально подходит для сти ра ния
грязи с электрических контактов (особенно с конта ктов, на которые
попала кислота из п ротекшей батарейки). Ластик обязател ьно дол­
жен быть розовым; после испол ьзова ния других ластиков на кон­
такта х оста ются следы, которые не так-то п росто удалить. Не трите
ластиком печатную пл а ту, поскольку это может при вести к образо­
ванию заряда статического электричества.

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электро н и ку всер ьез

3 апасаемся смазко й
Для обесnечения надежной работы электродвигателей и дру гих механи­
ческих узлов, исnользуемых в радиол ю бительских устройствах, требуется
оnределенное количество технического вазелина или машинного масла. Такие
механизмы нуждаются в nериодическом смазывании. В радиолюбительских
устройствах обычно исnользуется два тиnа смазки. К тому же следует nомнить
о том, что некоторые тиnы смазочных материалов ни в коем случае нельзя ис­
пользовать в электронных устройствах !

ВНИМАНИЕ!

Ни в коем случае не пользуйтесь в радиолюбительских устройствах
синтетическим лубрикантом из аэрозольного баллончика (наnример,
WD-40 и LPS). Поскольку у вас нет возможности контролировать
ширину "дорожки", наносимой из такого баллончика, смазка неизбежно будет поnадать на те части, на которые не должна nоnадать.
К тому же некоторые синтетические лубриканты не nроводят элек­
трический ток, и слой смазки, создаваемый ими, может нарушить
электрические контакты и помешать, таким образом , nрохождению
электрического тока.

Ниже указаны лубриканты, которыми можно nользоваться в радиолюби­
тельских устройствах.
)) Жидкое маwинное маспо. Испол ьзуйте этот ти п масла для смазки
вращающихся частей. Избега йте использования масел с анти корро­
зионными добав ками, которые могут вступать в реа кци ю с пласт­
массами и разрушать их. Ш п ри ц-масленка с длинным тонким носи­
ком идеально подходит для нанесен и я смазки в труднодоступных
местах.
)) Технический ва3еnин. Испол ьзуйте л итиевую смазку или какую-ли­
бо другую си нтетическую густую смазку для трущихся и в ращаю­
щихся деталей.

Жидкое машинное масло и технический вазелин можно nриобрести в магази­
нах, торгующих радиодеталями и ком nонентами для комnьютеров, в магазинах
хозтоваров, авто- и швейных магазинах, а также в магазинах для моделистов.

ВНИМАНИЕ!

Не наносите смазку, если не уверены, что соответствующий меха­
низм действительно нуждается в этом . Некоторые самосмазываю­
щиеся nластмассы, используемые для изготовления механических
компонентов, могут разрушаться nод действием лубрикантов, по­
лученных в результате nереработки нефти. Если вы ремонтируете
ГЛАВА 1 3

Создание лабо ратории и техни ка безопасности

343

проигрыватель комлакт-дисков или какое-либо другое электронное
устройство, выясните на сайте его изготовителя, требуется ли при­
менение для него тех или иных лубрикантов.

З апасаемся клеящими средствами
Во многих радиолюбительских устройствах используются те или иные кле­
ящие вещества. Например, вам может лонадобиться закрепить небольшую пе­
чатную плату на внутренней стороне корпуса устройства карманного размера.
В зависимости от применения вы можете использовать один или нескол ько
перечисленных ниже клея щ их средств.
>>

Белый клей П ВА луч ше всего испол ьзовать для радиолюбител ь­
ских устройств, в которых применяется дерево или другие пори­
стые материалы. Для высыхания такого клея требуется 20-30 м и н и
п римерно 1 2 ч для полного "схватывания':

»

Эпоксидный цемент создает п рочные водостойкие соединения и
может испол ьзоваться для склеивания л юбых материалов. Чтобы
эпоксид н ы й клей высох, нужно выждать 5-30 м и н, а для полного
"схватывания" потребуется примерно 24 ч.

»

Ци а ноакрилатны й (СА) клей, или суперклей клеит п р актически
л юбые материалы (в том ч исле пал ьцы, поэтому пол ьзуйтесь им
с осторожностью) практи чески мгновенно. Испол ьзуйте обы ч н ы й
к л е й СА п ри склеива н и и гладких и идеа л ь н о п одогн а н н ы х д руг
к другу поверхностей; используйте гелев ы й клей СА, заполняющий
пустоты, если нужно склеить части, не вполне подогн а н н ые друг
к другу.

»

Двусторонняя самоклеющаяся пенолента позволяет быстро при­
креппять печатные платы к корпусам электронных устройств или
надежно за креплять на месте неплотно п р и гнанные друг к другу
компоненты.

»

Пистолет с термоклеем позволяет быстро склеить детал и при ми­
н имальном в ремени осты в а ния (п риблизительно 30 с). Этот водо­
стойкий клей, заполняющий и герметизирующий пустоты, продает­
ся в виде п рутков, которые нужно вста вить в специальное гнездо
п истолета. П истолет нагрев а ет клей примерно до 1 20- 1 80°С, чего
вполне достаточно, чтобы вызвать у вас ожог, но недостаточно, что­
бы распла вить припой.

Д руги е ин струменты и принадл е ж н ости
Н астоятельно рекомендую приобрести еще три приспособления, прежде
чем приступить к созданию своих электронных устройств.
344

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

))

Защитные очки. Стильные пластиковые защитные очки ни когда не
выйдут из моды. Они понадобятся вам для того, чтобы защитить гла­
за от свисающих кусоч ков п ровода, брызг распла вленного припоя,
взрывающихся электронных компонентов {например, электролити­
ческих конденсаторов) и множества других мел ких объектов. Есл и
вы носите обычные очки из-за плохого з рения, наденьте поверх них
за щитные очки, чтобы обеспечить полную защиту кожи вокруг глаз.

))

Антистатический брасnет. Этот недорогой браслет не даст воз­
можности электростатическому заряду, Накопи вшемуся на вашем
теле, попасть на чувствительные электронные компоненты и повре­
дить их. Н иже в этой главе мы обсудим его подробнее.

))

Аптечка и руководство по оказанию первой медицинской по­
мощи. П ри работе с электронными схемами и ногда случаются ожо­
ги {или кое-что похуже). Именно поэтому я рекомендую вам хранить
на своем рабочем месте а птеч ку. Необходимо также, чтобы рядом
с этой а птеч кой хранилось руководство по оказа н и ю первой меди­
цинской помощи.

Рано или поздно наступит момент, когда вы захотите поместить собранное
вам и электронное устройство в некий контейнер, из которого будут торчать
провода или руч ки регулирования тех или иных параметров вашего устрой­
ства. Например, вы можете устроить праздничную иллюминацию с управля­
емой частотой мигания. Схему управления можно поместить в коробку, в пе­
редней части которой вырезано отверстие. Н аружу через это отверстие можно
в ывести ручку потенциометра (переменного резистора), с помощью которого
� ожно будет регулировать частоту мигания лампочек. Можно также собрать
схему обнаружения лиц, пытающихся несанкционированно проникнуть в ва ш
холодильник. Эту схему можно замаскировать, скажем, под хлебницу и помес ­
т ить ее рядом с холодильником. В любом случае вам потребуются допол ни­
тельные инструменты и приспособления, чтобы упрятать свою схему в какое­
то подобие корпуса.
Н иже приведен перечень приспособлений и соответствующих инструментов,
которые могут лонадобиться вам, чтобы изготовить для своей схемы корпус.
))

Готовая коробка. Готовую п ростую деревян ную коробку можно
на йти в магази нах для дома ш н их умел ьцев, а пластмассовые ко­
робки можно п риобрести у большинства поста в щ и ков электрон­
ной техни ки . Вп рочем, коробку для корпуса ва шего электрон ного
устройства можно изготовить самостоятельно из клееной фанеры
или П ВХ-пласти ка. Для склеивания отдельн ых элементо в такой ко­
робки можно испол ьзовать какой-либо подходящий клей.

ГЛАВА 1 3

Соэда н и е лаборатории и техника безопасности

345

>>

Зажим ы дnя проводов. Пластмассовыми зажимами, п р и клеен ­
ными к в нутренним поверхностям корпуса вашего электронного
устройства, можно закрепить провода, п ролегающие внутри корпуса.

>>

Стяжки дnя кабелей. Стяжки для кабелей можно использовать для
при крепления п роводов к неплоским поверхностям, нап ример к
деревянному штифту.

>>

Электродрел ь. Электродрел ь с 1 О-милл и метров ы м зажимным
патроном {отверстие в дрели, в которое вставляется сверло) при­
годится вам для п роделывания отверстий в корпусе вашего элек­
тронного устройства, через которые вы можете вывести наружу все­
возможные ручки регул и рования, перекл ючател и и кнопки своего
устройства.

>>

Ножовка . Эту п илу можно испол ьзовать для разрезания деревян­
н ых или пластмассовых за готовок, чтобы изготовить корпус элек­
тронного устройства. Ножов ку можно та кже использовать для вы­
резания в корпусе ш и роких п роемов.

3 а пасаемся деталями и компонентами
Итак, в ы уже обустроили свое рабочее место, запаслись отвертками, пло­
скогубцами и ножовкой; вы уже надели на запястье антистатический браслет и
водрузили на переносицу защитные оч ки (надеюсь, вы не забыли перед этим
облачиться в свою рабочую одежду !). Итак, вы уже включили паяльник в ро­
зетку и он уже успел основательно нагреться. Чего же вам еще не хватает? Ах,
да! Где же ваши электронные ком поненты?
В магазине обычно покупают не только детали для какой-то определенной
электронной схемы, которую нужно собрать в ближайшее время. Как правило
покупается определенный ассортимент деталей, с помощью которых можно
собрать нескол ько разных электронных схем, чтобы каждый раз, приступая
к сборке очередной схемы, не нужно было снова отправляться в магазин за
деталями именно для этой схемы. Это похоже на покупку ингредиентов для
приготовления еды. Вы храните у себя дома определенный запас таких ингре­
диентов, как мука, сахар, растительное масло, рис и специи, рассчитанный на
одну-две недели, после чего вам остается лишь приобрести небольшое число
дополнительных ингредиентов для приготовления блюд, запланированных на
сегодняшний вечер. То же самое можно сказать о создании запаса электронных
ком понентов и деталей для собственных электронных устройств.
В этом разделе я расскажу вам, какие детали (и в каких количествах) вам
следует всегда иметь под рукой при сборке некоторых простых электронных
устройств.
346

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электронику всерьез

Б еспаеч ные макетные платы

Беспаечная .тиакетная плата в какой-то стеnени nохожа на детс кий кон­
структор LEGO. Она nредставляет собой nоверхность, на которой можно вре­
менно собрать схему, nросто вставляя выводы электронных ком nонентов в от­
верстия, уnорядоченные на nоверхности макетной nлаты в виде рядов и столб­
цов. Пользуясь такой бесnаечной макетной nлатой, вы можете легко разобрать
одну схему и собрать другую на той же самой nоверхности.
Отверстия в бесnаечной макетной плате - это не совсем об ычные от­
верстия. Это контактные гнезда, под которыми пролегают медные полоски,
играющие роль соединительных nроводников. Таким образом, комnоненты,
вставленные в два или большее ч исло отверстий одного ряда, оказы ва ются
соединенными между собой под nоверхностью макетной nлаты . Достаточно
вставить оnределенным образом в отверстия макетной платы дискретные ком­
поненты (резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы) и интегральные
микросхемы (ИМС)
и у вас nолучится требуемая электронная схема (без
каких-либо nаек ! ) . Если эта схема надоела, достаточно вынуть все детали из
отверстий макетной платы и собрать другую схему - с nомощью той же ма­
кетной nлаты.
На рис. 1 3 .5 показана небольшая беспаечная макетная плата, на которой со­
брана некая эле ктронная схема, питаемая от батареи. На беспаечной макетной
плате, представленной на этом рисунке, видны ряды и столбцы контактных
-

Рис. 1 3.5. Собрать электронную схему на небольшой беспаеч­
ной макетной плате можно буквально за несколько минут

ГЛАВА 1 3 Со3да ние лаборатории и техни ка бе3оnасности

347

гнезд, соединенные между со б ой определенным образом под повер хностью
макетной платы. О том, как именно соединены между собой контактные гнезда
беспаечной макетной платы, мы поговорим в главе 1 5 , "Сборка электронных
схем", где также рассказы вается о том , как с помощью беспаечной макетной
платы собрать нужную электронную схему. Пока же вам достаточно знать, что
существуют макетные платы разных размеро в с разными количествами кон­
тактных гнезд.
Типичная небольшая беспаечная макетная плата содержит 400 контакт­
ных гнезд. С помощью такой макетной платы можно собирать небольшие
электронные схемы, содержащие не более двух корпусов ИМС (плюс другие
дискретные ком поненты). Существует беспаеч ная макетная плата более круп­
ного размера, содержащая 830 контактных гнезд. Ее можно использовать для
сборки более сложных схем. Кроме того, у вас есть возможность скомпоновать
несколько беспаечных макетных плат, просто подключив один или несколько
nроводов между контактными гнездам и двух nлат.

СОВЕТ

Рекомендую приобрести по меньшей мере две беспаечные макетные
платы, причем хотя бы одна из них должна быть большего размера
(830-контактная). Кроме того, рекомендую приобрести самоклеящи­
еся nолоски Velcro, с nомощью которых можно закрепить макетные
платы на поверхности рабочего стола.

Беспаечные макетные платы обычно используются для проверки тех или
иных идей, возникающих в ходе разработки электронных схем, или для ис­
следования тех или иных схем при изучении основ электроники. Если же вы
собираете и тестируете какую-либо схему на беспаечной макетной плате и хо­
тите использовать эту схему на долгосрочной основе, то можете воссоздать ее
впоследствии на обычной макетной плате или печатной плате. Обычная макет­
ная плата представляет собой разновидность монтажной nлаты, в которой вме­
сто контактных гнезд используются круглые медные nлощадки, выполненные
печатным способом, с nросверлеиными в них отверстиями. Контактные nло­
щадки, расположенные в одном ряду, соединяются тонкими полосками меди .
Для выполнения соединения нужно припаять вы воды ком понентов к медным
контактным площадкам . При этом соединяемые выводы компонентов должны
находиться в одном ряду. В некоторых монтажных платах контактные площад­
ки могут и не соединяться между собой. В этой книге я описываю сборку элек­
тронных схем лишь с помощью беспаечных макетных плат.

Н ачальны й комплект для с б орки злектрон н ых схем
Для сборки электронных схем вам понадобится определенный ассортимент
дискретных электронных компонентов (т.е. электронных компонентов с двумя
348

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за 3лектрон и ку всерьез

ил и тремя отдельными выводами), пара-тройка ИМС, несколько батареек и
изрядное количество провода для выполнения соединений . Некоторые ком по­
ненты (например, резисторы и конденсаторы) продаются упаковками, содержа­
щими по десять и более штук. Спешу обрадовать вас : эти компоненты весьма
недороги (более того, очень дешевы !). Чтобы запастись начальным комплектом
таких компонентов, вам будет достаточно отказаться на пару недель от еже­
дневной чашки кофе, которую вы обычно выпиваете на работе.

СОВЕТ

Чтобы освежить память и вспомнить, что такое дискретные компо­
ненты и как они работают, перечитайте другие главы этой книги.
О резисторах и потенциометрах можно проч итать в главе 5, "Зна­
комство с резисторами"; о конденсаторах - в главе 7, "Начальные
сведения о конденсаторах" ; о диодах и светодиодах - в главе 9,
"Погружаемся в мир диодо в"; о транзисторах - в главе 1 О, "Тран­
зисторы - мастера на все руки". Интегральные схемы обсуждают­
ся в главе 1 1 , "Еще одна инновация: интегральные микросхемы", а
источники питания и провода - в главе 1 2, "Приобретение допол­
нительных деталей".

Ниже перечислены дискретные ком поненты, которые я рекомендую вам
приобрести в первую очередь.
»

Постоянные резисторы мощностью 0,25 и 0,5 Вт на основе уrnе­
родной пnенки. Куп ите по 1 0-20 штук ( 1 или 2 упаковки) резисто­
ров, имеющих перечисленные ниже сопроти влен ия: 1 кОм, 1 О кОм,
1 00 кОм, 1 МОм, 2,2 кОм, 22 кОм, 220 кОм, 33 кОм, 470 Ом, 4,7 кОм,
47 кОм, 470 кОм.

>>

Потенциометры. П риобретите по два переменных резистора, име­
ющих сопроти вления 1 О кОм, 50 кОм, 1 00 кОм, 1 МОм.

>>

Конденсаторы. Куп ите по 1 О штук (по одной упаковке) неполя ри­
зова н н ых конденсаторов (на основе пол иэстера ил и керамических
дисков) емкостью 0,0 1 и О, 1 м кФ; по 1 О штук (по одной упаковке)
электролитических конденсаторов емкостью 1 , 1 О и 1 00 мкФ; по 3-5
штук электролити ческих конденсаторов емкостью 220 и 470 мкФ.

>>

Диоды. П риобретите по 1 О штук в ы п ря мител ьн ых диодов т и п а
1 N400 1 ( и л и л юбого и з се р и и 1 N400x; отечествен н ы й а налог
КД243А) и маломощных высокочастотн ых диодов 1 N41 48 (отече­
ственный аналог КД522Б); нескол ько стабилитронов (диодов Зене­
ра), рассчитанных на разные напряжения стабилизации (от 3 до 7 В),
нап ример 3,3, 4,3, 5, 1 и 6,2 В.

»

Светодиоды. Куп ите по 1 О штук (по одной упаковке) красных, жел­
тых и зеленых диффузионных светодиодов диаметром 5 мм.

ГЛАВА 1 3

Созда н и е лаборатории и техн и ка безопасности

349

))

Транзисторы. П риобретите 3-5 биполярных маломощных тра нзи­
сторов общего назначения (например, 2 N3904 NPN или 2 N3906 PNP;
отечественные а налоги КТЗ 1 02 и КТЗ 1 07); 3-5 биполярных тра нзи­
сторов средней мощности (нап ример, NTE 1 23A NPN или NTE 1 59M
PNP; отечественные аналоги КТ8 1 4 и КТ81 6).

Рекомендую вам приобрести несколько штук перечисленных ниже популяр­
ных ИМ С.
))

И МС таймера 555. П риобретите 3-5 штук этой И М С или ее оте­
чественный а налог КР1 006В И 1 . Вам п редстоит их а ктивно испол ь­
зовать!

))

ИМС операционного усиnитеnя. Купите оди н или два операцион­
ных усилителя, нап ример универсал ьный усилител ь LM741 (отече­
ственный а налог К 1 40УД7).

))

ИМС десятичного КМОП -счетчика 401 7. П риобретите две или три
та кие ИМС л ибо их отечествен н ы й аналог К56 1 И Е8. Две штуки вам
понадобится, есл и вы захотите изготовить двухразрядный десятич­
ный счетчи к, как описы валось в главе 1 1 , "Еще одна и н новация: и н­
тегральные микросхемы'� Кроме того, с вашей стороны было бы раз­
умн ы м запастись еще одним десяти ч н ым счетчиком на тот случай,
есл и одна из та ких ИМС выйдет из строя в результате воздействия
статического электричества (что вполне возможно!).

Не забудьте также перечисленные ниже важные ком поненты электропита­
ния и провода.

35 0

))

Батареи. П риобретите несколько 9-вол ьтовых бата рей, а также не­
сколько 1 ,5-вольтовых батареек. Их типоразмер зависит от того, как
долго должна работать ваша электронная схема.

))

Батарейные держатеnи и коnодки. В эти устройства можно поме­
стить несколько батареек в зависимости от требуемого напряжения
пита н ия схемы . К бата рейной колодке обычно припая но два п рово­
да, с помощью которых можно подать п итание на разрабатываемую
вами схему. Купите 3-5 бата рейных держателей вместе с колодками,
рассчита н н ых на установку разного коли чества батареек.

))

П ровода. Запаситес ь достато ч н ы м кол и ч еством одножильного
п ровода диаметром 0,6-0,8 мм. П римерно за 7 долла ров вы може­
те куп ить 30-метровую бобину та кого п ровода любого цвета. Тогда
вы сможете отрезать от нее куски нужной длины, снять с их концов
изоляцию и испол ьзовать п ровода для соединения компонентов.
Концы этих проводов можно припаять к выводу соответствующего
компонента или вста в ить в контактн ые гнезда беспаечной ма кет­
ной платы. Некоторые поставщики электронной техники п родают

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

наборы проводных перемычек, содержа щие десятки отреза н н ы х
кусков п ровода разной дли н ы и цвета с кон цами, зачищенными от
изоляции. Такие наборы очень удобно испол ьзовать в беспаечной
макетной плате. Покупка набора, содержащего 1 40-350 п роводных
перемы чек, обойдется п римерно в 8- 1 2 долла ров, одн а ко такое
п риобретение может сэкономить немало времени (и сил), которое
в п ротивном случае будет затрачено на отрезание и зачистку п рово­
дов. (К тому же вы получите п ровода всех цветов радуги!)

СОВЕТ

Проводную перемычку можно использовать в схемах как переклю­
чатель, подключающий или отключающий источник питания или
другие ком поненты схемы. Для этого достаточно поместить один
конец перемычки в беспаечную макетную плату, а другой попере­
менно вставлять и вынимать из контактного гнезда макетной платы,
размыкая соответствующее соединение и восстанавливая его.

Д опоn н итеn ьные приспосо бn ения
У вас есть возможность приобрес ти м ножество других приспособлений и
ком понентов, которые могут улучши ть электронные схемы. Р екомендую вам
приобрести перечисленные ниже приспособления и компоненты .
»

З ажимы тиnа "крокодиn'� Свое название они получили из-за свое­
го сходства с пастью алл игатора. Эти изол и рова н н ые зажимы могут
помочь вам подключить тестовое оборудование к выводам компо­
нентов. К тому же они могут выполнять роль теплоотводов! П риоб­
ретите не менее десятка таких зажимов.

))

Динамики. Есл и вы собрали схему, которая должна генерировать
какие-то звуки, п риобретите оди н или два миниатюрных 8-омных
динамика . (Подробнее о динамиках можно п роч итать в гла ве 1 2,
"П риобретение дополнительных деталей".)

))

Перекnючатеn и. П риобретите 5 - 1 О однопол юсных перекл юча­
телей на два на п равления (SPDТ) с расстоя н ием между выводами,
соста вляющим 2,54 мм (0, 1 дюйма), для испол ьзован и я в беспаеч­
ной ма кетной плате. Эти SРDТ-переключател и можно испол ьзовать
в электронных схемах как сдвоенные выключател и . Возможно, вам
также пригодится несколько кнопоч ных переключателей для крат­
ковременного замыкан ия/размыкания цеп и . Есл и в ы планируете
заключить одну или несколько электронных схем в корпус и вам по­
требуется надежны й орга н управления на передней панели устрой­
ства, п риобретите пару однополюсных тумблеров ти па SPST, напри­
мер SРSТ-ми н и-тумблер. За нескол ько бол ьшую сумму в ы можете

ГЛАВА 1 3

Создан и е лаборатории и техни ка безопасности

351

п риобрести SРSТ-ми ни-тумблер со встроенным светодиодом, кото­
рый светится, когда тумблер замкнут. (Подробнее о переключателях
можно п рочитать в главе 4, "Соеди няем все вместе'�)

Упорядоченное хранение всех дета n е й
Очень важно хранить запас всех деталей и компонентов в надлежащем по­
рядке, есл и, конечно, вы не относитесь к категории людей, которые находят
особое удовольствие в том, чтобы подолгу рыться в ящиках и коробках со вся­
ким хламом в поисках такой крошечной, но крайне нужной вещи. Прежде все­
го отправьтесь в ближайший хозяйственный магазин и купите там один или
несколько наборов прозрачных пластиковых контейнеров небольшага размера.
Обязательно обработайте эти пластиковые контейнеры антистатическим аэро­
золем, чтобы снять с них заряд статического электричества (такие аэрозоли
можно куп ить в магазинах одежды). Затем наклейте на каждый из таких кон­
тейнеров, в котором хранится определенный компонент (или группа компонен­
тов, таких как светодиоды, резисторы с номинальным сопротивлением от 1 О до
99 Ом, и т. п.), соответствующую бирку. Это поможет вам буквально с одного
взгляда найти требуемую деталь, а также определить, не истощился ли ваш
запас тех или иных компонентов.

3 а щитите се б я и свое злект р онное хозя й ство
Вам, наверное, известно, что Бенджамин Франклин "открыл" электричес­
тво в 1 752 году, запустив воздушный змей во время грозы . Вообще говоря, к
этому времени Франклину уже было известно о существовании электричес­
тва и он знал о его потенциальной силе - и потенциальной опасности. Когда
Франклин проводил свой эксперимент, он предусмотрительно изолировал себя
от проводящих материалов, прикрепленных к воздушному змею (чека и метал­
лический трос), и позаботился о том , чтобы его одежда была сухой. Если бы не
его предусмотрительность, со стодолларовых купюр на нас смотрело бы лицо
какого-то другого человека.
Работая с электронными устройствами, необходимо учитывать опасность
электричества. В этом разделе я расскажу вам о том, как уберечь себя - и свои
электронные схемы - от материального ущерба и травм, которые может при­
чинить электричество. Этот раздел необходимо прочитать от корки до корки,
даже если у вас уже имеется какой-то опыт работы с электронными устрой­
ствами.
Знакомясь с материалом это го раздела, помните, что электрический то к
можно описать как одно из перечисленных ниже явлений.
352

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электронику всерьез

>>

Постоянный ток. Электроны nеремещаются
в одну сторону.

»

Переменный ток. Электроны nеремещаются цикл ически то в одну
сторону, то в другую.

no

n роводу или цеnи

Подробнее об этих двух типах электрического тока можно прочитать в гла­
ве 1 , "Введение в электронику".

3п е ктричество может п ричи н ить ва ш ему
здоровью серьезны й ущер б
Общепризнанно, что сам ы м опасным аспектом работы с электронными
устройствами является возможность смерти от поражения электрическим то­
ком. Поражение электрическим током представляет собой реакцию человечес­
кого тела на nрохождение по нему электрическо го тока. Эта реакция может
включать интенсивное сокращение мышц (в том числе сердечной мышцы) и
чрезвычайно сильный нагрев в точке контакта между вашей кожей и электри­
ческим током . Такой нагрев nриводит к ожогам, которые могут стать nричиной
смерти или увечий. Даже малые токи могут нарушить ваше сердцебиение.
Стеnень, в которой электрический ток может nоразить вас, зависит от мно­
жества факторов, в том числе от возраста, общего состояния здоровья, величин
наnряжения и тока. Если вам далеко за 50 или общее состояние вашего здо­
ровья оставляет желать лучшего, то, наверное, вы не сможете противостоять
поражению электрическим током так, как мог бы ему противостоять организм
1 4-летнего nодростка или олимnийского чемnиона. Но как бы вы ни были
молоды и здоровы, напряжение и ток могут представпять для вас серье з ную
оnасность. Вот nочему так важно nонимать, какой ущерб они могут нанести
вашему здоровью.

ВНИМАНИВ

Двумя самыми оnасными nутями электрического тока через челове­
ческое тело я вляются nуть от одной руки к другой и путь от левой
руки к какой-либо из ступней. Если электрический ток проходит от
одной руки к другой, то на с воем пути он nроходит через сердце.
Если же электрический ток проходит от левой руки к какой-либо из
ступней, то на с воем пути он проходит не только через сердце, но
и через несколько важных органов.

Ваше тело похоже на rиrантский резистор
Тело человека оказывает электрическому току оnределенное сопротивле­
ние, главны м образом благодаря плохой проводимости сухой кожи . Величина
сопротивления человеческого тела может меняться в очень широких пределах
ГЛАВА 1 3

Создание лаборатор и и и техни ка безопасн о ст и

353

в зависимости от химического состава тела, степени влажности кожи, общего
пути, на котором измеряется сопротивление, и других факторов. В среднем
величина сопротивления человеческого тела может колебаться от 50 кОм до
1 МОм. (Подробнее о том , что представляет соб о й сопротивление и как его
измерить, рассказывается в главе 5, "Знакомство с резисторами".)
Если у вас влажная кожа (например, потные ладони), если вы носите на
пальце металлическое кольцо или если вы стоите в луже воды, то ваше сопро­
тивление наверняка снижено. В этом случае величина сопротивления (от одной
руки к другой или от левой руки к какой-либо из ступней) может снизиться до
1 00-300 Ом. Это весьма низкое сопротивление.
Хуже того, если вы работаете с высоким напряжением перемениого тока
(чего, вообще говоря, не следует делать ! ), сопроти вление кожи - влажной
или сухой - никак вам не поможет. При прикосновении к какому-либо ме­
таллическому предмету ваше тело и металл образуют конденсатор. Одной из
пластин такого конденсатора я вляется ткань вашей кожи, другой его пласти­
ной - металлический предмет, к котор ому вы прикасаетесь, а в роли диэлек­
трика выступает кожа. (Подробнее о конденсаторах можно прочитать в главе 7,
"Начальные сведения о ко нденсаторах".) Есл и по металлическому проводу, за
которы й вы ухватились рукой, проходит переменный ток, то описанный нам и
только что конденсатор (т.е. ваше тело) ведет себя подобно короткозамкнутой
цепи, позволяя току "обходить" сопротивление вашей кожи . Удар напряже­
нием, превышающим 240 Вт, пробьет кожу, оставив в месте пробоя глубокие
ожоги третьей степени.

Какой ущ ерб могут причинить напряжение и ток
Вам, наверное, не раз встречались таблички с надписью "Осторожно ! В ысо­
кое напряжение". Возможно, это заставил о вас подумать, что именно напряже­
ние опасно для вашего здоровья . Вовсе нет! Опасность для здоровья человека
представляет электрический ток. Почему же в предостерегающих надписях
упоминается напряжение? Это объясняется тем , что чем выше напряжение,
тем больший ток может проходить при одной и то й же величине сопр отивле­
ния. А поскольку ваше тело с точки зрения электроники является ни чем иным,
как гигантским резистором, вам следует остерегаться высокого напряжения.
Итак, какой должна быть сила тока, способного причинить вред среднеста­
тистическому чел о веческому организму? Вообще говоря, не такой уж боль­
шой . В табл . 1 3 . 1 приведены некоторые оценки величин постоянного и пере­
мениого тока частотой 5�0 Гц, способного причинить вред человеку. Вспом­
ните, что миллиампер (мА) представляет собой тысячную долю ампера (т.е.
0,00 1 А). Обратите внимание : в таблице указаны лишь оценочные силы тока
(разумеется, для п олучения таких о цен о к никто не проводил эксперименты на
354

Ч АСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электронику всерьез

живых людях), причем ток одной и той же силы действует на разных людей
по-разному в зависимости от их возраста, химического состава тела, общего
состояния здоровья и других факторов.
Табл и ца 1 3 . 1 . Вл ияние тока на тело среднестатистическо rо человека

1

Во з де й ств и е

П осто я н н ы й
то к, м А

П е р е м е н н ы й то к
ч а стото й 5 0 - 6 0 Гц, м А

Ощущение слабого покал ыва н ия

0,6 - 1 ,0

0,3 - 0,4

Весьма ощутимое воздействие

3,5-5,2

0,7 - 1 , 1

Б олевые ощущения, но контроль над
мышцами сохраняется

4 1 -62

6-9

Б олевые ощущения, неспособиость
разжать руки и отпустить п ровода

5 1 -76

1 0-1 6

Затрудненное дыхание (паралич грудных 60-90
мышц)

1 5-23

Разновременное и разрозненное
сокра щение отдельных мышечных
волокон сердца (в п ределах 3 с)

ВНИМАНИЕ!

500

65- 1 00

Как следует из табл . 1 3 . 1 , тело среднестатистическо го ч ел о века
в четыре-шесть раз более чувствител ьно к перемениому току, чем
к постоянному току. В то время как постоянный ток силой 1 5 мА со­
всем не опасен для человека, 1 5 мА перемени о го тока вп о лн е могут
стать при ч иной смерти.

Что же все это знач ит для вас как человека, собирающего ся заняться радио ­
любительством? Наверное, имеющихся у вас знаний уже вполне достаточ н о ,
ч тобы осознавать о пасности, связанные с высоким напряжением, и остере­
гаться его. Но что можно сказать по поводу низких напряжений, с которыми
вам наверняка придется иметь дело? Прежде всего нужно отметить, что даже
низкие напряжения могут быть опасны. Все зависит от вашего сопротивления .
Как вы, наверное, помните, согласно закону Ома (речь о котором шла в гла­
е
6,
"Подчиняемся закону Ома"), напряжение равняется произведению тока
в
на сопротивление:

Напряжение = Ток х Сопротивление
U=Ix R

Допустим, у вас сухие руки, вы не носите на пальце металлическое кольцо
не
стоите в луже воды, а ваше сопротивление "от руки к руке" составляет
и
ГЛАВА 1 3

Создание лаборатории и техника безопасности

355

50 кОм . (Помните, что пере ональна ваше сопротивление - при выполнении
перечисленных выше условий (сухие руки и т.д.) - может быть ниже.) Вы мо­
жете вычислить оценочную величину - подч еркиваю, оценочную величину ­
уровней напряжения, которое может при ч инить вред вашему здоровью, ум­
ножив свое сопротивление на разные силы тока, указанные в табл . 1 3 . 1 . Если,
например, вы не хотите чувствовать даже легкого покалывания в пальцах рук,
то вам не следует прикасаться к проводам, находящимся под напряжением по­
стоянного тока выше 30 В (т.е. 0,6 мА х 50 кОм). Чтобы избежать непроизволь­
ных сокращений мышц (когда вы схватились руками за оголенные провода),
нужно, чтобы сила перемениого тока не превышала 1 О мА. Для этого нужно,
чтобы напряжение перемениого тока не приближалось к уровню 500 В.
Если же вы недостаточно осторожны и возитесь со своими электронными
схемами, не снимая с пальца обручальное кольцо, или вступили в небольшую
лужу, образованную вашей собакой или малолетним ребенком, сопротивление
вашего тела может существенно снизиться, приблизившись к опасному уров­
ню. Если сопротивление вашего тела составит 5 кОм (а оно может оказаться
даже ниже), то покалывание в пальцах у вас может появиться уже при напря­
жении постоянного тока 1 7,5 В (поскольку 0,0035 А х 5000 Ом = 1 7,5 В), а при
напряжении перемениого тока 220 В вы утратите контроль над своими мыш­
цам и и у вас возникнут затруднения с дыханием вплоть до летального исхода
(поскольку 220 В / 5000 Ом = 0,044 А = 44 мА).

ВНИМАНИЕ!

Н апряжение в домашних сетях перемениого тока составляет 220 В,
50 Гц ( в С ША и Канаде - 1 20 В , 60 Гц) . Это довольно высокое
напряжение, опасное для жизни человека. Работая с напряжением
220 В переменио го тока, необходимо проявлять повышенную осто­

рожность.

СОВЕТ

35 6

Пока вы не приобретете достаточ ный опыт работы с электронны­
ми устройствами, лучше не экспериментировать со схемами, пита­
ющим ися непосредственно от домашней электросети перемениого
тока. Работайте со схемами, для питания которых используются ба­
тарейки стандартных типоразмеров, или пол ьзуйтесь небольшими
адаптерам и перемениого тока, вставляем ыми в настенные розетки .
(Прочитать об этих источниках постоянного тока можно в главе 1 2,
"Приобретение дополнительных деталей".) Если вы не занимаетесь
глупостями вроде попыток пол изать полюса 9-вол ьтово й батареи
(между прочим, подобные эксперименты могут привести к весьма
чувствительному удару электрическим током !), то пользование та­
кими источниками п итания совершенно безопасно для вашего здо­
ровья.
ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за 3лектронику всерьез

РА Б ОТА СО С Х Е М А М И , П И ТА Ю Щ И М И С Я ОТ П Е Р Е М Е Н Н О ГО ТО К А
Хотя я настоятел ьно н е рекомендую в а м работать со схемами, п ита ющими­
ся непосредственно от дома шней сети переменного тока, я отдаю себе отчет
в том, что вы пол нить эту рекоменд а цию можно не всегда. Ниже пр и ведено
нескол ько советов, п ризванных помоч ь избежать поражения электрическим
током, если вам все же п ридется п итать свои электронные устройства непо­
средственно от сети переменного тока.














Используйте автономный источник электропитания. Есл и для п ита­
н и я разрабатываемого вами эле ктронного устройства требуется источ­
ник переменною тока (преобразующий переменн ы й ток в низковол ьтн ы й
постоя нный ток), то испол ьзование автономного источника электропита­
ния, например ада птера, вста вляемого в настен ную розетку, будет гораз­
до безопаснее, чем испол ьзова ние какого-л ибо самодел ьного источ н и к а
электропитания. Адаптер переменнаго тока п редставляет собой небол ь­
шую черную коробочку, снабженную вилкой (что-то наподобие зарядного
устройства для вашего мобильного телефон а ).
Разделяйте цепи перемен н ого тока и цепи постоян ного тока. Физичес­
кое разделен ие частей вашей схемы, работа ющих с постоянным током и с
переменным током, поможет избежать серьезных неприятностей в случае
обрыва ка кого-л ибо из п роводов.
Ограничьте доступ к цепям перемениого тока. Накройте свои цепи пе­
ремен ного тока небол ьшим пластмассовым экраном.
Используйте подходящий плавкий предохран итель. Не испол ьзуйте
плавкий п редохра нитель, рассчитанный на сл ишком высокий ток, и никогда
не "закорач и вайте" п редохранитель ни на одном из устройств.
Перед подачей электропитания внимательно проверьте схему. Попро­
сите кого-либо, разби рающегося в электри ческих схем а х, вы полнить ви­
зуальный осмотр вашего устройства, п режде чем впервые под а ть н а него
электроп ита н ие. Есл и вы реш ите выпол н ить углубленное тести рова ние
своей схемы, п режде всего отключ ите ее электроп итание, вы нув шнур пи­
тания из настенной розетки .
При поиске неисправностей в схемах, находящихся под напряжением,
всегда держите одну руку в кармане. Пользуясь л и ш ь одной рукой для
ма н и пуляций тестовым оборудованием, вы сможете избежать ситуации,
при которой одна рука случ а й но п ри коснется к общему п роводу, а дру­
гая - к цепи, находя щейся под нап ряжением (в этом случае переменный
ток может п ройти через ваше сердце).
Будьте очень внимательны, помещая свое устройство в корпус. Ис­
пол ьзуйте металлический корпус лишь в случае, если он будет пол ностью

ГЛАВА 1 3

Соэда н и е лаборатории и техн и ка безопасности

357

заземлен. Для этого испол ьзуйте электрическую вилку с тремя штекерами
и выпол ните соответствующие соединения. Надежно прикрепите к метал­
лическому корпусу желто-зеленый провод (который всегда подключается
к шине заземления). Если же вы не можете обеспечить полное заземление
металл ического корпуса, испол ьзуйте пластиковый корпус. Пластмасса изо­
ли рует вас от л юбых оборва нных п роводов или п редотвратит поражение
электри ческим током. Для электронных устройств, которые невозможно
полностью заземлить, испол ьзуйте только а втономный источн и к п итан ия,
например настенн ы й сетевой адаптер.






Надежно закрепите все провода внутри корпуса зnектронного устрой­
ства. Чтобы прикрепить двухжильный п ровод переменнаго тока к корпусу
электронного устройства и исключить таким образом возможность слу­
чайного прикосновения к п роводу, находящемуся под напряжением, вос­
пользуйтесь фиксирующим меха н ическим зажимом электропровода или
фи ксатором кабеля. Фиксирующий механический зажим электропровода
(который можно п риобрести в магази нах хазтоваров или у поста вщиков
электронной техни ки) плотно охватывает п ровод и не позволяет выдернуть
его из корпусаустройства.
Время от времени осматривайте цепи переменио го тока . Обраща йте
внимание, не поя вились ли изношенные, поломан н ые и оборван н ые про­
вода и компоненты, и своевремен но устраняйте выявленные дефекты - не
забывая, конечно, п редварительно отключить п итание!
Принимая то или иное решение, отдавайте предпочтение самому без­
опасному варианту действий. П римите на вооружение законы Мэрфи и
исходите из того, что если какая-то неприятность может произойти, то она
непременно произойдет. На ва шем рабочем месте не должны храниться
какие-либо жидкости, туда должен быть закрыт доступ домашним жи вот­
ным и маленьким детям. На вашем рабочем месте обязательно должна быть
а птеч ка и и нструкция по оказан и ю первой медицинской помощи. Не рабо­
тайте, если чувствуете усталость и не можете сосредоточиться . Работая с
электри чеством, будьте п редельно внимательны и сосредоточены.

И наконец, последнее замечание. Если у вас не остается другого выбора, кроме
как работать с переменным током, постара йтесь, чтобы в это время в доме был
кто-нибудь из друзей, кто не испугается и быстро наберет телефон экстренной
службы спасения, когда вы будете лежать на полу в бессознательном состоя­
н и и . Я не шучу!

Основная оnасность тока, циркулирующего в домашней электросети, заклю­
чается в его воздействии на сердечную м ы шцу. Чтобы вызвать фибрилляцию
вашего сердца (разновременное и разрозненное сокращение отдельных мы­
шечных волокон сердца, в результате которого сердце nерестает качать кровь),
достаточ но каких-нибудь 65-1 00 мА. При гораздо меньшей силе ( 1 0-1 6 мА)
358

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н имаемся за электронику всерьез

переменный ток может вызывать сильные сокращения м ышц. Таким образом,
даже слабое прикосновение большим и указательным пальцами к проводу под
высоким напряжением (вызванное, например, желанием сместить этот провод
нем н о го в сторону) может закончиться сильным ударом электрическим током
и параличом мышц. Поверьте мне : вы не сможете самостоятельно отпустить
провод. Чем сильнее вы сжимаете в руке провод, тем меньше ваше сопротивле­
ние (вы лишь облегчаете проникновение электронов через руку в ваше тело), а
меньшее сопротивление означает более высокий (зачастую смертельный) ток.
(С итуации, подобные этой, не так уж редко случаются на практике. Тело че­
ловека ведет себя подобно перемениому резистору, причем его сопротивление
резко снижается, когда руки сжимают провод.)
Потенциальные опасности постоянного тока также не следует игнориро­
вать. Ожоги я вляются самой распространенной формой травм, причиняемых
сильным постоянным током . Помните, что опасность напряжения объясняется
вовсе не тем , что оно поступает к вам в дом с электростанции. Напряжение
обычной 9-вольтовой батареи типа "Крона" также заслуживает того, чтобы от­
носиться к нему с должным уважением : если закоротить полюса такой батареи,
она может перегреться и даже взорваться. Взрыв батареи означает разлетание в
разные стороны ее мелких осколков, скорость которых может быть достаточно
высокой, и вытекание химического вещества. Попадание его на кожу может
вызывать ожоги . Если же такой фрагмент взорвавшейся батареи попадет ва м
в глаз, то вы можете просто ослепнуть. М ногие люди получал и ожоги л ишь
потому, что клали батарею себе в карман, где лежали монеты, кл юч и и дру г ие
металлические предметы. Учтите, что при закорачивании полюсов б атаре и она
нагревается очень быстро.

Максимизация вашего сопротивления - и вашей безопасности
Работая с электроникой, нужно позаботиться о том, чтобы максимизировать
свое сопротивление на случай прикосновения к оголенному проводу. Любые
инструменты, которые вы используете в процессе работы над электронными
устройствами, должны быть надежно изолированы . В результате у вас полу­
чится дополнительный слой изоляции между вами и любыми напряжениями,
с которыми придется столкнуться.
Примите простые меры предосторожности, чтобы гарантировать, что на ва­
шем рабочем месте всегда сухо. Например, не ставьте стакан воды или чашку
кофе слишком близко к месту, где вы работаете: если вы случайно опрокинете
стакан или чашку с жидкостью, то можете понизить собственное сопротивле­
ние или закоротить компоненты электрической схемы.

