t2 = 0,693 · R2 · С
Рассчитанные значения времени никогда не будут равными, поэтому прямоугольный сигнал, производимый таймером 555, имеет длительность импульса, отличную от 50 %. Чтобы иметь длительность импульса, близкую к 50 %, мы должны использовать R1 намного меньше R2. Оба резистора не должны иметь сопротивление меньше 1 кОм.
В разделе про цифровую электронику мы разберем другой способ построения простого осциллятора.
Таймер
Рис. 6.29. Электрическая схема цепи для реализации простого таймера с помощью NE555
Таймер представляет собой схему, которая после активации ожидает определенный промежуток времени, прежде чем произвести выходной сигнал. Собрать таймер с помощью интегральной схемы очень просто. Мы можем использовать универсальный NE555. С помощью простой схемы можно установить длительность таймера, используя резистор и конденсатор. Пусковой сигнал подается на вывод номер 2, подключая его к земле. Выходной сигнал находится на выводе 3, и после того, как заданное время истекло, он перейдет из низкого в верхний уровень.
Промежуток времени рассчитывается по формуле:
t = 1,1 · R1 · C1
Глава 7
Электропитание схем
Любая цепь без источника энергии является безжизненным куском железа. Отделом, отвечающим за электропитание схемы, часто пренебрегают, несмотря на то, что это очень важная часть цепи. В этой главе мы рассмотрим, какие типы батарей использовать и как строить стабилизаторы питания для наших цепей.
В отличие от других форм энергии, электричество может быть сохранено. Первым это заметил в 1800 году Алессандро Вольта, когда сооружал батареи с помощью дисков из цинка, меди и войлока, смоченного соленой водой. Для работы цепи мы должны подключить ее к батарее или источнику питания. В этой главе мы увидим, как работают батареи и блоки питания и как строить схемы для регулирования напряжения и тока.
Батареи и блоки питания
Батарея является электрохимическим устройством, которое может обеспечить электрический ток в течение определенного времени, то есть до тех пор, пока внутри нее может протекать определенная химическая реакция. Мы можем представить себе батарею в качестве емкости для воды, способную хранить жидкость, которая будет использоваться в случае необходимости. Батареи, как, например, те, что создавал Алессандро Вольта, используют свойства некоторых металлов освобождать или принимать электроны. Атомы цинкасостоят из ядра, содержащего протоны и нейтроны, окруженного облаком электронов, часть из которых не образуют тесную связь с ядром и может легко перемещаться. Когда цинк вступает в контакт с кислотным раствором, таким как уксус или лимонный сок, то некоторые из его свободных электронов высвобождаются и могут быть использованы для питания цепи. Электроны, однако, должны вернуться к батарее, где они поглощаются медью, погруженной в кислоту.
Мы тоже можем построить самодельную батарею с помощью лимонов, оцинкованных гвоздей и монет. Разрезаем лимон пополам, вставляем монету и на небольшое расстояние от монеты оцинкованный гвоздь. Измеряем напряжение с помощью тестера: мы должны прочитать примерно 1 В. Эта самодельная батарея может обеспечить небольшой ток в несколько миллиампер. Мы могли бы использовать его для питания светодиода, но для этого нам понадобятся две