ГЛАВА 1 3

Создание лаборатории и техни ка безопасности

359

Храните на рабочем месте инструкцию по
оказанию первой медицинской помощи
Даже если вы самы й осторожный человек в мире, вам все-таки следует хра­
нить на своем рабочем месте инструкцию по оказанию первой медицинской
помощи, в которой говорится о том, что делать в случае поражения электриче­
ским током . Такие инструкции можно найти в Интернете. В ведите, например,
такой поисковый запрос : "оказание первой помощи при пораженин электричес­
ким током". Подобные инструкции можно найти также в школах и в отрасле­
вых каталогах товаров.

ВНИМАНИЕ!

О казание помощи пострадавшему в результате поражен ия элек­
трическим током может предусматривать проведен ие СЛР (сер­
деч но-легочной реанимации (искусственное дыхание и закрытый
массаж сердца)). Проведение СЛР требует определенной подготов­
ки. Чтобы найти дополнительную информацию о получении такой
подготовки, обратитесь на сайт Общества Красного Креста в своем
регионе.

Техн и ка б е э опасности при выполнении па й ки
Паяльник, которым вы пользуетесь для выполнения паяиных соединений в
электронных устройствах, работает при тем пературах, превышающих 3 50°С .
(Подробнее о пайке можно прочитать в главе 1 5, "Сборка электронных схем".)
Это практически такая же температура, до которой накаляется конфорка элек­
троплиты при установлении максимал ьной тем пературы. Можете представить,
какими будут последствия, если вы случайно прикоснетесь пальцами к жалу
паяльника.
Пользуясь паяльником, соблюдайте переч исленные ниже правила техники
безопасности.

3 60

»

Выполняйте паяльные работы только в xopowo проветривае­
мом помещении. П р и выполнении п а й ки п роисходит в ыделение
умеренно едких и токсичных паров, которые могут вызвать раздра­
жение слизистой оболочки глаз и дыхательных путей.

>>

При выполнении паяльных работ надевайте 3ащитные очки.
П ри нагревании до температуры плавления припой и меет свойство
разбрызги ваться.

»

Всеrда помещайте паяльник на специально предна3наченную
для неrо подставку. Н и когда не кладите нагретый паял ьн и к непо­
средственно на свой рабоч и й стол или стул, поскол ьку это может
ста ть причиной пож а ра или привести к ожогу рук.

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и ми маемся за электронику всерьез

»

Сnедите эа тем, чтобы wнур паяльника не цепnяnся эа стоn иnи
какие-nибо друrи е предметы. В п ротивном случае паял ь н и к мо­
жет сорваться со своей подставки и упасть на пол . Хуже того: он мо­
жет упасть вам на колени!

»

Установите надяежащую температуру наrрева жаnа паяльника.
Есл и в вашем паяльнике можно регули ровать температуру нагрева,
уста новите рекомендован ное значение температуры для того п ри­
поя, которым вы пользуетесь. Сли ш ком высокая температура жала
может вывести из строя электронные компоненты схемы .

))

Никоrда не выполняйте пайку в схеме, подключенной к источ­
нику питания. В п ротивном случае вы можете повредить свою схе­
му или паяльник. Более того, вас может ударить током.

))

Н икоrда не пытайтесь подхватить падающий паяльник. Да йте
ему возможность упасть и, есл и в результате падения он п ридет в
негодность, купите новый .

))

Воэможно, вам сnедует поnьэоваться серебря ным припоем.
Есл и гла вное для вас - сохра н ить здоров ье или если в ы п р и в ы к­
л и класть палец в рот ил и тереть пальцами глаза, то вам, возможно,
следует отказаться от использования при поев, содержащих свинец.
Вместо этого лучше воспол ьзоваться серебряным п ри поем, п риме­
няемым для пайки электронных схем. (Ни в коем случае не пол ьзуй­
тесь для пайки электронных схем кислотным nри поем: он при ведет
ваши схемы в негодность.)

))

По эаверwении паяльных работ выньте wнур паяльника иэ на­
стенной роэетки.

О стерега й тесь статического зл е ктричества как огня !
Одним из типов электричества, с которыми вам приходится сталки ваться
повседневной
жизни, является статичес кое электричество, которое может
в
представлять опасность не только для электронных компонентов, но и для че­
.1овека. Статическим оно назы вается потому, что представляет собой одну
из форм заряда, который сохраняется на каком-либо изолирующем теле, даже
после того как вы уберете источник напряжения . Статическое электричество
сохраняется на теле до тех пор, пока не рассеется само по себе. Со временем
с татическое электричество большей частью медленно рассеивается, но в не­
которых случаях оно высвобождается все и сразу в результате пробоя. То гда
возникает искрение, которое представляет собой одну из самых распростра­
ненных форм статического электричества.

ГЛАВА 1 3

Соэдан и е лаборато р и и и техни ка безопасности

3 61

1

П РА В И Л А Т Е Х Н И К И Б Е З О П АС Н ОС Т И П Р И
РА БОТЕ С ЭЛ Е К Т Р И Ч Е С Т В О М
После знакомства со всеми изложенными в этой гла ве п редупреждениями,
касающимися опасностей, подстерега ющих вас при работе с электричеством,
вам будет полезно ознакомиться также с п ри веденным ниже перечнем мини­
мальных требован и й по техни ке безопасности при работе с электричеством.
Это нужно сделать до того, как вы приступ ите к построению своего первого
электронного устройства. Еще луч ше, есл и вы распечата ете этот перечень и
повесите его в рамке над своим ра боч им местом как н а поминание о п ростых
мерах, которые могут обеспеч ить не тол ько вашу л и ч ную безопасность, но
и благополуч ие ва ших электронных устройств.
Ваше рабочее место должно удовлетворять переч ислен ным н иже требова­
н иям.












Хорошая вентиляция.
Сухая рабочая поверхность, сухой пол .
Отсутствие жидкостей, домаш н их жи вотных или маленьких детей н а рас­
стоян и и не менее 3 м от рабочего места.
Опасные инструменты и материал ы должны хран иться в ящиках, за п и ра ю­
щихся на замок.
Инструкци и по оказа н и ю первой медици нской помощи в случае пораже­
ния электрическим током должны находиться на самом видном месте у ва­
шего рабочего стола .
Вблизи рабочего стола должен находиться телефон; желател ьно также, что­
бы в доме находился кто-нибудь, способный п рийти на помощь.
Паял ь н и к должен быть надежно заземлен. Он должен хра н иться на подставке с массивным основан ием.

Ли чные средств а безопасности








362

За щитные очки
Антистатически й браслет, соединяющий ваше тело с контуром заземления
На ва ших п а льцах не должно быть колец, наручных ч а сов или металл ических ювел и рных укра шени й
Хлопчатобумажная или шерстяная одежд а
Сухие руки (в край нем случае можно работать в перчатках)
П редельное внимание и сосредоточенность на выполняемой работе

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

Если вы шаркаете ногами по полу, устланному ковром, на вашем теле скап­
ливается электрический заряд. Если вы прикасаетесь затем к какому-либо
металлическому предмету, например к дверной ручке или к металлическому
радиатору отопления, статический заряд быстро стекает с вашего тела и вы
ощущаете легкий удар электрическим током. Это явление назы вается электро­
статическим разрядом (ЭСР), напряжение которого в некоторых случаях мо­
жет достигать 50 000 В . Получающийся в результате ток будет, вообще говоря,
невелик. Его сила измеряется микроамперами из-за высокого сопротивления
воздуха, через который разряжается статическое электричество, стекая с кон­
чиков ваших пальцев на металлический предмет. К тому же этот ток проте­
кает очень кратковременно. Таким образом, удар статического электричества
в результате вашего прикосновения к какому-либо металлическому предмету,
вообще говоря, не приводит к серьезным травмам, но вполне может вывести из
строя чувствительные электронные компоненты.
С другой стороны, удары статическим электричеством со стороны неко­
торых электронных ком понентов могут также быть опасны . В электронных
схемах часто применяются конденсаторы
электронные компоненты, пред­
назначенные для накопления энергии электрического поля и хранения элек­
тростатического заряда. В большинстве конденсаторов, используем ых в элек­
тронных схемах, накапливается очень маленький заряд, который сохраняется
на протяжении очень короткого промежутка времени. Однако в некоторых кон­
денсаторах, например в тех, которые используются в мощных блоках п итания,
могут в течение нескольких минут (или даже часов) храниться дозы электро­
статического заряда, близкие к смертельным.
-

ВНИМАНИЕ!

Имея дело с конденсаторами, которые могут запасать значительный
электростатический заряд, будьте предельно осторожны. В проти в ­
ном случае в ы рискуете получ ить весьма чу в ствител ьны й удар
током.

Чувствительность к электр остатическому разряду
ЭСР, которы й возникает в результате шарканья ногами по полу, устланному
ковром, или расчесывания волос в сухой день, характеризуется напряжением
порядка нескольких тысяч вольт и даже больше. Несмотря на то что вы може­
те ощущать при этом лишь малоприятное покалывание в пальцах (возможно
даже, что у вас наэлектризуются волосы), электронным ком понентам может
повезти гораздо меньше. Транзисторы и интегральные схемы, изготовленные
по МОП-технологии (металл-оксид-полу проводник), чрезвы чайно чувстви­
тельны к ЭСР, какой бы ни была величина тока.

ГЛАВА 1 3

Соэда н и е лаборатории и техни ка безопасности

З6З

Приборы, изготовленные по МОП-технологии, содержат тонкий слой ди­
электрика на кремниевой пластине, который может быть легко разрушен элек­
тростатическим разрядом, напряжение составляет 50 В и даже меньше. Если
на вашем теле, одежде или инструментах, с которыми вы работаете, накопился
заряд статического электричества, то полевой транзистор с изолированным за­
твором (МОП-транзистор) или интегральная микросхема КМОП, которую вы
собирались использовать в своем устройстве, превратится в бесполезный хлам.
Поскольку биполярные транзисторы устроены по-другому, они менее чувстви­
тельны к статическому электричеству. Другие компоненты - резисторы, кон­
денсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и диоды, вообще говоря,
не чувствительны к статическому электричеству.
Поэтому советую вам выработать у себя привычку в любом случае соблю­
дать меры предосторожности против ЭСР, с какими бы компонентами - чув­
ствительными или нечувствительными к статическому электричеству - вам
ни приходилось работать.

Минимизация статического электричества
Можно ручаться, что большинство электронных устройств, над которы­
м и вам придется работать, содержат хотя бы несколько ком понентов, чув­
ствительных к статическому электричеству. Чтобы предотвратить выход из
строя таких компонентов, советую вам принять перечисленные ниже меры
предосторожности .
))

))

36 4

Испольэуйте антистатический браслет. Антистатически й браслет,
показа н н ы й на рис. 1 3.6, заземляет вас и, та ким образом, п редот­
вра щает н а коплен ие на вашем теле зарядов статического элек­
тричества . Он я вляется одним из на иболее эффективных способов
устранения ЭСР. К тому же такой браслет недорогой (его можно п ри­
обрести по цене, не выше 1 О долларов) . Чтобы воспол ьзоваться та­
ким браслетом, закатайте рукава рубашки; снимите с себя все коль­
ца, наручные часы, браслеты и п рочие металли ческие п редметы и
укра шения; наденьте а нтистати чески й браслет на запястье. Затем
надежно п ри крепите зажим а нтистатического браслета к какому-л и­
бо заземленному п редмету, н а п ример к оголенной (незакрашен­
ной) части корпуса вашего настол ьного компьютера (при этом шнур
компьютера должен быть включен в настенную розетку) или п росто
к заземля ющему конта кту надлежа щим образом смонти рован ной
настенной розетки . Обязател ьно озна комьтесь с и нструкцией по
применению своего а нтистатического браслета.
Работа йте в слабо электриэующейся одежде. По возможнос­
т и ра бота йте в одежде из н атура л ь н ы х волокон, н а п ример в

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электро н и ку всерьез

хло п чатобумажной или шерстяной. Избегайте одежды, в которой
используются волокна пол и зе тера или а цетата, поскольку такие тка­
ни очень склонн ы к электризаци и .
))

Используйте антистатический коврик. Антистатический коврик,
встречающийся в настол ьном или напольном варианте, похож на
губку, но на самом деле п редставляет собой п роводящую пену. Он
способен снижать - ил и даже пол ностью устранять - накопление
статического электричества на вашем столе ил и теле.

Рис. 1 3.6. Ант истатический
браслет снижает (или даже пол­
ностью устраняет) риск электро­
статического разряда

СОВЕТ

Как правило, ношения хлопчатобумажной одежды и использования
антистатического браслета достаточно для предотвращения непри­
ятностей, которые могут быть вызваны ЭСР.

Заз емляйте свои инструменты
На инструментах, которым и в ы пол ьзуетесь при создани и электронных
устройств, также может накапливаться статическое электричество, причем в
з начительных количествах. Если ваш паяльник питается от сети перемениого
тока, заземлите его, чтобы защититься от ЭСР. В таком случае вы добьетесь
двойной выгоды : заземленный паяльник не только помогает предотвратить
возможный ущерб от ЭСР, но и снижает вероятность удара электрическим то­
ком, если вы случайно прикоснетесь паяльником к проводу, находящемуся под
напряжением.

СОВЕТ

В дешевых паяльниках исполь зуются шнуры с вилками, в которых
отсутствует заземляющий контакт. Некоторые виды паяльников, в
которых используются вилки с тремя контактам и, все же не избав­
ляют вас от угрозы ЭСР, поскольку их жало не заземлено, даже если
ГЛА ВА 1 3

Соэда н и е лаборатории и техни ка безопасности

365

заземлен сам корпус паяльника. Поскольку нет совершенно надеж­
ного способа прикрепить заземляющий провод к дешевому паяльни­
ку, вам остается лишь наскрести денег на покупку нового паяльни­
ка с надежным заземлением. Популярная модель паяльника Weller
WES5 1 обеспечивает защиту от ЭСР и не такая уж дорогая.
Если в ы заземлите себя с помощью антистатического браслета, то вам, во­
обще говоря, не понадобится заземлять другие металлические инструменты, с
которыми приходится работать (например, отвертки и кусачки) . Статический
заряд, накапливающийся на таких инструментах, рассеивается на вашем теле
и стекает через антистатический браслет на землю.

3 66

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрони ку всер ьез

Глава

14

Уч итес ь ч итат ь
зл е ктр и ч е ск и е схе м ь1
В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .
)) Ка ку ю рол ь и гра ют электрические схемы
)) Зн а комимся с самыми расп ростра н е н ными услов н ыми
графическими обоз н аче н иями (УГО )
н а электрических схемах
)) Собл ю даем п равиль н у ю поля р н ость п ри подкл ю че н и и
элект ро н ных компо н е нтов
)) Зн а комимся с н екото рыми специал изи рова н н ы м и
ком п о н ентами
)) Ч итаем электрические схемы из разн ых стра н

п

редставьте, что вы едете в авто м о биле п о незнако м о й местно сти и у вас
нет до р ожн о й карты это й местн о сти. В п олне во зм ожн о , что вы заблу­
дитесь и в ко нце ко нцо в станете двигаться п о кругу. До р ожные карты существуют для того , что бы был о легче о риенти­
ро ваться на незнаком о й местн о сти . Электрические схемы,
исп о льзуемые при разраб отке электр о нных устр о йств,
являются св о его р ода анал ого м до р ожных карт. Их на­
з ывают электрическими схемам и (или принципиальны ­
_н и схемами) п ото му, что на них о то бражается сп о с о б
с о единения с о ставных частей с оответствующего элек­
тронного устр о йства и принцип его действия. На элек­
трических схемах исп ользуются специал ьные усл о вные

+ 9Ь

графические обозначения, представляющие те или иные электронные компо­
ненты, и линии, которые показывают способ соеди нения этих компонентов.
Хотя не все электронные устройства, с которыми вы можете столкнуться,
имеют электрическую схему, у бол ьшинства из них такая схема все же присут­
ствует. Если вы всерьез намерены изучать электронику, вам нужно научиться
ч итать электрические схемы. Не переживайте ! Язык электрических схем осво­
ить не так уж сложно. В большинстве электрических схем используется срав­
нительно небольшое ч исло символов, обозначающих те или иные электронные
компоненты (например, резисторы, конденсаторы и транзисторы).
В этой главе вы узнаете то, что действительно необходимо знать, чтобы про­
читать практически любую электрическую схему, которая может вам встре­
титься.

Ч то та кое зn ектрическая схема
и за че м о н а н уж на
Электрическая схема - это схема, на которой изображены все компонен­
ты того или иного устройства, в том ч исле источники питания, и соединения
между ними. При чтении какой-либо электрической схемы главное, на что вы
должн ы обратить внимание, - это соединения ком понентов, поскол ьку их
позиционирование на электрической схеме вовсе необязательно соответству­
ет физическому расположению деталей на печатной плате. (Вообще говоря, в
сложных устройствах физическое расположение компонентов никогда не соот­
ветствует электрической схеме. Для таких устройств делаются отдельные схе­
мы компоновки, иногда называемые схемой размещения элементов.)

3АПОМНИ1

Для представления резисторов, транзисторов и других компонентов
на электрических схемах используются специальные условные гра­
фические обозначения (УГО), а для отображения соединений между
компонентами - линии. Читая эти обозначения (т.е. понимая назна­
чение отдельных символов и их соответствие реальным ком понен­
там) и следуя показанным на схеме соединениям между ними, вы
можете повторить схему и воплотить ее "в металле". Электрические
схем ы также помогают понять принцип работы соответствующего
устройства, что может пригодиться, когда вы будете тестировать эту
схему или устранять в ней неполадки .

Умение читать электрическую схему в какой-то мере похоже на овладение
иностранным язы ком . В целом вы увидите, что большинство электрических
3 68

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся 3а злектронику всерье3

схем следует оnределенным стандартным соглашениям. Но точно так же, как
во многих языках есть разные диалекты, язык электрических схем отнюдь не
является универсальным. Электрические схемы зависят от того, в какие годы
они создавались, от страны их nроисхождения, от личных nредnочтений разра­
ботчика соответствующего устройства и м ногих других факторов.
В этой книге исnол ьзуются УГО, исnользуемые в отечественной
схематехнике и соответствующие ЕСКД (Единой системе конструк­
торской документации). Но чтобы nомочь вам разобраться в других
вариантах, которые могут вам встретиться, далее будет рассказано о
некоторых других соглашениях, наnример, действующих в Евроnе
и США.

Об щие п равила составления
злект р ическ их схе м
В электронике существует неnисаное nравило, касающееся ориентаци и
оnределенных комnонентов электрических схем, особенно когда речь идет об
электрических схемах сложных устройств. Батареи и nрочие источники nита­
ния на электрических схемах nочти всегда ориентированы вертикально, nричем
положительный полюс изображается вверху. На электрических схемах сложных
устройств источники п итания, как nравило, не показаны . Вместо них изобража­
ются две точки ввода питания (положительный полюс и общий провод, как бу­
дет показано ниже). Положительный nолюс обычно находится на схеме вверху.
Иногда он тянется вдоль всей схемы в виде горизонтальной линии, называемой
шино й питания. Отрицательный полюс изображается внизу, как правило также
в виде шины. Входы обычно изображаются слева, а выходы - сnрава.

СОВЕТ

Многие электронные устройства, такие как радиоnрием ная систе­
ма, показанная на рис. 1 4. 1 , часто изображаются на электрических
схемах в виде нескольких каскадов - хотя в действительности со­
ответствующая система состоит из одной большой и сложной печат­
ной платы . На электрической схеме такой системы каждый ее каскад
изображается в порядке "слева наnраво " (наnример, схема усилите­
ля высокой частоты (УВЧ) изображается слева, детектора - nосере­
дине, а усилителя низкой частоты (УН Ч) - сnрава), nричем выход
первого каскада подается на вход второго каскада, и т.д. Такая орга­
низация электрических схем облегчает понимание работы сложных
электронных устройств.
ГЛАВА 1 4

Учитесь ч итать электрические схемы

3 69

Антен н а

УВЧ

Дете ктор

УНЧ

Гро м ко говорител ь

Рис. 1 4. 1 . Блок-схема радиоприемной системы

3n ектрическая схема - схема соединени й
Какой бы ни была электрическая схема, простой или сложной, ее компонен­
ты должны размещаться оди н относительно другого как можно аккуратнее, а
соединения изображаться в виде линий, причем любые изгибы линий должны
выполняются под углом 90 градусов. (Никакие "закорючки" и дуги на электри­
ческих схемах не допускаются ! ) Очень важно понимать, что в действитель­
ности означают все линии на электрической схеме (их смысл далеко не всегда
очевиден).
Чем сложнее электрическая схема, тем вероятнее, что какие-то линии на ней
пересекутся между собой (по причине двухмерной природы чертежей элек­
трических схем). Вы должны знать, в каких случаях пересекающиеся линии
представляют фактическое соединение проводников (пайкой, скруткой и т.п .),
а в каких случаях нет. В идеале на электрической схеме должно проводиться
четкое и понятное разграничение между соединенными и не соединенным и
между собой проводниками. Такое разграничение может достигаться с помо­
щью перечисленных ниже методов.
)) Точ ка (ее можно ассоциировать с каплей припоя) в месте вза имного
пересечения двух л и н и й указывает на то, что соответствующие п ро­
водники должны быть соединены между собой.

370

))

Разрыв или мален ькая дугообразная л и н ия (ее можно ассоции ро­
вать с чем-то вроде мостика) на одной из двух л и н и й в месте их вза­
имного пересечения указы вает на то, что п ровод н и ки не соединя­
ются между собой. Подобный стиль изображени я прин ципиальных
схем принят в США и некоторых азиатских странах.

))

Простое пересечение линий без точки говорит о том, что соответству­
ющие проводники не соединяются. Такое обозначение используется
на отечественных принципиальных схемах согласно ЕСКД. На некото­
рых принципиальных схемах, созданных в США, пересечение линий
без точ ки означает, что соответствующие п роводн ики должны быть
соединены между собой . Но тогда непересека ющиеся п ровод н и ки
должны быть четко идентифицирова ны, как описано выше.

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н имаемся за электро н и ку всерьез

Данные варианты изображения соединений на электрических схемах пока­
замы на рис. 1 4.2.
Есть соединение

Нет соединения

Нет соединения ( в большинстве случаев )
либо есть соединение (очень редко)

Рис. 7 4.2. Варианты изображения на электрической
схеме проводников, соединенных и не соединенных
между собой

ВНИМАНИЕ!

Оп исанный выше метод изображения соединений не универсален,
поэтому, анализируя конкретную схему, приходится прикидывать,
какие проводники соединяются между собой, а какие нет. Для этого
следует учесть стиль создания электрической схемы, используемы й
в каждом конкретном случае. Так, если вы видите на зарубежной
электрической схеме пересечение линий без точки, а в других мес­
тах той же самой схемы встречается обозначение пересечения двух
линий с разрывом или мостиком и при этом вы не видите на схеме
ни одного пересечения с точкой, то, скорее всего, данное пересече­
ние обозначает соединение проводн и ков. К счастью, в отечествен­
ной схемотехнике согласно ЕСКД такой двухсмысленности нет. Все
пересекающиеся линии, обозначающие соединения, должны иметь
точку. Чтобы точно определить, как следует интер претировать пере­
секающиеся линии на электрической схеме, нужно проконсультиро­
ваться со знающим и людьми или (в идеале ! ) с человеком, которы й
рисовал схему.
ГЛАВА 1 4 Учитесь ч итать электрические схемы

371

СОВЕТ

Для физической реализации соединения, показаин его на электриче­
ской схеме, как правило, используются изолированные провода или
тонкие медные дорожки на печатной плате. В большинстве электри­
ческих схем не проводится различие относительно того, как долж­
ны быть соединены ком поненты между собой . Подобное соедине­
ние полность ю зависит от предпоч итаемого вам и способа сборки
электронной схемы (навесной монтаж, беспаечная макетная плата,
простая макетная или печатная плата). Изображение на электричес­
кой схеме соединений проводников призвано лишь показать вам, как
компоненты этой схем ы должны быть соединены между собой.

С хематическое изо б ражение п росто й схемы с б атаре й ко й
На рис. 1 4.3 представлено схематическое изображение простой цепи посто­
янного тока с полуторавол ьтс вой батарейкой, к которой подкл ючен резистор
R l . Положительный полюс батарейки (помеченный знаком +) подключен к од­
ному из выводов резистора, а отрицательный полюс - к другому выводу рези­
стора. При таком способе соединения ток проходит от положительного полюса
через резистор к отрицательному полюсу батарейки.

+

GB 1

1,5 в

R1

Рис. 14.3. На этой простой электрической схеме
показоны соединения между батарейкой и резистором

ЭАПОМНИI

На электрических схемах обычно подразумевается общепринятое
направление движения условного тока, которое описывается как по­
ток положительных зарядов, движущихся в направлении, противо­
положном реальному направлению потока электронов. (Подробнее
об условном токе и направле нии его движения можно проч итать
в главе 3, "Общие сведения об электрических цепях".)

Об о значения источн иков п итани я
Питание электрической схемы может осуществляться от источника пере­
мениого тока (в рол и которого может выступать настенная розетка дома или
372

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н имаемся за электронику всер ьез

в офисе, с которой можно снимать напряжение перемениого тока 220 В) или от
источника постоянного тока, которым может служить батарея или низковольт­
ный выход настенного сетевого адаптера. Полярность источников постоянного
тока, измерен ная относительно общего провода (т.е. условной точки отсчета
с нулевым напряжением) в соответствующей схеме, может быть как положи­
тельной, так и отрицательной. На рис . 1 4 .4 представлены разные условные
графические обозначения источников питания, общего провода и заземления.
Более подробное обсуждение этих обозначений приведено в следу ющих двух
подразделах.

J_

:� ф ф ф

J_


Гальвани ческий
эл емент

Батарея

qратогальвани ч еский
( сол неч ны й) элеме нт

l

,Jn

j_



Общий п ровод
( си гнал ьная з емля )

Корпус устрой ства

Источ ник питан ия
п остоя н ного тока

Источник п ита ния
п е ременнаго то ка

Заземление
( общее обознач е н и е )

Рис. 14.4. Условные графические обозначения источников питания, а также
общего провода и заземления

На сложной электрической схеме подчас не так-то просто определить под­
ключение элементов к источникам питания. В этом разделе я хочу несколько
прояснить для вас этот вопрос. З накомясь с материалом данного раздела, обра­
щайтесь к рис. 1 4.4, на котором символы, обозначающие те или иные источни­
ки питания, представлены в порядке их обсуждения.

Как изо б ражаются источн ики питан ия на схемах
Источники питания постоянного тока изображаются одним из двух указан­
ных ниже способов.
))

Симвоn эnемента питания иnи батареи. Первые два символа на
рис. 1 4.4 обозначают химический источ н и к п итания постоя н ного
тока с д вумя полюсами. Формал ьно первый символ, п редста вля­
ющий собой две па раллельные л и н и и разной дл и н ы, обозначает
оди н химический элемент питания (или обычную пал ьчиковую ба­
тарей ку). Второй символ, состоя щий из двух пар параллельных ли­
н и й разной дли н ы, п редставляет собственно батарею химических
элементов, которая состоит из нескольких элементов п итания.

ГЛАВА 1 4 Уч итесь читать электрические схемы

373

На м ногих электри ческих схемах {в том ч исле на электрических
схемах, п редставленных в этой кни ге) для изображения источн и ка
пита ния постоян н ого тока часто испол ьзуется первы й символ, по­
казанный на рис. 1 4.4.

3АПОМНИI

Положительный полюс элемента п итания обозначается дли нной го­
ризонтальной л и нией, а отри цательный - короткой. Рядом с сим­
волом элемента питания часто указыва ются его полярность {симво­
л ы "+" и "-") и ном и нальное н а п ряжение. Обыч но п редполагается,
что напряжение на отрицательном полюсе равняется О В, если явно
не оговорено, что напряжение на отрицательном полюсе отличает­
ся от точки нулевого напряжения, которое отсчитывается от общего
провода и подробно обсуждается н иже в этой гла ве. П р и вкл юче­
н и и батареи в замкнутую цепь п редполагается также общепринятое
н а пра вление прохождения условного тока, т.е. от положител ьного
полюса источн и ка п итания к его отри цательному полюсу.
>>

Ра3деnьное обо3начение источника питания и общеrо прово­
да. Чтобы уп ростить изображение электри ческих схем, исто ч н и к
п ита н и я постоя н ного тока зачастую показывают с помощью двух
отдельных символов. Эти символы п редставляют собой мален ький
кружок в конце л и н и и, и зобража ющей оди н пол юс источн и ка п и­
тания {с указа нием или без указания кон кретной вел и ч и н ы напря­
жения), и символ общего п ровода {перевернутая Т-образная верти­
кал ьная л и ния), изображающий другой пол юс исто ч н и ка п итания,
напряжение на котором равняется О В. В сложных схемах, в которых
испол ьзуется м ножественное подкл ючение к исто ч н и ку п ита ния,
положител ь н ы й пол юс изображается в виде шины {помеченной
ка к +И), тянущейся вдоль верхней части электрической схемы. Эти
раздельные символы, п редста вляющие пол юса источника п итания,
используются для того, чтобы уменьшить количество п роводных со­
единен и й на электри ческой схеме, поскольку чрезмерное кол и че­
ство л и н и й на электрической схеме неизбежно порождает пута н и цу
и усложняет ее понимание.

Схему, показанную на рис. 1 4.3, можно также изобразить с помощью от­
дел ьных символов "питания" и "общего провода", как показано на рис. 1 4. 5 .
Обратите внимание : схема, показанная н а рис. 1 4.5, я вляется, п о сути, замкну­
той цепью.
Во м ногих схемах испол ьзуется нескол ько источ ников питания
постоянного тока, например +5 , + 1 2 и даже -5 или -2 В. Поэтому
рядом с обозначением источника питания обычно указывают вели­
чину его номинального напряжения. Есл и на электрической схеме
величина номинального напряжения не указана, то зачастую (но не
374

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н имаемся з а электронику всерьез

всегда ! ) вы имеете дело с напряжением 5 В . Запомните : если в яв­
ном виде не указано обратное, на электрических схемах почти всег­
да указывается напряжение постоянного, а не перемениого тока.

rюдю&НОСТИ
ПХНИЧЕСКИЕ

Для работы некоторых схем (например, на основе операционных
усилителей, которые обсуждаются в главе 1 1 , "Еще одна инновация :
интегральные микросхемы") требуются как положительный, так и
отрицательный источники питания постоян ного тока. П ри этом говорят, что схема имеет днуполярное питание. Вам часто придется
видеть, что положительное напряжение питания обозначается ма­
леньким кружком, помеченным как + И, а отрицательное напряже­
ние питания обозначается маленьким кружком, помеченным как -И.
Если величины напряжения не указаны, то они могут составлять +5
и -5 В постоянного тока. На рис . 1 4.6 показано, как в действитель­
ности реализуется схема двуполяриого источника питания.

Рис. 1 4.5. Более простой
способ обозначения сое­
динений между батареей
и резистором

Рис. 1 4.6. Для работы некото­
рых схем требуются как поло­
жительный, так и отрицатель­
ный источники питания

Источник питания перемениого тока обычно обозначается окружностью с
двумя отводами, внутри которой может быть показана (или не показана) волни­
стая линия . Эта волнистая линия представляет один цикл перемениого напря­
жения, вырабатываемого соответствующим источником питания. Как правило,
источник питания вырабатывает напряжение синусоидальной форм ы, но это
напряжение может иметь также прямоугольную, треугольную или какую-то
иную форму.
Питание вашей схемы может осуществляться также от источника перемен­
иого тока, например от настенной электрической розетки в вашем доме или в
офисе (такие схемы называются схемами с питанием от сети) . Чтобы пони­
зить стандартное напряжение электросети (220 В перемениого тока) до тре­
буемого значения и преобразовать его в постоя нный ток, обычно используется
ГЛАВА 1 4 Уч итесь читать электрические схемы

375

какой-либо внутренний источник питания. Полученное поиижеиное напряже­
ние питания постоянного тока подается затем на ком поненты схемы . Если вы
взглянете на схему DVD-плeepa или какого-то другого электронного устрой­
ства, питающегося от сети перемениого тока, то на ней вы наверняка обнару­
жите как величины входного напряжения перемениого тока, так и вырабатыва­
емые внутренним блоком питания напряжения постоянного тока.

Об означение об ще го п ровода или "эем я и "
В ы готовы к обсуждению некоторых обозначений на туманном и двусм ыс­
ленном языке принципиальных схем? Тогда вперед ! Ко гда на электрических
схемах заходит речь об обозначении проводов, подключенных к общему прово­
ду ил и "земле", обычно испол ьзуется символ заземления (он обозначает реаль­
ное соединение с "землей"), представляющий так называемую общую землю
(точка отсчета, соответствующая нулю вольт) в той или иной цепи. (Эти два
типа "земли" подробно обсуждаются в главе 3, "Общие сведения об электриче­
ских цепях".) Чаще всего точки "земли" в низковольтных схемах не соединены
с реальным заземлением; вместо этого они соединены одна с другой - отсю­
да и термин общий провод. Предполагается, что любые значения напряжения,
указанные в тех или иных точках схемы, измерены относительно этого общего
провода. (Вспом ните, что напряжение в действительности представляет собой
разность потенциалов между двумя точками цепи.)
Итак, какой же символ должен быть в действительности использован для
обозначения точек "земли", которые на самом деле не подсоединены к земле?
Таким сим волом является символ общего провода или сигнальной земли (пе­
ревернутая буква Т). Общую землю иногда называют заземлением на шасси,
поскол ьку в старом радиоэлектронном оборудовании роль общей земли вы­
полняло металлическое шасси устройства (радиоприемника, телевизора и т.п.).
В наше время металлическое шасси уже редко используется в качестве общей
земли, однако соответствующий термин по-прежнему используется достаточно
широко.
Термин сигнальная (логическая, схемная) земля используется для представ­
ления точки отсчета, соответствующей нулю вольт, для сигналов (колебаний,
являющихся носителями информации), передаваемых по двум проводам. Один
из проводов подключается к этой точ ке отсчета, а по другому проводу пере­
дается переменмое напряжение, представляющее соответствующий сигнал .
Опять-таки, н а многих электрических схемах для обозначения сигнальной зем­
ли используется символ общего провода.

376

ЧАСТЬ 1 1 1

П ринимаемся за электрони ку всерьез

СОВЕТ

В этой книге на электрических схемах используется тол ько символ
общего провода, поскольку в большинстве электрических схем, с ко­
торыми вы столкнетесь в наши дни, используется именно он.

Как можно видеть из рис. 1 4.7, соединение с "землей" на электрических
схемах может изображаться разными способами.
Схема с батарейны м питанием

+

Выход

и

Подразум евается, что общи й провод
подключен к отри цательному полюсу
батарей ного блока

Схем а с одной точкой зазем ления

Схема с нескол ькими точками
п итания и заземления

Рис. 7 4. 7. Разные способы изображен ия соед инен и й
с общ и м проводом (землей) на электр и ческой схеме

ГЛАВА 1 4 Уч итесь ч итать электрические схемы

ЗТ/

))

Обозначение "земn и" вообще отсутствует. На электри ч ес кой
схеме может быть показано два п ровода п итания, подкл юченных к
соответствующей цепи. В схеме с п ита н ием от батареи общим п ро­
водом или "землей'; ка к п ра вило, сч итается отри цател ьный пол юс
бата реи.

))

Единственное обозначение "земnи'� На электрической схеме все
подкл ючения к общему п роводу сходятся в одной точ ке заземле­
ния. При этом источ н и к (ил и источн ики) п итания - например, бата­
рея - зачастую не показаны, но вы должны учиты вать, что "земля"
может быть подключена как к положител ьному, так и к отрицатель­
ному пол юсам источн и ка п ита н ия (см. рис. 1 4.6).

))

Н ескоnь ко обозначений "земnи'� На сложных электрических схе­
мах ради уп рощен ия обы чно ста раются не показывать п ровода,
подключенные к источнику (источникам) п ита ния и "земле': Поэтому
часто изображаются только точки подвода п итания и подкл ючения
к общему п роводу (в виде нескол ьких символов "земл и"). При реа­
лизации схемы все эти точки "земли" соединяются вместе.

Обозначения злементов на сх еме
Поскольку сложные электрические схемы состоят из большого количества
элементов, вы можете столкнуться буквально с сотням и различных условных
графических обозначений. К счастью, при создании электронных устройств
вам, скорее всего, придется иметь дело лишь с относительно небольшим чис­
лом компонентов.
Наряду с обозначениями конкретных электронных компонентов на электри­
ческих схемах часто указывается дополнительная информация, которая помо­
гает однозначно их идентифицировать, как показано ниже.

378

))

Усnовное бук венно-цифровое обозначение. Реч ь идет о таких
идентифи каторах, ка к R1 или VТЗ. Для идентифи ка ции ти па компо­
нента при нято испол ьзовать одну или несколько букв и численн ы й
суффи кс (который и ногда указывается в виде подстрочного знака),
что позволяет отл и ч ить оди н конкретны й компонент от других ком­
понентов того же ти па. Самыми распростра ненными обозначения­
ми типов компонентов я вляются R (резисторы), С (конденсаторы),
VO (диоды), L (катушка и ндуктивности), Т (трансформатор), VT (тран­
зистор), а также ОА или 00 для и нтегральных микросхем.

))

Номер и здеn ия . И спол ьзуется, есл и речь идет о станда ртном
компоненте (как в случае транзистора или и нтеграл ьной ми кро­
схемы ) ил и есл и вы имеете дело с зака з н ы м издел ием какого-то

ЧАСТЬ 1 1 1

П ри н и маемся за электрон и ку всерьез

и з готовител я . Н а п ример, номер и здел ия может в ы гл ядеть ка к
2 N 2222 или КТЗ 1 02 Б (это ш и роко испол ьзуемы й тра нзистор), 5 5 5
и л и К Р 1 006ВИ 1 (ти п ИМС, испол ьзуемой в схемах синхронизации).

СОВЕТ

))

Номинал. Для пасси вных компонентов, та ких ка к резисторы и кон­
денсаторы, часто не указываются номера издел и й . Поэтому вместо
них на схемах указываются номинал этого компонента. Например,
рядом с обозначением резистора или его идентифи катором (на­
пример, RЗ) указывают его номи нал в омах. Чаще всего будет ука­
за на л и ш ь цифра без обозначения еди н и ц измерения номи нала
(омов, ми крофарад и т.п.). Ка к п ра вило, номиналы соп ротивления
резисторов указыва ются в омах, а емкости конденсаторов - в ми­
крофарадах.

))

Дополнительная информация. Рядом с обозначением одного ил и
нескольких компонентов на электрической схеме может быть указа­
на допол н ител ьная и нформация о нем (например, мощность в ват­
тах для резистора, когда он не является ста нда ртным резистором,
рассчита нным на мощность О, 1 25 или 0,25 Вт. Есл и рядом с номин а ­
лом соп роти вления резистора указано 1 О Вт, знач ит, вам потребу­
ется резистор, рассчитанный на бол ьшую рассеи ваемую мощность.

На многих электрических схемах рядом с изображением элемента
указывается лишь его условное буквенно-цифровое обозначение, а
к самой схеме п рилагается отдельный перечень деталей, в котором
указы вается подробная информация, такая как номер изделия, его
номинал и п рочие сведения . В перечне деталей буквенно-цифровое
обозначение каждого компонента со провождается конкретной ин­
формацией о нем .

А налоговы е 3л ектрон н ые компоненты
Анало говые электронные ком поненты управляют прохождением непрерыв­
ных (аналоговых) электрических сигналов. В табл . 1 4. 1 представлены обо­
значения основных аналоговых электронных компонентов на электрических
схемах. В третьем столбце этой таблицы п риведены ссылки на главу книги,
в которой вы можете на йти подробную информацию о принципах работы со­
ответствующего компонента.
К РАТ К И Й С П РА В ОЧ Н И К П О УС Л О В Н Ы М БУ К В Е Н Н О - Ц И Ф Р О В Ы М
ОБОЗ Н А Ч Е Н И Я М ОС Н О В Н Ы Х КО М П О Н Е Н ТО В Э Л Е КТ Р О Н Н Ы Х С Х Е М
Компоненты на электрических схемах зачастую идентифицируются их буквен­
ными обозначениями (нап ример, буква С обозначает конденсатор). За буквой

ГЛАВА 1 4 Уч итесь читать электрические схемы

379

следует номер ( 1 , 2, 3 и т.д.), позволяющий разл ичить между собой нескол ько
компонентов одного и того же ти па. Буква и номер в совокупности образуют
условное буквенно-цифро вое о бозначение, или идентификатор компонента,
который позволяет однозн а чно идентифициров а ть кон кретный конденсатор
или какой-то другой компонент электронной схемы. Рядом с идентификатором
компонента часто указывается его номинал ил и номер издел ия. Однако в не­
которых случаях на схемах указы вается тол ько условное буквен но-цифровое
обозначение компонента , а вся остальн а я информация указывается в переч­
не деталей, где можно найти номи нал, тип или номер изделия испол ьзуемого
компонента. Ниже перечислены буквенно-цифровые обозначения разных типов компонентов.
с

Конденсатор

VO

Диод

ОА или 00

Интеграл ьная схема

L

Катушка индукти вности

HL

Светодиод

VT

Транзистор

R

Резистор

к

Реле

т

Трансформатор

ZQ

Кварцевый резонатор

Табл и ца 1 4. 1 . Обоэначения аналоrовых компонентов

Ко м п о н е нт

Обо з н а ч е н и е

Гла в а

Резистор

5

Переменн ы й резистор
(потенциометр)

5

Фоторезистор (фотоэлемент)

12

380

ЧАСТЬ

111

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

Продо.?жение ma6.1. 1 4. 1
Ко м n о н е н т

Обо з н а ч е н и е

Конденсатор

--l r- � �

7

* *

7

Электролити чески й (полярный)
конденсатор
Конденсатор переменной емкости
(КПЕ) и под етроеч н ы й конденсатор
Катушка и ндуктивности
Трансформатор с воздушным
сердечником

Трансформатор с металлическим
сердечником

� r- �r-

____fYYY'\_

}€
}€
..L

Кварцевый резонатор

c:::J

Гл а в а

7

8
8

8

8

т

Биполярный N РN-транзистор

Биполярный РN Р-транзистор

Полевой транзистор с изол и рованным
затвором (MOSFET) и ка налом N-ти па

-tQ
-tQ
~

ГЛАВА 1 4 Учитесь ч итать электрические схемы

10

10

10

3 81

Окончан ие табл. 1 4 . 1

Обо з н а ч е н и е

Ко м п о н е н т

Полевой транзистор с изол и рованным
затвором (MOSFEТ) и каналом Р-типа

Фототранзистор (NPN)

Фототранзистор (PNP)

Обы ч н ы й диод
Стабил итрон (диод Зенера)




Фотодиод

12

~
~
1.

Светодиод

10

«




Гл а в а

12

9
9



9

12

@-

Операционн ы й усил итель (ОУ)

382

ЧАСТЬ 1 1 1

t}-

П р и н и маемся за электрон и ку всер ьез

11

СОВЕТ

Условное графическое обозначение операционного усилителя пред­
ставляет несколько десятков дискретных ком понентов, соединен­
ных между собой определенным образом и составляющих в своей
совокупности достаточно сложную электронную схему, питание на
которую подается от внешнего источника. На электрических схемах
всегда испол ьзуется единый символ, представляющий всю схему,
изготовленную в виде интегральной микросхемы (ИС). Схематичес­
кое обозначение операционного усилителя обычно используется
для представления м ногих других усилителей, например усилите­
ля мощности низких частот LM386 (ее отечественный аналог ­
КР 1 43 8УН2).

Элементы ци ф рово й логики и логические И М С
Компоненты цифровой электроники, например логические вентили, обраба­
тывают цифровые сигналы, которые состоят лишь из двух возможных уровней
напряжения (высокого и низкого). В нутри каждого цифрового компонента со­
средоточена законченная схема (питание на нее подается от внешнего источни­
ка), состоящая из отдельных транзисторов или других аналоговых элементов.
На электрических схемах такие цифровые компоненты обозначаются специ­
альными сим волами, под которыми подразумевается совершенно конкретное
соединение отдельных дискретных элементов в нужную нам схему, выполня­
ющую определенную логическую функцию. Вы можете собрать такую циф­
ровую схему сами на основе отдельных элементов или использовать готовое
решение в виде соответствующей интегральной м и кросхемы. Логические
ИМС обычно содержат нескол ько логических элементов (причем все они не
обязательно могут быть одного типа), п итание на которые подается от общего
внешнего источника.
На рис. 1 4. 8 показаны условные графические обозначения отдельных циф­
ровых логических элементов. Подробную информацию о функциях, выполня­
емых каждым логическим элементом, вы можете найти в главе 1 1 , "Еще одна
инновация : интегральные микросхемы" .
На некоторых электрических схемах изображаются только отдельные логи­
ческие элементы, но иногда изображаются способы подключения самой инте­
гральной схемы, представленной в виде прямоугольника. Примеры каждого из
таких подходов представлены на рис. 1 4.9.
ИМС 74НСОО (отечественные аналоги - К 1 76ЛА7 и К5 6 1 ЛА7), показан­
ная на рис. 1 4 .9, представляет собой счетверенный двухвходавой логический
элемент типа И-НЕ, сделанный по технологии КМОП. На верхней электричес­
кой схеме каждый элемент И-НЕ обозначен как DDJ . l , DD1 . 2 и DDJ . З (DD1 . 4
ГЛАВА 1 4 Учитесь читать электрические схемы

383

n

tJ-

=[)И-НЕ

=Ои

=0-

=DИскл . ИЛ И

=tJ-

=0-

=D- DИЛИ-Н Е

fi

или

=D-

Искл . ИЛИ-НЕ

{}
-{>--

НЕ (Инвертор)

Рис. 1 4.8. Условные графические обозначения логических
элементов на электрических схемах

свободный), поскольку он является составной частью этой ИМС. (Такой тип
обозначения логических элементо в на электрических схемах испол ьзуется
чаще всего. При этом вы воды подключения питания к ИМС обычно не по­
казаны, а их номера указаны в специфи кации схемы. Это позволяет не загромождать схему лишними деталями.) Обратите
00 1 К56 1ЛА 7
внимание: в этой конкретной схеме четвертый
00 1 . 1
элемент И-НЕ вообще не используется. Именно
поэтому вы воды 1 1 , 1 2 и 1 3 оказал ись незадей­
ствованными. Независимо от того, используется
Выхо д
в схеме один логический элемент или целая ми­
кросхема, старайтесь указывать на ней номера
выводов подключения источ ника питания. Это
правило хорошего тона. В противном случае вы
заставите всех, кто будет читать ил и повторять
вашу схему, рыться в справочниках в поисках
нужной информации и тратить на это время, ко­
торое уже было один раз потрачено составите­
лем схемы. (Подробнее о цоколевках микросхем
и их технических спецификациях можно ознако­
миться в главе 1 1 , "Еще одна инновация : интегральные микросхемы".)
В ыход

38 4

ЧАСТЬ 1 1 1

Рис. 1 4.9. Два представления одной и той же
логики на электрических схемах

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

Существует о громное разнообразие цифровых ИМС, которое отнюдь не
ограничивается только микросхемами, содержащими простые логические эле­
менты. Вам встретятся также линейные (аналоговые) ИМС, содержащие ана­
логовые схемы, и смешанные сигнальные ИМС, которые представляют собой
сочетание аналоговых и цифровых схем. Большинство ИМС - за исключе­
нием операционных усилителей - изображаются на электрических схемах
одинаково : в виде прямоугольника, помеченного соответствующим буквен­
но-цифровым обозначением (например, DDJ) или номером изделия (напри­
мер, 74СНОО), с указанием нумерации в ыводов данной ИМС . Функцию, вы­
полняемую конкретной ИМС, обычно можно определить по номеру изделия,
но на некоторых электрических схемах может быть указано и функци о нальн о е
назначение ИМС, например ждущий мультивибратор.

П рочие компоненты
На рис. 1 4. 1 0 представлены условные графические обозначения переключ а­
телей и реле. Подробную информацию по каждому из этих ко мп о ненто в м ож­
но найти в главе 4, "Соединяем все вместе".

_/_
SPDT

SPST

5_

Кноnка с нормально
разом кнутыми контактами

*

=:(

Кноnка с нормал ьно
зам кнутыми контактами

DPST

DPDT

�-�--l
т

ll
ГГ
_ _ _

1

Электромагнитное реле с разными
груnnа ми контактов

Ри с. 14. 1 0. УГО переключотелей и реле

На рис. 1 4. 1 1 представлены УГО всевозможных входных преобразователей
(датчиков) и выходных преобразователей (исполнителей). (Ссылки на некото­
рые из этих обозначений приведены в табл. 1 4. 1 .) Подробнее о большинстве
этих компонентов можно прочитать в главе 1 2, "Приобретение дополнитель­
н ых деталей", а допол нительные сведения о светодиодах можно получить в
главе 9, "Погружаемся в мир диодов".
Для работы некоторых схем необходимо подать на их вход некий сигнал, по­
лученный от других схем или устройств, либо снять сигнал с выхода и подать
на другие схемы или устройства. На электрических схемах зачастую можно ви­
деть что-то наподобие оборванного провода, ведущего в схему или исходящего
ГЛАВА 1 4

Учитесь ч итать электрические схем ы

38 5

из нее. Обычно такой провод подписывается как Входной сигнал или Вход от
чего-то там NP 1 или Выход. Такая пометка указывает, что к свободному концу
этого провода нужно что-то подключить. Один провод, по которому передается
сигнал, подключается к этой входной точке, а другой провод - к общему про­
воду или сигнальной (логической, схемной) "земле". На других электрических
схемах может изображаться символ какого-то определенного разъема, напри­
мер пары вWlка и розетка, через который выходной сигнал одного устройства
подключается к входу другого устройства. (Подробнее об этом можно прочи­
тать в главе 1 2, "Приобретение дополнительных деталей".)

�тотранзистор ы
ти nа NPN и PNP

Лам nа накал ивания

Светодиод

Дин амик

Термистор

М икрофон

r

Ан тенна

=С] -оЗуммер

Электродвигател ь

Рис. 14. 1 1 . УГО входных и выходных преобразователей

На рис. 1 4. 1 2 показано несколько вариантов изображения на электрических
схемах входных и выходных разъемных соединений, ведущих к другим схе­
мам. На разных электрических схемах входные и выходные разъемные соеди­
нения могут изображаться по-разному. Обозначения, ис пол ьзуемые в это й
книге, относятся к числу самых распространенных. Хотя точное изображение
символа может быть разным на разных электрических схемах, идея, вообще
говоря, всегда остается неизменно й : тако й символ указывает на необходи­
мость подключить к соответствующему контакту какой-то внешний сигнал или
устройство.

�уГнездо для n одключ ени я
наушни ков

Э кранированный
коакси альный разъем

---->

Вам никогда не удастся соб рать и протестировать схему в один
присест. Если вам н ужно н а какое-то время отложить макетную
плату (с со б ранной на ней схемой) в сторону и заняться други­
ми делами, поместите ее в место, недоступное для детей, жи­
вотных и не в меру лю бопытных в з рослых.

С ек р еты качественно й па й ки
Лайка представляет собой метод, с помощью которого создаются неразбор­
ные проводящие соединения между ком понентами, проводами или тем и дру­
гим. Для расплавления легкоплавкого металла, назы ваемого припоем, чтобы он
смог охватить два металлических провода, которые вы хотите соединить один
с другим, используется инструмент, называемый паяльником. Когда вы убирае­
те паяльник в сторону, расплавленный припой охлаждается, затвердевает и об­
разует проводящее физическое соединение, называемое паянным соединением,
между проводами или выводами компонентов.
Нужно ли вам знать о паяиных соединениях, если для сборки своих элек­
тронных устройств вы собираетесь использовать беспаечные макетные платы?
Конечно, нужно. Практически в каждом электронном устройстве в той или
иной мере применяется пайка. Например, вы можете куп ить компоненты (та­
кие, как потенциометры, переключатели, микрофоны и т. п.), которые не снаб­
жены отводами. В таком случае вам придется припаять к их контактам два
или больше кусков провода, чтобы создать отводы, которые затем можно будет
вставить в контактные отверстия макетной платы.
Разумеется, паяиные соединения широко используются при создании не­
разборных схем на обычных макетных платах, на перфорированных макетных
платах, содержащих набор стандартных луженных контактных площадок с от­
верстиям и для монтажа ком понентов, ил и на печатных платах (как описано
ниже в этой главе, в разделе "Неразборный монтаж схем").

П одготовка к па й ке
Для выполнения паяиных соединений вам потребуются паяльник мощно­
стью 25-30 Вт, моток стандартного трубчатого припоя типа 60/40 с канифоль­
ным сердечником диаметром 0,8-1 мм, прочная и устойчивая подставка для
паяльника и небольшая губка. Убедитесь в том, что ваш паяльник надежно
установлен на подставке, а сама подставка установлена в таком месте вашего
рабочего стола, которое обеспечивало бы вам безопасную и комфортную рабо­
ту с паяльником.

406

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрони ку всерьез

СОВЕТ

Рекомендую вам перечитать главу 1 2, "Приобретение дополнитель­
ных деталей", в которой содержится подробная информация о том,
как правильно выбрать паяльное оборудование для радиолюбительс­
ких устройств. В частности, там рассказывается об использовании
трубчатого припоя типа 60/40 с канифольным сердечником, который
содержит свинец, и приводится его сравнение с припоем, не содер­
жащим свинца.

Приготовьте на своем рабочем месте ряд вспомогательных средств для пай­
ки, таких как защитные очки (чтобы защитить глаза от брызг расплавленного
припоя), зажим типа "крокодил" (которы й выполняет также функцию тепло­
отвода для компонентов, чувствительных к высокой температуре), антистати­
ческий браслет, описанный в главе 1 3 , "Создание лаборатории и техника безо­
пасности", изопропиловый спирт, лист бумаги, карандаш и какая-либо клейкая
лента. Положите на л ист бумаги все детали, которые вам нужно спаять, и за­
крепите их клейкой лентой. Напишите на этом же листе бумаги рядом с каж­
дой детал ью ее буквенно-цифровое обозначение, например Rl (обозначение
каждой детали должно соответствовать ее обозначению на собираемой вами
электрической схеме). Наденьте защитные очки и антистатический браслет и
убедитесь в том, что ваше рабочее место хорошо проветривается.
Намочите в воде губку и отожмите с нее лишнюю воду. В ключите в розетку
паяльник, подождите примерно одну м инуту, пока он нагреется (примерно до
350°С), а затем увлажните жало паяльника, кратковреме нн о прикоснувшись к
нему влажной губкой . Если у вашего паяльника новое жало, зШlудите его пе­
ред пайкой, чтобы припой лучше к нему прихватывался. Излишнее количество
припоя может образовывать на конце паяльника довольно опасную каплю. Она
может вызвать серьезные неприятности, если неожиданно стечет на собира­
емую вами схему. Залудить жало паяльника можно путем нанесения на него
небольшого количества расплавленного припоя вместе с флюсом. Избыточное
количество припоя можно снять с жала паяльника с помощью влажной губки.

СОВЕТ

Периодически повторяйте процесс лужения жала паяльника, чтобы
на нем не образавывалея черны й налет. Можете также купить каки­
е-либо средства для очистки жала паяльника, если на нем скопились
загрязнения, которые не удается удалить в результате периодическо­
го повторного лужения 1 •

1 В подобных случаях помогает обычный мелкозернистый напильник. Перед лужени­
ем обработайте поверхность жала напильником (разумеется при холодном паяльни­
ке ! ) и только затем прогрейте паяльник, окуните его жало в канифоль и нанесите на
него припой. - Пpu!vteч. ред.

ГЛАВА 1 5

Сборка 3лектронных схем

407

Как паять п ра вильно
Чтоб ы пайка была вы полнена правильно и качественно, нужно следовать
нескольким простым правилам . Разумеется, чтобы научиться правильно па­
ять, необходимо регулярно практиковаться в этом занятии. В ажно пом нить, что
искусство пайки предполагает умение выдерживать паузы на определенных
этапах выполнения паяиного соединения. Ч итая приведеиное ниже описание
каждого из этапов выполнения паяиного соединения, обращайте особое вни­
мание на такие слова, как тотчас же и через несколько секунд. Их нужно по­
нимать буквально ! Ниже приведено пошаговое описание выполнения паяиного
соединения.

1

.

Оч истите металлические поверхности, подлежащие пайке.

П ротрите изопропиловым спиртом выводы соед иняемых компонентов,
концы провода или п ротравленные поверхности печатной платы (см. да­
лее в этой гла ве). Это обеспечит более п рочное сцепление припоя. Перед
п а й кой обработа нные сnиртом nоверхности должны nолностью nросох­
нуть - в противном случае возможно возгоран ие.

2 . Закрепите детали, которые вы будете паять.

Чтобы п рочно зафи ксировать дискретн ы й компонент, к которому нуж­
но п р и паять п ровод, воспол ьзуйтесь держателем типа "третья рука'� о
котором рассказы валось в гла ве 1 3, "Созда ние лаборатории и техника
безоnасности'� тисками или зажимом ти nа "крокодил". Чтобы надежно
удержи вать компонент над монтажной платой, испол ьзуйте круглогубцы
или n и нцет. П ри па йке компонентов, снабженных выводами (наnример,
резисторов), можно слегка согнуть их выводы, чтобы было легче удержи­
вать компонент в том месте, где выnолняется nайка.

3 . Воэьмите в руку памьник и поднесите ero к месту пайки.

Держите паяльник в руке так, как вы обычно держите карандаш, устано­
в и в его наконечн и к под углом 30-45° к рабочей поверхности, как nока­
зано на рис. 1 5.7.

4. П риложите жало паяльника к месту, которое вы хотите соединить
пайкой. (На данном этаnе п ри пой не следует использовать.)

ЭАПомниl

П ри коснитесь жалом паял ь н и ка к обеим соед и няемым металл и ческим
частям (на пример, к в ыводу резистора и медной конта ктной площадке
на обратной стороне печатной nлаты). Ва ша задача на данном этаnе заключается в том, чтобы п рогреть обе соединяемые части, поэтому нагре­
вать n рипой сейчас не следует. Для надежного п рогрева металлических
соединяемых частей требуется несколько секунд.

5 . Поднесите холодный припой к наrретому металлическому участку.

408

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

М есто пайки ; при паиваем ы й
провод должен находиться
между жалом паяльн и ка
и п р и поем

П ри п о й

_.....

Рис. 7 5. 7. Удерживая паяльник под углом 30-45° к рабочей поверхности,
сначала нагр ейте спаиваемые металлические части, а затем поднесите
к месту соединения холодный пр ипой

П рипой расплавится и окутает место соединения буквально за пару секунд.

б . Тотчас же уберите припой, а 3атем - паяnьник.

Убрав при пой и паяльник, удержива йте компонент на месте до тех пор, пока
п рипой не остынет и пая и ное соединение не затвердеет.

7 . Поместите паяnьник н а подставку так, чтобы он н е моr сnучайно с нее
сваnиться.

Ни в коем случае не кладите нагретый паяльник непосредственно на поверх­
ность рабочего стола.

8 . С помощью бокоре3ОВ срежьте выступающие выводы компонента как
можно бnиже к месту пайки.

СОВЕТ

ВНИМАНИЕ!

Используйте именно столько при поя, сколько необходимо для об­
разования надежного соединения (это означает, что расплавленный
приnой нужно наносить лишь в течение строго определенного вре­
мени). Если вы нанесете слишком мало приnоя, паяиное соедине­
ние окажется слабым и ненадежным; если же вы нанесете слишком
м ного припоя, то образуются крупные капли, которые приведут к
возникновению коротких замыканий.
Если вы перегреете электронные компоненты паяльником (в резуль­
тате слишком высокой температуры паяльника или слишком про­
должительного нагрева), то многие из них могут в ы йти из строя,
поэтому прикасаться паяльником к вы водам ком поненто в нужно
лишь ровно настолько, чтобы получилось качественное паяиное со­
единение - не больше и не меньше !
ГЛАВА 1 5

Сборка электронных схем

40 9

СОВЕТ

Чтобы избежать повреждения электронных ком понентов, чувстви­
тельных к высоким тем лературам (например, транзисторов), при­
крепите к выводу ком понента между предполагаемым местом лай­
ки и его корпусом зажим типа "крокодил"2 • Это позволит отводить
избыточное тепло через зажим, что снизит нагрев компонента и
уменьшит вероятность его повреждения. Перед ловторным лриме­
нением такого зажима подождите, nока он остынет.

О смотр пая и ного соединения
Внимательно осмотрите место лайки, чтобы убедиться в том, что оно доста­
точно прочно и выполняет свою главную функцию - проводит электрический
ток. Паяиное соединение, после того как оно остынет и затвердеет, должно
быть блестящим (не тусклым ! ) и выдерживать небольшое натяжен ие (чтобы
проверить nрочность лаяиного соединения, достаточ но слегка потянуть за
один из проводов). Если вы прилаяли вывод какого-либо компонента к кон­
тактной площадке лечатной платы, то должны увидеть в месте лайки так на­
зываемый угловой шов (утолщение на стыке спаиваемых поверхностей, обра­
зованное лриnоем). Если вы видите тусклую каnлю nриnоя или его зернистую
структуру, это значит, что вы столкнулись с так называемой холодной пайкой.
Такая лайка отличается меньшей nрочностью соединения по сравнению с нор­
мальной лайкой; к тому же полученное соединение плохо проводит электри­
ческий ток.
Холодная лай ка может образов ываться, если место соединения не было
должным образом очи щено от грязи и жира или если температура жала па­
яльника оказалась недостаточной . Если nовторная лайка была выnолнена без
nредварительного удаления старого припоя с места лайки, это зачастую nри­
водит к образованию холодной лайки, поскольку старый приnой nри этом не
nрогревается в достаточной стеnени.
Если у вас nолучилась холодная лайка, удалите старый nриnой (как оnисано
в следующем разделе), очистите nоверхности, nодлежащие лайке, с nомощью
изоnролилового сnирта и nовторно выnолните лайку новым приnоем.

Как удалить стары й припо й
В процессе создания электронных устройств рано или nоздно вы столкне­
тесь с холодной лайкой. Возможно также, что nри выnолнении лайки вы nе­
реnутаете выводы какого-либо ком nонента или допустите какую-то другую
2

В место зажима типа "крокодил" можно воспользоваться самозажимным (что удоб­
нее ! ) или обычным пинцетом . - Примеч. ред.

410

ЧАСТЬ 1 1 1

Принимаемся за электрони ку всерьез

ошибку, которая потребует от вас удалить с места соединения старый припой,
а затем повторно выполнить пайку новым припоем . Для удаления припоя с
места соединения можно использовать устройство, которое называется насо­
сом для откачивания припоя или отсосом для припоя (его описание приведе но
ниже), медную ленту (оплетку) или и то, и другое.
Так называемая оплетка для удаления припоя, которая представляет собой
плоскую ленту (похожую на фитиль для керосиновых лам п) из сплетенных
медных проводов, предназначена для удаления остатков припоя в труднодо­
ступных местах. Такую ленту нужно поместить над местом пайки, припой из
которого необходимо удалить, и нагреть его. Когда тем пература достигает точ­
ки плавления припоя , последний прил ипнет к медной ленте, которую затем
нужно убрать и утилизировать.

В/*1МАНИЕI

Пользоваться лентой для удаления припоя нужно с осторожностью.
Если вы случайно прикоснетесь к горячей оплетке, то можете полу­
ч ить серьезный ожог - медь является превосходным проводником
тепла.

В насосе для откачивания припоя (ил и отсосе для припоя) используется
создаваемое разрежение для всасывания остатков припоя, образовавшихся в
результате расплавления паяльником . Существует два типа насосов для отка­
чивания припоя.
))

П одпружи ненный насос порwневоrо типа. Чтобы и с п ол ьзо­
вать такой насос, нужно взвести (вытя н уть до щел ч ка) поршень и
поместить наконечн и к насоса над п р и поем, который необходимо
удал ить. Затем нужно как можно ближе п однести жало паял ь н и ка
к месту удаления припоя и п рогреть его (ни в коем случае не п ри­
каса йтесь жалом паяльн и ком к наконечн и ку насоса!). Когда п рипой
начнет плавиться, отпустите поршень, чтобы насос всосал распла в­
ленн ы й металл. И наконец, чтобы отправить затвердевшие части цы
п ри поя из насоса в прием н и к для отходов, повторно взведите пор­
шень. Для пол ного удаления старого припоя с места п а й ки эти дей­
ствия вам, возможно, п ридется повторить несколько раз.

Не храните насос для откачива н ия припоя со взведенным поршнем.
В п роти вном случае может деформ и роваться рези новое уплотне­
ние поршня, в результате чего созда ваемого разрежения будет не­
достаточно для пол ного высасывания п рип оя.

ВНИМАНИЕ!

))

Грушевидный насос. Грушевидный насос для отка ч и вания припоя
работает п ри мерно та к же, ка к и подпружи нен н ы й насос порш­
невого типа, за исключением того, что для создан и я разрежения
воздуха нужно нажать на рези новую грушу; при отпуска н и и груши

ГЛАВА 1 5 Сборка электронных схем

4U

п роисходит всасывание при поя. Пол ьзоваться та ким насосом бы­
вает затруднител ьно, поэтому грушу часто закрепл я ют на корпусе
паял ь н и ка . Вообще говоря, существует готовое устройство, назы­
ваемое демонтажным паяльником, которое состоит из собственно
паяльника и закрепленной на нем рези новой груши3•

Н а ведение порядка
В ыработайте в себе привыч ку по завершении паяльных работ вынимать
вилку паяльника из электрической розетки, а не просто выключать его (если
такая возможность предусмотрена в вашем паял ьнике). Протрите еще раз
теплое жало паяльника влажной губкой, чтобы снять с него остатки припоя .
После того как паяльник остынет, можете использовать специальную пасту для
очистки жала паяльника от прилипших к нему загрязнений. После завершения
работы наведите порядок на рабочем месте, как описано ниже.
))

П режде чем уложить паяльн и к на место, где он обыч но хра нится,
убедитесь в том, что он полностью остыл.

))

Поместите моток припоя, которым вы пользавались в п роцессе пай­
ки, в полиэтиленов ы й па кетик, чтобы во время хра нения он не п ы­
л ился и не загрязнялся.

))

По завершении работы тщател ьно вымойте руки, поскол ьку п ри пой,
как п равило, содержит свинец, вредный для организма человека.

М еры техни ки б езопасности п ри выполнении па й ки
Даже если вам нужно сделать всего одно паяиное соединение, перед этим
обязательно предпримите соответствующие меры безопасности, чтобы защи­
тить от возможных неприятностей себя и своих близких. Помните, что тем­
пература паяльника может дости гать 3 50°С, а в больши нстве видов припоя
содержится свинец. В ы (или кто-то из ваших бл изких или даже домашние
животные) можете получить ожог от попадания на тело брызг расплавлен­
ного припоя, если наберете на жало паяльника слишком большое количество
3

Здесь уместно упомянуть еще одно устройство для удаления припоя, называемое
демонтажным п истолетом. Оно представляет собой термостатический паяльни к пи­
столетного типа, внутри которого размещен электрический диафрагменный насос.
В жале такого паяльника просверлено отверстие, через которое внутрь устройства
всасывается припой. После прогрева паяльника для удаления припоя достаточно под­
нести жало к месту пайки и нажать на курок, который запустит электрический насос.
Это самое удобное и производительное устройство на сегодняшний день, но цена на
него достаточно высока (порядка 1 00 долларов и выше).
При��;� е ч. ред.
-

4U

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

припоя . Если вам в глаз попадет хотя бы капелька расплавленного припоя или
на оголенную ногу упадет раскаленный паяльник, считайте, что испорченный
день (а возможно, и семейный скандал) вам гарантирован !
Обустраивая свое рабочее место и эки п ируясь для выполнения паяльных
работ, не забывайте о соблюдении мер техники безопасности. Позаботьтесь о
том, чтобы ваше рабочее место хорошо проветривалось, чтобы паяльник был
надежно закреплен на подставке и чтобы шнур паяльника нельзя было случай­
но выдернуть из розетки. Перед выполнением паяльных работ обуйтесь в туф­
ли (не в домашние шлепанцы !), наденьте защитные очки и антистатический
браслет. Не приближайте расплавленный припой слишком близко к л ицу, это
может вызвать раздражение дыхательных путей и чихание. Если вы не можете
рассмотреть невооруженным глазом какие-то мелкие детали выполняемой пай­
ки, воспользуйтесь увеличительным стеклом.

СОВЕТ

Никогда не выполняйте паяльные работы в схеме, находящейся под
напряжением ! Прежде чем прикасаться жалом паяльника к компо­
нентам схемы, отключите от нее батарею или любой другой источ­
ник питания . Если ваш паяльник позволяет регулировать темпера­
туру нагрева жала, установите тем пературу, рекомендованную для
используемого типа припоя . А если вы нечаянно заденете паяльник
и он будет падать со стола, отскочите поскорее в сторону и ни в коем
случае не пытайтесь подхватить его на лету (согласно закону Мэр­
фи, вы наверняка ухватитесь за его раскаленны й конец). Пусть луч­
ше разобьется паяльник или испортится пол, зато вы не получите
опасных ожогов.

Наконец, завершив паяльные работы, обязательно выньте вилку паяльника
из электрической розетки и сразу же вымойте руки.

Н ераэ б орн ы й монтаж схем
Итак, вы создал и на беспаеч ной макетной плате свое уникальное элек­
тронное устройство и хотите сделать из него неразборную схему. Самый рас­
пространенный способ - перенести схему с беспаечной макетной платы на
перфорированную макетную плату для изготовления прототипов устройств,
содержащую набор стандартных луженых контактных площадок с просверлеи­
ными в них отверстиями под пайку (perfЬoard). Такая плата представляет собой
разновидность печатной платы, используемой для прототип ирования, т.е. для
создания прототипов соответствующих электронных схем.

ГЛАВА 1 5 Сборка электронных схем

413

В этом разделе я объясню, что представляет собой печатная плата, и позна­
комлю читателей с разными типами плат для прототипирования.

Ч то такое печатная плата
Большинство печатных плат состоит из непроводящей (обычно текстолито­
вой или стеклотекстолитовой) основы, называемой подложко й или основани­
ем, на одной из сторон (или на обеих сразу ! ) которой выполнены соединения
в виде дорожек из медной фольги. Многие печатные платы, выпускаемые в
промы шленных масштабах, состоят из многослойной проводящей структуры,
компоненты на которую монтируются методом поверхностного монтажа пря­
мо на подложку. На печатной плате используется два типа медных соедине­
ний : контактные площадки и проводящие дорожки. Контактные площадки
представляют собой маленькие медные кружочки, к которым припаиваются
выводы компонентов, а проводящие дорожки --относительно короткие поло­
ски из медной фольги (некий аналог проводов), создающие соединения между
контактными площадкам и.
Существуют две основные разновидности печатных плат.
»

Со скво3ными отверстиями. Такие печатные платы содержат кон­
тактные площадки (на одной или обеих сторонах платы), в которых
п росверлен ы отверстия для монтажа компонентов схемы. Рассто­
я ние между отверстиями соответствует п р и нятому стандартному
шагу координатной сетки. При п роизводстве отечественных радио­
электрон н ы х устройств согласно ГОСТ Р 5 1 040-97 п р инят ш а г ко­
орди натной сетки, кратный 0,05 мм (чаще всего используется шаг
2,5 мм). Соответственно, под этот шаг сетки в ыпускается номенкла­
тура электронных компонентов (например, расстоя ние между вы­
водами отечественных ИМС в DIР-корпусах, как правило, составляет
2,5 мм, поэтому они плохо подходят для монтажа на зарубежных ма­
кетных платах, шаг сетки которых соста вляет 2,54 мм). В за рубеж­
ных радиоэлектронных устройствах используется другой шаг коор­
1
ди натной сетки, кратны й / 1 00 (0,254 мм) ил и
0 (0,508 мм) дюйма.
Соответственно, расстоя н и е межр._ у в ы водам и за рубежных ИМС
в DI Р-корпусах ч а ще всего ра вно 1 1 0 дюйма ( 1 00 m i l или 2,54 мм).
Благода ря испол ьзован и ю стандартного шага координатной сетки
облегчается конструи рование печатных плат и размещение на н их
электронных компонентов.

\

Дискретные компоненты, такие как резисторы, диоды и конденсато­
ры, монти руются на одной стороне такой печатной платы. При этом
их выводы вставляются в соответствующие отверстия и при п а и ва­
ются к медным конта ктным площадкам с другой стороны печатной
платы, после чего выступающие концы вы водов обреза ются. ИМС

414

ЧАСТЬ 1 1 1

Прини маемся за электронику всер ьез

можно монтировать непосредственно на печатной плате, либо мож­
но смонти ровать на печатной плате специальные панельки под ИМС,
а затем вставить корпус микросхемы в соответствующую панел ьку.
))

С пов ерхностным монтажом. Та кие печатн ы е платы я вля ются
цельными (т.е. не содержат отверстий). Имеющие особую конструк­
цию компоненты поверхностного монтажа - не похожие по внеш­
нему виду на свои аналоги, п редназначенные для обы чного монта­
жа - монти руются с одной стороны платы. Технология поверхност­
ного монтажа (SMT), которая включает соответствующие платы и
компоненты, п редназначена для конструирова н ия схем с высокой
плотностью монтажа и используется при а втоматизирова нных п ро­
цессах сборки печатных плат при массовом производстве электрон­
ных схем.

Несмотря на то что вам могут встретиться SМТ-компоненты и SМТ-совмес­
тим ые макетные платы для прототипирования , работать с ними очень непросто
из-за ч резвычайно малых размеров ком понентов (их в ы воды вообще имеют
микроскопические размеры). Пайка выводов таких ком понентов представляет
собо й поистине ювели рную работу ! Именно поэтому я рекомендую пользо­
ваться перфориро ванным и макетным и платам и со стандартным и лужен ым и
контактным и площадками и с отверстия м и под пайку. Такие платы с о сквоз­
н ы м и отверстиям и относительно недороги и специально предназнач ен ы для
создания прототипов схем.
СОЗ Д А Н И Е П Е Ч АТ Н Ы Х ПЛ АТ С П А Н Е Л Ь К А М И П ОД И М С
При сборке прототи пов устройств на макетн ых платах, содержащих и нтеграль­
ные ми кросхемы, лучше пол ьзоваться специальными панельками для И МС, а
не припаивать ИМС непосредственно на монтажную плату. В этом случае на
монтажную плату припаи вается сама панел ька под ми кросхему, а затем в нее
вста вляется нужная ИМС.
Панельки для ИМС бывают разных форм и размеров и соответствуют корпу­
сам интегральных ми кросхем, которые должны в них вставляться. Есл и, на­
пример, вам предстоит испол ьзовать 1 б-выводную и нтегральную микросхему
в DI Р-корпусе, нужно приобрести под нее соответствующую панельку на 1 б
выводов.
Ниже перечислен ряд убедительных доводов в пользу п рименения па нелек
для и мс.


В процессе п ай ки может со здаваться статическое зnектрич е ство. Если
вы впаи ваете в печатную плату панел ьку, а не саму И МС, то можете избе-

ГЛАВА

15

Сбор к а эле к трон н ых схем

41 5

жать повреждения КМОП-м и кросхем или других И МС, чувствительных к
статическому электричеству.




ИМС зачастую выходят из строя первыми в результате неудачных :tкс­
периментов с :tлектронными схемами. Имея возможность легко вынуть
м и кросхему, которая, как вам показалось, вышла из строя, и заменить ее
испра в ной, вы существенно облегчите себе п роцесс наладки электронных
схем.
Вы можете использовать дороrостоящую ИМС (например, микрокон­
троллер) попеременно в нескольких устройствах. Для этого достаточно
вынуть такую ИМС из одной панел ьки и вставить в другую.

В п родаже можно найти ш и рокий ассортимент панелек для ИМС, соответству­
ющих разным размерам и цоколевкам интегральных схем. К тому же эти па­
нел ьки очень дешевы.

П еренос схемы на макетну ю плату дn я прототипирован ия
Макетные платы для прототип ирования представляют собой монтажные
платы с заранее высверленными в них отверстиями, которые упорядочены в
виде сетки со стандартным шагом . Большинство таких макетных плат содер­
жат медные контактные площадки и соединительные дорожки . В магазинах
электронной техники и у интернет-поставщиков можно приобрести как одно-,
так и двусторонние макетные платы для прототипирования. На рис. 1 5 .8 пред­
ставлено несколько примеров макетных плат для прототипирования. Вообще
говоря, в продаже имеется большое разнообразие размеров и форм таких плат.
Встречаются даже круглые макетные платы разных диаметров и простые пер­
форированные макетные платы, содержащие только контактные площадки без
медных соединительных дорожек.
Н екоторые виды макетных плат для прототипирования имеют структуру,
подобную структуре беспаечных макетных плат (т.е. содержат набор контакт­
ных площадок с отверстиями, соединенных в виде контактных полосок и по­
лоски шин). Н апример, макетная плата, показанная вн изу слева на рис. 1 5 .8,
имеет такой же размер, как и беспаечная макетная плата, содержащая 550 кон­
тактных отверстий.
Эти макетные платы для прототипирования, называемые макетными пла­
тами под пайку, позволяют легко перенести схему с беспаечной макетной
платы на макетную плату под пайку, поскольку в этом случае не требуется ме­
нять компоновку устройства. Просто снимите один за другим компоненты с
беспаечной макетной платы, вставьте их в соответствующие отверстия макет­
ной платы для прототипирования, припаяйте их вы воды к медным контактным
площадкам и отрежьте выступающие концы . Для создания соединения между
416

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

элементами, также как и на беспаеч ной макетной плате, используются пере­
мычки, изготовленные из изолированного провода соответствующей длины .
Просто припаяйте в нужных местах проводные перемычки. Недостаток при
использовании макетной платы под пайку заключается в том, что значительная
площадь такой платы расходуется впустую.

Рис. 1 5.8. Собирать неразборные схемы можно с помощью широкого ас­
сортимента макетных плат для прототипирования. Чтобы восполь­
зоваться такой платой, достаточно очистить ее от окислов (в случае
необходимости) и припаять требуемые электронные компоненты

Другой видуниверсальных макетных плат для прототипирования состо ит
из основания, в котором высверлено м ножество отверсти й, находя щ и хся на
одинаковых расстояниях одно от другого, в виде квадратной или прямоуголь­
ной сетки. Вообще говоря, возможны разные варианты компоновки отверстий
на макетной плате для прототипирования. В ы должны выбрать вариант ком­
поновки, в наибольшей степени отвечающий вашим потребностям . Если, на­
пример, в вашей схеме используется несколько ИМС, выберите модель с ши­
нами, проложеиными вдоль макетной платы (как в модели, представленной на
рис. 1 5 .9). Чередование на плате шин для питания и "нуля" позволяет также
снизить нежелательные эффекты от паразитной и ндуктивности и емкости .
Если вам нужно создать ком пактное устройство, смонтируйте его н а перфо­
рированной макетной плате, предназначенной для навесного монтажа. При
ГЛАВА 1 5

Сборка электронных схем

417

испол ьзовании навесного монтажа нужно соединить вы воды ком понентов,
вставленные в отверстия макетной платы, проводами с помощью пайки.

Рис. 15.9. Вдоль этой макетной платы для прототипирования
проложено несколько шин, что очень удобно для монтажа схем,
в которых используется несколько ИМС

СОВЕТ

Есл и вы разрабаты ваете небольшую схему, можете использо вать
только половину макетной платы для прототип ирования. Прежде
чем переносить ком поненты, отрежьте нужный кусок платы ножов­
кой по металлу, предварительно надев респиратор, чтобы не вдыхать
пыль, образующуюся в резул ьтате распиливания платы . Очистите
половину платы, которую вы хотите использовать, и удал ите с нее
остатки припоя. Н а некоторых печатных платах есть продольные ка­
навки, которые позволяют легко разло мать такую плату на две или
четыре части, получив несколько плат для монтажа небольших элек­
тронных схем .

М ногие макетные платы для прототипирования имеют монтажные отвер­
стия, расположенные по углам платы. С помощью таких монтажных отверстий
вы можете закрепить плату внутри корпуса устройства (напри мер, на шасси
робота). Если в вашей макетной плате для прототипирования нет монтажных
отверсти й, то оставьте свободное место по углам платы, где впоследстви и
418

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н имаемся за электронику всерьез

нужно будет просверлить монтажные отверстия. Как альтернативный вариант
можете прикрепить плату к каркасу или закреп ить внутри корпуса с помощью
самоклеящейся двусторонней пеноленты . Такая пен елента создает упругую
подушку для макетной платы и предотвращает ее полом ку, а толсты й слой
пены оберегает нижнюю поверхность платы от соприкосновения с корпусом
устройства.

И з r отовление специализирован н о й печатно й платы
После того как вы приобретете достаточный опыт в деле разработки и мон­
тажа электронных устройств, можете переходить на более высокий уровень и
создать собственную специализированную печатную плату, предназначенную
для монтажа конкретной электронной схемы. Вы можете изготовить (да, имен­
но изготовить ) собственную специал изированную печатную плату так, как
это делают ком пании, выпускающие электронную технику. Печатные платы
служат надежной и прочной основой для монтажа электронных схем . На такой
основе можно создавать схемы с высокой плотностью размещения компонен­
тов. Н а них можно монтировать компоненты нестандартных размеров, которые
не удалось бы разместить на других типах плат.
Изготовление печатной платы - довол ьно трудоемкий и сложный процесс
(который не рассматривается в этой книге). Однако ниже я перечисляю некото­
рые из этапов этого процесса.

1

.

Сначала нужно создать загото вку для печатной платы, приклеив (или залами­
н и ровав) тон кую медную фольгу (этот п роцесс называется плакированием) на
поверхность пластмассовой, бумажной (гетин а кс) или тканевой (текстолит)
основы. В результате получается что-то вроде "чистого холста'; используемого
для создания печатной платы электронной схемы4•

2 . Далее создается фотошаблон компоновки будущей электронной схемы . Для

этого нужно перенести чертеж дорожек печатной платы на ч истую п розрач­
ную пленку и испол ьзовать ее для создания рисунка контактных площадок и
п роводящих дорожек на медной фольге. Перед началом п роцесса переноса
изображения медная фольга покрывается светочувствительным материалом
(фоторезистом), который затем экспонируется через фотошаблон с п омо­
щью сильного источн и ка ультрафиолетового света.

3 . После экспони рования заготов ку печатной платы с покрытым слоем фоторе­

зиста помещают в специальное химическое вещество (проявитель, как п ра ви­
ло - едки й натр), в результате чего получается несмы ваемый рисунок доро­
жек печатной платы на медной фольге.

4 Луч ш е сразу купить готовый одно- или двухсторонний фольгированный стеклотек­
Примеч. ред.
столи т или rетинакс и отрезать от него пластин ку требуемого размера.
-

ГЛАВА 1 5

Сборка электронных схем

419

4 . Далее нужно удалить те участки медной фол ьги на плате, которые не форми­
руют контактн ых площадок и п роводящих дорожек и поэтому не защищены
слоем п роявленного фоторезиста. Этот п роцесс называется травлен и ем и
в ыпол няется путем помещения печатной платы в раствор хлорного железа.
После окончания травления на подложке печатной платы будут сформирова­
ны контактные площадки, соединенные п роводящими дорожками.

5 . В центре каждой конта ктной площадки нужно п росверл ить отверстие для
вста вки вывода электронного компонента.

б . И наконец, можно при паять вы воды компонентов к контактным площадкам
печатной платы.

7 . После пайки печатную плату нужно отмыть от остатков шлака и флюса, после
чего покрыть слоем за щитного лака или краски.

Если вас интересует, как именно изготовить собственную печатную плату,
выполните поиск в И нтернете по ключевым словам "Изготовление печатной
платы". В результате вы очень быстро найдете соответствующие руководства,
иллюстрации и даже видеоматериалы, которые подробнейшим образом объяс­
нят вам процесс изготовления печатной платы в домашних условиях.

420

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всер ьез

Гл а ва

16

Ос в а и в а е м
м ул ьт и м етр
В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .
)) Позна комьтесь со своим замечател ьным новым другом мул ыиметром
)) Испол ьзова н ие мулыи метра для измерения всех
па раметров цеп и
)) Нас тройка и калибровка мул ыиметра
)) Как убедиться в том, что электронн ые компоненты схемы
работа ют пра вил ьно
)) П рощ уп ы вание схем - вдол ь и п оперек
)) В ыявление п ри ч и н неправильной работы схемы

п

о мере прибл ижения окончан ия монтажа первой электронной схемы
ваше �озбуждение нарастает по экс поненциальному закону. У вас за
спинои толпятся друзья и члены сем ьи в надежде стать
первыми с видетелям и вашего триумфа - и чудес, которые
продемонстрирует собранное вами устройство. Затаив ды­
хание, вы подаете на свою схему питание и ...
И ваша схем а не подает ни малейших признаков жиз­
ни . . . Ваше лицо покрывается красными пятнами, ладо­
ни потеют. Расставшись с иллюзиями, разоч арованные
зрители по кидают театр. На сцене остаетесь лишь вы наедине со своим позорным творением.
В котор ы й раз вы задаете с е бе воп ро с "В ч ем
же моя о ш ибка?" Зате м вы замеч аете л егкий дымок,

поднимающийся над тем, что когда-то было резистором . Затем до вас доходит,
что, доверившись своим усталым глазам и поленившись изучить и правильно
интерпретировать цветные полос ки на резисторе, вместо резистора на 1 О кОм
вы использовали резистор на 1 О Ом. Проклятие !
Из этой главы вы узнаете, как пользоваться универсальным измерительным
прибором - мультиметром - для выполнения важных измерений в электрон­
ных схемах и их компонентах. Эти измерения помогут вам определить, все ли
в порядке со схемой, еще до того, как вы начнете демонстрировать возможно­
сти собранного вами электронного устройства друзьям и родственникам. Когда
вы закончите чтение этой главы, придете к выводу, что мультиметр не менее
важен, чем заряженный дыхательной смесью акваланг для аквалангиста: ка­
кое-то время вы можете находиться под водой, полагаясь на запас воздуха в
легких, но рано или поздно вы начнете испытывать серьезные проблемы, если
к этому времени никто не придет вам на помощь.

М уn ьтиметр - у ниверсал ь н ы й
измерител ь ны й при б ор
Мультиметр представляет собой относительно недорогое и компактное из­
мерительное устройство, с помощью которого можно измерять напряжение,
силу тока и сопротивление. Некоторые модели мультиметров позволяют также
тестировать диоды, конденсаторы и транзисторы. С помощью этого удобного в
использовании инструмента вы можете проверить, правильное ли напряжение
подается на схему, выяснить, нет ли в цепи короткого замыкания, определить,
нет ли обрыва в проводе или в соединении, и выполнить множество других
полезных проверок. Подружитесь со своим мультиметром, поскол ьку он спо­
собен помочь вам удостовериться в правильной работе схемы и является неза­
менимым средством выявления проблем в электронных схемах.
На рис. 1 6. 1 показан типичный мультиметр, который можно приобрести по
впол не умеренной цене. Поворачивая ручку настройки, вы можете выбрать
требуемый тип измерения . Затем прикоснитесь металлическими наконечника­
м и двух измерительных щупов (один красный и один черный) к интересую­
щему вас компоненту или какой-то другой части схемы и считайте показания
мультиметра, отображаемые на его индикаторе.

СОВЕТ

422

Измерительные щуп ы мультиметра снабжены металлическими ко­
ническими наконечниками, которы м и нужно прикоснуться к те­
стируем ы м ком понентам . В ы можете приобрести специал ьные
подпружиненные зажимы, которые надеваются на металлические
ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрони ку всер ьез

наконечники щупов мультиметра. С помощью таких зажимов вам
будет легче прикрепить измерительные щупы к выводам компонен­
тов или другим проводам (рис. 1 6.2). Эти изолированные зажимы
обеспечивают надежное соединение между измерительным щупом
и тестируем элементом и предотвращают в то же время случайный
контакт с какой-либо другой частью схемы.

Рис. 1 6. 1. С помощью мультиметра можно измерять напряже­
ние, сопротивление и силу тока, а также находить обрывы
в соединениях

Рис. 1 6.2. Подпружиненные зажимы
мульт иметра предотвращают
случайный контакт с какой-либо
другой частью схемы

ГЛАВА 1 б Осваи ваем мул ьтиметр

423

3 то вольтметр, детка !
Мультиметры могут измерять напряжение как постоянного, так и перемен­
иого тока в очен ь ш ироких пределах, от О В и до максимального напряжения
(как правило 750-1 000 В), зависящего от конкретной модели мультиметра. Ти­
пичные мул ьтиметры могут измерять напряжения в следующих диапазонах :
0-0,25, 0-2,5, 0- 1 О, О-50 и 0-250 В .
Испол ьзуя мультиметр в качестве вольтметра, в ы можете измерить напря­
жение батареи, не подключенной к схеме, и напряжение под нагрузко й (т.е .
когда батарея п итает какую-то схему). В ы можете использовать мультиметр и
для измерения падения напряжения на тех или иных элементах схемы, а также
напряжения в разных точках схемы относительно общего провода.

coвrr

С помощью мультиметра нередко удается локализовать ту ил и иную
проблему в схеме. С помощью мультиметра можно проверить, при­
кладывается ли к тому или иному ком поненту (например, к светоди­
оду или переключателю) требуемое напряжение. Измерения, выпол­
ненные с помощью мультиметра, можно использовать, чтобы сужать
"круг подозреваемых" до тех пор, пока не будет обнаружена точная
причина проблем в схеме.

Значение вол ьтметров в электронике столь велико, что для них даже при­
думали особое условное графическое обозначение на электрических схемах,
Представленное на рис. 1 6. 3 , слева. И ногда на схемах показы вают вы воды
вол ьтметра, которые должны быть подключены к определенным контрольным
точкам , а также соответствующее напряжение в этих точках. Как правило, та­
кие обозначения встречаются в учебной литературе по электронике л ибо в со­
ответствующих курсах, которые вы можете встретить на разных веб-сайтах.
Такое обозначение говорит о том , что вы должны измерить напряжение между
двумя точками, указанными на схеме, и сравнить полученный результат с тем ,
который указан.

Волыметр

Амnерметр

-@Омметр

Рис. 7 6.3. Условные графические обозначения типич-ных
измерительных приборов на электрических схем ах

П о r овори м о б амперметре
Ваш мультиметр может также выполнять функции амперметра, т.е. устрой­
ства, измеряющего силу электрического тока, протекающего по зам кнутой

424

ЧАСТЬ 1 1 1

П ри н и маемся за электронику всерьез

цепи. Эrу функцию мультиметра можно использовать для измерения величины
тока, проходящего через 1)' или иную цепь или компонент, и оценки степени
опасности такого тока для данной цепи или ком понента. Есл и через вашу цепь
проходит больший ток, чем тот, на который она рассчитана, ком поненты цепи
могут перегреться и выйти из строя.
Условное графическое обозначение амперметра на электрических схемах
представлено на рис. 1 6.3, в центре.

Ух ты ! О казывается, он может б ыть и омметром !
Когда мультиметр работает в режиме омметра, с его помощью можно из­
мерять сопротивление (в единицах, которые называются омами; подробнее об
этом можно прочитать в главе 5 , "Знакомство с резисторам и") как отдельно
взятого компонента, так и цепи в целом . Эrу функцию мультиметра можно
использовать для проверки целостности проводов, резисторов, каrушек элект­
родвигателей и многих других ком понентов электронных схем. Сопротивление
всегда проверяют при выключенном источнике питания. Если схема находится
под напряжением, ток, проходящий через нее, может повлиять на показания
омметра - или вообще вывести мультиметр из строя .
Условное графическое обозначение омметра на электрических схемах пред­
ставлено на рис. 1 6.3, справа.

:WЮМНИI

Если в ы измеряете сопротивлен ие какого-л ибо отдельно взятого
компонента, изымите его из схемы и только после этого выполняйте
измерение. Если вы попьпаетесь измерить сопротивление резисто­
ра, когда он подключен к схеме, вы получите величину эквивалент­
ного сопротивления между двумя точками схемы, которая вовсе нео­
бязательно равняется сопротивлению интересующего вас резистора.
( Подроб нее об экви валентном со противлении можно проч итать
в гл аве 5, "Знакомство с резисторами".)

Поскольку сопротивление или (если уж на то пошло) отсутствие сопротив­
ления может свидетельствовать о коротком замыкании или разрыве цепи, ом­
метр можно использовать для выявления таких проблем, как обрывы проводов
и скрытые короткие замыкания между элементами схемы. При тестировании
короткозам кнутой цепи показание омметра будет равняться нулю (или близ­
ким к нулю), а при тестировании разом кнутой цепи показание омметра будет

ГЛАВА 1 6 Осва и ваем мул ьтиметр

425

стрем иться к бесконечности 1 • Если вы провернете сопротивление от одного
конца провода к другому его концу и показание омметра стремится к бесконеч­
ности, это свидетельствует о том, что в каком-то месте этого провода случился
обрыв. Такие тесты называются проверкой целостности или прозвонкой.
Измерив сопротивление, вы можете выяснить, работают ли надлежащим об­
разом перечисленные ниже элементы схемы и их подключения.

СОВЕТ

>>

Пnавкие предохранитеnи. Соп ротивление перегоревшего плавко­
го предохранителя стремится к бесконечности, что свидетельствует
о разры ве цепи .

»

Перекnючатеnи. Когда перекл ючатель находится во включен ном
положении, его сопроти вление равняется нул ю (или бл изко к нул ю};
сопроти вление переключателя, находя щегося в в ы кл ючен ном по­
ложении, стремится к бесконечности.

»

Дорожки печатной nnаты. Поврежденная медная дорожка на пе­
чатной плате ведет себя, к а к п ровод, в котором случ ился разрыв;
если вы попытаетесь измерить ее сопротивление, то оно будет стре­
миться к бесконечности.

»

Паяиные соединения. Соп роти вление плохого п а я и ного соеди­
нения может стремиться к бесконечности. Это указывает на то, что
такое соединение нужно перепаять.

В о м ногих моделях мультиметров функция проверки цепей и ком­
понентов на целостность дополняется звуковой сигнализацией. Вы­
брав соответствующий режим мультиметра (прозвонки), вы услы­
шите звуковой сигнал в случае, если целостность провернемой вами
цеп и не нарушена. Если же целостность провернемой вам и цепи
нарушена (например, в случае обрыва провода или дорожки на пе­
чатной плате), звуковой сигнал не выдается. Наличие такой звуковой
сигнализации в мультиметре очень удобно, поскольку при прозвон­
ке цепей нет нужды все время посматривать на индикатор прибора.

1

Точ нее, прибор никак не должен реагировать на подключение щупов к разомкну­
той цепи. Если же при этом мультиметр покажет большое сопротивление, порядка
нескольких сотен килоом или несколько мегом, то данный факт также должен стать
nоводом для размышления. Это означает, что в разорванной по определению цепи
есть небольшие утечки тока через изоляцию проводов или неисправный конденса­
тор.
Прuмеч. ред.
-

426

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

Какие б ыв ают муя ьтимет р ы
В продаже имеется широкий ассортимент мультиметров, начиная с простей­
ших моделей стоимостью менее 1 О долларов и закан ч ивая сложными промыш­
лен н ы м и приборам и, стоимость которых м ожет превышать 1 000 долларов.
В середине этого ценового диапазона находятся многофункциональные моде­
ли стоимостью от 30 до 1 00 долларов и дороже, которые вполне по карману
радиолюбителю среднего достатка.

СОВЕТ

Даже простей шая модель мул ьтиметра поможет вам разобраться
в том, что про исходит в низко вольтных схемах. Однако, если ваше
финансовое положение не является слишком уж тяжелым, рекомен­
дую слегка раскошелиться и приобрести мультиметр, обладающий
более ш ирокими возможностями. Такой мультиметр особенно при­
годится, если вы решите перейти к созданию радиолюбительских
устройств более высокого уровня.

Ка ко й мультиметр луч ш е : а налоговы й или ц и ф рово й
Большинство современных мультиметров, в том числе и тот, который пока­
зан на рис. 1 6. 1 , являются цифровыми (результаты измерений в таких мульти­
метрах отображаются на цифровом индикаторе). В прочем, до сих пор не выш­
ли из употребления мул ьтиметр ы более старого
типа - аналоговые; результаты измерений в таких
приборах отображаются на градуированной шкале
стрелоч ного индикатора. Пример аналогового муль­
тиметра представлен на рис. 1 6.4.
Пользоваться аналого в ы м мул ьтиметром не­
скол ько сложнее. После установки соответству­
ющего режима (напряжение, ток или сопротив­
ление) и выбора диапазона измерения вы должны
сам и оценить результат по отклонившейся стрелке
прибора и правильно его с ч итать, используя соот­
ветствующую шкалу на циферблате прибора. Пр и
выполнении этих действий нетрудно ошибиться из­
Рис. 1 6.4. В этой модели
за неправильной и нтер претации делений ш калы, аналогового мультимет­
ошибки подс ч етов, в ыполненных в уме (если ре­ ра, выпущенной в 7 980-е
годы, для индикации на­
зультат нужно умножить на соответствующий ко­ пряжения, тока и других
величин используется
эффициент), или неправильной оценки положения
стрелочный
индикатор
стрелки на шкале. Кроме того, следует упомя нуть
ГЛАВА 1 6 Осва и ваем мул ьтиметр

427

о неточиости измерен ий сопротивления, поскольку при в ысоких значениях
сопротивления шкала измерений сжимается и стрелка оказывается в начале
шкалы.
В цифро вых мультиметрах результат каждого измерения отображается
в виде точного числа, и от вас не требуется выполнять в уме какие-то дополни­
тельные подсчеты, выбирать шкалу и оценивать отклонение стрелки прибора.
Точность измерения напряжения постоянного тока у большинства компактных
цифровых мультиметров составляет примерно 0,8%; дорогостоящие промыш­
ленные модели мул ьтиметров обеспеч ивают в 50 раз большую точность. Во
м ногих моделях цифровых мультиметров предусмотрена также возможность
автоматического выбора диапазона измерения; это означает, что такой прибор
автоматически настраивается на обеспечение максимально точного результа­
та измерения. В некоторых моделях цифровых мультиметров предусмотрены
специальные тестовые возможности (например, проверка диодов, конденсато­
ров и транзисторов).

СОВЕТ

Превосходство аналоговых мультиметров над цифровыми проявля­
ется тогда, когда нужно отслеживать в реальном времени изменение
показаний. Но если такая возможность не является для вас актуаль­
ной, следует отдать предпочтение цифровому мультиметру, поскольку им легче пользоваться и он позволяет получить более точные ре­
зультаты .

Близкое знакомство с ци ф ровым мультиметром
Все цифровые мультиметры в основном измеряют одно и то же : величины
напряжения и сопротивления, а также силу тока. Различие между ними заклю­
чается в диапазонах измеряемых величин, точности и чувствительности при­
бора, а также в дополнительных измерениях, которые они могут выполнять, и
во всех тех необязательных возможностях, которыми наделяют их изготовите­
ли в маркетинговых целях.

СОВЕТ

Прежде чем приобрести мультиметр, внимательно ознаком ьтесь с
руководством по его эксплуатации. В нем содержится описание воз­
можностей и спецификации мультиметра, а также важные сведения
о мерах безопасности, которые нужно учитывать при работе с этим
прибором.

Н иже перечислено, на что следует обращать внимание в ходе анализа муль­
тиметра.
))

428

Выключатель п итания / батарея / плавкий предохранитель. Вы­
ключ ател ь п ита н и я подкл ючает и откл ючает бата рею, которая

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

обеспечи вает работу мул ыиметра. Во многих мулыиметрах исполь­
зуются батареи стандартных ти поразмеров, нап ример 9-вол ыовая
бата рея "Крона" или элемент п ита н ия АдА, но в ка рма нных мул ь­
тиметрах испол ьзуются бата рейки таблеточного ти п а . Во м ногих
мул ыиметрах и с пол ьзуется в нутре н н и й пл а в к и й п редохра н и­
тел ь, кото р ы й служит для за щиты мул ыи метра от ч резмерного
тока или н а п ряжения; некоторые модел и мул ыиметров комплек­
туются запасным плавким п редохра н ителем (есл и к ва шему муль­
тиметру не п рилагается запасной п редохран ител ь, куп ите его за­
бла говремен но).
Не п рименя йте в мул ыиметрах а ккумуляторы вместо батарей. П р и
испол ьзован и и а ккумуляторов в некоторых моделях мулыиметров
возможно получение неправильных резул ьтатов измерен ия из-за
того, что напряжение аккумулятора немного ниже, чем а налогичной
бата рейки.

совЕТ

))

Выбор функций. Повора ч и вая большую круглую руч ку, в ы може­
те выби рать ти п измерен ия (наn ряжение, ток, соп роти вление и,
возможно, ка кие-то другие ти п ы измерен и й) и в некоторых моде­
лях - желаем ы й вами диа пазон измерен ия. Та кже в ряде мул ыи­
метров п редусмотрены допол нительные измерител ьные функции
и возможности тести рова ния, та кие как измерение на п ряжен ия
перемен наго тока, вел и ч и н ы емкости, коэффи циента усиления по
току транзистора (h21) и n роверки диодов. Во многих мулыиметрах
некоторые ти п ы измерен и й подразделя ются на три-шесть разных
диапазонов, причем чем уже диапазон, тем выше чувствител ьность
и точность п рибора. На рис. 1 б.S п редста влены увел иченные изоб­
ражения ручек выбора функци й двух мул ыиметров.

Рис. 1 6.5. Цифровые мультиметр ы обеспечивают широкий
спектр измерительных возможностей

ГЛАВА 1 б Осваи ваем мул ьтиметр

429

))

Измерительн ые щупы и rнезда. Относител ьно недорогие мул ь­
тиметры комплектуются п ростыми измерительными щупами, но вы
можете приобрести и высококачественные свитые в спираль щуп ы,
которые вытя гиваются в длину до нескольких десятков сантиметров
и самостоятельно свиваются обратно, когда вы ими не пользуетесь.
Возможно, вы захотите приобрести щуп ы с подп ружи нен ными за­
жимами (см. рис. 1 6.2) . Некоторые модел и мул ьтиметров со съем­
ными и змерител ьными щупами содержат два или более гнезд для
их подкл ючени я . Черны й измерител ьный щуп вставляется в гнез­
до, обозначенное словом "GROU ND" ("Земля") или "СОМ'; а красный
и змерител ь н ы й щуп можно вста вить в ка кое-л ибо д ругое гнездо
в зависимости от того, ка кую фун кцию должен в каждом кон крет­
ном случае выпол нять мул ьтиметр, и от выбра н ного вами диапазо­
на измерения. Многие мультиметры снабжаются доnол нител ьными
входными гнездами для п роверки конденсаторов и тра нзисторов,
как nоказано на рис. 1 6.5, сле ва .

))

Цифровой индикатор. Показания мультиметра выдаются в еди ни­
цах, которые зависят от выбранного диаnазона измерения. Напри­
мер, показа н и е 1 5 . 2 означает 1 5,2 В, есл и был выбран диапазон
измере н и я н а n ря же н и я до 20 В, ил и 1 5,2 м В, есл и был в ы б р а н
диапазон измерения нап ряжения д о 200 мВ (милли вольт). В бол ь­
ш и нстве цифровых мул ьтиметров, п редназначенных для радио­
л юбителей, уста новлен цифровой и нди катор на три с половиной
разряда. На таком и ндикаторе отображается три или четыре цифры,
n ричем каждая из трех цифр спра ва может быть любой цифрой от О
до 9, но необязательная четвертая цифра (т.е. кра й няя слева - са­
мая з н а ч имая - цифра) может быть л и бо О, л ибо 1 . Есл и, нап ри­
мер, вы в ы б ра л и д и а n а зон измере н и я н а п ряже н и я до 200 В, то
диапазон nоказан и й мультиметра в таком случае может п ростирать­
ся от 00,0 до 1 99,9 в.

В некоторых моделях мультиметров отсутствует отдел ьный вы­
ВНИМАНИЕ!

430

ключатель п итания. В таких случаях ручка выбора функций име­
ет специальное положение "выключ ено". Завершив работу с таким
прибором, не забудьте повернуть эту руч ку в положение "выклю­
ч ено", чтобы не разрядить батарею, п итающую прибор. Если же
вы в процессе измерения вставили красный измерител ьный щуп
в гнездо для измерения тока, при выключении мультиметра обяза­
тельно верните этот щуп обратно в гнездо для измерения напряже­
ния и сопротивления либо вовсе вытащите оба щупа из гнезд прибо­
ра. В противном случае вы можете запросто сжечь свой мультиметр,
когда в следующий раз будете пользоваться прибором для измерен ия
напряжения и не обратите внима ния на положение щупов.

Ч АСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электронику всер ьез

В ы б ор диапазона измерен и й
При работе со м ногими цифровыми и большинством аналоговых мульти­
метров от вас потребуется выбрать диапазон измерений, чтобы полученные
результаты оказались как можно более точными. Если, например, вы измеряете
напряжение 9-вольтовой батареи, нужно установить диапазон измерений, бли­
жайший к 9 В (но так, чтобы он нескол ько превы шал 9 В). Для большинства
мультиметров это означает, что нужно установить диапазон измерений до 20
ИЛИ ДО 50 В .
Если в ы выберете слишком большой диапазон, это неминуемо приведет к
снижению точности измерения. Например, если вы установите диапазон изме­
рений до 20 В, то при измерении напряжения 9-вольтовой батареи показание
мул ьтиметра может составить 8 ,27 В. Однако если вы установите диапазон
измерений до 200 В, то в результате измерения напряжения той же 9-вольто­
вой батареи показание мультиметра может составить 8,3 В. Между тем нужно
стрем иться, чтобы ваши измерения были как можно более точными.
При выборе слишком малого диапазона на индикаторе цифрового муль­
тиметра, как правило, отображается тот или иной признак выхода измерения
за пределы диапазона (например, будет отображаться мигающий символ " 1 "
или OL, или OF), а стрелка аналогового мультиметра зашкалит, т.е. упрется в
правый край шкалы, что может привести к повреждению самого стрелочного
индикатора. Именно поэтому начинать измерения нужно с выбора достаточ­
но большого диапазона и в случае необходимости уменьшить его. Если при
"прозвон ке" цеп и на и ндикаторе мультиметра отображается признак выхода
измерения за пределы диапазона, это означает, что сопротивление настолько
велико, что мультиметр не в состоянии его определить, и у вас есть все основа­
ния предположить, что в цепи где-то существует обрыв.
Функция автоматического выбора диапазона, реализованная во многих циф­
ровых мультиметрах, еще больше облегчает задачу получения точного значе­
ния измеряемой величины. Если, например, вы хотите измерить напряжение,
установите с помощью ручки выбора функций режим измерен ия напряжения
(л ибо постоянного, л ибо перемениого тока) и выполните замер. Мультиметр
автоматически выберет диапазон, который обеспечит наибольшую точность
измерения. Если на индикаторе мультиметра отображается признак выхода из­
мерения за пределы диапазона, это означает, что измеряемое значение слиш­
ком велико и не может быть измерено данным прибором 2 • В мультиметрах с
функцией автоматического выбора диапазона пользователю не нужно самому
выбирать диапазон измерения, поэтому настраивать такие мультиметры перед
каждым очередным измерением гораздо проще.
2

Либо что прибор, скорее всего, сломался.

-

Пр имеч. ред.

ГЛАВА 1 б

О сваи ваем мул ьтиметр

431

В некоторых моделях мультиметров с фун кцией автоматического выбора
диапазона предусмотрена возможность выбора диапазона измерения вруч ную.
В этом случае будет ис пользоваться именно диапазон, выбранный вручную
(если такой выбор был вам и сделан). Мультим етр, показанный на рис. 1 6 .5,
справа, содержит кнопку, обозначенную словом Range ("Диапазон"). Если на­
жать на нее, то можно установить один из пяти диапазонов, выбираемых вруч­
ную. При этом вам нужно очень внимательно интерпретировать информацию,
отображаемую на инди каторе, не забывая о том, како й именно диапазон был
выбран.

ЗАПОМНИ!

Для каждого мул ьтиметра существует предел измеряемых значений.
Этот предел называется максимальным диапазоном. Большинство
потребительских моделей мультиметров характеризуются примерно
одинаковым максимальным диапазоном для напряжения, тока и со­
противления. Что касается радиолюбител ьских устройств, то для
них подойдет любой из мультиметров с перечисленными ниже (или
даже большими) максимальными диапазонами.
))

Напряжение постоянного тока: 1 000 В

))

Напряжение перемениого тока: 500 В

))

Веnичина постоянного тока: 200 мА (миллиампер)

))

Сопротивление: 2 МОм (два мегома, или 2 миллиона ом)

К А К П ОС Т У П И Т Ь , Е С Л И Н УЖ Н О И З М Е Р И Т Ь БО Л Ь Ш И Е ТО К И
У большинства моделей цифровых мулыиметров существует огран и чение на
максимальный измеряемый ток. Обычно эта вел и ч и на не п ревышает одного
ампера. Максимальный же диапазон для тип и чного цифрового мулыиметра
составляет вообще 200 мА (миллиампер). Попытка измерить значительно бо­
лее сильные токи приведет к срабатыванию плавкого п редохранителя внутри
мул ыиметра. Многие а налоговые мулыиметры, особенно п риборы, изготов­
ленные много лет назад, способны измерять токи до 5 и даже до 1 О А.
Вам могут встретиться аналоговые мулыиметры, способные выдержать значи­
тельные токи, которыми можно измерять параметры электродвигателей и про­
ч их силовых цепей. Если же вы располагаете только цифровым мулыиметром,
способным измерять токи вел и ч и ной не более нескольких сотен милл иампер,
измерить бол ьшие токи вы все же можете косвенным способом, воспол ьзовав­
шись для этого резистором с малым сопротивлением, рассч и танным на высо­
кую мощность. Для этого нужно включ ить 1 0-вапны й резистор сопротивлени­
ем 1 Ом последовательно с тести руемой вами схемой так, чтобы ток, который

432

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маем с я за электрон и ку в с ерьез

вы хотите измерить, проходил через этот тестовый резистор. Затем нужно пе­
реключ ить мулыиметр в режим вол ыметра и измерить падение напряжения
на этом тестовом резисторе сопротивлением 1 Ом. Наконец, нужно п рименить
закон Ома и вычислить вел и чину тока, п роходящего через тестовый резистор:

Напряжение
Ток = --::..__
Сопротивление

И

___

1 Ом

Поскол ьку ном инал ьное сопротивление резистора равняется 1 Ом, ток
(в амперах), п роходящ и й через этот резистор, соответствует н а п ряжен и ю
( в вольтах), которое в ы измерили н а резисторе. Обрат ите внимание: реал ь­
ное сопротивление резистора н икогда не будет точно равно 1 Ом, поэтому
измеренная величина тока может отличаться от реальной на 5-1 О% в зависи­
мости от допуска резистора и точ ности вашего мул ыиметра. Чтобы получить
более точный результат при и змерени и силы тока, сначала измерьте реальное
сопроти вление резистора, а затем испол ьзуйте его фактическое значение для
вычисления силы тока. (Подробнее о законе Ома можно п рочитать в гла ве б,
"Подчи няемся закону Ома':)

Ка к п роверит ь ра б отоспосо б ност ь
муn ьтиметра
Прежде чем выполнять измерения в своих схемах, вы должны убедиться в
том, что мультиметр работает должным образом . Если мул ьтиметр работает
неправильно, результаты измерений окажутся неточными, а вы можете даже и
не подозревать об этом . Чтобы проверить мультиметр, выполните описанную
ниже последовательность действий.

1

.

Убедитесь, что наконечники И3меритеnьных щупов плотно прикручены
к проводам и не имеют 3аrря3нений.

Грязные и покрытые ржа вчи ной наконе ч н и ки могут серьезно снизить точ­
ность измере н и й . Для очистки щупов мул ыиметра (и, есл и необходимо, его
гнезд) можно использовать специальные средства для ч истки электри ческих
контактов.

2 . Включите питание муnьтиметра и выберите функцию и3мерения сопро­
тивления в омах.

Если в мулыиметре не п редусмотрена возможность а втоматического выбора
диапазона, выберите диапазон для измерения самого низкого сопроти вления.

3 . Вставьте оба и3меритеnьных щупа в соответствующие rне3да муnьтиме­
тра, а 3атем прикоснитесь их наконечниками друr к друrу (рис. 1 6.6).

ГЛАВА 1 6 Осва и ваем мул ыи метр

433

П ри выполнени и измерени й н и в коем слу­
чае не каса йтесь пальцами металли ческих
наконечн и ков щупов. Естественное соп ро­
тивлен и е в а ш е го тел а может существен­
но п о вл иять н а точ ность показа н и й мул ь­
тиметра.

4. На индикаторе мультиметра должна ото­

бразиться величина сопротивления, рав­
ная или очень близкая к нулю Ом.

Есл и в мул ыиметре не п редусмотрена воз­
Рис. 1 6.6. Закоротите между
можность а втоматического сброса показа­
собой наконечники щупов
мультиметра и проверьте
ний в нул ь, попытайтесь найти на его л и це­
вой п а нел и кнопку сброса и л и регулятор показание прибора; если муль­
тиметр показывает О Ом,
юсти ровки (руч ка уста новки нуля). На а н а­
значит, он работает пра­
логовых мул ыиметрах поворач и ва йте эту
вильно
руч ку до тех пор, пока стрелка измерительного прибора не установится в нулевое положение. Закоротите между собой
наконечн и ки щупов и оставые их в этом положении на секунду-другую, пока
мул ыиметр не отобразит на и нди каторе нулевое значение.

5 . Если мультиметр никак не реаrирует на закорачивание щупов, проверь­
те, действительно ли вы установили функцию измерения сопротивления
в омах.

Н ичего страшного не случится, если вы по ошибке переключили мулыиметр
в режим измерения напряжения или тока. Есл и же вы убедил ись, что функция
измерения соп ротивления выбрана правил ьно, но мулыиметр по-п режнему
не реаги рует на ваш тест, возможно, где-то в измерительных щупах оборвался
п ровод. В случае необходимости поч и ните или замените неисправные щупы.

Если при закороченных (т.е. электрически соединенных между собой) щу­
пах мультиметра на его индикаторе отображается показание "нуль Ом", може­
те сч итать, что прибор откалиброван правильно. Выполняйте этот тест перед
каждым началом работы с прибором, особенно если до этого его питание было
выключено.

ЭАПОМН ИI

434

Если в мультиметре предусмотрена функция прозвонки, не исполь­
зуйте ее для калибровки (выставления в нуль) прибора. З вуковой
сигнал может выдаваться, когда измеряемое сопротивление равняет­
ся одному-двум омам (т.е. эта функция не обеспечит вам требуемой
точ ности калибровки) . В ыполните повторную калибровку мульти­
метра, выбрав предварительно функцию измерения сопротивления
в омах (но не функцию прозвонки !); это гарантирует вам требуемую
точность калибровки.
Ч АСТЬ 1 1 1

П р им имаемся за электронику всерьез

Ра б ота с мул ьтимет ром
При использовании мультиметра для проверки и анализа работы электрон­
ных схем вам приходится решать, какую функцию измерения выбрать, будете
ли вы тестировать компоненты по отдельности или как составную часть схе­
мы, нужно ли на тестируемую цепь подавать питание и в каких точках поме­
щать измерительные щупы (последовательно или параллельна тестируемому
элементу).
Рассматривайте мультиметр как один из электронных компонентов
своей схемы, поскольку в некотором смысле это действительно так.
Если вы хотите измерить напряжение, подключите мультиметр па­
рштелыю участку цепи, напряжение на котором нужно измерить,
поскольку напряжение на параллельных ветвях цеп и одинаково .
При измерении тока мультиметр подключается последователыю с
участком цепи, ток в котором вы хотите измерить, поскольку по ком­
понентам, соединенным последовательно между собой, проходит
один и тот же ток. (Подробнее о последовательных и параллельных
соединениях можно прочитать в главе 4, "Соединяем все вместе".)

СОВЕТ

В последующих разделах я объясню, как использовать мультиметр для из­
мерения напряжения, тока и сопротивления в простой замкнутой цепи, состо­
ящей из резистора и светодиода, как показано на рис. 1 6.7.

R

2, 2К

+ GB1
-

HL 1

68

Рис. 1 6. 7. Простая схема, состоящая из резистора и светодиода

Если вы решили собрать эту простую схему, чтобы попрактиковаться в ис­
пользовании мультиметра, примите к сведению перечень деталей, которые для
этого понадобятся.
>>

»

Четыре полуторавольта вые батарейки типоразмера Ад .

Оди н держатель на четыре батарейки, п редназначенн ы й для бата­
реек типоразмера Ад.

ГЛАВА 1 6 Осва и ваем мул ьтиметр

435

)) Одна батарейная колодка.
))

Один резистор номиналом 2,2 кОм (его корпус прома ркирован тре­
мя красными полосками и одной золотистой или серебристой).

))

Оди н красный светодиод л юбого размера (я использовала 5-милли­
метровый).

))

Одна беспаечная макетная плата.

)) Одна короткая п роводная перемычка .

Когда будете собирать эту схему, используйте в качестве руководства фото­
графию на рис. 1 6.7. При подключении светодиода обязательно ориентируйте
его таким образом, чтобы короткий вывод соединялся с отрицательным полю­
сом батареи. Подробнее о том, как собирать схемы на беспаеч ной макетной
плате, рассказывается в главе 1 5 , "Сборка электронных схем".
Не забы вайте, что в беспаечных макетных платах проложены внутренние
электрические соединения. Например, пять контактных отверстий в ряду 1 О,
столбцы от а до е включительно , соединены между собой; пять контактных
отверстий в ряду 1 О, столбцы от f до g включ ительно, также соединены меж­
ду собой . Все контактные отверстия в каждой отдельной шине питания (эти
столбцы помечены символами " +" и "-") также соединены между собой; одна­
ко четыре шины питания не соединяются между собой.

И 3ме р ен ие напряжения
Чтобы измерить уровни напряжения (т.е. падение напряжения между ка­
ко й-то точкой схе м ы и общим про водам с помощью мультиметра), сначала
подключите к схеме источник питания. После этого можете измерить напря­
жения в любой точке схемы. Ниже описана последовательность действий при
измерении напряжения в схеме.

1

.

Выберите тип измеряемого напряжения (постоянное иnи переменное).

В случае нашей п ростой схемы, состоящей из резистора и светодиода, выбе­
рите режим измерения напряжения постоян ного тока.

2 . Есnи в муnьтиметре н е предусмотрена функция автоматического выбо­
ра диапазона измерения, выберите такой диапазон, который обеспечит
максимально возможную точность.

Если вы не знаете, какой именно диапазон измерения напряжения выбрать,
начните с самого ш и рокого и сузьте его, если резул ьтат измерения попадет в
меньши й диа пазон. В случае нашей п ростой схемы с резистором и светодио­
дом (см. рис. 1 6.7) максимальное нап ряжение, которое может встретиться в
схеме, очевидно, не п ревышает напряжения источника пита н ия, номинальная

436

ЧАСТЬ

111

П р и н и маемся за электрон ику всер ьез

вел и ч и н а которого ра вняется б В. П оэтому уста новите диапазон " 1 О В" (т.е.
0- 1 О В) или "20 В" (т.е. 0-20 В) в зависимости от модели мул ьтиметра.

3 . И з мерьте какое -либо напряжен и е .

Подключ ите черный щуп мул ьтиметра к общему п роводу (к минусовой клем­
ме батареи), а красный щуп - к той точ ке схемы, напряжение в которой вы
хотите измерить. В этом случае мул ьтиметр окажется подкл ючен ным парал­
лел ьна падению напряжения между этой точкой схемы и общим п роводом.

4. И з мерьте падение напряжения на каком -либо компоненте схемы, напри­
мер на ре з исторе или светодиоде.

Подключ ите черн ый щуп мул ьтиметра к одному из вы водов тести руемого
компонента, а красный щуп - к другому вы воду этого же компонента. В дан­
ном случае мул ьтиметр окажется подкл юченн ы м параллел ьна падению на­
п ряжения, которое вы хотите измерить.
Если черный щуп мул ьтиметра будет подключен к точке с меньшим уровнем
напряжения, чем красный, то на индикаторе п рибора выувидите положитель­
ное значение напряжения. Если же вы поменяете щупы мультиметра местами,
то мул ьтиметр зафиксирует отрицательное значение напряжения.

На рис . 1 6 .8 приведены примеры использования мультиметра для измере­
ния двух разных падений напряжения в нашей простой схеме. На изображении
слева с помощью мультиметра измеряется напряжение питания всей схемы,
поэтому на индикаторе мультиметра отображается напряжение 6,4 В. Обра­
тите внимание: используемые мною свежие батарейки обеспечивают напря­
жение больше своего номинала. На изображении справа мультиметр измеряет
падение напряжения на светодиоде, которое в моем случае составило 1 ,7 В .

Рис. 7 6.8. Измерение падений напряжения в простой схеме, состоящей
из резистора и светодиода

ЭАПОМНИI

В некоторых схемах, работающих на высоких частотах, например
в усилителях звуковых частот, напряжения могут изменяться стол ь
быстро, что мультиметр не сможет фиксировать такие изменения.
Для тестирования быстро изменяющихся сигналов понадобится так
называемый логический пробник (только для цифровых сигналов)
или осциллограф.
ГЛАВА 1 6 Осва и ваем мул ьти метр

437

И змерение силы тока
Чтобы измерить силу тока, nроходящего no замкнутой цеnи с nомощью
мультиметра, его нужно nереключить в режим миллиам nерметра и сделать
так, чтобы этот ток no nути к источнику n итания проходил через мультиметр.
Иными словам и, вам нужно nодключить мультиметр последовательно с тем
элементом, ток через который вы хотите измерить. Такой сnособ nодключения
мультиметра к исследуемой схеме, nредставленный на рис. 1 6.9, отл ичается от
nодключения мультиметра для измерения падения наnряжения.

R

Рис. 7 6. 9. Чтобы измерить силу тока, подключите мультиметр по­
следовательно со схемой или компонентом, токи через которые вы
хотите измерить

Н иже о n исана последо вательность действи й nри измерен и и силы то ка
в цеnи.

1

.

Выберите тип И3меряемоrо тока (постоянный или переменный).

В случае нашей п ростой схемы, состоящей из резистора и светодиода, выбе­
рите режим измерения силь1 постоян ного тока.

2 . Если в му.nьтиметре н е предусмотрена функция автоматического выбо­
ра диапа3она И3Мерения, выберите такой диапа3он, который обеспечит
максима.nьно во3можную точность.

Есл и вы не знаете, какой именно диапазон измерения силы тока выбрать,
начните с самого широкого и сузьте его, если результат измерения попадает
в мень ш и й диа пазон. Поскол ьку вел и ч и на тока в бол ьшинстве электронных
схем измеряется милл иамперами (мА), вы можете начать с диапазона 200 мА
и сузить его до 20 мА, если ваш мультиметр зафи ксирует ток, меньший 20 мА.
В случае нашей п ростой схемы (см. рис. 1 6.9) выберите диапазон " 1 О мА" или
"20 мА" в зависимости от модели мультиметра.

3 . Ра3омкните цепь в том месте, где нужно И3мерить сиnу тока.

438

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электро н и ку всерьез

Подкл ючите черный щуп мул ьтиметра к точ ке с меньшим уровнем нап ряже­
ния, а красный - к точ ке с большим уровнем напряжения. В этом случае мул ь­
тиметр окажется включенным последовател ьно с компонентом, ток через ко­
торый нужно измерить.

В случае нашей простой схемы, состоя щей из резистора и светодиода (см.
рис. 1 6.7) ток может проходить л иш ь по единственному пути, поэтому вы мо ­
жете разом кнуть цеп ь между любыми двумя компонентами . Одним из спосо ­
бов разм ы кания цеп и является удаление перемычки, которая соединяет резис ­
тор со с ветодиодом. Затем , чтоб ы измерить силу тока, подключ ите черны й
щуn мул ьтиметра к выводу с ветодиода, а красный щуп - к резистору, как по ­
казана на рис . 1 6.9.

СОВЕТ

ВНИМАНИЕ!

1

1

В схеме, содержащей параллельные ветки, ток будет разделяться в
каждом узле (т.е. в точ ке соединения веток) . Чтоб ы измерить силу
тока, проходящего по одной из веток, нужно разомкнуть цепь в этой
ветке и nодключить щу n ы мул ьтиметра в место разры ва цеп и та­
ким образом, чтобы мультиметр снова замкнул ее. Чтобы измерить
силу тока, потребляемого схемой в целом, щуnы мультиметра нужно
подключить последовательно с nоложительным полюсом источника
питания.
Не забывайте, что м но гие цифровые мул ьтиметры могут измерять
силу тока, не nревышающую 200 мА. Будьте внимате льны и не nы­
тайтесь измерить бол ьшую величину тока, если ваш мул ьтиметр на
это не рассчитан. И еще - завершив измерение силы тока, никогда
не оставляйте мул ьтиметр в этом режиме, nоскольку в следующи й
раз вы наверняка об этом забудете, начнете измерять наnряжение и в
резул ьтате сожжете л ибо исследуемую схему, л ибо сам nрибор. В ы­
работайте у себя привычку переключать мультиметр в режим вольт­
метра сразу же после измерения силы тока.

П О С Тд РА Й Т Е С Ь Н Е С Ж Е Ч Ь П Л А В К И Й
П Р Е ДО Х РА Н И Т ЕЛ Ь С В О Е ГО МУЛ ЬТ И М ЕТРА !
Во многих а налоговых и цифровых мул ьтиметрах п редусмотрен отдельный
вход (гнездо для подключения измерител ьного щупа) для измерения силы
тока. Обычно такой вход помечается ка к "А" ("амперы") или "mA" ("милл иам­
перы"). В некоторых моделях мультиметров предусмотрен допол н ител ьный
вход для измерения больших величин тока (обычно от 1 О до 20 А). Мул ьтиметр,
показанный слева на рис. 1 6.5, снабжен двумя входами для измерения сил ы
тока, помечен ными ка к "mA" и "20А'�

ГЛАВА 1 б О сваи ваем мул ьтиметр

439

Перед п роведением л юбых измерений силы тока выберите подходящий вход.
Если вы забудете выполнить это п редварительное действие, то можете сжечь
плавкий п редохранитель своего мультиметра (есл и вам повезет) или угробить
свой п рибор (если вам повезет меньше).

И 3 мерен и е со п ротивления
Используя мультиметр в режиме омметра, можно провести м ножество раз­
ных исследований, а не только измерять сопротивление. Очевидно, что в этом
режиме вы можете тестировать резисторы и определ ить величину их реально­
го сопротивления или выяснить, не повреждены ли они. Однако с помощью
омметра вы можете также тестировать конденсаторы, транзисторы, диоды,
переключатели, про вода и другие эле ктронные ком поненты. Но прежде чем
приступать к измерению сопротивления, обязательно откал ибруйте свой ом­
метр (как было описано выше, в разделе "Как проверить работоспособность
мультиметра").

СОВЕТ

Если в вашем мул ьтиметре предусмотрены с пециальные возмож­
ности для тестирования конденсаторов, диодов или транзисторов,
советую вам использовать именно их, а не методы, описанные в сле­
дующих разделах. Но если вы располагаете какой-либо из дешевых
моделей мультиметров, в которых не предусмотрены такие возмож­
ности, описанные мною методы вполне могут вам пригодиться .

Проверка р езисторов
Рез исторы
это компоненты, которые огран ичивают силу тока в цепи.
(Более подробно об этом можно прочитать в главе 5 , "Знакомство с резистора­
м и".) Иногда необходимо выяснить, насколько ном инальная величина сопро­
тивления, указанная на корпусе резистора, соответствует его реальной вел ичи­
не. Иногда нужно понять, исправен ли резистор, на корпусе которого появился
подозрител ьный наплыв краски или на котором видны следы ожогов третьей
степени.
Ниже описана последовательность действий при тестировани и резисторов
с помощью мультим етра.
-

1

.

Обесточьте схему до тоrо, как вы к ней прикоснетесь, а :Jатем отключите
от нее резистор, который нужно протестировать.

2 . Переключите мультиметр в режим измерения сопротивления.

Есл и в вашем мулыиметре не п редусмотрена функция автоматического выбо­
ра диапазона измерения, начните с верхнего диапазона, а затем снижайте его
по мере необходимости.

440

ЧАСТЬ

111

П р и н и маемся за электро н и ку всерьез

3 . П рикоснитесь иэмеритеnьными щупами муnьтиметра к выводам
ре з истора.

П ри тестирован и и резисторов не имеет значения, каким измерительным
щупом (черным или красным) вы п р и коснетесь к тому или другому вы­
воду резистора, поскол ьку, как известно, у резисторов нет полярности.
Не прикасайтесь пальцами к металлическим кон цам измерительных щу­
пов мул ьтиметра или к вы водам тести руемого резистора. В проти вном
случае вы доба вите сопротивление своего тела в измеряемое вами со­
п роти вление резистора; п олученн ы й результат и змерения окажется неточным.

3АПОМНИ I

Результат измерения должен быть близок к ном инальной величине сопро­
тивления тестируемого резистора (в границах допуска, указанного в процен­
тах). Если, например, вы тестируете резистор, номинальная величина сопро­
тивления которого равняется 1 кОм, а до пуск составляет 1 0%, то измеренная
вами фактическая величина сопротивления этого резистора должна находиться
в пределах 900-1 1 00 Ом. У неисправного резистора может быть внутренний
обрыв (в этом случае фактическая величина его сопротивления будет стре­
миться к бесконечности), он может оказаться пробитым (в этом случае факти­
ческая величина его сопротивления будет близка к О Ом) или его фактическое
сопротивление будет выходить за пределы допуска.

Проверка потенциометров
Как и в случае резистора, работу потенциометра
т.е. перемениого ре­
зистора - можно протестировать, переключи в мультиметр в режим измере­
ния сопротивления. (Подробнее о потенциометрах можно прочитать в главе 5 ,
"Знакомство с резисторам и".)
Н иже описана последовательность действий при тестировании потенцио­
метров.
-

1

.

Обесточьте схе му до того, как вы к ней прикоснетесь, а з атем отклю­
чите от нее тот потенциометр, который нужно протестировать.

2 . Перекnючите муnьтиметр в режим измерения сопротивления.

Есл и в мультиметре не п редусмотрена функция а втоматического выбора
диапазона измерения, начните с верхнего диапазона, а затем сн ижа йте
его по мере необходимости.
П ри коснитесь измерительными щупами мул ьтиметра к двум выводам по­
тенциометра.
В зависимости о того, к каким именно выводам потенциометра в ы п ри­
коснулись щупами своего мультиметра, можно ожидать одного из пере­
ч исленных н иже результатов.

ГЛАВА 1 б Осва и ваем мул ьтиметр

441



Если измерительные щуn ы мультиметра nодкл ючены к одному край нему
выводу nотенциометра (точка 1 ) и к его среднему выводу (движку, точ ка 2),
как nоказано на рис. 1 6. 1 0, то nоворот ручки регул и ровки соnроти вления
в одном наn ра влении увел и ч ивает соnротивление, а nоворот ручки регу­
л и ровки соnротивления в другом наnравлен и и уменьшает соnротивление.



Если щуnы мультиметра подключены к среднему выводу (точка 2) и друго­
му край нему выводу nотенциометра (точка 3), то п роисходит изменение
сопротивления, n ротивоположное оnиса нному выше.



Если щуп ы мул ьтиметра nодкл ючены к крайним выводам потенциометра
(то ч ки 1 и 3), то на и нди каторе мул ьтиметра будет отображаться макси­
мальная вел и ч и на соnротивления nотенциометра, в какую бы сторону вы
н и вращали руч ку регул и ровки его сопротивления.

Рис. 7 6. 7 0. Подключите щупы мультиметра
к первому и второму, затем - ко второму
и третьему, а затем - к первому и третьему выводам потенциометра

СОВЕr

Вращая ручку регулировки сопротивления потенциометра, обратите
внимание на внезапные изменения сопротивления, которые могут
с видетел ьствовать о наличии внутренних дефектов тестируемого
потенциометра. Если вы обнаружите такие внезапные изменения
сопротивления, замените этот потенциометр новым.

Проверка конденсаторов
Конденсатор используется для накопления электрической энергии на ко­
роткий период времени. (Подробнее о конденсаторах можно прочитать в гла­
ве 7, "Начальные сведения о конденсаторах".) Если в вашем мультиметре не
предусмотрена функция тестирования конденсаторов, вы все же можете ис­
пользовать этот прибор в режиме омметра для тестирования конденсаторов,
т.е. для выбраковки неисправных конденсаторов.
442

ЧАСТЬ

111

П р ин и маемся за электрон и ку всерьез

Н иже оп исана последовател ьность действий при тестировани и ко нден­
саторов.

1 . Прежде чем тестировать конде нсатор, обязательно разрядите е го,
т.е. убе рите электрический заряд с е го пластин.

На бол ьших конденсаторах заряд может сохраняться в течение длитель­
ного времени после обестачи вания схемы.
3АПОМНИI

Чтобы разрядить конденсатор, нужно подключ ить к его выводам специ­
альный разрядник, как показано на рис. 1 6. 1 1 . По сути, это резистор большого сопротивления ( 1 -2 МОм), к выводам которого припаяны два куска
изол и рованного п ровода. Резистор нужен для того, чтобы избежать ко­
роткого замыкания межу пластинами конденсатора, которое может вывести конденсатор из строя.

Разрядник дл я конденсаторов
Р езистор бол ьшо го
соnротивле ния ( 1 -2 М Ом)

Рис. 7 6. 7 7. Приобрет ите или изготовьте самостоятельно
специальный разрядник, который используется для снятия
остаточного заряда с конденсатора

2 . Откnючите разрядник от конденсатора.

3 . Перекпючите мультиметр в режим измерения сопротивnения и при­
коснитесь измеритеnьными щупами к выводам конденсатора.

В случае неполярных конденсаторов не имеет значения, каким именно
щупом (черным или красным) к какому в ыводу конденсатора вы буде­
те п ри касаться. Однако, если тестируется полярный электрол ити чески й
конденсатор, черным щупом мультиметра нужно п рикоснуться к отрица­
тельному полюсу конденсатора, а красным - к положител ьному. (В гла­
ве 7, "Начальные сведения о конденсаторах'; объясняется, ка к оп реде­
л ить полярность конденсатора.)

4. Подождите пару секунд, а затем прочитайте показание на индика­
торе мультиметра.

Вы получите оди н из перечисленных ниже результатов.


Если конденсатор и с п ра вен, то п ри выпол н е н и и этого теста на и н­
д икаторе мул ьтиметра отобразится бесконечно большое сопротив­
лен ие.

ГЛАВА 1 6

Осва и ваем мул ьти метр

443



Есл и на индикаторе мул ьтиметра отобразится нулевое сопроти вление, то
это означает, что между пласти нами конденсатора существует короткое
замыка н ие.



Если на и нди каторе мультиметра отображается значение соп ротивления
где-то между нулем и бесконечностью, это может означать наличие утеч ки
в конденсаторе, что, в свою очередь, свидетельствует о неспособности это­
го конденсатора держать заряд.

ВНИМАНИЕ!

В ходе этого тестирования нельзя определить емкость конденсатора.
В ы не сможете также определить, существует ли в конденсаторе об­
рыв внутренней цепи. Такое происходит в случае, если повреждена
внутренняя структура конденсатора или если его диэлектрик (изо­
л ирующи й материал между пластинами конденсатора) высох или
вытек. При выполнении описанного выше тестирования для конден­
сатора, в котором существует внутренний обрыв, мультиметр пока­
жет бесконечно бол ьшое сопроти вление, так же как и для исправ­
ного конденсатора. Чтобы получить достоверный результат, нужно
воспользоваться мультиметром, в котором предусмотрена функция
тестирования конденсаторов.

Проверка диодов
Диод
это полупроводниковый компонент, который ведет себя подобно
обратному клапану, пропускающему ток лишь в одном направлении. (Подроб­
нее о диодах можно прочитать в главе 9, "Погружаемся в м ир диодов".) Есл и
в вашем мультиметре не предусмотрена функция тестирования диодов, вы
все же можете использовать свой прибор в режиме омметра для тестирования
большинства типов диодов.
Н иже описана последовательность действий при тестировании диодов.
-

1 Перекnючите муnьтиметр в режим измерения маnых соnротивnений.
2 . Прикоснитесь черным щуnом муnьтиметра к катоду диода (отрицатеnь­
.

н ы й non юc, который обычно маркируется nоnоской), а красным щу­
nом - к ero аноду (положител ьны й nonюc).

На и ндикаторе мул ьтиметра должна отобразиться малая величина сопроти в­
ления.

3 . Поменяв местами измерител ьные щуnы мультиметра, в ы должны уви­
деть на ero индикаторе бесконечное сопротивление.

СОВЕТ

444

Если вы не знаете, какой из выводов тестируемого диода я вляется
катодом, а какой анодом, воспользуйтесь мультиметром для опре­
деления цо колевки диода. Протестиру й те сопротивление диода,
Ч АСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всерьез

прикоснувшись щупам и мультиметра к его выводам, а затем поме­
няйте их местами. Обратите внимание, в каком из случаев на инди­
каторе прибора будет отображаться малое сопротивление. Это оз­
начает, что красный щуп мультиметра как раз подключен к аноду, а
черный - к катоду диода.

nроверка транзисторов

Биполярный транзистор представляет собой, по сути, два диода, совмещен­
ных в одном корпусе, как показано на рис. 1 6 . 1 2. В случае РNР-транзистора
ориентацию обоих диодов нужно поменять на противоположную. Если в ва­
шем мультиметре не предусмотрены функции тестирования диодов и транзи­
сторов, вы все же можете использовать свой мультиметр в режиме омметра
для тестирования большинства биполярных транзисторов. Этот процесс в ос­
новном похож на тестирование диодов: вы должны переключить мультиметр в
режим измерения малых сопротивлений и по очереди протестировать каждый
рп-переход (по сути - диод) в транзисторе.
Коллектор

��'
Эмиттер

N Р N -транзистор

Эм иттер

Рис. 1 6. 12. Биполярный транзистор представляет
собой, по сути, два диода, совмещенных в одном корпусе

ВНИМАНИЕ!

Описанный ниже тест можно использовать только в отношении би­
полярных транзисторов. Тестирование с помощью мультиметра мо­
жет вывести из строя некоторые типы транзисторов. Особенно это
касается полевых транзисторов с изолированным затвором (МОП).
Если вы не знаете, с каким транзистором имеете дело, прежде чем
приступать к его тестированию, ознакомьтесь с его технически м и
спецификациями. З ачастую технические спецификации транзисто­
ров можно найти в Интернете. Для этого нужно задать идентифика­
ционны й номер интересующего вас ком понента. В ведите в поиско­
вик, например, такую фразу : 2NЗ 9 0 6 datasheet.
ГЛАВА

1 б Осва и ваем мул ьти метр

445

Если вы тестируете NРN-транзистор (как показано на рис. 1 6. 1 2), выполни­
те описанную ниже последовательность действий.

1 Переключите мультиметр в режим и змерения малых сопротивлений.
2 . Прикоснитесь черным щупом мультиметра к коллектору тран з и с тора,
.

а красным - к ба з е тран з истора.

На и ндикаторе мультиметра должна отобразиться малая величина сопроти в­
ления.

3 . Поменяйте местами и з мерительные щупы.

На и нди каторе мул ьтиметра должно отобразиться бесконечно бол ьшое со­
п роти вление.

4. Прикоснитесь черным щ упом мул ьтиметра к з миттеру тра н з и с тора,
а красным - к ба з е тран з истора.

На и ндикаторе мультиметра должна отобразиться малая величина сопроти в­
ления.

5 . Поменя й те местами и з мерительные щупы .

Н а и нди каторе мул ьтиметра должно отобразиться бесконечно бол ьшое со­
п ротивление.

СОВЕТ

При тестировании РN Р-транзистора показания, отображаемые на
индикаторе мул ьтиметра, будут противоположными тем, которые
были при тестировании NРN-транзистора.

nро в ерка прог одов и ка белей
Ис пол ьзуя мультиметр в режиме омметра, вы можете проверять целост­
ность правадов и кабелей . Такое тестирование может понадобиться для того,
чтобы выявить обрывы внутри праводав и короткие зам ыкания, т.е. нежела­
тельные соединения между двумя проводами в кабеле.
Д А Ж Е М Е Д Н Ы Й П Р О В ОД О К А З Ы В А ЕТ
С О П Р ОТ И В Л Е Н И Е П ОТО КУ ЭЛ Е КТ Р О Н О В !
Почему на индикаторе мультиметра не всегда отображается нулевое сопроти в­
ление п ри тестирован и и п ровода, особенно при тестировании дли нного п ро­
вода? Все электрические цеп и обладают каким-то сопротивлением, оказыв а я
соп роти вление потоку электронов; измеряя сопротивлен ие п ровода с помо­
щью мул ьтиметра, вы фиксируете это сопротивлен ие (если чувствител ьность
вашего мультиметра позволяет фиксировать столь малые величины сопроти в­
ления). Даже короткие отрезки п ровода обладают сопротивлением, которое

446

ЧАСТЬ 1 1 1

Прини маемся за электрони ку всер ьез

обычно оказывается существенно ниже 1 Ом. Столь малое сопротивление не
влияет на результаты тестирования целостности проводов и наличия коротких
замыка н и й в кабелях.
Однако чем дл и ннее п ровод, тем больше его соп роти вление (особенно это
относится к п роводам малого сечения). Обычно чем больше сечение п рово­
да, тем н иже его погонное сопротивление (т.е. соп роти вление одного метра
провода). Поэтому, даже есл и мультиметр не фиксирует в точности нулевое
сопротивление (О Ом) п ровода, можете считать, что нали ч ие столь небольшого
соп ротивления также свидетел ьствует о целостности п ровода.

Чтобы протестировать отдельно взяты й отрезок провода на отсутствие
в нем обрывов, настройте мул ьтиметр на измерение малых сопротивлени й
и прикоснитесь его щупами к концам провода. На индикаторе мультиметра
должно отобразиться нулевое сопротивление (или очен ь малая величина со­
противления, близкая к О Ом) . Если на индикаторе мультиметра отображается
бесконечно бол ь шая величина сопротивления, это указывает на обрыв внутри
провода, что вызывает размыкание цепи.
Чтобы выполнить проверку на наличие короткого замыкания между двумя
разными проводами, которые не должны быть электрически соединены меж­
ду собой, настройте мультиметр на измерение малого сопротивления и при­
коснитесь одним щупом к оголенному концу одного провода, а другим щу­
пом - к оголенному концу другого провода. Если на индикаторе мультиметра
отображается нулевое сопротивление (О Ом) или очень малая величина сопро­
тивления , близкая к О Ом, это свидетельствует о наличии короткого замыкания
между тестируемыми проводам и . Если же на индикаторе мультиметра отобра­
жается бесконечно бол ь шое сопротивление, это знач ит, что между тестируе­
мыми проводами короткого замыкания нет.

3А/10МНИI

Обратите внимание, что при отсутствии коротко го замыкания меж­
ду тестируемыми проводам и на индикаторе мультиметра может
отобразиться не бесконечно большое, а какое-то конечное значение
сопротивления . Такое возможно, если при тестировании вы прикоснулись руками к оголенным концам проводов и подключ или парал­
лельна исследуемой цепи сопротивление своего тела. Поэтому если
тол ь ко показание мультиметра не является нулевым или очен ь близким к нулю, можете не волноваться : тестируемые вам и провода не
являются короткозам кнутым и .

Тестирование пер включателей
Механические переключатели могут загрязниться или износить ся . Иногда
они даже ломаются, что делает их ненадежными или полностью непригодными
ГЛА ВА 1 б

О с ваи ваем мул ьтиметр

447

к выполнению их основной функци и: обеспечивать замыкание и размыкание
электрической цепи. В главе 4, "Соединяем все вместе", описаны четыре са­
мых распространенных типа переключателей : однополюсн ый переключатель
на одно направление (SPST), однополюсный переключатель на два направ­
ления (SPDT), двухполюсный переключатель на одно направление (DPST) и
двухполюсный переключатель на два направления (DPDT). В зависимости от
типа переключателя его контакты могут находиться как в разом кнутом, так и в
замкнутом положениях.
Для тестирования любо го из этих переключателей переключите мультиметр
в режим измерения малых сопротивлений. Прежде чем тестировать конкрет­
ный переключатель, выясните, в каком положении его контакты замкнуты, а в
каком разом кнуты, и как они подключены к его выводам . В ыполните тестиро­
вание переключателя в каждом из возможных положений. Если щупы мульти­
метра подключены к выводам тех контактов, которые находятся в разомкну­
том состоянии, на индикаторе мультиметра должно отобразиться бесконечно
бол ьшое сопротивление, а если контакты находятся в замкнутом состоянии, на
индикаторе мультиметра должно отобразиться нулевое сопротивление (О Ом).

ЗАПОМНИ!

Проще всего тестировать переключатели, предварительно изъяв их
из схемы. Есл и же переключатель остается подключенным к схеме,
то после того как вы разомкнете его контакты, на индикаторе муль­
тиметра может не отобразиться бесконечно большое сопротивлен ие.
Если вместо бесконечно большого сопротивления вы увидите конеч­
ную величину сопротивления (отличную от О Ом), то можете счи­
тать, что переключатель размыкает цепь, т.е. правильно выполняет
свою функцию.

Тестирование плавких предохранителей
Плавкие предохранители предназначены для защиты электронных схем от
повреждений, вызванных прохождением чрезмерного тока, и, что гораздо важ­
нее, для предотвращения возгорания устройства, которое может быть вызвано
перегревом схемы или ее отдельных компонентов. Перегоревший плавкий пре­
дохранитель представляет собой разомкнутую цепь и уже не выполняет сво­
их функций, поэтому его нужно заменить новым плавким предохранителем.
Прежде чем протестировать плавкий предохранител ь, его нужно осторожно
изъять из схемы, предварительно обесточив ее. Затем настройте мультиметр на
измерение малых сопротивлений и прикоснитесь щупами мультиметра к кон­
цам плавкого предохранителя . Если на индикаторе мультиметра отображается
бесконечно большое сопротивлен ие, значит, тестируемый плавкий предохра­
нитель перегорел.
448

ЧАСТЬ

111

П р и н и маемся за э л ектрон и ку всер ьез

В ыполнен и е дру rих тестов с помощью мультиметра
Во м ногих цифровых мул ьтиметрах предусмотрено вы пол нение допол­
н ительных функций, с помощью которых можно тестиро вать определенные
компоненты, такие как конденсаторы , диоды и транзисторы . Эти тесты обес­
печ ивают более точные результаты, чем измерения, вы полненные с помощью
мультиметра, настроенного для измерения сопротивления, и обсуждавшиеся
выше в этом разделе.
Если в вашем мультиметре предусмотрена функция тестирован ия конденса­
торов, он будет отображать величину емкости конденсатора. Это может при го­
диться, поскольку не все конденсаторы маркируются в соответствии с приня­
тыми отраслевыми стандартами. Процедура измерения емкости конденсаторов
описана в руководстве к вашему мультиметру (она специфична для каждой
модели мультиметра). Обязательно соблюдайте полярность при подключении
конденсатора к тестовым гнездам мультиметра.
Если в мультиметре предусмотрена функция проверки диодов, можете про­
тестировать диод, прикоснувшись красным щупом к аноду (положительный
полюс) диода, а черным - к катоду (отрицател ьный полюс). На индикаторе
мультиметра должно отобразиться достаточно малое - но не нулевое - со­
противление (например, 0,5). З атем поменяйте местами щупы мультиметра,
после чего вы должны получить показание, выходящее за грани цы установ­
ленного диапазона. Если же вы получите два околонулевых показания или два
показания, выходящих за границы установленного диапазона, то впол не веро­
ятно, что диод неисправен (т.е. закорочен или "оборван").
Фу нкцию проверки диодов можно использовать для тестирования
б иполярных планарных транзисторо в, рассматривая их как два
отдельных диода (см . рис. 1 6. 1 2).
Если в вашем мультиметре предусмотрена функция тестирования транзис­
торов, придержи вайтесь процедуры, описанной в руководстве к мультиметру
(эта процедура может быть разной для разных моделей мультиметров).

И спользо в а н ие мульти м етра
дл я п р о в ерки схе м
Одно из важнейших преимуществ мультиметра заключается в том, что он
помогает анализировать работу схем и выявлять в них неисправности . Ис­
пользуя разные режимы работы мультиметра (выбираемые с помощью руч ки
ГЛАВА

1 6 Осваи ваем мулыиметр

449

переключения функций), вы можете проверять работоспособность тех или
иных компонентов схемы и выяснять, соответствуют ли требуемым значениям
величины токов и напряжени й на тех или иных участках вашей схемы. Рано
или поздно вы столкнетесь с тем , что собранная вам и схема работает не так,
как вы ожидали (или не работает вовсе). В этой ситуации с помощью мульти­
метра вы сможете выявить причину возникшей проблемы, если вам не удал ось
выявить ее путем визуального осмотра всех соединений .
Чтобы выявить причину неудовлетворительной работы схемы, укажите на
электрической (принципиальной) схеме номиналы каждого из ее компонентов,
а также предполагаемые уровни напряжений в разных местах схемы и пред­
полагаемые величины тока в каждой из ее ветвей. Н ередко в процессе такого
"информационного наполнения" электрической схемы удается выявить какие­
то ошибки. Затем воспользуйтесь мультиметром, чтобы проверить, соответ­
ствуют ли фактические величины токов и напряжений расчетным значениям.

СОВЕТ

Ниже приведен краткий перечень проверок, которые следует выпол­
н ить в процессе выявления причин неудовлетворительной работы
схемы.
))

Наnряжение источн и ка n итания

))

Работосnособность отдельных комnонентов схемы и их фактичес­
кие номиналы (которые можно определить, n редварительно и зъяв
из схемы тестируемые комnоненты)

))

Целостность п роводных соеди нени й

)) Уровни наnряжени й в разных точ ках схемы
))

Сила тока в тех или и ных частях схемы (в ходе таких п роверок сле­
дует nомнить о п редел ьных значениях сил ы тока, которые может
измерять ваш мулыиметр, и ни в коем случае не п ревышать их)

Используя подробную пошаговую процедуру, вы можете протестировать
разные ком поненты и части своей схемы, сужая "круг подозреваемых" до тех
пор, пока вам не удастся выявить истинную причину проблем - или прийти
к выводу, что в данном случае вам никак не обойтись без помощи опытного
специалиста по электронике.

45 0

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электро н и ку всер ьез

Гл а ва

17

Со эд а н и е п е р в ы х
3Л е КТ р О Н Н ЬIХ
ус тр о и с т в
v

В

ЭТО Й

ГЛАВЕ

. • .

)) Созда н ие у н и кал ьн ых мигалок и П роблесковых ог н ей
)) Имита ция звукового сиг н ала тревоги
)) Создан ие н астраи ваемой сирены
)) Сборка собствен н ого усил ителя низкой частоты
)) Разработка светофора, уп равляющего дорожным
движе н ием
)) Созда н ие п рекрасной музы ки

н

астоя щи й и нтерес к эл е к т ро н и ке - и реал ь н у ю п о л ь ­
зу от е е изу ч ения - вы поч у вс т ву ете , когда сможете само стоятельно создать электро нное у стро й ­
ство . В это й главе в ы сможете поэкс периментировать
с н е с кол ь ки м и и нтере с н ы м и и п о з н а вател ь н ы м и
э л е ктро н н ы м и у стро йства м и , для само стояте л ь но й
сборки каждо го из которых вам по т ребу е т ся не бо ­
л е е ч ас а вре м е н и . О с н о в н ы м критерием , кото р ы м
я р у ко водс т во валась п р и отбо р е эт и х у стро й ств ,
б ыл а , с од но й с т орон ы , их эффектно сть (что нема ­
ло важно , если в ы захотите произвести впечатл е н ие на

о кружающих), а с друго й - про стота их практичес кой реализаци и .
Я постаралась свести к минимуму количество детале й, используемых в ка­
ждом из этих устройств, причем самое "дорогостоящее" из них обойдется вам
примерно в 1 5 долларов.
Для первого из этих устройств я привожу подробнейшие описания проце­
дур его монтажа и наладки. Именно поэтому я советую вам начать с первого
устройства. После его создания у вас выработаются навыки, которые позволят
вам, руководствуясь лишь электрической схемой соответствующего устрой­
ства, самостоятельно повторить остальные устройства, представленные в этой
главе. Если вам понадобится освежить знания в области электрических схем,
обратитесь к главе 1 1 , "Еще одна инновация: интегральные микросхемы". Если
же вы захотите вспомнить основные сведения об электрических цепях, обрати­
тесь к главе 3 , "Общие сведения об электрических цепях". А если описанные в
этой главе устройства будут работать не так, как описано (а так может случить­
ся с каждым из нас !), обратитесь к главе 1 6, "Осваи ваем мультиметр", воору­
житесь мультиметром и приступайте к поиску и устранению неисправностей !

Э а паситес ь всем нео бходимым
Все устройства, описанные в этой главе, вы сможете собрать на беспаечной
макетной плате. Разумеется, если вы хотите сохранить эти устройства для по­
следующего использования или экспериментирования, ничто не мешает вам
собрать любое из них на обычной макетной плате, рассчитанной под пайку.
В главе 1 5 , "Сборка электронных схем", приведена более подробная информа­
ция об использовании макетных плат и сборке электронных схем. Если у вас
возникнут проблемы с каким-либо из описанных ниже устройств, обратитесь
к главе 1 6, "Осваиваем мультиметр", в которой вы, возможно, найдете подсказ­
к и, как реш ить эти проблемы.

СОВЕТ

Все детали, которые понадобятся вам для сборки устройств, описан­
ных в этой главе, можно найти в любом магазине электронной тех­
ники ил и в интернет-магазинах, торгующих электронными компо­
нентами. Если в месте вашего проживания нет магази на с широким
ассортиментом электронной техники, обратитесь к главе 1 9, "Десять
превосходных поставщиков электронных компонентов", в которой
приведен перечень поставщиков электронных компонентов, выполняющих заказы по почте.

Если не оговорено иное, используйте перечисленные ниже рекомендации по
выбору электронных ком понентов.
452

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н имаемся за электрон и ку всер ьез

3АПОМНИ1

))

Все рези сторы должны быть рассчита н ы на мощность О, 1 25 и л и
0,25 Вт, а их доnуск должен составлять 5 и л и 1 Оо/о. В n ри водимом
мною переч не деталей для каждого устройства указ ы вается цве­
товой код, обозначающи й ном и нальное соп роти вление каждого
резистора.

))

Рабочее напряжение всех конденсаторов должно быть как минимум
25 В. В п ри водимом мною перечне деталей для каждого устройства
указывается нужны й ти n конденсатора (наn ример, керамический
ил и электролити ческий).

Если вы хотите по нять принцип работы и получить более подроб­
ную информацию, касающуюся тех или иных электронных ком по­
нентов, которые используются в описанных ниже устройствах, обра­
титесь к главам 4-7 и 9- 1 2 . Сведения о переключателях содержатся
в главе 4, подробную информацию о резисторах и законе Ома вы
найдете в главах 5, "З накомство с резисторами", и 6, "Подчиняемся
закону Ома", соответственно, а с трактатом о конденсаторах може­
те ознакомиться в главе 7, "Начальные сведения о конденсаторах".
В главе 9, "Погружаемся в м ир диодов", рассказывается о диодах,
в главе 1 0, "Транзисторы - мастера на все ру ки", обсуждаются
транзисторы . Две интегральные микросхемы (ИМС), используемые
в этих устройствах, описаны в главе 1 1 , "Еще одна инновация : ин­
тегральные микросхемы". Провода, источники питания и другие ча­
сти (например, датчики, громкоговорители и зуммеры) обсуждаются
в главе 1 2, "Приобретение дополнительных деталей".
Подробную информацию о конкретной ИМС можно получить, обра­
тившись к ее технической спецификации, приведеиной в Интернете,
или выполнив в Интернете поиск указаний по применению соответ­
ствующего изделия . В этих источниках информаци и можно узнать
гораздо больше об интересующей вас ИМС, а не только ее цоко­
левку и требования к п итанию. Там зачастую приводятся приме­
ры схем, в которых используется соответствующая ИМС, и советы
относительно максим изации ее быстродействия. Устройства, опи­
санные в этой главе, предусматривают использование микросхемы
таймера 5 5 5 (отечественный аналог - КР 1 006ВИ 1 ), ИМС 40 1 7 (де­
сятичны й счетчик, отечественные аналоги - К56 1 ИЕ8 и К 1 76ИЕ8)
и микросхемы усилителя низких частот LM386 (отечественный ана­
лог - КР 1 43 8УН2).

ГЛАВА

1 7 Создание п ервых электронных устройств

453

С оэдан ие светодиодно й ми rалки
Вашей первой задачей в случае реализации этого устройства будет сборка
схемы, содержащей один светодиод, который зажигается и гаснет с частотой,
которую можно изменять вручную. Как видите, задача формулируется доста­
точно просто, а благодаря наличию ИМС таймера 5 5 5 (КР 1 006ВИ 1 ) и решает­
ся просто ! Однако, чтобы заставить светодиод мигать, вам придется безоши­
бочно собрать соответствующую схему, ограничить ток в ней, чтобы светодиод
не сгорел сразу же после включения источника питания, и настроить таймер
таким образом, чтобы он периодически включал и выключал ток, вызывая та­
ким образом м игание светодиода. После того как вы вы полните эту задачу,
можете модифицировать схему так, чтобы создать мигалку с несколькими све­
тодиодам и. Ее можно закрепить у заднего сидения велосипеда, чтобы сигна­
лизировать о своем присутствии остальным участникам дорожного движения.

СОВЕr

Если вам уже приходилось собирать какие-либо схемы на беспаеч­
ной макетной плате (например, следуя инструкциям из предыдущих
глав), то, наверное, кое-какой опыт монтажа электронных схем у вас
уже имеется. Возможно, вам не требуются подробные инструкции
по монтажу электронных схем, которые приводятся в этом разделе,
но я все же советую вам ознакомиться с ними, когда я буду объяс­
нять, как выбирать ком поненты для этого первого устройства.

А нализ з лектрическо й схемы ми галки
на основе И М С та й мера 555
Электрическая схема мигалки на основе ИМС таймера 555 и одного свето­
диода представлена на рис. 1 7. 1 . Есл и вы подзабыли систему условных гра­
фических обозначений, используемую на электрических схемах, обратитесь
к главе 1 4, "Учитесь читать электрические схемы". Ниже перечислены детали,
которые понадобятся вам для сборки этой схемы .
>>
>>

>>

DA 1 : ИМС таймера LMSSS или ее отечественн ы й а налог КР1 ООбВИ 1

R 1 : потенциометр на 1 МОм

>>

R2: резистор на 47 кОм (желтый-фиолетовый-ора нжевый)

>>

С 7 : электрол ити чески й (поляризова н н ы й ) конденсатор емкостью
4,7 мкФ

»

454

9-вольтовая батарей ка ти п а "Крона" и бата рейная колодка для ее
подключения

RЗ: резистор на 330 Ом (оранжевый-оранжевый-коричневый)

Ч АСТЬ 1 1 1

П р и н и маем с я за 3лектронику в с ерьез

))

С2: дисковый (керамический) неnоляризован н ы й конденсатор ем­
костью 0,01 мкФ

))

HL 1 : светодиод любого размера и цвета
+ 98

Рис. 1 7. 1 . Электрическая схема мигалки на основе
одного светодиода

Перед сборкой мигалки на основе одного светодиода вам, возможно, пона­
добится кратко проанализировать ее электрическую схему, чтобы понять, как
она работает.
Основой мигалки на одном светодиоде, а также других устройств, которые
будут рассматриваться в этой главе, является ИМС таймера 5 5 5 . Как указыва­
лось в главе 1 1 , "Еще одна инновация : интегральные микросхемы", этот уни­
версальный электронный ком понент можно использовать разными способами .
Применительно к рассматриваемому нами устройству таймер 5 5 5 сконфиrури­
рован как нестабWlьный мультивибратор (или просто осцWLЛЯmор), генериру­
ющий непрерывную последовательность прямоугольных импульсов (нулей и
единиц) через регулярные интервалы времени - что-то наподобие электрон­
ного метронома. В ыход ИМС таймера 5 5 5 (вывод 3) используется для включе­
ния и выключения тока, проходящего через светодиод.

Огранич ение тока, проходящего через св етодиод
Резистор RЗ предназначен для ограничения тока, проходящего через свето­
диод. Иными словами, этот резистор уберегает светодиод от перегорания из-за
прохождения через него чрезмерного тока. Напряжение на ножке 3 ИМС тай­
мера 5 5 5 колеблется от 9 В (что соответствует положительному напряжению
источника питания) при наличии импульса до О В, когда импульс отсутствует.

ГЛАВА

17

Соэдание п ервых электронных устройств

455

Если предположить, что падение напряжения на светодиоде составляет при­
мерно 2,0 В (типичное значение), то нетрудно догадаться, что при наличии им­
пульса падение напряжения на резисторе RЗ составляет примерно 7 В. Этот ре­
зультат получается путем вычитания 2 В (падение напряжения на светодиоде)
из 9 В на ножке 3 ИМС. После этого вы можете воспользоваться законом Ома
(см . главу 6, "Подчиняемся закону Ома"), чтобы вычислить ток, проходящий
через резистор RЗ, который соответствует току, проходящему через светодиод.
Этот ток вычисляется так:
'Т'

1 ок

=



Напряжение
Сопротивление

330 0м
0,02 1 А 2 1 мА

-=-----

-

=

Такой ток не причинит вреда вашему светодиоду !

Управление частотой импульсов
Резисторы Rl и R2, а также конденсатор CJ управляют длительностью им­
пульсов и пауз между ними, которые генерируются ИМС таймера 5 5 5 (подроб­
нее об этом можно прочитать в главе 1 1 , "Еще одна инновация: интегральные
микросхемы"). Для изменения сопротивления Rl в этом устройстве использу­
ется потенциометр, с помощью которого вы можете менять частоту мигания
светодиода от медленного (в ритме вальса) до быстрого (в ритме самбы).
Период времени, Т, представляет собой длительность (в секундах) одного
полного импульса нарастания и затухания сигнала и вычисляется по формуле
Т=

П0ДР06Н0С1111
ПХНИЧЕСКИЕ

0,694 х (Rl + 2 R2) х CJ

Чтобы вычислить минимальный и максимальный периоды времени
импульсов, генерируем ые таймером 5 5 5 , сначала подставьте 47 000
вместо R2 (47 кОм) и 0,0000047 вместо CJ (4,7 м кФ) в уравнение
для т. 3 атем определите м инимальный период генерируемых импульсов, подставив в это уравнение О вместо RJ и определите мак­
симальный период, подставив в это уравнение 1 000 000 вместо Rl.
Таким образом, можно ожидать, что период генерируемых схемой
импульсов будет составлять 0,3-3,6 с при изменении сопротивления
потенциометра от О Ом до 1 МОм .
,

Сб орка схемы
Чтобы выяснить, будет ли светодиод мигать с вычисленной вам и часто­
той, соберите схему м и гал ки и проверьте ее работу. В качестве руководства
45 6

Ч АСТЬ 1 1 1

П р и нимаемся за электрон и ку всерьез

воспользу йтесь рис. 1 7 .2. Есл и этопервая схема, которую в ы п ытаетес ь
собрать, советую следовать подробны м инструкциям , приведеин ы м в этом
разделе.

Рис. 1 7.2. Схема мигалки на основе одного светодиода, смонтированная
на беспаечной макетной плате (добавлены обозначения выводов ИМС
таймера 555)

COII[I'

Чтобы упростить использование батарейного источника п итания
при сборке этой схемы на беспаечной макетной плате, воспользуй­
тесь одним переключателем и несколькими проводными перемыч­
ками, как показано на рис. 1 7 .2. Воспользуйтесь однополюсным
переключателем на два направления (SPDT) и подключите поло­
жительный полюс батареи к верхне й положител ьной шине пита­
ния (в главе 4, "Соединяем все вместе", я подробно объясняю этот
процесс). З атем соедините положительные шины питания вверху и
внизу с помощью перемычки из красного провода, а отрицательные
шины питания в верху и внизу - с помощью черной перемычки,
чтобы напряжение питания было доступно и вверху, и внизу макет­
ной платы.

Ниже описана последовательность действий при сборке мигалки на основе
одного светодиода.

ГЛАВА

17

Соэдание пер вых электронных устройств

457

1

,

Собер ите все ко м п о н е н т ы , кото р ые п о н а добятся ва м дnя зтого
устройства.

Перечень деталей, которые понадобятся вам для сборки мигалки, приведен
выше, в разделе "Анализ электрической схемы мигалки на основе ИМС та йме­
ра 555': Нет ничего хуже, чем п риступ ить к работе, не подготовив заранее все
детали, которые понадобятся для создания устройства. В та ком случае придет­
ся время от времени п рекращать работу только потому, что вы своевремен но
не позаботил ись о том, чтобы п риобрести и собрать в одном месте все необ­
ходимые для этого компоненты.

2 . Осторожно вста в ьте ми кросхему та ймера 555 в сер едину ма кетно й
платы.

Существует распространенная практика вста влять микросхемы на макетную
плату первыми так, чтобы они занимали пустой средний ряд и чтобы п ри этом
их ключ (маленькая отметка или углубление на корпусе микросхемы рядом
с первым выводом) был направлен в сторону левого края макетной платы.

3 . Вставьте в макетную плату два реэистора с фиксированным сопротивле­

нием, R2 и R3, следуя электрической схеме мигаяки и иэображению ма­
кетной платы, покаэанному на рис. 1 7 .2.

4. Вставьте в макетную плату два конденсатора, С 7 и С2, следуя электри­
ческой схеме мигаяки и иэображению макетно й платы, покаэанному на
рис. 1 7.2.

Как указывалось в главе 1 1 , "Еще одна и н новация: и нтегральные микросхемы';
вы воды ми кросхемы нумеруются п роти в часовой стрел ки, начиная с ключа.
Есл и вы вставили ИМС таймера 5 5 5 таким образом, чтобы ключ был обращен в
сторону левого края макетной платы, то нумерация выводов этой микросхемы
будет соответствовать тому, что показано на рис. 1 7.2.
Позаботьтесь о том, чтобы п равильно сориентировать полярный конденсатор
(его отри цательный пол юс должен быть подкл ючен к общему п роводу).

5 . Припаяйте провода к выводам потенциометра R 7 так, чтобы их можно
быnо вставить в макетную плату.

Используйте монтажный одножильный п ровод диаметром 0,6 мм. Цвет п ро­
вода не имеет значения. Обратите внимание, что потенциометр подключает­
ся к схеме тремя выводами. Оди н из кра й н их выводов (любой !) подключается
к вы воду 7 ми кросхемы; два других вывода (средн и й и кра й н и й ) соединены
вместе и подключаются к положительному полюсу источн и ка питания.

б . П одключите светодиод, как покаэано н а эл е ктрической схем е и фото­
графии.

4 58

ЧАСТЬ 1 1 1

Прим и маемся за электрон и ку всерьез

ЗАПОМНи!

Вста вляя светодиод в ма кетную плату, соблюдайте полярность: катод
светодиода (отри цательный пол юс с коротким вы водом) подкл ючите к
общему п роводу. Сверьтесь с техн и ческим паспортом испол ьзуемого
светодиода - в нем должна быть указа на его цоколевка . (Есл и при под­
ключении вы перепутаете полярность светодиода, он не выйдет из строя,
а только не будет светиться. Чтобы решить эту проблему, выньте светоди­
од из ма кетной платы и вставьте его обратно, п редварительно повернув
его на 1 80° .)

7 . Используйте в качестве перемычек одножильный п ровод диаме­

тром О,б мм (желательно уже разрезанный на отрезки требуемой
длины и зачищенный от изоляции, чтобы его можно было исполь­
зовать в беспаечной макетной плате) и выполните все необходимые
соединения на макетной плате.

Выпол няя соединения на макетной плате с помощью перемычек, испол ь­
зуйте в качестве образца фотографию, п редста вленную на рис. 1 7.2.

8. Прежде чем подать питание на схему, тщательно проверьте проде­
ланную вами работу. П роверьте, в частности, правильиость выпол­
ненных вами соединений, сопоставив их с 3nектрической схемой.

9 . Подключите 9-вояьтовую батарею к положительной шине питания и
общему проводу своей макетной платы.

Чтобы облегчить себе работу, воспользуйтесь колодкой для 9-волыовой
бата ре и . К этой колодке уже припаяны выводы, зач и щенные от изоля­
ции. Возможно, вам понадобится п ри паять к этим выводам отрезки од­
ножил ьного монтажного п ровода диаметром 0,6 мм, чтобы уп ростить
подключение 9-волыовой батареи к контактным отверстиям беспаечной
макетной платы. Помните: красн ы й вывод, тянущи йся от батарейной ко­
лодки, соответствует положительному пол юсу батареи, а черный - отри­
цательному полюсу батареи, или общему п роводу.

П роверка выпол ненно й ра б оты
При подаче питания на схему светодиод должен начать мигать. Чтобы изме­
нить частоту мигания, вращайте ручку потенциометра Rl. Мигает ли светоди­
од с такой частотой, на которую вы рассчитывали? Если ваша схема не работа­
ет, отключите от нее 9-вольтовую батарею и еще раз проверьте правильиость
выполненных соединений.
Ниже перечислены ошибки, которые вы вполне могли допустить при сборке
мигалки на основе одного светодиода.
))

Микросхема таймера 555 вставnена наоборот. Эта ошибка может
п р и вести к выходу ми кросхемы из строя. Таким образом, есл и вы
допустили эту ошибку, скорее всего, вам п ридется взять другую ми­
кросхему 555 и правильно вставить ее в макетную плату.
ГЛ АВА

17

Создание первых электронных устройств

459

))

Перепутана поnяриость при подкnючении светодиода. Выньте
светодиод из макетной платы и поменяйте местами его выводы.

))

Соединитеnьные провода (перемычки) и выводы компонентов
вставnены в контактн ые отверстия макетной пnаты недоста­
точно rnубоко. Убедитесь в том, что каждый п ровод и вывод плот­
но вста влен в контактные отверстия макетной платы, а не болтается
в воздухе.

))

Неподходящие номинаnы компонентов. Еще раз п роверьте на
всякий случай номиналы использованных п ри сборке компонентов.

))

Cena батарея. Подкл ючите к схеме новую батарею.

))

Неправиnьные соединения между компонентами. Поп росите
кого-нибудь из своих п риятелей взглянуть на собранную вами схему
"свежим глазом'� Новый человек может заметить то, на что вы впол­
не могл и не обратить внимания.

Для проверки напряжений, токов и сопротивлений в собранной вами схеме
воспользуйтесь мультиметром . Как указывалось в главе 1 6, "Осваиваем муль­
тиметр", такие тесты вполне могут выявить причину проблем в вашей схеме.
Мультиметр может подсказать вам, не села ли батарея питания, не "пробит" ли
светодиод и многое-многое другое.

СОВЕТ

Если вы впервые собираете какую-то схему, имеет смысл смонти­
ровать ее сначала на беспаечной макетной плате. Это объясняется
тем, что зачастую в подобных случаях приходится экспериментиро­
вать со схемой, чтобы добиться ее правильной работы. Когда вы до­
бьетесь нужного результата, можете перенести схему с беспаечной
макетной платы на обычную макетную плату (под пайку), если со­
бираетесь пользоваться этой схемой в дальнейшем . В любом случае
не поленитесь дважды или даже трижды проверить монтаж, прежде
чем подавать на собранную вам и схему питание. Не стоит волно­
ваться - вы быстро приобретете опыт!

М иrал ка дл я велосипеда
В ы можете усовершенствовать собранную простую схему мигалки на од­
ном светодиоде, создав недорогую мигалку из нескольких светодиодов, кото­
рую можно использовать для повышения безопасности во время велосипедных
прогулок или даже во время бега трусцой в парке. Наконец, вы можете просто
носить такую мигалку на своей верхней одежде, что бы поразить воображение
друзе й и знакомых.
460

Ч АСТЬ 1 1 1

При м имаемся за электрон и ку всерьез

Взгляните на электрическую схему, представленную на рис. 1 7 .3 . Если не
считать нескольких до пол нительных резисторов и с ветодиодов на выходе
И МС таймера 5 5 5 и использования постоянного резистора вместо потенцио­
метра Rl , создается впечатление, что эта схема не отличается от схемы обыч­
ной мигалки на одном светодиоде, которую мы рассматривали в предыдущем
разделе. Так оно и есть ! Правда, поменял ись номиналы R l , R2 и CJ , т.е. но­
миналы ком понентов, которые определяют частоту импульсов, управляющих
миганием светодиодов.
+ 98

Рис. 1 7.3. Схема мигалки для велосипеда. Номиналы R 1, R2 и С 1 выбраны таким
образом, чтобы создать частую последовательность импульсов, управляющих
миганием светодиодов

Если мы хотим создать мигалку для велосипеда, то нужно, чтобы светодио­
ды мигали достаточно ярко и быстро - но не настолько быстро, что вы уже не
сможете отличить одно мигание от другого. Номинальные значения, указанные
ниже для Rl , R2 и Cl, позволяют генерировать импульсы с частотой, равной
примерно двум импульсам в секунду (2 Гц). Кроме того, рекомендую исполь­
зовать светодиоды повышенной яркости. Такие светодиоды подобны обычным
светодиодам за исключением того, что они помещены в прозрачные пластико­
вые корпуса, в результате чего яркость их свечения оказывается большей, чем
у обычных светодиодов.
В этой схеме м ы воспол ьзовались тем, что максимально допустим ый вы­
ходной ток ИМС таймера 555 составляет 200 мА. Как м ы вычислили в преды­
дущем разделе, ток, проходящий через один резистор и светодиод, составляет
порядка 20 мА. Соответственно, 8 штук светодиодов, включенных параллель­
но, будут потреблять суммарный ток около 1 60 мА, что несколько меньше, чем
максимально допустим ый выходной ток ИМС таймера 5 5 5 .

ГЛ АВА

1 7 Соэдание первых электронных устройств

4 61

ВНИМАНИЕ!

В ы можете задать вопрос, зачем нужно было использовать 8 резис­
торов, если можно было просто включить все светодиоды парал­
лельно и использовать один резистор большей мощности и меньше­
го сопротивления? Сделав так, мы повторили бы типичную ошибку
начинающих схемотехников. Дело в том, что у всех светодиодов в
открытом состоянии существует небольшой разброс внутренних
сопротивлений, вызванный особенностями технологического про­
цесса их изготовления . Поэтому при параллельном соединении не­
скольких светодиодов невозможно добиться, чтобы через каждый из
н их проходил оди наковый ток. В результате некоторые светодиоды
будут светиться ярче остальных. Но это еще полбеды ! Хуже всего
то, что ток, проходящий через эти светодиоды, может превысить
максимально допустимый. Чтобы не допустить этого, нужно повы­
сить номинал резистора, что уменьшит суммарный ток, проходящий
через светодиоды, и увеличит рассеиваемую резистором мощность,
ч то, в свою очередь, приведет к его нагреву. Поэтому мы и выбрали
схему с 8 резисторами. Сопротивление каждого такого резистора,
330 Ом, существенно больше, чем в нутреннее сопротивление свето­
диода в открытом состоянии. А раз так, то ток через светодиоды бу­
дет определяться номиналом этих резисторов и не будет зависеть от
внутреннего сопротивления открытого светодиода. О параллельном
соединении светодиодов можно прочитать в главе 4, "Соединяем все
вместе".
1

Ниже персчислены детали, которые понадобятся для сборки схемы мигалки
для велосипеда.
>>

462

Одна 9-вол ьтовая батарея с батарей ной колодкой.

>>

DA 7 : И МС таймера LMSSS (можно испол ьзовать отечественный а на­
лог КР 1 006ВИ 1 ).

>>

R 7 и R2: резистор номиналом 1 кОм, п ромаркирован н ы й корич не­
вой, черной и красной полосками .

))

RЗ-R 7 0: резисторы номи налом 330 Ом (оранжевый-оранжевый-ко­
ричневый).

>>

С 7 : электрол итически й (поляризован н ы й ) конденсатор емкостью
220 мкФ.

>>

С2: дисковый (керамический) неполя ризован н ы й конденсатор ем­
костью 0,01 мкФ.

»

HL 1 -HLB: светодиоды повышенной яркости л юбого цвета в корпусе
диаметром 5 мм.

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всер ьез

Если вы захотите изменить частоту мигания, попробуйте исnользовать дру­
гие величины Rl (или R2 или Cl) . Наnример, если для Rl и R2 исnользовать
резисторы номиналом 220 Ом (красный-красный-коричневый), то частота ми­
гания составит примерно 1 0 имnульсов в секунду ( 1 0 Гц). И не забудьте доба­
вить в эту схему выключатель для батареи, если решите сделать ее неразборной.

Л овим r ра б ителе й с помощ ь ю
свето ч у вст в ител ь но r о си r нал иэатора
На рис . 1 7.4 показана принципиальная схема светочувствительного сигна­
лизатора. Идея этого устройства nроста: сигнал тревоги включается при nояв­
лении света.
+ 98

Рис. 1 7.4. Электрическая схема светочувствительного сигнализатора

Основой этого светочувствительного сигнализатора является микросхема
таймера 5 5 5 , которая играет роль звукового генератора. Таймер 555 сконфигу­
рирован (как и ранее) как мультивибратор, а величины RЗ, R4 и Cl подбирают­
ся таким образом, чтобы создать выходную (на выводе 3) последовательность
имnульсов с частотой, лежащей в звуковом диапазоне (от 20 Гц до 20 кГц).

nодРОБНОСn1
ТЕХНИЧЕСКИЕ

Обратите внимание: вход сброса (вывод 4) таймера 555 не nодклю­
чен к nоложительному источ нику питания, как это было в схемах
мультивибратора на ми кросхеме таймера 5 5 5 , описанных выше в
этои главе . э то важное о б стоятел ьство, поскол ьку в случае, если
v

ГЛ АВА

17

Созда н и е первых электронных устройств

46 3

вход сброса подключен к положительному источ нику п итания,
таймер 555 будет продолжать генерировать им пульсы (а громкого­
воритель при этом п ищать) до тех пор, пока на эту схему подается
питание. Если же на вход сброса подается низкое напряжение, вну­
тренняя схема тактового генератора таймера 5 5 5 сбрасы вается, на
выходе (вывод 3) оказывается низкое напряжение и громкоговори­
тель молчит.
Таким образом, чтобы заставить таймер 5 5 5 выдавать звуковой сигнал толь­
ко при наличии света, нужно создать светочувствительный переключатель и
использовать его для управления входом сброса таймера 5 5 5 . Такой светочув­
ствительный переключатель реализован в виде пары "фоторезистор-транзис­
тор", как показано в левой части схемы на рис. 1 7.4.
Роль переключателя играет транзистор VTJ , который в какие-то моменты
времени проводит ток (открыт), а в какие-то моменты не проводит (заперт) .
(Чуть позже я расскажу, что именно управляет транзистором VТJ .) Ниже опи­
сано, как транзистор VТJ управляет входом сброса таймера 5 5 5 .
))



46 4

Коrда транзистор VT1 заперт, напряжение на выводе 4 сброса
таймера 555 становится низким.

))

При закрытом транзисторе ток через резистор R2 не течет, поэтому
падение на п ряжения на резисторе R2 равняется О В и н а п ряжение
в точ ке, где коллектор тра нзистора VT1 (т.е. вывод нижней п ра вой
стороны этого транзистора на рис. 1 7.4) п одкл ючен к вы воду 4 тай­
мера 555, также равно О В.

))

Коrда транзистор открывается, напряжение на выводе 4 сброса
таймера 555 становится высоким.

))

В гла ве 1 О, "Транзисторы - мастера на все руки'; вы видели, что, ког­
да тра нзистор находится в режиме насыщения, падение напряже­
ния на участке "коллектор-эмиттер" близко к нул ю. Поэтому в дан­
ной схеме напряжение на коллекторе транзистора VП будет близко
к 9 В, т.е. к напряжени ю источн и ка питания.

В каком именно режиме находится транзистор VТJ (нас ы щения,
т.е. открыт, ил и заперт, т.е. не проводит ток), зависит от того, ка­
кой ток проходит через базу (левый вывод) транзистора. Напряже­
нием на базе управляет делитель напряжения (подробнее о делителях напряжения можно прочитать в главе 6, "Подч иняемся закону
Ома"), который состоит из потенциометра Rl и фоторезистора PRJ .
Чтобы открыть транзистор VТJ, напряжение н а его базе (относи­
тельно общего провода) должно стать низким (подробнее о работе
РNР-транзистора можно прочитать в главе 1 1 , "Еще одна инновация :

Ч АСТЬ

111

П р и н и маемся за электронику всер ьез

интегральные микросхемы"). Когда свет слабый или вообще отсут­
ствует, сопротивление фоторезистора велико, поэтому напряжение
на базе транзистора VТJ близко к напряжению источника питания,
и транзистор заперт. Когда на фоторезистор попадает свет, его со­
противление снижается, напряжение на базе транзистора VТJ также
понижается и транзистор отпирается .
Главный вы вод из сказанного выше заключается в том , что светочувстви­
тельный сигнализатор может находиться в двух состояниях.

СОВЕТ

))

В темноте. Соп роти вление фоторезистора PR 1 очень высокое, по­
этому напряжение на базе транзистора VT1 также высокое, в резуль­
тате чего он заперт. Поскол ьку при этом ток через резистор R2 не
течет, на входе сброса 4 таймера 555 оказывается нулевое напряже­
ние. В результате таймер 555 не генерирует импул ьсы.

))

На свету. Сопротивление фоторезистора PR 1 низкое, поэтому нап ря­
жение на базе транзистора VТ1 низкое, в результате он открывается
и начинает п роводить ток через резистор R2, что при водит к повы­
шению напряжения на входе сброса 4 таймера 555. В резул ьтате тай­
мер 555 начинает генерировать импул ьсы, подавая звуковой си гнал
тревоги.

В ы можете отрегулировать чувствительность такого сигнализатора,
вращая ручку потенциометра (R l), что при водит к изменению ко­
эффициента деления напряжения, в резул ьтате че го для отп ирания
транзистора VТJ требуется больше (или меньше) света. В ы должны
решить , нужна ли вам высокая чувствител ь ность сигнализатора (т.е.
реакция на слабый свет) либо низкая чувствительность (т.е. реакция
на сильный свет).

С писок детале й , нео бходимых дя я с б орки
светочувствительного сигнали затора
Н иже приведен перечень деталей, которые понадобятся вам для сборки све­
точувствительного сигнализатора.
))

Одна 9-вольтовая батарея с батарейной колодкой.

))

ОА 7 : ИМС таймера LM555 (можно использовать отечественный а на­
лог КРl ООбВИ l ).

))

VП : Р N Р-транзистор 2N390б (можно испол ьзовать отечествен н ы й
а налог КТЗ l 07Б).

))

R 7 : потенциометр с сопротивлением 1 00 кОм.

))

R2: резистор номиналом 3,9 кОм (оранжевый-бел ы й-красн ый).

ГЛАВА 1 7 Создание первых электронных устройств

46 5

>>

RЗ: резистор номиналом 1 О кОм (коричневый-черный-ора нжевый).

»

С 1 , СЗ: дисковые (керамические) неnоляризованные конденсаторы
емкостью 0,01 мкФ.

»

С2: электролитический или та нталовый nоляризован н ы й конденса­
тор емкостью 4,7 мкФ.

»

8 Ом и мощностью 0,5 Вт.

»

»

R4: резистор номиналом 47 кОм (желтый-фиолетовый-оранжевый).

ВА 1 : электромагн итн ы й д и н а м и к с внутре н н и м соnроти влен ием
PR 1 : фоторезистор, наn ример отечествен н ы й сер и и ФСК (ФСК- 1 А)
либо л юбой другой, у которого темновое соn роти вление не менее
1 МОм. Поэксперименти руйте с разными тиnами фоторезисторов.
Наnример, более круnн ы й фоторезистор сделает наш сигнализатор
более чувствительным.

К ак заставить з тот си гнализатор
выполнять нужну ю вам функцию
Этот светочувствительный сигнализатор можно применить на практике не­
сколькими способами. Ниже я предлагаю в связи с этим ряд идей.

466

»

П оместите этот светочувствител ь н ы й сигнал изатор в кладовую,
где хра нятся n родукты nитания. Он nодаст звуковой с и гнал, когда
кто-н и будь п рони кнет в кладовую, чтобы nола комиться шоколад­
ным nеченьем. Позаботьтесь, чтобы ваши дети не ели слишком мно­
го сладкого - или nодайте им n ример и вообще не держите сладко­
го у себя дома! Когда дверь в кладовую открывается, в нее n роника­
ет свет, и звучит сигнал тревоги.

»

В ы работаете в своем га раже над сложным электрон н ы м устрой­
ством и не хотите, чтобы кто-либо из ваших близких п рони к туда без
вашего ведома? Поместите такой светочувствительн ый сигнализа­
тор в свой гараж, вблизи двери. Если кто-либо откроет дверь гаража
в дневное время, свет n рони кнет внутрь га ража и зазвучит сигнал
тревоги.

»

Создайте собствен ного "электронного nетуха'; который ста нет бу­
дить вас на рассвете. (Хотя для этой цели n роще восnол ьзоваться
обычным будильником, но это будет не так круто!)

»

Создайте систему оnовещения тиnа "Занято!" (наnример, в туалетной
комнате) . Для этой цел и звуковая сигнализация нам не nодходит.
Поэтому замените конденсатор С2 и динамик ВА 1 nоследовател ьно
соединенными резистором номи налом 330 Ом и светодиодом. Све­
тодиод загорится, когда фоторезистор обна ружит свет. Смонтируй­
те эту схему так, чтобы все детали (кроме светодиода) находились

ЧАСТЬ 1 1 1

П рин имаемся за электронику всерьез

в закрытой коробке, и установите ее внутри помещения. Разумеется,
фоторезистор нужно закрепить в коробке так, чтобы на него мог па­
дать свет через п роделанное в корпусе окошко. Светодиод вместе
с табл и ч кой, на которой будет за гораться надп ись "За нято': нужно
смонти ровать снаружи двери. Тогда, как тол ько кто-то включит свет
в туалетной комнате, снаружи двери загорится сигнал "Занято':

С ы r раем rамму "до мажор "
На рис . 1 7.5 представлена электрическая схема примитивной электронной
клавиатуры. Эта схема может показаться вам сложной, хотя на самом деле она
довольно проста - если, конечно, вы понимаете, как работает в качестве гене­
ратора импульсов микросхема таймера 5 5 5 .
Ниже приведен перечень деталей, которые понадобятся для сборки схемы,
которая умеет играть гамму "до мажор".
))

Одна 9-вольтовая батарея с батарейной колодкой .

))

DA 7 : ИМС таймера LMSSS (можно испол ьзовать отечествен н ы й а налог КР1 006В И 1 ).

))

R4, R 1 0: резисторы номиналом 2,2 кОм (красный-красный-красный).

))

R9: резистор номи налом 1 О кОм (коричневый-черны й-оранжевый).

))

R8: потенциометр с сопротивлением 1 О кОм.

))

R 7 : резистор номиналом 820 Ом (серый-красный-кори ч невый).

))

R2, RЗ: резисторы номиналом 1 ,8 кОм (корич невый-серы й-красный).

))

R5: резистор номиналом 1 ,2 кОм (корич невый-красный-красный).

))

Rб: резистор номи налом 2,7 кОм (красный-фиолетовый-красный).

))

R7: резистор номиналом З кОм (оранжевы й-черный-красный).

))

С 7 : дисковый (керамически й) неполя ризован н ы й конденсатор ем­
костью О, 1 мкФ.

))

С2: дисковый (керами ческий) неполяризова н н ы й конденсатор ем­
костью 0,01 мкФ.

))

СЗ: электрол итически й или танталовый поляризованный конденса­
тор емкостью 4,7 мкФ.

))

SA 7 -8: кнопоч ны й нормально разомкнутый переключатель без фик­
сации положения, который замыкает цеп ь при нажатии и размыкает
сразу п ри отпускании.

))

ВА 7 : электромагнитн ы й д и н а м и к с в нутренн и м соп роти влением

8 Ом и мощностью 0,5 Вт.
ГЛАВА 1 7

Создание первых электронных устройств

46 7

+ 98

Рис. 1 7.5. Электрическая схема примитивной музыкальной
клавиатуры с обозначениями переключателей и соответствую­
щих им нот, а также ручки настройки

Как следует из главы 1 1 , "Еще одна инновация : интегральные микросхе­
мы", и описания других устройств, представленных в настоящей главе, часто­
та импульсов, генерируемых на выходе таймера 5 5 5 , зависит от сопротивле­
ния двух резисторов и емкости конденсатора. Сопротивление резистора Rl О
и емкость конденсатора С 1 я вляются двумя из трех параметро в, от которых
зависит частота импульсов, генерируемых на выходе таймера 5 5 5 . Еще одним
468

ЧАСТЬ

111

П р и н и маем с я за электронику в с ерьез

параметром, от которого зависит частота импульсов, является сопротивление
резистора, включенного между выводами 7 и 2.
Нет такого правила, которое заставляло бы вас использовать между вывода­
ми 7 и 2 только один резистор. Суммарное сопротивление между этими двумя
вы водами определяет частоту импульсов, генерируем ых на выходе таймера
5 5 5 . В этой схеме используется набор из восьми кнопок, с помощью которых
выбираются резисторы так, чтобы суммарное сопротивление между выводами
7 и 2 позволяло генерировать частоту, соответствующую определенной ноте
музы кальной октавы. Резистор на R9 номиналом 1 О кОм используется в качес­
тве базового сопротивления, а потенциометр R8 на 1 О кОм используется для
подстройки частоты звучания всех нот в гамме. Добавочные резисторы Rl -R 7
используются для получения суммарного сопротивления, требуемого для гене­
рирования каждой отдельной ноты в гамме "до мажор".
Величины сопротивлений Rl-R 7 вычислены из такого расчета, чтобы по­
лучить правильные частоты. Например, частота ноты "ля" в равнотемпериро­
ванном строе составляет 440 Гц. Сопротивление между выводами 7 и 2, необ­
ходимое для того, чтобы получить последовательность им пульсов с частотой
440 Гц, равняется примерно 1 5 , 1 кОм . (Вы можете вычислить это сопротив­
ление самостоятельно, воспользовавшись приведеиной в главе 1 1 , "Еще одна
инновация : интеграл ьные микросхемы", формулой для определения частоты
последовател ьности им пульсов, вырабатываемой таймером 5 5 5 , который ра­
ботает в режиме нестабильного мультивибратора.) Нажав кнопку SАЗ, вы под­
ключите между выводами 7 и 2 ИМС таймера последовател ьно соеди ненные
резисторы R9, R8, Rl и R2. (Обязательно проследите весь путь тока в этой цепи
и убедитесь в том , что суммарное сопротивление между вы водами 7 и 2 явля­
ется именно таким , как указано выше.) Суммарное сопротивление последо­
вател ьно соединенных резисторов R9, Rl и R2 составляет 1 2,6 кОм . К нему
добавляется еще сопротивление потенциометра R8 на 1 О кОм и вся эта цепь
подключается к выводам 7 и 2 ИМС таймера. Если ваша схема настроена над­
лежащим образом (путем регулировки потенциометра с одновременным ис­
пользован ием камертона или хорошо настроенного фортепиано), то величина
сопротивления потенциометра в этом случае должна составить приблизитель­
но 2,5 кОм. (Не забывайте, что номинальное сопротивление резистора, указан­
ное на его корпусе, может отличаться от его фактического сопротивления на
вел ичину допуска, поэтому величина сопротивления потенциометра в вашем
случае может оказаться несколько больше или меньше, чем 2,5 кОм.)
Соберите схему этой прим итивной электронной клавиатуры и испытайте ее
в действии ! В ы можете сыграть на ней гам му "до мажор" и, может быть, даже
начало какой-нибудь популярной мелодии . Со временем вы придете к выво­
ду, что вам нужно больше нот, например диезы и бемоли (соответствующие
ГЛАВА

17

Соэдание п ервых электронных устройств

46 9

черным клавишам на фортепиано) или ноты за пределами одной октавы. З ная
богатые во з можности микросхемы таймера 5 5 5 , соединяя последовательно ре­
з исторы, з амыкая и раз м ыкая соответствующие цепи посредством кнопочных
переключателей, вы можете усовершенствовать эту примитивную электрон­
ную клавиатуру, создав что-то наподобие электронного мини-пианино.

О тп у r и ваем нехоро w и х парне й
с помощью сирены
Если вы не носите полицейскую форму (настоящую, а не поддел ьную), то
не имеете права арестовать нехороших парией, когда з авоет сирена, которую
вы со здадите, повторив устройство, электрическая схема которого представ­
лена на рис. 1 7.6. Но эта сирена воет по-настоя щему и вы з апросто можете
испол ьзовать ее для тревожной сигнали з ации в случае, если кто-либо попы­
тается влом иться к вам в дом с цел ью похищения ценных бумаг, фам ильных
драгоценностей, коллекции редких записей Фрэнка Синатры или чего-нибудь
другого в этом роде.
+ 98

R2

4 7К

Рис. 1 7.6. Электрическая схема на двух ИМС таймера 555, имитирующая
вой полицейской сирены

С писок детале й , нео бходи мых для с б орки
электрическо й схемы си рены
Для сборки электрической схемы сирены на основе двух ИМС таймера 5 5 5
понадобятся nеречисленные ниже детали.
470

Ч АСТЬ

111

П р и н и маемся за электронику всер ьез

>>

Одна 9-вол ыовая батарея с батарейной колодкой.

»

DA 1, DA2: ИМС таймера LMSSS (можно использовать отечественн ы й
а налог КР 1 006ВИ 1 ).

»

R 1 , RЗ: резисторы номи налом 2,2 кОм (красный-красный-красный).

»

R4: потенциометр сопротивлением 1 00 кОм.

»

R2: потенциометр сопротивлением 47 кОм.

»

С 7 : электрол итический (поляризова н н ы й ) конденсатор емкостью
47 мкФ.

»

С2: дисковый (керамический) неполя ризова н н ы й конденсатор ем­
костью 0,01 мкФ.

»

СЗ: дисковый (керамически й) неnоля ризова н н ы й конденсатор ем­
костью О, 1 мкФ.

»

С4: электролитически й или та нталовы й (nоля ризован н ы й ) конден­
сатор емкостью 4,7 мкФ.

»

ВА 1 : электрома гнитн ы й д и н а м и к с в нутрен н и м соп роти влением
8 Ом и мощностью 0,5 Вт.

К ак ра б отает сир ена
В этой электрической схеме (см . рис. 1 7.6) исnол ь зуются две микросхемы
таймера 555. Оба таймера 5 5 5 работают как нестабильные мультивибраторы,
т.е. наnряжение на их выходах nостоянно меняется : низкое - высокое - низ­
кое - высокое и т.д. Эти два таймера работают на разных частотах. Микро­
схема таймера DA2, nоказанная на рис. 1 7.6, справа, является звуковым гене­
ратором, вырабатывающим на своем выходе (вывод 3) тон звуковой частоты.
(Человек сnособен слышать частоты в диаnазоне nриблизител ь но от 20 Гц до
20 кГц.) Если бы в этой электрической схеме исnользовалась только микросхе­
ма таймера DA2, nоказанная сnрава, то громкоговоритель, nодключенный к ее
выходу, издавал бы лиш ь однотонный звук. Но в нашем случае микросхема тай­
мера DA2 работает совместно с микросхемой таймера DAJ, nоказаиной слева.
Таймер DA 1 , nоказанный слева, работает на более низкой частоте, чем тай­
мер DA2, и исnользуется для модуляции (изменения частоты) сигнала, изда­
ваемого таймером DA2. Сигнал на выводе 2 таймера DA J nредставляет собой
медленно возрастающее и nонижающееся n илообразное наnряжение, которое
nодается на вывод 5 микросхемы DA2, nоказаиной сnрава.

ПХНИЧЕСКИЕ

подю&ноеtи

Вообще говоря, можно было бы ожидать, что сигнал на выводе 3 ми­
кросхемы DA J, nоказаиной слева, будет исnол ь зоваться для заnус­
ка таймера DA2, nоказаинога сnрава. Как указывалос ь в главе 1 1 ,
"Еще одна инновация : интегральные микросхемы", именно с вывода
ГЛАВА

17

Создание первых электронных устройств

471

3 микросхемы 5 5 5 снимаются выходные прямоугольные импульсы
(перемежающиеся высокий и низкий уровни напряжения), которые
представляют наибольший интерес для пользователей таймера 5 5 5 .
О т нашей сирены мы стремимся добиться более интересного звука,
используя другой сигнал, снимаемы й с вы вода 2, для запуска вто­
рой микросхемы таймера 5 5 5 DA2. Сигнал на вы воде 2 микросхемы
DA J , показа иной слева, медленно повышается и понижается по мере
заряда и разряда конденсатора CJ. (В главе 7, "Начал ьные сведения
о конденсаторах", объясняется, как заряжается и разряжается кон­
денсатор.) Это повышающееся и понижающееся напряжение на кон­
денсаторе инициирует появление непрерывной последовательности
и мпульсов на выходе 3 микросхемы 5 5 5 DA J , которую мы в данном
случае не испол ьзуем. Подавая напряжение с этого конденсатора
(с вывода 2 микросхемы DA J , показаиной слева) на у правляющий
вход 5 микросхемы 5 5 5 DA2, показаиной справа, вы тем самым бло­
кируете ее внутреннюю схему запуска. В место нее испол ьзуется
внешний изменяющийся во времени сигнал запуска, который обес­
печи вает плавное изменение частоты зву ка, издаваемого наше й
сиреной.
Изменяя сопротивление двух потенциометров, R2 и R4, можно изменить
частоту генерирования звука и скорость ее изменения. Регулируя сопротивле­
ние этих двух потенциометров, можно заставить сирену каждый раз звучать
по-разному. Эта схема может работать в широком диапазоне напряжений пита­
ния - от 5 до 1 5 В. Для питания этого устройства можно использовать попу­
лярную 9-вольтовую батарею типа "Крона", которую мы включили в приведен­
ный выше перечень деталей для сборки электрической схемы сирены.

Ко н струирование усилителя н изки х
частот с ре гулятором г ро м кости
З аставьте свои электронные устройства звучать на полную мощность, со­
брав небольшой усилитель низкой частоты (УНЧ) на основе недорогих дета­
лей, таких как ИМС LM386 (ее отечественный аналог - КР 1 43 8УН2), кото­
рые можно найти практически в любом магазине электронной техники (как в
обычном, так и в интернет-магазине). Этот УНЧ выполняет усиление сигналов
от микрофонов, звуковых генераторов и многих других источников звуковых
сигналов.

472

Ч АСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электронику всер ьез

На рис. 1 7 .7 nредставлена электрическая схема этого устройства, которая
состоит всего из 1 О деталей и батареи. Этот усилитель может работать в широ­
ком диаnазоне наnряжений n итания - от 5 до 1 5 В . Я рекомендую исnользо­
вать для его nитания nоnулярную 9-вольтовую батарею тиnа "Крона".
+ 98

Рис. 1 7. 7. Электрическая схема УНЧ

Н иже nриведен nеречень деталей, которые nонадобятся вам для создания
этого устройства.
)) Одна 9-волыовая батарея с батарей ной колодкой.
))

DA 1 : усил ител ь мощности LM386 и л и его отечествен н ы й а налог
КР1 438УН2.

))

R 1 : потенциометр с сопротивлением 1 О кОм.

))

R2: резистор номиналом 1 О Ом (коричневый-черный-оранжевый).

))

С 7 : электролити ческий ил и танталовый поля ризован н ы й конденсатор емкостью 1 0,0 мкФ.

))

С2: дисковый (керамически й) неполяризова н н ы й конденсатор ем­
костью О, 1 мкФ.

))

СЗ, С4: электролитические (пол яризова н ные) конденсаторы емкос­
тью 1 0 мкФ.

))

С5: дисковый (керамически й) неполяризова н н ы й конденсатор ем­
костью 0,047 мкФ.

))

С6: электролити ческий (поля ризова н н ы й ) конденсатор емкостью
220 мкФ.

))

ВА 7 : электромагн итн ы й д и н а м и к с внутре н н и м сопроти влен ием
8 Ом и мощностью 0,5 Вт.

ГЛАВА

17

Соэдание первых электронных устройств

473

Собрав схему, подключите к ее входу какой-либо источник сигнала, напри­
мер электретный микрофон компании RadioShack, серийный номер изделия 270-092 (для него требуется отдельный источник питания постоянного тока).
Обязательно подключите общий провод источника сигнала к общему прово­
ду УНЧ. Основой этой схемы служит ИМС усилителя низких частот LM386.
Ниже описаны функции других частей этой схемы.
»

Конденсатор С 1 я вляется развязывающим и п репятствует п рохож­
ден и ю постоя нного тока из п редыдущего каскада на вход устрой­
ства. В качестве источ н и ка входного си гнала можно испол ьзовать,
например, з вуковой генератор, аудиоплеер или ка кое-то другое
устройство. В списке используемых деталей рекомендуется испол ь­
зовать в качестве С 1 конденсатор емкостью 1 О мкФ. Впрочем, вы мо­
жете п рименить и конденсатор емкостью О, 1 мкФ ил и даже вообще
удалить его из схемы и посмотреть, что из этого получится.

))

Резистор R 7 я вляется потенциометром, который используется для
регул и ровки громкости . Сред н и й в ы вод (движо к) этого потен­
циометра подключается ко входу 3 И МС LM386. При этом оди н из
кра й н и х в ы водов п отенциометра подкл ючается к конденсатору
С 7, а другой - к общему п роводу. Если вам не нужно регул ировать
громкость звука, удал ите резистор R 7 из схемы и подкл ючите отри­
цательный полюс конденсатора С7 п рямо к выводу 3 ИМС LM386.

))

Конденсаторы С2 и С4 я вляются шунтирующими, которые изол иру­
ют внутренние схемы усилителя LM386 от в ысокочастотных помех,
п а разитных наводок от источн и ка питания (удаля ют п иск и фон пе­
ременного тока) и резких бросков напряжения.

))

))

Конденсатор СЗ повы шает коэффи циент усиления ИМС LM386 с 20
(без СЗ) почти до 200. (Обратите внимание: эта информация взята
непосредственно из технической спецификации для LM386.)

Конденсатор Сб удаляет постоя нную составля ющую тока на выходе
LM386, в результате чего на динамик подается только аудиосигнал.

))

Пара "резистор-конденсатор" R2-CS п репятствует возни кновени ю
nаразитн ых высокочастотных колебан и й (самовозбужден и ю усили­
теля).

Эта простая схема представляет собой полноценный компактный усилитель
низкой частоты. Чем более качественный микрофон и динамик вы используете,
тем лучше будет звучание этого усилителя !

COIIEТ

474

Поп ытайтесь подключить ко входу этого усилителя свой портатив­
ный музыкальный плеер. Отрежьте провода со штекером от своих
старых наушников, которыми вам не жалко пожертвовать, зачистите
ЧАСТЬ

111

П р и н и маемся за электрон и ку всер ьез

изоляцию проводов и определите, какой из н их используется для пе­
редачи сигнала, а какой подключается к общему проводу. Затем под­
ключ ите сигнальный и общий провода к соответствующим входам
усилителя, вставьте штекер в гнездо своего музыкального плеера и наслаждайтесь музыкой!

ТЕХНИЧЕСКИЕ

nодРО6ности

Если вы хотите понаблюдать, как возникают наводки в чувствитель­
ных схемах, уберите конденсаторы С2 и С4 (но не ставьте вместо
них перемычки ! ) и испытайте свой усилитель в действии. В ы наверняка услышите немало скрежета и треска.

С о зда ние з фф екта б е rущи х о r не й
Если вы являлись поклонником телесериала Knight Rider ("Рыцарь дорог"),
которы й пользовался большой популярностью в 1 980-е годы, то, наверное,
помните бегущие огни на решетке радиатора автомобиля КIП Саг. В этом раз­
деле я продемонстрирую вам два варианта бегущих огней, в каждом из кото­
рых используются лишь две недорогие ИМС и несколько других детале й . В ы
можете собрать любую и з этих двух схем. Схема "Бегущие огни- \ " должна п о ­
казаться вам несколько понятнее второй схемы. Схема "Бегущие огни-2" чуть
сложнее - впрочем, и создаваемый ею эффект выглядит круче.
Перечень деталей для этих двух схем практически одинаков. Н иже приве­
ден основной список деталей, в котором приведены обозначения элементов на
электрических схемах, представленные на рис. 1 7.8 и 1 7.9.
>>

Одна 9-волыовая батарея с бата рейной колодкой.

>>

DD 1 : десяти ч н ы й КМОП счетч и к 401 7 (отечествен н ы й а н алог -

»

R 1 : потенциометр сопротивлением 1 МОм.

>>

DA 1 : ИМС таймера LMSSS (отечественный а налог - КР1 ООбВИ 1 ) .
К56 1 И Е8).

»

R2: резистор номиналом 47 кОм (желтый-фиолетовый-оранжевы й).

»

RЗ: резистор номиналом 330 Ом (оранжевый-оранжевый-кори чневый).

»

С 1 : дисковый (керамический ) неполяризован н ы й конденсатор ем­
костью О, 1 мкФ.

»

С2: дисковый (керамический) неполяризова н н ы й конденсатор ем­
костью 0,0 1 мкФ.

Помимо этого основного списка деталей, в схеме "Бегущие огни- 1 " исполь­
зуются перечисленные ниже детал и.
ГЛАВА

17

Создание первых эле ктронных устройств

475

))

HL 1 - HL 1 0: светодиоды любого размера и цвета.

А в схеме "Бегущие огни-2" дополнительно используются перечисленные
ниже детали .
))

HL 7- HL2: светодиоды любого размера и цвета.

))

VD 1-VDB: диоды 1 N4 1 48 (отечественный а налог - КД522Б).

Сб орка схемы 11 Б е r ущие о r н и -1 "
Электрическая схема устро йства "Бе гу щие огни- 1 " представлена на
рис. 1 7 . 8. В этой конструкции каждый из 1 О светодиодов будет загораться по­
следовательно, один за другим (иными словами, 1 -2-3-4-5-6-7-8-9- 1 0), причем
эта последовательность будет непрерывно повторяться (пока на цепь будет по­
даваться п итание).
+ 98
00 1 40 1 7
( К56 1ИЕ8)

Q1
14
13

CN
СР

HL 1 -HL 1 0
АЛ307Б

2

4
Q2
QЗ 7
Q4

10

1
Q5

Qб 5

Q7

6

9
Q8
Q9

11

R3
330

1

Рис. 1 7.8. Электрическая схема устройства "Бегущие огни- 1 "

476

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электро н и ку всерьез

ВНИМАНИЕ!

Десятичный счетчик 40 1 7 и другие микросхемы, изготовленные по
технологии КМОП, очень чувствительны к статическому электриче­
ству ! Вы легко можете их сжечь при одном только случайном при­
косиовении к выводам . Поэтому, прежде чем присту пить к работе
с КМОП ИМС 40 1 7, обязательно примите соответствующие меры
предосторожности, например наденьте антистатический браслет,
описанны й в главе 1 3 .

Управление огнями
Электрическая схема устройства "Бегу щие огни- 1 ", представленная на
рис. 1 7 .8, состоит из двух частей.
))

Мозг. ИМС таймера LM555, показанная слева на этой электричес­
кой схеме, я вляется ядром первой части. Она работает в режиме
нестабил ьного мультивибратора, или генератора п рямоугольных
им пул ьсов (подробнее об этом можно п рочитать в гла ве 1 1 , "Еще
одна ин нова ция: и нтеграл ьные микросхемы"). ИМС таймера LM555
вырабатывает на своем вы воде 3 последовател ьность п рямоуголь­
ных импульсов, ч астота которых изменяется с помощью потенцио­
метра R 1 .

)) Тело. Вторая часть, показанная спра ва на этой электри ческой схе­
ме, содержит ми кросхему десятич ного КМОП счетчи ка-дешифрато­
ра 40 1 7, п ри чем к каждому из 1 О ее выводов подключен светодиод.
Как я уже объясняла в гла ве 1 1 , "Еще одна и н новация: и нтегральные
ми кросхемы'; при поступлени и очередного запускающего импул ь­
са на вход 1 4 значение счетч и ка будет каждый раз увел и ч и ваться
на еди н и цу от О до 9. При этом на соответствующем выходе QO-Q9
поя вится логическая еди н и ца . Учтите, что выходной си гнал будет
поя вляться на вы водах ми кросхемы не в строгой последовател ь­
ности п роти в часовой стрел ки, ка к нумеруются вы вод ы . Чтобы
оп ределить, в ка кой именно последовател ьности это п роисходит,
ознакомьтесь с цокалевкой микросхемы. Резистор RЗ огран и ч и вает
вел ич и ну тока, п роходя щего через тот светодиод, который а кти ви­
зирован в данн ы й момент времени.
))

Подключение. Очередной с ветодиод будет за гораться в тот мо­
мент, когда на входе 1 4 м икросхемы 40 1 7 поя вится за пуска ющи й
импул ьс, подающийся с выхода 3 микросхемы та ймера 5 5 5 . М и к­
росхема 40 1 7 подкл ючена та ким образом, чтобы она работала в
режиме непреры вного счета импул ьсов (циклически от О до 9) до
тех пор, пока на схему подается п итан ие. Регули руя соп ротивление
потенциометра R 1 , можно менять скорость, с которой за гораются
и гаснут светодиоды в схеме.
ГЛ АВА

1 7 Создание первых эле ктронных устройств

471

Компоновка светодиодов
Чтобы исnытать устройство "Бегущие огни- 1 " в действии, соберите его на
бесnаечной макетной плате. Если вы собираетесь сделать схему неразборной,
подумайте над тем, как и в каком nорядке должны быть расnоложены светоди­
оды на печатной плате. Например, чтобы достичь разных световых эффектов,
nопробуйте nеречисленные ниже варианты их комnоновки.
))

Расположите все светодиоды в один ряд в той последователь­
ности, в какой они эажиrаются. Огни будут непрерывно догонять
друг друга, двигаясь в одну или в другую сторону.

))

Расположите светодиоды в один ряд снаружи внутрь так, чтобы
они чередовались. Подключите светодиоды таким образом, чтобы
nоследовательность начиналась снаружи и п родвигалась внутрь.

))

Расположите светодиоды по окружности, чтобы они эажиrа­
лись по часовой стрелке или против часовой стрелки. В этом
случае карти на беrущих огней будет напоми нать колесо рулетки .

))

Расположите светодиоды в форме сердца. Этот вариант распо­
ложения светодиодов можно исnол ьзовать для nриготовления уни­
кального подарка ко дню Святого Валентина.

Сб орка схемы " Б егущие о г н и -2 "
На рис. 1 7.9 nредставлен еще один сnособ сборки схемы бегущих огней. Ле­
вая сторона схемы "Бегущие огни-2" такая же, как левая сторона схемы "Бегу­
щие огни- 1 ", т. е. "мозги" обеих этих схем работают одинаково. Правая сторона
схемы "Бегущие огни-2" nостроена таким образом, чтобы светодиоды зажи­
гались nоследовательно от HL J до НLб, а затем - в обратном направлении,
от НLб до HL J . Картина nоследовательно зажигающихся светодиодов в этом
случае выглядит так: 1 -2-3-4-5-6-5-4-3-2. Регулируя потенциометр Rl, можно
менять скорость, с которой загораются и гаснут светодиоды в этой двунаправ­
ленной последовательности.

пхничккиЕ

nОДРО&НОСТИ

478

Обратите внимание, что каждый из внутренних светодиодов HL2HL5 подключен к двум выходам микросхемы десятичного счетчика
40 1 7 через диоды . Такая схема nодключения позволяет два раза зажечь эти светодиоды в течение одного цикла счета от 0 до 9 . Диоды,
nодключенные к каждому выводу ИМС, нужны для того, чтобы ток
не мог проходить обратно в микросхему 40 1 7. (В главе 9, "Погру­
жаемся в мир диодов", объясняется, что диоды выnолняют по от­
ношению к электрическому току функцию, аналогичную запорно­
му клаnану в водоnроводной трубе.) Например, когда на выводе 5

Ч АСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за 3лектрони ку всер ьез

микросхемы 40 1 7 появляется высокое напряжение, ток проходит от
него через диод VD8 к светодиоду HL5 и зажигает его . При этом
диод VD7 заперт и препятствует прохожден ию тока обратно в ми­
кросхему 40 1 7 через вывод l О.
+ 98
00 1 40 1 7
(К56 1 ИЕ8)

..--------, 6
1

oo�3L-���--��
r-Гcc�r��cJOo
QI F-2--��--.

1 f-3+------J
09 �1'-1
02 F4--��-,

.------..:1�4 CN
13

08

СР

03

07

04

9
7

6
10

Об 5

8

05

1

Рис. 1 7. 9. Электрическая схема устройства "Бегущие огни-2"

К расн ы й , желты й , з елен ы й - раз -д ва -три !
В этом разделе я покажу вам, как использовать таймер LM5 55 и микросхему
десятичного счетчика-дешифратора 40 1 7 (еще раз ! ) для сборки модели свето­
фора, управляющего игрушечным дорожным движением . Электрическая схема
модели светофора представлена на рис. 1 7. 1 О. Н иже приведен перечень дета­
лей, используемых для сборки этой схемы.
»

>>

Одна 9-волыовая бата рея с батарейной колодкой.
DA 1 : ИМС таймера LMSSS (отечественный а налог KP l 006ВИ 1 ) .

ГЛ АВА 1 7

Соэда н и е первых электронных устройств

479

+ 98
00 1 40 1 7
(К56 1 ИЕВ)
16

C:ТjDC
14
13

QО З

Ql 2
Q2

CN

V0 1 - V0 1 0
КД522Б

4

Q3 7

СР

Q4

QS

HL 1 АЛ307Б
(красный)

НL2 АЛ30 7Д

10
.. (желтый)
.
F�М...---+-*1

Qб 5

6
Q 7 f'---+oooo?t-+-+-*-.. (зеленый)

НLЗ АЛ3078

QB 9

8

Q9

11

Рис. 1 7. 1 О. Электрическая схема модели светофора, управляющего игрушечным
дорожным движением
))

00 7 : десяти ч н ы й КМОП-счетчи к 40 1 7 (отечествен н ы й а налог К56 1 И Е8) .

480

))

R 7 : потенциометр соп ротивлением 1 00 кОм.

))

R2: резистор ном и налом 22 кОм (красный-красный-ора нжевый).

))

R 3 : резистор номи налом 330 Ом (оранже в ы й-ора нжевы й-корич­
невый).

))

С 7 : электрол итический (пол я ризова н н ы й ) конденсатор емкостью
1 00 мкФ.

))

С2: д и с ко в ы й (керам и ч ески й ) н е п ол я р и зова н н ы й конденсато р
емкостью 0,01 мкФ.

))

HL 7 : красный светодиод л юбого типа и размера, нап ример АЛ307Б.

))

HL2: желтый светодиод л юбого типа и размера, например АЛ307Д.

))

НLЗ: зеленый светоди од л юбого ти па и размера, например АЛ307В.

))

VD 7- VD 1 0: диоды 1 N41 48 (отечественн ы й а налог - КД522Б).

ЧАСТЬ

111

П р и н и маемся за электрони ку всерьез

C08Ef

В схеме, представленной на рис. 1 7. 1 О, можно обойтись и без диода
VD5, подключенного к выводу 1 О ИМС таймера 5 5 5 . Однако этот
диод понадобится нам для некоторых экспериментов с этой схемой,
которые я опишу ниже, поэтому вам, наверное, следует с самого на­
чала включ ить в эrу схему диод VD5.

Микросхема таймера LM5 5 5 в нашей схеме по-прежнему используется в
режиме нестабильного мультивибратора, генерирующего на выходе 3 низко­
частотную последовательность прямоугольных и мпульсов. Обратите внима­
ние, что емкость конденсатора С 1 составляет 1 00 мкФ, т.е. гораздо больше,
чем емкость конденсатора CJ, который использовался для управления схемами
бегущих огней, описанными в предыдущем разделе. Чем больше емкость это­
го конденсатора, тем больше времени требуется для его заряда и тем бол ьше
времени требуется, чтобы запустить м икросхему 5 5 5 , подав на вывод 2 высо­
кий уровень напряжения. Таким образом, частота импул ьсов, генерируемых
на выходе таймера 555 (вы вод 3), оказывается гораздо меньшей, чем в схемах
бегущих огней.
Регулируя сопротивление потенциометра (R J ), вы можете изменять период
генерируемых таймером импульсов. Однако, nоскольку сопротивление этого
потенциометра меньше сопротивления потенциометра, который использовался
в схемах бегущих огней, период импульсов будет меняться в меньш их пре­
делах. Длительность одного nериода (т.е. время, которое требуется для фор­
мирования одного полного импульса на вы воде 3 микросхемы таймера 5 5 5 )
в данном случае может находиться в пределах от 3 до 1 О с .



Кажды й синхронизирующий импульс, появляющи йся н а выходе 3
микросхемы таймера 5 5 5 , вызывает увеличение на единицу значе­
ния десятичного счетчика DDJ . Поэтому на каждом из 1 О выходов
этой ИМС высокий уровень наnряжения возникает поочередно через 3- 1 0 с (в зависимости от величины сопротивления Rl). Посколь­
ку nервые четыре выхода QO-QЗ микросхемы 40 1 7 (выводы 3 , 2, 4
и 7, именно в такой последовательности) подключены через диоды
к красному светодиоду (HLJ), этот светодиод будет гореть на протя­
жении первых четырех синхроимпульсов, полученных от микросхе­
мы таймера 5 5 5 . Пятый выход Q4 микросхемы 40 1 7 (вывод 1 0) под­
ключен к желтому светодиоду HL2, который будет гореть тол ько на
протяже нии пятого синхроимпульса. Поскольку выходы Q5-Q9 (т.е.
с шестого по десятый включител ьно, выводы 1 , 5 , 6, 9 и 1 1 , именно
в такой последовательности) микросхемы 40 1 7 подключены через
диоды к зеленому светодиоду НLЗ, последний будет гореть на протя­
жении пяти последующих синхроимпульсов (с шестого по десяты й
ГЛАВА 1 7 Соэдание первых 3лектронных у с трой с тв

481

включительно). Затем описанн ы й цикл повторяется вновь и вновь.
На рис. 1 7. 1 1 по казана временная диаграмма работ ы светофора.
Оди н и м пул ьс
с п�риощ>м Т

+и .... :

:

В ыход З
таймера 555

08
-

Красн ый
с в етодиод LED 1

Желт ый
с в етодиод LED2

___.П...__

_
_

1
1
1

;..--

__

L

Зелен ы й
с в етодиод LEDЗ

Рис. 1 7. 1 1 . Последовательность синхроимпульсов с микросхемы таймера 555
заставляет десятичный счет чик-дешифратор 40 1 7 поочередно включать
красный, желтый и зеленый светодиоды в соответствии с заданной временной п оследовательностью

Н иже описано несколько экспериментов, котор ые вы можете провести со
схемой модели светофора.

482

>>

И3мените продолжительность желтого и 3еленого света. Отсо­
едините катод (отри цательный пол юс) диода VD6 от светодиода НLЗ,
а затем подключите его (т.е. катод диода 06) к аноду светодиода HL2.
Теперь желтый светодиод будет гореть на п ротяжении двух си нхро­
импул ьсов вместо одного, а длительность зеленого света уменьшит­
ся до четырех импульсов (вместо пяти).

>>

Добавьте еще один желтый цвет после 3еленого. В реальных све­
тофорах после зеленого света перед красным должен снова зажи­
гаться желтый свет. Чтобы реал изовать такую последовател ьность

ЧАСТЬ 1 1 1

П р и н и маемся за электрон и ку всер ьез

в нашей модели светофора, отключите катод диода VD 1 О от светоди­
ода НLЗ, а затем подкл ючите его к аноду светодиода HL2. Теперь по­
следний синхроимпульс в последовательности из десяти импульсов
заста вит зажечься желтый светодиод.
))

))

))

И3мените скорость работы модели светофора. Замените С 7 кон­
денсатором емкостью 47 мкФ. Вся наша времен ная последователь­
ность должна после этого сократиться наполовину. Как альтернатив­
н ы й ва риант поп ытайтесь испол ьзовать разные ном и налы резис­
тора R2 или потенциометр R 1 с ка ким-л ибо другим сопроти влени­
ем. (Соответствующие временные уравнения приведен ы в гла ве 1 1 ,
"Еще одна и н новация: интегральные микросхемы".)
Со3дайте мигающий желтый свет (такой вариант обычно вклю­
чается ночью, когда движение невелико). Уберите из схемы крас­
н ы й HL 1 и зеленый НLЗ светодиоды. В результате вы, по сути, отклю­
чите выходы QO-QЗ и Q5-Q9 микросхемы 401 7. Теперь подключите
желтый светодиод HL2 вместо зеленого. Замените С 1 конденсатором
емкостью 4,7 мкФ. Ваше устройство должно включать и в ы кл ючать
желтый свет с периодичностью от 0,5 до 5 с в зависимости от сопро­
тивления потенциометра R 1 . Разумеется, такая схема сродни пальбе
из пушки по воробьям. Для того чтобы добиться такого же эффекта,
вам вовсе необязательно пол ьзоваться десятичным счетчиком 40 1 7,
вполне можно обойтись одной микросхемой таймера 555 плюс не­
сколькими резисторами и конденсаторами .

Замен ите потенциометр R 7 постоянным ре3истором. Есл и вас
устраивает какая-то определенная времен ная последовательность
и вы хотите собрать неразборную схему, то нет н и ка кой необходи­
мости в использован и и громоздкого потенциометра.

Возможно, у вас есть маленькие дети, которым понравится собранная схема
модели светофора, управляющего дорожным движением. Они могли бы ис­
пользовать ее вместе со своими игрушечными автомобилями. Опробуйте эту
схему сначала на беспаечной макетной плате, поэкспериментируйте с ней, вы­
берите такой вариант ее работы, который подходил бы вашим маленьким поль­
зователям, а затем спаяйте неразборную схему и поместите ее в маленькую
симпатичную коробочку с тремя отверстиями для светодиодов. Эту коробочку
можно закрепить на каком-либо подоби и штатива или подвесить на крючке.
Если вы действительно создадите такое устройство, не забудьте снабдить его
выключателем, с помощью которого можно будет включать и отключать пита­
ние светофора.

ГЛАВА

17

Создание первых электронных устройств

48 3

Вел и к , , л е п н ы е
д еся тки

В ЭТОЙ ЧАСТИ ...
)) Расширяем св о и по з нан и я в о бласти электр о ники
»

П опо лн ение " электр о нн о го арсенала " б о лее
со верш енными измерительными п риб о рами
и системами м о делир о ван и я ра б оты схем

)) М еста, где м о жн о п ри о брести электр о нные
к о м п оненты и инструменты

Гл а ва

18

Де сят ь на п р а в л е н и й
д ля д ал ь н е и ш е го
и эу ч е н ия зл е ктр о н и к и
v

1

В

ЭТО Й ГЛ А В Е . . .

)) Поп робуйте свои силы в использова н и и наборов для
конструи рова н ия готовых электрон ных устройств
ил и в повторе н и и схем, созда н н ы х другими
радиол юбителя ми
)) Попол н ите свой а рсенал новыми и соверше н н ыми
изме рител ьн ы ми п риборами и средствами
модел ирова н ия работы схем
)) Изуч ите ос н овы устройства комп ьютера
)) Ознакомьтесь с п р и нципами работы п рограмми руемы х
микро контроллеров и одноплатных комп ьюте ров

и

так, готовы л и вы к практи ческому применению
новоприобретенных знаний в области электрони­
ки? Хотите л и вы рас ш ирить с вои горизонты и
приступить к созданию программируемых электронных
устройств? В этой главе я предлагаю вам целы й пере ­
чень идей , которы е расширят ваш опыт в области элек­
троники.

П оиск злектрически х схе м , подходящи х
дл я п ра кт и ческои реал иза ции
v

В Интернете можно найти тысячи идей в области электроники. Воспользуй­
тесь своей любимой поисковой системой для тематического поиска устройств,
которые представляют для вас особы й и нтерес. В качестве ключевой фразы
можно, например, задать схемы простых усzщителей низкой частоты или схе­
мы на основе тайwера 555. В результате вы получите буквально тысячи идей,
причем некоторые из них будут включать исчерпывающие описания, соответ­
ствующие электрические схемы и даже шаблон ы для изготовления печатных
плат. Или выберите какую-либо идею той или иной схемы и посмотрите, есть
ли в И нтернете что-нибудь подходящее для вас. Задав, например, в качестве
ключевой фразы схема дверной сигнализац ии или охранная сигнализация, вы
получите в свое распоряжение м ного вариантов таких схем - и даже соответ­
ствующие видеоролики на YouTube.

П рио б ретите н а б ор дета л е й дл я с б орки
готово го злектро нн о го устро й ства
Если вы хотите собрать своими рукам и какое-то интересное электронное
устройство, но не желаете приступать к работе "с нуля", можете приобрес­
ти один или нескол ько наборов деталей для сборки готовых электронных
устройств. В эти наборы включено буквально все, что может понадобиться
вам для сборки соответствующего действующего устройства: все необходи­
мые электронные компоненты, соединительные провода, печатная плата и под­
робные инструкции, касающиеся монтажа схемы. В некоторые из подобных
радиолюбительских наборов включены даже обьяснения принципа работы со­
ответствующей схем ы.
В магази нах можно приобрести наборы деталей для схем устройств све­
точувствительной си гнал изаци и, и м итаци и си гналов дорожного движения,
электронных кодовых замков, всевозможных таймеров, декоративных свето­
вых табло и м ногого другого. Многие из поставщиков деталей, перечисленных
в главе 1 9, " Десять превосходных поставщиков электронных ком понентов",
продают готовые радиолюбительские наборы по вполне умеренным ценам . На
таких наборах вы можете попрактиковаться в сборке и анал изе схем и только
после этого перейти к разработке, сборке и тестированию собственных элек­
тронных устройств.

488

Ч А СТЬ

IV

Вел и колепные десятки

М одели р о ван ие р а бот ы схем
Если вы хотите реализовать какое-либо сложное электронное устройство
или просто лучше разобраться в том, как будет вести себя какая-то конкретная
схема при подаче на нее питания, можете воспользоваться имитатором рабо­
ты схемы или схемным эмулятором. Эта компьютерная программа использует
ком пьютерные модели ком понентов схемы для прогнозирования работы ре­
альных схем. Вы сообщаете такой программе, какие компоненты и источники
питания будут использоваться и как они будут соединены между собой, а про­
грамма, в свою очередь, сообщает вам о том, как будет работать такая схема:
какой ток будет проходить через тот или иной компонент, каким будет падение
напряжения на том или ином ком поненте, как будет работать такая схема на
тех или иных частотах и т.п.

СОВЕТ

В основу работы м ногих схемных эмуляторов положен алгоритм,
ставший уже отраслевым стандартом, который называется SPICE
(Simulation Program with lntegrated Circuit Emphasis - программа
моделирования с ориентацией на интегральные схем ы). В ы можете
использовать их для моделирования и анализа разных схем - ана­
логовых, цифровых и цифро-аншюговых (т.е. сочетания аналоговых
и цифровых цепей). Бесплатную пробную версию одного из таких
эмуляторов, Multisym, можно загрузить, обратившись на сайт www .
n i . c om.

И сследуем ф о р му си r нала
Осциллограф (или осциллоскоп) - это измерительны й прибор, на экране
которого отображается изменение сигнала во времени (так назы ваемая форма
сигнала). Изменение сигнала во времени отображается в виде следа на экране
электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) или каком-либо дру гом дисплее, который
содержит калиброванную сетку. Осциллограф используется для визуализации
того, что происходит с быстро изменяющимися сигналам и в ваших схемах.
Есл и вам хотелось бы собирать усилител и низкой частоты и дру гие схемы,
которые имеют дело с си гналами, изменяющимися во времени (например,
звуком), прим ите к сведению, что осциллограф поможет вам уяснить работу
соответствующей схемы, а также выявить и локализовать о ш ибки. Хороший
осциллограф может обойтись в нескол ько сотен долларов, хотя, вполне воз­
можно, вам удастся совершить выгодную покупку на еВау или Craigslist.

ГЛАВА 1 8

Десять направлений дл я дал ьнейше го изучения...

489

Как подсчитать м е rа rерцы
Частотомер, или прибор, измеряющи й частоту си гнала, поможет опреде­
лить, правильно ли работает ваша схема на переменнам токе . Прикоснувшись
щупами этого прибора к той или иной сигнальной точке схемы, вы можете из­
мерить частоту соответствующего сигнала. Допустим, вы создали передатчик,
работающий в инфракрасном диапазоне частот; допустим также, что этот пере­
датчик, генерирующий импульсы в инфракрасном диапазоне, должен работать
на частоте 40 кГц (что соответствует излучению 40 000 импульсов в секунду).
Если к выходу этого передатчика подключить частотомер, то можно проверить,
действительно ли такой передатчик генерирует импульсы с частотой 40 кГц, а
не 32, 1 1 О кГц или сколько-нибудь еще герц.

Гене р и р о в ание си r налов ра зно й ф ор м ы
Чтобы проверить работу той или иной схемы, зачастую имеет смысл подать
на ее вход сигнал какой-либо известной формы и понаблюдать за реакцией схе­
м ы. Вы можете использовать генератор специШlьных сигнШ!ов (т. е. сигнШlов
специШlыюй форr..t ы) для создания периодических сигналов перемениого тока
разной формы и амплитуды и подачи этих сигналов на вход тестируемой вами
схемы. На выходе большинства специальных генераторов можно получить сиг­
налы синусоидальной, треугол ьной (пилообразной) и прямоугольной формы.
Частоту этих сигналов можно изменять от низкой (в диапазоне 0,2- 1 Гц) до
высокой (в диапазоне 2-20 МГц). В некоторые из спе циальных генераторов
встроен частотомер, что позволяет точно устанавливать нужную частоту ге­
нерируемых сигналов разной форм ы . Для точной настройки выхода вашего
специального генератора сигналов можно использовать также внешний часто­
томер.

И зучение осно в устр о й ст в а ко м п ь ютера
Из главы 1 1 , " Еще одна инновация : интегральные микросхемы", вы узнали,
как логические элементы (И, ИЛИ, Н Е-И и другие) выполняют операции над
двоичными разрядами, ил и битами (т.е . логическими нулями и единицами)
данных. Вы узнал и также, что существуют специал изированные интеграль­
ные микросхемы (ИМС), содержащие готовые наборы логических элемен­
тов. В главе 1 1 была продемонстрирована также простая электрическая схема
49 0

Ч АСТЬ IV

Вел и колеп ные десятки

полусумматора, в которой используются л ишь два логических элемента. Такие
схемы, как полусумматор, составляют основу ком пьютерных архитектур. Со­
единяя соответствующим образом несколько логических элементов, вы може­
те создавать схемы, которые обрабатывают, хранят и управляют информацией
(последовательностью "единиц" и "нулей", организованных группами по 8 бит,
которые называются байтами). Начните свое путешествие в восхитительный
мир ком пьютерной архитектуры с построения цифровых логических схем, в
которых используются светодиоды для индикации состояния выхода. (Подроб­
ное описание того, как построить полный 4-разрядный двоичный сумматор,
можно найти в Интернете.)

М и кроуправление окружающи м м и ро м
Из главы l l , "Еще одна инновация : интегральные микросхемы", вы узнали,
что такое микроконтроллер, который представляет собой крошечный компью­
тер, построенный на одной микросхеме. Вы создаете на своем компьютере ка­
кую-то программу и за гружаете в микросхему микроконтроллера. Затем, когда
на микросхему микроконтроллера будет подано питание, он будет выпол нять
команды вашей программы. Микроконтроллеры BASIC Stamp и PICAXE пред­
ставляют собой недорогие альтернативы, в которых используется язык про­
граммирования BASIC, достаточно легкий для изучения. Однако в последние
годы резко возросла популярность микроконтроллерной системы Arduino, рас­
считанной на начинающих пользователей, в которой используется С-подобный
язык программирования. Высокая популярность этой микроконтроллерной си­
стемы объясняется ее простой интегрированной средой разработки (lntegrated
Development Environment - I DE), высокой гибкостью, доступностью, а также
огромным количеством ее интернет- пользователей.

COifl'

В ы можете приобрести пол ны й комплект Arduino Starter Kit включающий микроко нтроллер, IDE, книгу проектов, макетную
плату, кабели, сервопривод, фоторезистор, датчик наклона, датчик
тем пературы и проч ие дискретные компоненты - менее чем за
85 долларов на сайте h t t p s : 1 1 s t o r e . a r du i n o . с е . (А на еВау
некоторые реплики комплекта Arduino, содержащие множество до­
полнител ьных - и весьма и нтересных! - компоненто в, можно
приобрести примерно за 50 долларов.) Эти универсальные микро­
контроллерные ком плекты позволяют программировать схемы так,
чтобы они могли взаимодействовать с вашим окружением, снима­
ли показания с датчиков, принимали решения, основываясь на этих
ГЛ АВА 1 8

Десять н а п ра влен и й дл я дал ьнейшего изучения...

491

показаниях, и в ыполняли действия, базирующиеся на этих реше­
ниях. Arduino может послужить вам порталом в мир робототехни­
ки. Проч итайте книгу Теро Карвинена, Киммо Карвинена и Вилле
Валтокари Делаем сенсоры: проекты сенсорных устройств на базе
Ardиiпo и Raspberry Pi (пер. с англ. ИД "Вильяме", 20 1 5), а также
следите за событиями в бурно развивающейся области "дружествен­
ных к пользователю" микроконтроллеров, поскольку на рынке все
время появляются все новые и новые возможности (например, инте­
грированный Wi-Fi) и конкурирующие продукты.

П оп ро бу й те пора б ота ть с Raspberry Pi
Raspberry Pi - это серия одноплатных компьютеров, к которым можно под­
ключить телевизор или монитор, а также стандартную клавиатуру. В ориги­
нальном Raspberry Pi используется операционная система Linux, но во втором
по колении Raspberry Pi может использоваться как Linux, так и Windows 1 О.
Программировать для среды Raspberry Pi можно на языке Python с исполь­
зованием какой-либо из стандартных IDE. Несмотря на то что начинающим
пользователям работать с Raspberry Pi будет нескол ько сложнее, чем с Arduino,
начальный ком плект Raspberry Pi обойдется вам де шевле, чем Arduino (при­
мерно в 35 долларов); к тому же у Raspberry Pi довол ьно большое сообщество
сторонников и пол ьзователей в Интернете. Серия Raspberry Pi, которая созда­
валась как образовательный инструмент, предназначенный для обучения детей
искусству программ ирования, пользуется огромной популярностью и служит
основой для многих электронных устройств, построенных на комп ьютерной
основе (например, интернет-радио и инфракрасный "скворечник"). Приобретя
Raspberry Pi, вы расширите свои познания скорее в области программирования,
чем в области электроники как таковой, но в этом случае у вас, несомненно,
возникнут идеи, охватывающие и объединяющие обе эти области. Прочитайте
2-е издание книги Саймона Монка Raspberry Pi. Сборник рецептов: решение
программных и аппаратных задач (пер. с англ. изд. "Диалектика", 20 1 7), а так­
же посетите сайт www . r a s pb e r r yp i . o r g .

П р актика - критери й истины !
Возможно, наилучшим способом расширить свои познания в области элек­
троники является генерирование собственных идей, разработка собственных
492

ЧАСТЬ

IV Вел и колепные десятки

электронных схем, их сборка и тестирование, а также последующее экспери­
ментирование с этими схемами и их совершенствование. Подчас единственный
способ выяснить истинные возможности (и ограничения) тех или иных ком­
понентов и схем заключается в том , чтобы угробить несколько светодиодов,
сжечь пароч ку микросхем и провести целую ночь наедине с неработающей
схемой, чтобы лишь под утро понять, в чем заключается проблема. Позволю
себе процитировать известного в США популяризатора науки Валери Фризла
(Valerie Frizzle) : "Используйте свои шансы, совершайте ошибки, хватайтесь в
отчаянии за голову ! " (Но что бы вы ни делали, ради Бога, никогда не забывайте
о технике безопасности ! )

ГЛ АВА 1 8 Десять нап равлен и й дл я дал ьнейшего изучения...

493

Гл а ва

19

Де с ят ь п р е во с ходн ы х
п о с та в щи ко в
ЗЛ е КТ р О Н Н ЬIХ
ко м п о н е нто в
1
1

В ЭТО Й ГЛ А В Е . . .
)) П оставщики электро н н ых комп о н ентов со всего мира
)) Избегайте опасных веществ
)) Достоинства и н едостатки электро н н ых компонентов,
п рода ваемых ка к нел и кв иды

в

ы и щете надежных поставщиков электронн ы х компонентов , котор ые
могут по надоб иться для ваш и х электро н н ых устро йств ?
В это й главе я расскажу вам о некоторых давних ф аво­
ритах - как в Северно й Америке , так и за ее пределами .
Предложе н н ы й м ною перечень отнюдь не я вляется ис­
черпывающи м : потратив какое-то время на поиск в Ин­
тернете, вы сам и наверняка найдете бу квально тысяч и
специал изиро ван ных тор говых организаци й, зани ма­
ющихся продажей как новой , так и подержанной элек­
тронной техники. К тому же не следует забывать о таких
виртуальных площадках , как Amazon и еВау, на которых

могут работать продавцы любого сорта, начиная от солидных фирм розничной
торговл и и заканчивая продавцами-одиночкам и, которые торгуют радиодета­
лями и ком понентами, буквал ьно сидя в кресле в собственном доме. Однако
источ ники, перечисленные в этой главе, относятся к числу самых солидных
и пользующихся хорошей репутацией в своей области . У каждого из них есть
своя веб-страничка для оформления заказов по Интернету. (Некоторые из них
также предлагают печатные каталоги.)

С е верная А м ерика
Обратите внимание на перечисленные ниже ресурсы, если вы намерены
покупать электронные ком поненты в Соединенных Штатах или Канаде. Боль­
ши нство этих магазинов поставляют свои товары в другие страны, поэтому,
если вы проживаете за пределами Северной Америки , ничто не мешает вам
заказывать товары у этих поставщиков. Просто нужно помнить, что затраты,
связанные с доставкой, в этом случае будут выше. К тому же вам, возможно,
придется оплатить ввозную пошлину (это зависит от законодательства каждой
конкретной страны).

All Electronics
www . a l l e l e c t r o n i c s . com

Ком пания A l l Electronics располагает собственным магазином в районе
Лос-Анджелеса и выполняет заказы со всего м ира. Большинство ее товарных
запасов представляют собой новые неликвиды, т.е. товары , которые отнюдь не
являются устаревшими, - просто в свое время ком пания All Electronics за­
купила сл ишком большую партию таких товаров и они залежались у нее на
складе. Ком пания All Electronics выпускает печатный каталог, который можно
скачать в формате PDF с ее веб-сайта. Товарн ые запасы этой компании меня­
ются достаточно часто, причем о последних обновлениях ее товарных запасов
вы можете узнать тол ько на веб-сайте компании.

All ied Electronics
www . a l l i e de l e c . com

Компания A l l ied Electronics представляет собой то, что принято называть

поставками со склада. Она предлагает товары от разных производителей, при­
чем бол ьшинство товаров могут быть сразу же отгружены со складов All ied
E\ectron ics в Форт-Уорте , шт. Техас . Основными клиентами Allied Electronics
являются специалисты по электронике, однако и рядовым радиолюбителям
49 6

ЧАСТЬ IV

Вел и колепные десятки

вход туда не закрыт. Каталог, выпускаемый All ied Electronics, поистине огро­

мен (он выложен также на веб-сайте компании).
Digi - Key
www . d i g i ke y . c om

Если вам нужно что-то, то это "что-то" обязательно найдется у D igi-Key.
Подобно All ied Electronics, ком пания Digi-Key выполняет поставки товаров со
склада, насчитывающие многие тысячи наименований. Digi-Key охотно выпол­
няет мелкие заказы и предлагает весьма умеренные почто вые расходы через
U SPS (почтовая служба США). Применяемая ею система оформления заказов
по Интернету включает подробную информацию о продуктах, цены, уровни
наличных запасов и даже ссылки на технические спецификации продуктов.
Веб-сайт этой ком пании располагает удобной поисковой системой, которая
позволяет быстро найти нужное изделие. На этом веб-сайте имеется также ин­
терактивный каталог (с возможностью увеличения изображения, что наверня­
ка вам понадобится). Кроме того, ком пания Digi-Key рассылает бесплатный
печатный каталог, но чтобы прочитать крошечный шрифт, которым напечатан
этот каталог, вам придется достать свои очки (или запастись лупой). В прочем,
если бы не этот крошечный шрифт, компании вряд ли удалось бы вместить в
свой каталог весь перечень своих товарных запасов.

Electronic Goldmine
www . g o l dm i ne - e l e c . c om

Компания Electronic Goldmine продает как новые изделия, так и неликвиды,
начиная со скромного резистора и заканчивая экзотическими лазерами. Ее веб­
сайт упорядочен по категориям, что значительно упрощает процедуру оформ­
ления заказов. (Одна из категорий озаглавлена "Rare and Esoteric" ("Редкости
и эзотерика"). Не исключено, что именно там Док Браун приобрел потоковый
конденсатор (flux capacitor), который сделал возможными путешествия во вре­
мени в фильме Back to the Fиtиre ('"Назад в будущее".) Перечии большинства
деталей включают соответствующие цветное изображение и краткое описание.
Обязательно ознакомьтесь с их превосходным набором готовых ком плектов
для реализации тех или иных электронных устройств.

Jameco Electronics
www . j ame co . com

Ком пания Jameco Electronics продает ком поненты, готовые наборы, ин­
струменты и многое дру гое, предлагая своим клиентам удобные варианты
оформления заказов как через Интернет, так и по каталогу. В ыполнять поиск
ГЛАВА 1 9 Десять превосходных nоста вщиков...

497

на веб-сайте компании можно по категориям или, если вам известно обозна­
чение интересующего вас изделия, например транзистор 2N2222, с помощью
окна поиска. Поисковую функцию можно также использовать для поиска опре­
деленных категорий изделий, например электродвигателей, батарей или кон­
денсаторов. Просто введите название интересующей вас категории, нажмите
и ждите отображения результатов поиска.

Mouser Electronics
www . mo u s e r . c om

Подобно Allied Electronics и Digi-Key, ком пания Mouser Electronics выпол­
няет поставки со с клада, предлагая десятки тысяч наименований изделий.
Если вы не можете найти нужное вам изделие в Mouser Electronics, значит,
такого изделия, скорее всего, не существует в природе. Одних лишь резисторов
Mouser Electronics предлагает 1 65 000 видов. Все они персчислены в категории
"Passive Components" ("Пассивные ком поненты"). Нужное изделие можно за­
казать как в интернет-магазине компании, так и посредством их необъятного
печатного каталога. Закажите их печатны й каталог, который поможет вам со­
ставить представление о возможностях этой компании, или обратитесь к их
онлайн-каталогу, который поможет вам быть в курсе последних поступлений
в эту компанию.

Parts Express
www . p a r t s - e xp r e s s . c om

Ком пания Parts Express специал изируется на продаже электронных ком­
понентов и другого оборудования для любителей всевозможных аудиовизу­
альных штучек. На веб-сайте Parts Express вы найдете богатый выбор инди­
в идуальных электронных ком понентов, дополненный подробными пользо­
вательскими обзорами, а также готовые комплекты для сборки тех или иных
радиолюбительских устройств и прочие ресурсы для любителей мастерить
собственными руками . Ознакомьтесь с перечием устройств, которые можно
собрать из готовых наборов, продаваемых ком панией Parts Express, исчерпы­
вающим перечием формул по электротехнике (в том числе с законом Ома) и
техническим глоссарием. Не забудьте также ознакомиться с информацией по
безопасному обращению с электронной техникой. Parts Express позаботилась
и о том, чтобы обеспечить свое присутствие на еВау, Facebook и Twitter!

49 8

ЧАСТЬ

IV Вел и колепные десятки

RadioShack
www . r a d i o s h a c k . c om

Комnания RadioShack является, наверное, самым известным в мире источ­
ником электронных комnонентов для радиолюбительских устройств, но, к со­
жалению, в начале 20 1 5 года RadioShack объявила о своем банкротстве, и бу­
дущее ее бренда до сих лор остается неоnределенным . По состоянию на се­
редину 20 1 5 года nримерно nоловина из 4000 магазинов розничной торговли,
nринадлежащих комnании RadioShack, находились в nроцессе закрытия, но не
исключено, что где-нибудь nоблизости от места вашего nроживания еще сохра­
нился какой-то из магазинов этой ком nании. Если вам безотлагательно нужен
какой-нибудь резистор, конденсатор или транзистор, вы наверняка не найдете
его в суnермаркетах Wal-Mart или BestBuy; вы, скорее всего, обнаружите его в
своем местном магазине комnании RadioShack. RadioShack расnолагает также
интернет-магазином, RadioShack.com, но в процессе nоиска нужных мне ком­
понентов в середине 20 1 5 года я раз за разом получала сообщения типа "от­
сутствует на складе". Молюсь о том, чтобы магазины этой компании не только
в ы жили, но и nроцветали !

3а предела ми С еверно й А м ерики
Электроника nользуется большой популярностью во всем мире ! Ниже пере­
числен ряд веб-сайтов, которые вы можете nосетить, есЛи nроживаете в таких
местах, как Австралия или Великобр итания. Как и североамериканские роз­
ничные интернет-торговцы, большинство их зарубежных коллег также занима­
ются продажей изделий электронной техники по всему м иру. Более nодробную
информацию можно получить на страницах их веб-сайтов, где оформляются
заказы .

Premier Farnell ( В ели ко б ритания )
www . f a rn e l l . c om

Комnания Premier Farnell со штаб-квартирой в Великобритании ведет биз­
нес в 24 странах Евроnы, Азиатско-Тихоокеанского региона и обеих Америках;
на ее складах хранятся изделия 500 000 наименований . Она ведет бизнес nод
несколькими названиями, в том числе Farnell element 1 4 (Евроnа), element l 4
(страны Азиатско-Тихоокеанского региона), Newark e1ement 1 4 (Северная Аме­
рика) и Farnell Newark (Бразилия). Чтобы заказать нужные изделия, обратитесь
на веб-сайт www . f a r ne l l . c om, выберите свою страну из обширного сnиска

ГЛ АВА 1 9 Десять превосходных поста вщиков...

499

на начальной странице - и вы получите доступ к обш ирному перечию про­
дуктов.

Maplin ( В елико б ритан ия )
www . rna p l i n . c o . u k

Ком пания Maplin предоставляет своим клиентам из Великобритании и Ир­
ландской Республики удобную систему оформления заказов через Интернет.
Компания Maplin также поддерживает десятки магазинов розничной торговли
в Великобритании и Ирландии.

Ч то та кое "R о Н S- совместимост ь "
Когда вы ищете нужные вам изделия, рядом с названиям и некоторых изде­
лий вам может встретиться термин "RоНS-совместимы й" (RoHS Compliance).
Термин "RoHS" означает директиву Restriction of Hazardous Substances ("Огра­
ничение на опасные вещества"), принятую в 2003 году Евросоюзом . Директива
RoHS, которая вступила в силу в 2006 году, ограничивает размещение на евро­
пейском рынке новых электротехнических и электронных приборов, которые
содержат свинец и пять других опасных веществ в количествах, превышающих
предельно допустимые уровни. Компании, вы пускающие потребительс кую и
пром ышленную электронику, должны учитывать требования RоНS-совмести­
мости, если они хотят продавать свою проду кцию в странах ЕС (и в Китае,
у которого есть собственная RоН S-спецификация), но если вы возитесь с элек­
тронными устройствами только у себя дома, то можете не задумываться о со­
держании свинца в используемом вами припое и соблюдении остальных тре­
бований RоНS-совместимости. Однако не позволяйте своему коту или собаке
лизать припой, содержащий свинец.

Н овые ил и нел и квиды ?
Под словом "нел иквид" можно подразумевать м ногое . Для кого-то слово
"неликвид" означает всевозможный хлам, скопившийся в гараже, наподобие
заплесневевших брезентовых те нтов или складных саперных ло пато к, ис­
пол ьзовавшихся в американской арм ии в далекие 1 950-е годы . Для истинных
радиолюбителей слово "неликвид" означает совсем другое : доступные компо­
ненты, на покупке которых можно сэконом ить немалые суммы.
Под словом "неликвид" первоначал ьный производитель и покупатель соот­
ветствующей продукции подразумевают товары, которые больше им не нужны.
5 00

ЧАСТЬ IV

Вел и колепные десятки

Это всего лишь избыточные заnасы, от которых желател ьно nоскорее изба­
виться . Когда речь идет об электронике, nод словом "неликв ид" лишь в ред­
ких случаях nодразумеваются товары, бывшие в употреблении, как это обычно
бывает в случае других излишних компонентов, таких как отремонтированные
и восстановленные электродвигатели или механические устройства. За ис­
ключением редко встречающихся компонентов - таких как детали от старых
радиоnриемников или телевизоров, - неликвиды электронных ком понентов
представляют собой, как правило, современные приборы, выпуск которых nро­
должается и в настоящее время. То есть в нашем случае слово "неликвид" яв­
ляется синонимом словосочетания "избыточные заnасы".
Основным преимуществом покупки электронных ком понентов у продавца
неликвидов является экономия средств : даже новые ком поненты можно в этом
случае куnить дешевле, чем у обычных продавцов электронных ком понентов.
Оборотной стороной обращения к продавцам неликвидов является довольно
ограниченны й выбор товаров: ведь такой продавец торгует лишь изделиями,
оказавшимися в избытке. Не рассчитывайте, например, купить у такого про­
давца резисторы или конденсаторы любых ном иналов.

ЭАПОМНИI

Не забы вайте, что, nокуnая неликвиды, вы не можете рассчитывать
на получение каких-либо гарантий от производителя соответству­
ющих изделий . Иногда это объясняется тем , что про и зводитель
прекратил с вое существование. Несмотря на то что бол ьшинство
продавцов неликвидов принимают товар обратно, если он оказа;lСЯ
бракованным (если в каталоге соответствующего nродавца не огово­
рено противное), вы всегда несколько рискуете, покупая нел иквиды :
гарантии производителя на такой товар, как правило, не распростра­
няются .

ГЛ АВА 1 9 Десять п ревосходных поста вщиков...

5 01

Слова рь терм и нов
Н иже приведены определения многих терминов, с которыми вам придется
столкнуться в своей радиолюбительской практике. Знание этих терминов по­
может вам свободно общаться с людьми, сведущими в электронике.
AWG (American Wire Gauge). См. Калибр провода.
DPDT. См. Двухполюсный переключатель на два направления (DPDT).
DPS T. См. Двухполюсный переключатель на одно направление (DPSТ).
ESD (электростатический разряд). См. Статическое электричество.
1. Обозначение условного тока; измеряется в амперах. С м . также Ампер,

Ток.

Ph illips. 1 . В и нт с крестообразным (в в иде знака +) шли цом на головке.
2 . Отвертка для таких винтов.
РN-переход. Точка контакта между полупроводником Р-типа (например,
кремний, легированный бором) и полупроводником N -типа (например, крем­
ний, легированный фосфором). РN-переход является основой для диодов и би­
полярных транзисторов. См. также Биполярный транзистор, Диод.
R. Обозначение сопротивления. См. также Ом, Сопротивление.
SPDT. См. Однополюсный переключатель на два направления (SPDT).
SPST. С м . Однополюсный переключатель на одно направление (SPSТ).
U . Обозначение напряжения; иногда напряжение обозначается буквой V.
С м . также Напряжение.
Автоматический выбор диапазона измерения. Способность некоторых
моделей мультиметров автоматически выбирать подходящий диапазон изме­
рения.
Ампер. Стандартная единица измерения силы электрического тока. Один
ампер представляет собой силу электрического тока, когда за одну секунду че­
рез определенную точку проходит 6,24 1 ' 1 О 1 8 электрически заряженных час­
тиц. См. также Ток, 1.
Амплитуда. Величина размаха электрического сигнала, например напряже­
ния или тока.
Аналоговая схема. Электрическая схема, в которой используются непре­
рывные (аналоговые) сигналы напряжения или тока. См. также Аналоговый

сигнал, Цифровая схема.

Аналоговый сигнал. Непреры вно изменяющееся напряжение (или ток),

которое является однозначным отражением некой физической величины, на­
пример звука или перемещения в пространстве.
Анод. Положительный вывод устройства, на который поступает условный
электрический ток (имеется в виду его условное направление, образованное
гипотетическим и положительными зарядами). В приборах, потребляющих
электрическую энергию, таких как диоды, анод является положительным вы­
водом ; в приборах, вырабатывающих электрическую энергию, таких как бата­
рея, анод является отрицательны м выводом . См. также Катод.
Антистатический браслет. Приспособление, используемое для предот­
вращения нако пления зарядов статического электричества на человеке, ра­
ботающем с электронны м и приборам и, чувствител ь н ы м и к статическому
электричеству.
Байт. Группа из восьми битов, испол ьзуемая в качестве базовой единицы
хранения информации в компьютерных системах.
Батарея. Источ ник электрической энергии, в котором электрохимические
реакции используются для выработки положительного напряжения на одной
клемме и отрицательного напряжения на другой . С этой целью две пластины,
изготовленные из разных металлов, погружаются в определенное химическое
ве щество . С м . также Щелочная батарея, Литиевая батарея, Никель-кадми­
евый (NiCd) аккумулятор, Никель-металл-гидридный аккумулятор (NiMH)
и Угольно-цинковая батарея.
Беспаечная макетная плата. См. Макетная плата.
Биполярный транзистор. Распространенный тип транзистора, состоящего
из двух сплавных рп-переходов . См. также Транзистор.
Бит. Сокращение от blnary digit (двоичный разряд). Двоичный разряд, кото­
рый может принимать лишь два значения : О и 1 .
Высокий логический уровень. В цифровой электронике соответствует
сигналу, равному примерно 5 В (обычно 3-5 В) и представляющему одно из
двух двоичных состояний. С м . также Низкий логический уровень.
Генератор (осциллятор). Схема, генерирующая повторяющийся электрон­
ный сигнал .
Герц (Гц). Величина, характеризующая количество изменений направления
тока в секунду. См. также Частота.
Гнездо. Метал л ическая или пластико вая розетка в каком-либо оборудова­
нии (например, настенная розетка для стационарного телефона), к которой
подключается конец кабеля .
Датчик. Электронный компонент, которы й реагирует н а изменение того или
иного состояния физической среды или на воздействие, например тепло или
свет, и преобразует это изменение или воздействие в электрический сигнал .
5 04

О сновы эл е ктроники дл я ч а й н и ков

Двухполюсный переключатель на два направления (DPDT). Тип пере­
ключателя, который снабжен двумя входными и четырьмя выходными контак­
тами. Это двойной rумблер, которы й ведет себя подобно двум синхронно дей­
ствующим SРDТ-переключателям.
Двухполюсный переключатель н а одно направление (DPST). Тип пере­
ключателя, который снабжен двумя входными и двумя выходными контактами.
Это двойной rумблер, который ведет себя подобно двум синхронно действую­
щим SРSТ-переключателям.
Делитель напряжения. Цепь, в которой падение напряжения на ее элемен­
тах используется для питания определенных каскадов схемы напряжением,
меньшим, чем напряжение питания.
Держатель. Представляет собой регулируемые зажим ы , удерживаемые
мелкие детали в процессе монтажа электрической схемы. См. Третья рука.
Джоуль. Единица измерения энергии.
Диод. Полупроводниковый электронный компонент, состоящий из рп-пе­
рехода, который обеспечивает прохождени е электрическо го тока лишь в од­
ном направлении ( в другом направлен и и прохождение электрического то ка
су щественно затруднено). Диоды обычно используются для преобразования
перемениого тока в постоянный, посколь ку пропускают ток л и ш ь в одном
направлении.
Допуск. Отклонение от номи нального значения компонента, обусловленное
особенностями технологического процесса и выражающееся в процентах. См.
также Номинальное значение.
Дорожка. Проводящий отрезок на печатной плате, который прокладывается
между контактными площадками с целью создания электрического соединения
между ком понентами схемы .
Дорожка шины. См. Шина питания.
Емкость. Способность компонента запасать электрическую энергию в виде
электрического поля; измеряется в фарадах. См. также Конденсатор.
Заземление. Непосредственное электрическое соединение с поверхностью
Земли. См. также Общий провод.
Закон Ома. Уравнение, которое определяет связь напряжения, тока и сопро­
тивления в электрической цепи.
Замкнутая цепь. Непрерывная цеп ь, по которой может протекать электри­
ческий ток. См. также Разомкнутая цепь.
Изолятор. Материал, который в высокой степени препятствует прохожде­
нию электрического тока. При этом говорят, что изоляторы не проводят ток.
Импульс. С качок тока или напряжения, обычно начинающийся с резкого
повышения амплиrуды сигнала и заканчивающийся ее резким снижением че­
рез некоторое время.
Словарь тер м и нов

50 5

ИМС. См. Интегральная микросхема (ИМС) .
Инвертирование. Процесс, в результате которого операционный усилитель

"переворачивает" входной сигнал на 1 80°, чтобы получить выходной сигнал.
Инвертор. Другое название логического элемента типа НЕ. Это одновходо­
вый логический элемент, изменяющий значение входного логического сигнала
на противоположное. Н изкий уровень си гнала на входе и нвертора преобразу­
ется в высокий уровень на выходе, а высокий уровень сигнала на входе преоб­
разуется в низкий уровень на выходе. См. также Логический элемент.
Индуктивность. Способность компонента запасать электрическую энер­
гию в виде магнитного поля ; измеряется в генри . См. также Катушха индук­
тивности.
Интегральная микросхема (ИМС). Зачастую ее называют просто микро­
схемой; ком понент, который содержит ряд миниатюрных компонентов, таких
как резисторы, транзисторы и диоды, соединенных в определенную схему, и
выполняющий заданную функцию.
Инфракрасный тем пературный датчик (ИК-датчик). Разновидность
температурных датчиков, преобразующих тем пературу в электрический сиг­
нал.
Кабель. Группа из двух или более проводов, защищенных наружным слоем
изоляции (например, обычный шнур питания).
Калибр провода. С истема измерения диаметра провода.
Катод. В ывод устройства, из которого выходит электрический ток (имеется
в виду условное направление электрического тока, образованного гипотетичес­
ким и положительными зарядами). В приборах, потребляющих электрическую
энергию, таких как диоды, катод является отрицательным выводом ; в прибо­
рах, вырабатывающих электрическую энергию, таких как батарея, катод явля­
ется положительным выводом . См. также Анод.
Катушка индуктивности. Ком понент электрической схемы, в котором ис­
пользуется явление индуктивности. См. также Индуктивность.
Катушка переменной индуктивности. Проводная обмотка, вы полненная
вокруг подвижного металлического сердеч ника. Изменяя дли ну сердечника,
вставленного в катушку, можно изменять ее индуктивность.
Клемма. Металлический конец, к которому прикрепляются провода (напри­
мер, клемма батареи).
Коллектор. 1 . Устройство, используемое для изменения направления элек­
трического тока в электродвигателе или электрогенераторе. 2. Один из выводов
биполярного транзистора.
Компонент. Деталь электрической схемы, например батарея или диод.

5 06

Основы зл е ктроники дл я ч а й н и ков

Конденсатор. Компонент электрической схемы , в котором используется
свойство диэлектрика накапливать электрические заряды, имеющий опреде­
ленную емкость. См. также Емкость.
Контактная площадка. Место электрического контакта на печатной плате,
используемое для подключения ком понентов.
Короткозамкнутая цепь. Случайное соединение между двумя проводами
или ком понентами, в результате чего ток начинает проходить по этим прово­
дам или компонентам, а не по предназначенному для него пути.
Коэффициент усиления. Указывает, во сколько раз усиливается сигнал (от­
ношение напряжения выходного сигнала к напряжению входного сигнала).
Литиевая батарея. Легкая неперезаряжаемая батарея, которая вырабаты­
вает примерно 3 В и обладает более высокой емкостью, чем щелочная батарея.
См. также Батарея.
Логический элемент. Цифровая схема, преобразовывающая набор входных
логических значений в выходные значения по строго определенным правилам .
Лужение. Процесс нагревания паяльника и нанесения небольшого количес­
тва припоя на его жало, чтобы улучшить прилипание припоя к наконечнику.
Макетная плата для пайки. Макетная плата, на которую напаи ваются
ком поненты (а не просто вставляются в контактные отверстия, как в случае
беспаечной макетной платы). См. также Макетная nflaтa.
Макетная плата. Назы вается также платой для создания прототипов
ил и просто макеткой. Прямоугольная пластмассовая плата (в ы пускаются
платы разных размеров), которая содержит гру п п ы контактных отверстий,
электрически соединенных между собой. Для сборки электронной схемы сна­
чала нужно вставить в отверстия макетной платы выводы компонентов, такие
как резисторы, конденсаторы , диоды, транзисторы и интегральные ми кро­
схемы, а затем выполнить необходимые проводные соединения между ними
путем вставки перемычек в соответствующие контактные отверстия.
Микроконтроллер. Программируемая интегральная микросхема.
Многожильный провод. Металлический провод, состоящий из нескольких
тонких проводов (жил), скрученных между собой в пучок и защищенный изо­
ляционной оболочкой.
Мощность. Кол ичество работы, выполняемой электрическим током в еди­
ницу времени, при прохождении через какой-либо компонент электрической
схемы; измеряется в ваттах (Вт).
Мультиметр. Электронный измерительный прибор, используемый для из­
мерения таких физических величин, как напряжение, сопротивление и ток.
Наплыв. Утол щение, образованное припоем в месте пайки.
Напряжение. Сила, заставляющая заряженные частицы (электроны) пере­
мещаться в проводящей среде .
Словарь терминов

507

Низкий логический уровень. В цифровой электронике соответствует на­
пряжению, близкому к О В (обычно в пределах 0-2 В) и представляющему
одно из двух двоичных состояний. См. также Высокий логический уровень.
Никель-кадмиевый (NiCd) аккумулятор. Самый популярный тип пере­
заряжаемой батареи (аккумулятора). Некоторые никель-кадмиевые аккумуля­
торы обладают памятью и поэтому их нужно сначала полностью разрядить и
только после этого зарядить до полной емкости. См. также Батарея.
Никель-металл-rидридный (NiMH) аккумулятор. Один из типов переза­
ряжаемых батарей, который обладает более высокой плотностью энергии, чем
никель-кадмиевый аккумулятор. См. также Батарея.
Номинальное значение. Заявленная велич ина сопротивления резистора,
емкости конденсатора, индуктивности катушки или характеристики какого-то
другого компонента. Реальное значение может отличаться (в ту или другую
сторону) от номинального значения, причем величина отклонения зависит от
допуска соответствующего компонента. См. также Допуск.
Общий провод. Соединение в электрической схеме, используемое в качес­
тве точки отсчета (О В) при измерении напряжения. Обычно подключается к
отрицательному полюсу источника питания. Иногда служит точкой для под­
ключения заземления. См. также Заземление.
Одножильный провод. Провод, состоящий только из одного проводника.
Однополюсный переключатель на два направления (SPDT). Тип пере­
ключателя, который снабжен одни м входным контактом и двумя выходным и
контактами. Он переключает свой вход между двумя выходными контактам и.
Этот переключатель называют также "тумблером" или просто переключателем
на два направления .
Однополюсный переключатель на одно направление (SPST). Тип пере­
ключателя, который снабжен одним входным и одним выходным контактами.
Этот переключатель называют также выключателем.
Ом. Единица измерения сопротивления. См. также R, Сопротивление.
Операционный усилитель. Интегральная микросхема, содержащая не­
сколько транзисторов и других электронных компонентов. Во многих примене­
ниях он обеспечивает гораздо лучшие характеристики, чем усилитель на тран­
зисторах. Например, операционный усилитель может обеспечивать равномер­
ное усиление в гораздо более широком диапазоне частот, чем транзисторный
усилитель.
Осциллограф (осциллоскоп). Электронное устройство, которое позволяет
увидеть форму исследуемого сигнала, а также измерить его ам плитуду напря­
жения, частоту и фазу.
Отсос для припоя. См. Устройство для удаления припоя.

5 08

Основы :�л ектрон и к и дл я ч а й н и ков

Падение напряжения. Результирующее снижение напряжения, вызванное

прохождением электронов через резистор (или какой-либо другой компонент),
рассеивающий на себе часть электрической энергии.
Пайка. Метод, который используется в радиоэлектронике для монтажа
компонентов на печатной плате с целью создания неразборной электрической
схемы. Для создания надежного контакта испол ьзуются маленькие капельки
расплавленного металла, называемого припоем . См. также Припой.
Паразитпая емкость. Я вление, вызывающее непреднамеренное накопле­
ние электрической энергии в цепи, когда между проводами или выводами эле­
ментов, расположенными слишком близко друг к другу, возникают электричес­
кие поля.
Паяльник. Инструмент в виде стержня, который состоит из изолирован­
ной ручки, нагревательного элемента и луженого металлического наконечника
(жала), используемого для нанесения припоя .
Переменный конденсатор. Конденсатор, емкость которого можно динами­
чески изменять механическим или электрическим способом . См. также Ем­
кость, Конденсатор.
Переменный резистор. См. Потенциометр.
Переменный ток. Электрический ток, характерной особенностью которого
является периодическое изменение направления потока электронов. См. также
Постоянный ток.
Плавающая земля. Цеп ь заземления электрического прибора, которая не
подключена к реальному заземлению.
Плакировка. Чрезвычайно тонкий лист меди, наклеенный на ди электричес­
кую основу, изготовленную из пластмассы, текстолита или гетина кса, в про­
цессе создания печатной платы .
Плата прототипирования. См. Макетная плата.
Ползунковый переключатель. Тип переключателя, в котором для включе­
ния или выключения чего-либо (например, карманного фонарика) нужно сдви­
нуть вперед или назад ползунок переключателя.
Положение "включен". Положение переключателя, которое обеспечивает
прохождение электрического тока.
Положение "выключен". Положение переключателя, которое препятству­
ет прохождению электрического тока.
Полупроводник N-типа. Полупроводник, легированный примесями таким
образом, чтобы у него оказалось больше свободных электронов, чем у беспри­
месного полупроводника.
Полупровод н ик Р-типа. Полупроводник, легированный примесями таким
образом, чтобы у него оказалось меньше свободных электронов, чем у беспри­
месного полупроводника.
Словарь терминов

509

Полупроводник. Материал, например кремний, который обладает опреде­
ленными свойствами как проводников, так и диэлектри ков (изоляторов).
Полупроводниковый температурный датчик. Разновидность температур­
ных датчиков, предназначенных для преобразования тем пературы в электри­
ческий сигнал .
ПОС60 с канифольным сердечником. Припой, содержащий 60% олова и
40% сви нца (точное соотношение может отличаться от указанного на несколь­
ко процентов в ту или другую сторону), с сердечником из канифольного флю­
са. Этот тип припоя идеально подходит для пайки электронных устройств. См.
также Припой, Лайка.
Последовательная цепь. Цепь, в которой ток проходит последовательно
через каждый компонент.
Постоянная времени RC. Произведение сопротивления и емкости, которое
определяет продолжительность времени, необходимую для заряда конденса­
тора на две трети от его максимального напряжения или разряда его на одну
треть его максимального напряжения .
Постоянный ток. Тип электрического тока, в котором электроны движутся
только в одном направлении. Н апример, постоянным я вляется ток, вырабаты­
ваемый батареей.
Потенциометр. Переменный резистор, с помощью которого можно плавно
регулировать сопротивление практически от нуля ом до некоторого максималь­
ного значения .
Прецизионный резистор. Тип резистора с малым допуском (т.е. допусти­
мым отклонением от его заявленного, или номинального, значения). См. также
Номиншtьное значение, Допуск.
Припой. Металлический сплав, который нагревается и в расплавленном
виде наносится на два металлических провода ил и выводы ком понента, после
чего ему предоставляется возможность охладиться и образовать проводящее
соединение. См. также ПОСбО с канифольным сердечником, Лайка.
Приспособление для удаления при поя. Устройство, используемое для
удаления припоя в труднодоступных местах. Приспособление для удаления
припоя представляет собой плоскую ленту, сплетенную из меди, принцип дей­
ствия которой основан на том, что медь лучше сцепляется с припоем, чем оло­
вянное покрытие выводов большинства электронных компонентов и контактов
печатных плат.
Провод. Длинная металлическая нить, обычно изготовленная из меди, ко­
торая используется в электронных устройствах для пропускания по ней элек­
трического тока.
Проводник. Материал, по которому может беспрепятственно проходить
электрический ток.
5 10

Основы эле ктроники дл я ч а й н и ков

Прозвонка. Тест, в ыполняе м ы й с помощью мультиметра, чтоб ы выяс­
н ить целостность соединений между тем и или иными точкам и электричес­
кой схе м ы .
Протон. Положительно заряженная субатомарная частица. См. также Элек­
трон .
Пьезоэлектрический эффект. С пособность некоторых кристаллов, таких
как кварц или топаз, расширяться или сжиматься под действием электрическо­
го напряжения или вырабатывать электрическое напряжение при приложении
к ним механического воздействия.
Разомкнутая цепь. Тип цепи, в которой отсоединен какой-либо соедини­
тельный провод или ком понент, что препятствует прохождению тока. См. так­
же Замкнутая цепь.
Разъем. Тип разъема. См. также Гнездо.
Реальный ток. Поток электронов, направленный от отрицательного полюса
источника питания к положительному. См. также Условный ток.
Резистор. Компонент, обладающий фиксированной величиной сопротивле­
ния, который можно включ ить в электрическую цепь, чтобы ограничить вели­
чину тока, проходящего в ней. См. также Сопротивление.
Реле. Устройство, которое действует подобно переключателю в том отно­
шении, что оно замыкает или размыкает цепь в зависимости от приложеиного
к нему напряжения .
Смещение. Приложеине небольшого напряжения к диоду или к базе тран­
зистора для установки требуемого режима работы.
Смывка. Ч истящее средство , используемое после пайки для удаления
остатков флюса, который может вызвать окисление металлических контактов
и соединительных дорожек на печатной плате. Продается в виде флаконов или
аэрозолей.
Солнечный элемент. Тип полупроводника, который вырабатывает ток под
воздействием света.
Сопротивление. Показатель противодействия ком понента прохожден ию
электрического тока; измеряется в омах. См. также Ом, R.
Статическое электричество. Заряд, который накапливается на каком-либо
объекте (или возле него) и остается неподвижным до тех пор, пока не будет
создан путь для его стекания на Землю. Одной из форм статического электри­
чества является молния .
Теплоотвод. Кусок металла, который плотно прикрепляется к компоненту,
защищаемому от перегрева. Теплоотвод принимает на себя часть тепла, помо­
гая, таким образом , предотвратить перегрев защищаемого ком понента и его
выход из строя .

Сло варь терминов

5 11

Термистор. Резистор, величина сопротивления которого изменяется под
воздействием тем пературы .
Термнетор с отрицательным температурным коэффициентом (ОТК).

Резистор, сопротивление которого уменьшается с ростом температуры. См.
также Резистор, Термистор.
Термнетор с положительным температурным коэффициентом (ПТК).

Резистор, сопротивление которого повышается с ростом температуры. См. так­
же Сопротивление, Термистор.
Термопара. Тип датчи ка, предназначенного для измерения тем пературы
электрическим способом.
Ток. Поток электрически заряженных частиц. См. также Ампер, 1.
Транзистор. Полупроводниковый прибор, который обычно используется
для переключеимя и усиления электрических сигналов.
Третья рука. Небольшой настольный держатель для печатных плат и раз­
ных мелких деталей. Представляет собой массивное основание, к которому
крепятся на шарнирах несколько зажимов типа "крокодил". Они удерживают
мелкие детали во время монтажа электрической схемы .
Угольно-цинковая батарея. Н изкокачественная неперезаряжаемая бата­
рея. См. также Батарея.
Условный ток. Поток гипотетических положительных зарядов, направлен­
ный от положительного к отрицательному полюсу источника п итания; проти­
воположен направлению реального тока. См. также Реальный ток.
Устройство для удаления припоя. Иногда его называют отсосом для при­
поя ; и нструмент, предназначенный для удаления излишнего припоя с места
лайки и состоящий из подпружиненного поршня, создающего разрежения воз­
духа.
Фиксирующий механический зажим. Приспособление, которое охватыва­
ет провод и не позволяет выдернуть его из корпуса прибора.
Флюс. Воскообразное вещество, которое помогает расплавленному припою
обволакивать выводы компонентов и провода и обеспечивает прочное паяиное
соединение.
Холодная пайка. Дефектное соединение, которое получается, когда припой
в недостаточной степени обволакивает соединяемые металлические контакты,
не обеспечивая надежного соединения.
Цепь. Полный путь, по которому может проходить электрический ток.
Цепь под напряжением. Цепь, на которую подается напряжение.
Цифровая схема. Схема, обрабатывающая цифровые сигналы. См. также
Аналоговая схема.
Цифровой сигнал. Сигнал, состоящий только из двух уровней напряжения
или тока, представляющих двоичные цифровые данные.
512

Основы эле ктроники дл я ча й н и ков

Частота. Показатель того, как часто повторяется сигнал перемениого тока.
Измеряется количеством циклов в секунду, т.е. в гер цах (Гц). Частота обозна­
чается символомf См. также Герц (Гц) .
Шина питания. Ряд электрически с вязанных между собой ко нтактных
отверстий в столбце беспаечной макетной платы, которые предполагается ис­
пользовать для распределения питания . Также называется дорожкой шины.
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Метод управления частотой
вращения вала электродвигателя за счет изменения дл ительности питающих
импульсов. Чем шире импульсы (т.е. на двигатель подается больше энергии),
тем быстрее вращается электродвигатель.
Щелочная батарея. Один из типов неперезаряжаемых батарей. См. также
Батарея.
Эле кт ричесЮlя принципиальная схема. Чертеж, на котором показано, как
соединить компоненты для получения электрической схемы.
Электрический сигнал. Картина электрического тока, разворачивающаяся
во времени. Зачастую изменение форм ы электрического сигнала во времени
несет в себе информацию о каком-то физическом явлении, например об ин­
тенсивности света, тепла или звука, или о положении какого-то объекта в про­
странстве, например диафрагмы микрофона или вала электродвигателя.
Электрический ток. См. Ток.
Электричество. Перемещение электронов по проводнику.
Электродвижущая сила. Сила притяжения между положительным и отрицательным зарядами; измеряется в вольтах.
Электромагнит. Временный магнит, состоящий из провода, намотанного
вокруг куска металла (обычно вокруг железного бруска прямоугольной формы,
который называют сердечником). Если по такому проводу пропустить электри­
ческий ток, металлический сердечник намагничивается . Если ток вы ключить,
металл теряет свои магнитные свойства.
Электрон. Отри цательно заряженная субатомарная части ца. С м . также
Протон.

Словарь терм инов

5 13

П редметн ы й укаэател ь
А
АС 4 1

Altemating current 4 1
Application note 278
Arduino 49 1

в

р
PertЬoard 4 1 3
PICAXE 49 1
РNР-транзистор 234
рn-переход 2 1 2 , 234, 503
Python 492

R

BASIC Stamp 49 1

ос 40

Raspberry Pi 492
RС-цепь 1 7 8
заряд конденсатора 1 79
разряд конденсатора 1 80
Robert Noyce 259

Fairchild Semiconductor 259

SMT 1 22, 1 70, 275
SOIC 275
SPDT 94
SPICE 489
SPST 93
Surface Mounted Technology

D
Datasheet 267
DIL 273
DIP 273
Direct current 40
DPDT 94
DPST 94
Dual in-l ine package 273

F
G

s

1 22, 1 70

т

Geoffrey Dummer 259
TTL 274

u

IDE 297
Inte1 260

UPS 229

А

J
Jack Kilby 259

м
MOSFET 274

N
National E lectrica\ Code 3 02
NРN-транзистор 234

74НСОО 58
1 43 8УН2 5 8

Адаптер
перемениого тока 3 5 7
Аккумуляторы
ионно-литиевые
(Li-ion) 309
никель-кадмиевые
(N iCd) 3 1 0

никель-металл-гидридные
(NiMH) 3 09
Акселерометр 32 1
Ампер 32, 503
Амперметр 424
А мпер-часы 90
Амплитуда 503
Аналоговая схема 503
А налоговы й сигнал 245,
26 1 , 5 04

Аналого-цифровой преобразователь 298
А нод 4 1 , 46, 2 1 3 , 504
А нтенна 320
Антистатический браслет
5 3 , 345, 504

Атом 28
АЦП 298

Б
База 234
Байт 263 , 504
Бардин, Джон 2 3 3
Батареи 4 3 , 1 5 5 , 3 73 , 504
"Крона" 3 06
литиевые 3 09
типы 3 0 8
угольно-цинковые 3 09
щелочные 3 09
Батарейка 42, 3 7 3
Батарейный отсек 3 0 8
Бегущие огни 4 7 5
Бенджамин Франклин 3 5
Беспаеч ная макетная плата
5 1 , 60, 347, 3 92

конструкция 3 94
Бит 262, 264, 504
Бокорезы 340
Браслет
антистатический 5 3 , 345

Браттейн, Уолтер
Хаузер 233

в
Варактор 1 7 5
Варикап 1 75
Вариконд 1 7 5
Ватт 1 22
Вентиль 265
Ветошь 3 4 1
Взаимоиндукция 206
Вибрации 3 2 5
В ключение питания 9 8
Влажная губка 3 3 8
Внешний источник
питания 44
Вольтметр 424
Вторичный источник энер­
гии 43
Входной преобразователь
3 15

Выборка 245
Выводы 69
Выпрямитель 220
двухполупериодны й 220
мостовой 220
однополупериодный 220
Выпрямительный диод 220
Выпрямление 2 1 3
перемениого тока 2 1 9
Выходные преобразова­
тели 3 2 1
Вычисление
напряжения 1 3 6, 1 3 8
сопротивления 1 3 7, 1 40
тока 1 3 7

г
Гальваническая
развязка 207
Гальванический элемент
34, 4 1

Генератор 5 04
специальных
сигналов 490

тактовых импул ьсов

Динамики 3 22
классификация 323
Диод 50, 57, 69, 209, 505

27 1 , 289

Генри 1 93
Генри, Джозеф 1 93
Георг Ом 1 34
Германи й 2 1 О
Герц (Гц) 5 04
Гетинакс 4 1 9
Гром 3 3
Громоотвод 3 5
Грушевидный насос для
откач ивания
припоя 4 1 1

1 N 1 32 2 1 8
1 N400 1 2 1 7

д
Даммер, Джеффри 259
Датчик 3 1 5 , 504
давления 3 2 1
движения 3 1 8
света 3 1 8
тем пературы 3 2 0
Двоичная система счисле­
ния 262
Днуполярный источник пи­
тания 78, 286, 3 7 5
Днустабильные (бинарные)
явления 262
Двухпозиционный переклю­
чателЪ 93
Делитель напряжения 1 1 1 ,
1 3 9, 1 40, 505

Демонтажный
паяльник 4 1 2
Держатель 505
для батареек 308
Десятичная система счисления 262
Децибел 3 24
Джек Килби 2 5 9
Джеффри Даммер 259
Джозеф Генри 1 93
Джон Бардин 2 3 3
Джоуль 5 0 5
Джоуль, Джеймс
Прескотт 1 50
Диммер 1 0 1

выпрямительный 220
Зенера 22 1
импульсный 220
маркировка 2 1 7
несмещенный 2 1 5
обратносмещенный 2 1 4
определение
цоколевки 444
параметрический 1 75
плоскостной 2 1 3
применение 2 1 9
прямосмещенный 2 1 4
режимы работы 2 1 4
тестирование 444
Шоттки 274
Дискретизация 245
Дискретные компоненты 1 0 1
Дифференциальный усилитель 284
Диэлектрик 30, 1 5 5
Допуск 1 1 4 , 505
Дорожка 505
Дребезг контактов 292
Дроссель 1 93 , 1 99
Дырки 2 1 2, 234

Е
Единицы измерения
ОМ 1 3 6

Емкостная связь 1 65
Емкость 505
батареи 3 07
конденсатора 1 67
ЕСКД 369

ж
Ждущий мульти­
вибратор 29 1

П редметный указатель

515

3
Зажим
"крокодил" 7 1
Заземление 77, 505
Закон
Джоуля \ 50
Кирхгофа 76
Ома 1 3 3 , 5 0 5
Замкнутая цепь 6 4 , 505
Заряд
электрический 27, 29
Защитные очки 345
Земля 7 3 , 77
плавающая 78
Зуммер 324
характеристики 324

Ионно-литиевые (Li-ion)
аккумуляторы 309
Ионы 4 1
Исток 2 3 5
Источник
напряжения 1 5 7
питания 3 8
дну полярный 78, 3 7 5
внешний 44

линейный 220

нерегулируемые 3 1 5

стабилизированный 44
У ГО 3 73

тока 279
энергии 40

вторичный 43

электроп итания 3 0 5

и
Измерение
напряжения 436
силы тока 4 3 8
сопротивления 440
Изолятор 3 0 , 505
Импеданс 1 4 1
Им пульс 505
Импульсный
ДИОД 220
ТОК 224

имс 50, 257, 506
Инвертирующий усилител ь 285
Инвертор 265 , 506
Индуктивность 506
Индуктор 1 8 7, \ 93
Инструмент ручной 52
Интегральная микросхема
50, 1 0 1 , 236, 23 8 ,
257, 506

И нтегрированная среда
разработки 297
Инфракрасные свето­
диоды 222
Инфракрасный темпераrур­
ный датчик (ИК-дат­
чик) 5 06

516

к
К \ 564ЛАЗ 5 8

Кабель 3 03 , 506
Кадмий 3 1 0
Калибр провода 3 0 1 , 506
Калькулятор 53
Катод 4 1 , 4 5 , 2 1 3 , 506
Каrушка
индуктивности 50, 1 87 ,
1 92, 506

особенности 1 96
применения 1 99

переменной индуктивно­
сти 506
Кварцевые
генераторы 205
резонаторы 1 8 8, 204
Керамические резонаторы 205
Килби, Джек 259
Клей 344
Клемма 42, 304
Клеммная колодка 3 04
кмоп 274
Ковалентная связь 2 1 О
Коллектор 234, 326, 506
Коммутация 9 1 , 232
транзисторная 9 \

П редметный указател ь

Компоненты 3 7 , 506
электронные 46
Компоновка 1 00
Конденсатор 50, 5 7 , 1 1 2 ,
\ 5 3 , \ 54, 3 6 3 , 5 0 7

для поверхностного монтажа 1 70
заряд 1 5 6
обозначение 1 7 5
параллельное соединение 1 76
переменной емкости 1 74
последовательное соединение 1 77
применение 1 64
развязывающий 1 О 1
разделительный 1 65
разряд 1 5 7
сглаживающий 1 65
тестирование 442
тип 1 68
Конденсатор и батарея \ 5 5
Контактная площадка
4 1 4, 507

Короткозамкнутая цепь 3 9,
66, 507

Корпус
DIP 3 9 5
Корпуса ИМС 2 7 3
Косые острогубцы 340
Коэффициент усиления 507
КР \ 006ВИ \ 58

Кремний 2 1 0
Кулон 3 3
Кусачки 340

л
Легирование 2 1 1
Лента
для удаления припоя 4 1 1
Л инейный источн ик п ита­
ния 220
Линии
магнитного потока 1 89
Л итиевая батарея 3 09, 507
Логические схемы 229

Логический
и 265

или 266
ИЛИ-НЕ 266
И-НЕ 265
Искл. ИЛИ 266
Искл. ИЛИ-НЕ 266
НЕ 265
обозначение 266
пробник 437
типы 265
УГО 266
элемент 265, 266, 507
Лужение 507
м
Магнетизм 1 88
Магнитный поток 1 89
Майкл Фарадей 1 8 8
Макетная плата 507
беспаечная 5 1 , 60,
347, 3 92

конструкция 3 94

для пайки 507
для прототипиро­
вания 4 1 6
Максимальная
мощность 80
Максимальное
и нверсное напря­
жение 2 1 5
обратное напряжение 2 1 5
Максимальный
диапазон 432
МДП-транзисторы 236
Медная лента 3 3 9
Медь 3 0
Мигал ка для
велосипеда 460
Микрогенри 1 93
М икроконтроллер 297,
49 1 , 507

Микросхема
аналоговая 26 1
кмоп 268
ттл 268

цифровая 26 1
М икрофарада 1 67
М икрофон 1 65 , 3 1 7
динам ический 3 1 7
конденсаторный 1 7 5
оптический 3 1 8
пьезоэлектрический 3 1 7
типы 3 1 7
электретный 1 7 5 , 3 1 7
Миллиампер 3 3 , 67, 79
М иллигенри 1 93
мин 2 1 5
Многожильный провод
3 00, 507

М ногоштырьковые
разъемы 3 04
Молния 32
мон 2 1 5
Монтаж
накруткой 3 02
электронной схемы
на беспаечной макетной
плате 402
Мостовой выпрямитель 220
Мощность 3 7 , 79, 1 5 0
максимальная 80
номинальная рассеивае­
мая 1 22
Музыкальная
клавиатура 467
Мультивибратор
выбор компонентов 290
ждущий 29 1
нестабильный 2 8 8
с двумя устойчивыми
состоян иями 292
Мультиметр 50, 7 3 , 3 3 6,
422, 507

аналоговый 427
измерение напряже­
ния 436
проверка 433
цифровой 427, 428
Мультиплексирование 298

н
Наведенный ток 1 9 1
Навесной монтаж 4 1 7
Нагрузка 3 8 , 207
Наплыв 507
Напряжение 3 1 , 3 3 , 34, 507
обратного смещения 2 1 4
обратное 1 93
падение 76
повышение 76
прямого смещения
2 1 4, 2 1 6

Насос дл я откач ивания при­
поя 4 1 1
Настенные источники п ита­
ния 3 1 3
Нейтроны 2 8
Нерегул ируемые источники
питания 3 1 5
Несмещенный диод 2 1 5
Нестабильный мультиви­
братор 2 8 8
Никель-кадмиевый (NiCd)
аккумулятор 3 1 0, 508
Никель-металл-гидридный
(NiMH) аккумулятор
3 09, 508

Нойс, Роберт 259
Номер изделия 272
Ном инал ьное значение 508

о
Облако
электронное 2 8
Обратное напряжение 1 93
Обратный ток 2 1 4
Общая точка 73
Общий провод 78, 3 76, 508
Одновибратор 29 1
Одножильный провод
3 00, 508

Ом 69, 1 3 6, 5 0 8
Ом, Георг 1 3 4
Омметр 425

П редм етны й укаэател ь

517

Операционный усилитель
2 8 3 , 284, 508

Опорное направление
тока 68
Осциллограф 437, 489, 508
Осциллоскоп 489
Осциллятор 289
Отсос для припоя 3 39 , 4 1 1
Очки защитные 345

n
Падение напряжения
76, 509

Пайка 3 3 7 , 406, 509
инструкция 408
подготовка 406
техника безопасности 3 60
холодная 4 1 0
Панелька дл я ИМС
275, 4 1 5

Пара Дарлингтона 246, 2 5 3
Паразитная емкость
404, 509

Параллельное соединение 86
Параметрический диод 1 7 5
Паспорт микросхемы 278
Паяльная станция 3 3 8
Паяльник 5 1 , 3 3 7 , 406, 509
подставка 3 3 8
Переключатель 9 1 , 426
DPDT 94
DPST 94
SPDT 94
SPST 93
виды 93
двухпозиционный 93
двухполюсный 94
кнопочный 92
концевой 92
кулисный 92
нормально замкнутый 93
нормально разомкнутый 92
однополюсны й 93
ползунковый 92

5 18

типы 9 1
тумблер 92
фиксирующий 92
Переключеине 9 1
Переменный
конденсатор 5 09
ток 4 1 , 509
Перемы чка 398
для беспаечной макетной
платы 40 1
Период времени 456
Период тактовых импуль­
сов 27 1
Печатная плата 1 0 1 , 1 22,
3 04, 4 1 4

изготовление 4 1 9
разновидности 4 1 4
Пикофарада 1 67
Пиксел ь 90, 262
Питание
включение 98
Плавающая земля 78, 509
Плавкий предохранитель
426, 448

Плакирование 4 1 9, 509
Планарный монтаж 1 22
Плата
макетная
беспаечная 5 1
Поверхностный монтаж
1 22, 1 70, 275, 4 1 5

Повышение напряжения 76
Погонное сопротивление 447
Подставка для паяльника
338

Позистор 3 1 8
Показател ь степени 263
Полевой транзистор
2 3 5 , 274

Полицейская сирена 4 70
Полное сопротивление 1 4 1
Полупроводник 44, 69, 2 1 0
N-типа 2 1 1
Р-типа 2 1 1
Полусумматор 270

Предметны й указател ь

Полюс 42
Последовательное соедине­
ние 84
Поставщики
All Electronics 496
Allied Electronics 496
Digi-Key 497
Electronic Goldmine 497
Jameco Electronics 497
Maplin 500
Mouser Electronics 498
Parts Express 498
Premier Famell 499
RadioShack 499
Постоянная времени
RL \ 96

Постоянный ток 40
Потенциометр 57, 60, 1 1 3 ,
1 1 8, 1 20, 44 1

тестирование 44 1
тонкой настройки 1 20
Правила техники безопасности 3 5 7
Предохранитель
плавкий 426
Преобразователь 3 1 5
входной 3 1 5
напряжения 44
фотоэлектрический 44
Принципиальная схема 367
Припой 3 3 7 , 3 3 8, 406
удаление 4 1 1
Проблесковый маячок 289
Провод 3 00
м ногожильный 300
ОДНОЖИЛЬНЫ Й 3 00

цветовая маркировка 303
Проводимость 1 29
Проводник 3 0
Проводящие дорожки 4 1 4
Прозвонка 426
Протон 28
Проявитель 4 1 9
Прямой ток 2 1 4
П ьезоэлектрический
зуммер 324

кристалл 3 1 8
эффект 2 04, 324, 5 1 1

р
Работа 3 7
Рабочее
место 3 3 3
напряжение 1 69
Рабоч ий стол 3 3 4
Радиатор 249
Развязывающий конденсатор 1 0 1
Разделительный конденса­
тор 1 65
Размещение элементов
схемы 40 1
Разность потенциалов
34, 76

Разомкнутая цепь 64
Разрядник конденса­
торов 443
Разъем 1 02, 3 0 3 , 5 1 1
многоштырькавый 3 04
Реальный ток 5 1 1
Реверс 94
Регистры 27 1 , 294
Редуктор 327
Резистор 50, 56, 69, 440
допуск 1 1 4
категори и 1 1 4
общего назначения 1 1 4
параллельное соединение 1 2 7
переменный 1 1 3 , 1 1 8, 1 1 9
подетроечный 1 20
ползунковый 1 20
последовательное соединение 1 2 5
постоянный 1 1 3 , 1 1 4, 1 1 5
прецизионный 1 1 4, 1 1 7
тестирование 440
цветовая кодировка 1 1 6
Резонансная цепь 203
Резонатор
кварцевый 1 8 8
керамический 205

Реле 93
Реостат 1 1 3 , 1 20, 1 43
Роберт Нойс 2 5 9
Розетка 3 04
Ручной инструмент 52, 340

u 33

А 32
Ач 9 0
в 33

В т 3 7, 80, 1 22

с
Самоиндукция 1 93 , 206
Светодиод 69
Светодиодная мигалка 454
Светодиоды и нфракрасные 222
Светофор 96
Светочувствительный сиг­
нализатор 463
Связь
емкостная 1 65
по перемениому току 1 65
С глаживающий конденсатор 1 65
Сердечник 1 9 1
Сетевой адаптер 44, 3 1 4
Сжатый воздух 342
С игнал
аналоговый 26 1
цифровой 26 1
Сигнал ьный
транзистор 236
С иловой
преобразователь 44
транзистор 2 3 7
Силовые линии 1 89
Синхронизация 27 1
Система счисления
двоичная 262
десятичная 262
Смазка 343
Смещение 2 1 6
диода 2 1 4
Смывка 342
Соединение
холодная пайка 4 1 О
Сокращения
А 67
Е 33
1 3 2 , 68

р 3 7, 79

Гн 1 93

имс 1 0 1
мА 3 3 , 79
Ом 69
ф 1 67

Соленоид 1 93
Солнечная батарея 3 1 1
Солнечный элемент 40, 44
Составной транзистор 246
С пецификация 267
Стабилитрон 2 1 3 , 22 1
Статическое электричество
32, 3 6 1 , 3 64

Сток 2 3 5
Стриппер 3 4 0
Схема
комбинированная 95
логическая 229
Схемный эмулятор 489
Счетч ик-дешифратор 295

т
Таблица
истинности 268
Таймер 5 8 , 2 8 3 , 286,
454, 5 5 5

Тактовы й генератор 27 1
Тактовый импульс синхронизации 27 1
Текстолит 4 1 9
Теплоотвод 249
Термнетор 3 1 8
откс 3 1 8
Термопара 320
Техническая
спецификация 2 7 8
Технологическое простран­
ство 275
Технология поверхностного
монтажа 1 22

П редметны й указател ь

5 19

Ток 2 1 3
импульсный 224
наведенный 1 9 1
обратный 2 1 4
опорное направление 68
переменный 4 1
постоянный 40
условный 67, 2 1 3
электрический 2 8
Точ ка
общая 73
эталонная 73
Травление 420
Тракт 3 8 , 63
Транзистор 50, 5 8 , 9 1 , 23 1
биполярный 445
тестирование 446
Дарлинrгона 246
использование 242
коэффициент усиления по
току 24 1
параметры 248
полевой 2 3 5
происхождение
термина 240
режимы работы 24 1
ключевой 247
сигнальный 236
силовой 2 3 7
смещение 242
составной 246, 2 5 3
функциональная
модель 2 3 9
Транзисторная
коммутация 9 1
Транзисторы
биполярные планарные
23 3 , 234

выбор 248
полевые униполярные 2 3 3
Трансформатор 50, 1 87 , 206
изолирующий 207
повышающий 208
понижающий 208
разделительный 207
Третья рука 3 4 1 , 5 1 2

5 20

х

Триггер 292
ттл 274
Тумблер 92

у

Угловой шов 4 1 О
УГО 9 3 , 3 6 8
Угольно-цин ковые
батареи 3 09
Удаление припоя 4 1 1
Уильям Брэдфорд Шокли
233

Универсальные логические
элементы 268
УНЧ 472
Уолтер Хаузер
Братrейн 2 3 3
Усиление 232
Усилитель низкой
частоты 472
Условное графическое обо­
значение 93
Условный ток 66, 67, 2 1 3 ,
3 72, 5 1 2

ф
Фарада 1 67
Фарадей, Майкл 1 8 8
Фильтры 1 97
верхних частот 1 98
заграждающие 1 98
нижних частот 1 98
полосовые 1 98
типы 1 97
Флюс 3 3 8
Фонарик 6 8
Форма сигнала 489
Фотодиод 247, 3 1 1 , 3 1 7
Фоторезист 4 1 9
Фоторезистор 3 1 6
Фототранзистор 23 7 , 3 1 7
Фотошаблон 4 1 9
Фотоэлектрический преобразователь 44
Фотоэлемент 40, 3 1 6
Франклин, Бенджами н 3 5

П редметный указател ь

Хане Кристиан Эрстед 1 8 8
Химический источник
тока 35
Холодная пайка 41 О

ц

ЦАП 298
Цветовая маркировка 1 1 6
Цепь 3 8, 63
замкнутая 64
короткозамкнутая 3 9 , 66
настройки 203
разомкнутая 64
электрическая 26
Цифро-аналоговый преоб­
разователь 298
Цифровой сигнал 245 , 26 1
Цоколевка ИМС 276, 277

ч
Частицы
элементарные 2 8
Частота
перемениого тока 43
резонанса 202
среза 1 98
Частотомер 490

ш
Шаг координатной
сетки 4 1 4
шим 328, 5 1 3
Шина питания 99, 3 69, 395
Ш иротно-им пульсная модуляция 328, 5 1 3
Шокли, Уильям
Брэдфорд 2 3 3
Штекер 3 0 3 , 3 04
Штырьки 266

щ
Щелочные батареи 309
Щетки 326

эдс 3 3

Эквалайзер 203
Экран 3 04

Эрстед, Хане Кристиан 1 88
ЭСР

363

Этало нная точка 7 3

Эффект памяти 3 1 О

я

Электрическая
цепь 26, 3 8, 63
схема 367, 3 6 8
энергия 27

Ядро
атома 28

Электрический
заряд 27, 29
си гнал 244

аналоговый 245
цифровой 245

ток 2 8 , 3 5

опасность 3 5 3

Электричество 2 7
Электрод 4 1
Электродвигател ь 3 2 5
параметры 3 2 7
Электродвижущая сила
33, 5 1 3
Электромагнетизм 1 8 8
Электромагнит 1 90, 1 93 ,
325, 5 1 3
Электромагнитная инду к­
ция 1 9 1 , 3 1 7
Электрон 2 8
движе н ие 67
Электроника 26
Электронная лампа 2 3 3
Электронное облако 2 8
Электронные
ком поненты 46
с истемы 26
Электроны 234
Электростанция 43
Электростатический разряд
236, 3 63
Электрохимическая
реакция 4 1
Элемент 2 8
п итания 43 , 3 7 3
Элементарные частицы 28
Эм иттер 234
Энергия электрическая 27

Предм етный указател ь

5 21

тм

тм

OCJt.Oiы �НJ.�КИ
q.,tя � ®

BFSI'SEUJNG

воок

СЕРИЯ

K H J. I Г OT
.L\.HA\t\t.:Пtt\.1 1
11011\'.\JIPBЫX

3-е изqaJUte

SERIES

Радиоэлектрон и ка - это не только схеметехн и ка и электрон н ые це п•�
и:-......_.._.._.s_
Радиоэлектрони ка позволяет с помощью разнообразных компонентов, та ких
как резисторы и конденсаторы, нап равлять электрический ток no нужному
пути, создавая в результате хитроумные и полезные электро н н ые устройства.
Изу ч ая электрони ку, пол ьзуйтесь этим удобным сп равочн и ком для работы
с законами Ома, Джоуля и Кирхгофа; вы полняйте необходимые для этого
вычислен ия; оп ределяйте номинальные вел ичи н ы соп роти влен ия резисторов
и емкости конденсаторов согласно кодам, указа н н ым на их корпусах,
nол ьзуйтесь таймером 555 и другими и нтеграл ьными схемами (ИС).
.

Ва.жн.ьее rpo�Ьt 1 э..te�tffl/WJtUXe

С помощью десятка основных математических формул вь1 можете успешно
анализировать п роцессы, происходящие в электронных схемах, и подбирать
номиналы электрон н ых компонентов для разрабатываемых устройств.

ЗаJ«Jн O.Jta ааgон JJ.жolf'R
и

За кон Ома и закон Джоуля широко используются при расчете электронных цепей. Эти
законы достаточно п росты, но, когда вь1 пытаетесь решить уравнение относительно
той или иной переменной, вы вполне можете запутаться. Н иже п редставлен ы
некоторые тиnич ные формулы, основа нные на использовании за кона Ома и закона
Джоуля.
В этих формулах:
• И - напряжение, В;
• / - ток, А;




R - сопротивление, Ом;
Р - мощность, Вт.

Искомая величина Формула
И=I+R

1 = U/R
R = И/1

Р = И х / или

Р = U2/R, или
P = I2R

тм

Осноiье �НИJаt
ff'R � ®

IISI'SELLING

воок

3-е изqaJtJte

SERIES

СЕРИЯ

книг от
Л1 1АЛЕIС"'П·LК.1 1
ПОПУЛЯРНЫХ

f/.Jo� эd/J�zo CIJII/IO�ii�J.шшя и

эd/J�й е.шсоСJЫt

Электронные схемы могут содержать резисторы или конденсаторы, соединенн ые
между собой nоследовательно, nараллельне или nоследовательно-параллельно.
Величину эквивалентного соnротивления или эквивалентной емкости можно
определить с помощью приведенных ниже формул.
Последовательное соединение резисторов:
Rnocл

=

R , + Rl + Rз + " '

Па раллельное соединение резисторов:

Rпар

=

1

Rпар

1

1

1

- + - + - + ...

или
--

1

------

Rl

R2



1

1

1

= - + - + - + ...
Rl

R2



Последовательное соединение конденсаторов:

спосл

=

1
1

1

1

С,

С2

Сз

1

1

1

- + - + - + ...

ил и
1

СЛООI

--

= - + - + - + ...

с,

с2

сз

Параллельное соединение конденсаторов:

(па
р

=

С / + (2 + (3 + .
.



IFSТSELLING

воок

SERIES

тм

ОсшАы �НИJаt
'f'R � ®

СЕРИЯ

К Н I ! Г ОТ
ЛJ 1.-\AEJеn'
f дJу� :

цифр а

2-я

цифра

Ниже приведена интерпретаци я цветовых полосок резисторов.
Ц вет
Ч ерны й
Коричне вы й

1 -яцифра

о

2-я ц ифра

о

Множитель
х1

Допуск, о/о
±20

х10

±1

Кра с ны й

2

2

х 1 00

±2

Оранжевы й

3

3

х 1 000

±3

Желты й
Зелены й

4

4

х 1 0 000

±4

5

5

х 1 00 000

С ини й

б

б

х 1 000 000

7

7

х 1 0 000 000

8

8

х 1 00 000 000

9

9

х0, 1

±5

х0,01

±1 0

Золотисты й
Серебрист ы й

1

тм

BESТSEILING

воок

SERIES

OCJIOIЬt �ник,и.
q.,tя lШЙJшJ«JJ ®
3-е шqаJШе

.7/l'аЩа � lешЧШt e.m«JCJ!iu �н.qeяcaJiiofiOI

СЕРИЯ

к н и г от
.� tАЛI".J,:тню 1

н=о�о:пр�е�д�ел�и�т�ь.._�-.J

В электронных схемах номинальную величину емкости конденсатора мож
по двух- или трехзна чному коду, на несен ному на корпус конденсатора . Ниже указаны
величины емкости для некоторых распростра ненных типов конденсаторов.

Маркировка
nn (число от 01 до 99) или nnO
1 01
1 02
1 03
1 04
221
222
223
224
331
332
333
334

Емкость
пикофарад (п Ф)

nn

1 00 пФ
0,00 1 мкФ
0,0 1 мкФ
0, 1 мкФ
220 пФ
0,0022 мкФ
0,022 мкФ
0,22 мкФ
330 пФ
0,0033 мкФ
0,033 мкФ
0,33 мкФ
470 пФ
0,0047 мкФ
0,047 мкФ
0,47 мкФ

Кьqы qolti{CJ«JJ �н.qeJШlJiiiJfiOI

В электронных схемах величину допуска конденсаторов можно оп ределить по коду,
нанесенному на корпус конденсатора. Этот код п редставляет собой букву, которая зачастую
следует за трехзначным числом, нап ример Z в 1 ЗОZ. В при веденной н иже таблице указаны
типичные величины допусков для конденсаторов. Обратите внимание: буквы В, С и D
предста вляют допуски в абсолютных величи нах емкости, а не в п роцентах. Эти три буквы
используются лишь на очень маленьких конденсаторах (пи кофарадного диа пазона).

Код
в
С

D
F

G

J

к

М

Z

Допуск

�1 �
±0,25 пФ
±0,5 пФ
±1%
±2%
±5%
± 1 0%
±20о/о
+80о/о, -20%

тм

BFSI'SEUJNG

воок

SERIES

ОСН�J�ы .иеюfi/tОНИКJt
'fUl ttaiiи.икol ®
З -е шqшше

СЕРИЯ

к н иг от
Л.I IЛЛJ'.f..:П ·II-.:1 1
r\(JI-IYЛЯPI / hi X

Вы воды, расnоложенные на корnусе микросхемы, nозволя ют подключить
ее крошечные внутре н ние и нтеграл ьные схемы к остальн ым частям элек­
тронной схемы. Чтобы определ ить, какой вы вод к чему относится, нужно
сверху на корnусе ми кросхемы н а йти кл юч, который обычно n редста вля­
ет собой маленькое углублен ие в корnусе ИМС. Вnрочем, ключ может вы­
глядеть и как мален ькая точка либо белая ил и цветная полоска. В соответ­
стви и с принятым соглашением вы воды ИМС нумеруются проти в часовой
стрел ки нач и ная с верхнего левого вы вода, обозначенного кл ючом. Та к,
если кл юч ориенти рован вверх, то вы воды 1 4-шты рьковой ИМС нумеруют­
ся сверху вниз от 1 до 7 по левой стороне корпуса и снизу вверх от 8 до 1 4
по правой стороне корnуса.

тм

OCJILJdьe �JШJat
®
q.,ut �
Шf!анш!

BESI'SEILING

воок

3-е

SERIES


laiiJu?lt 555 J(ag ншiiaJШIJitЬtJt
�wfjtaliiьjt

СЕРИЯ

книг от
;\1 1ЛЛ1'.1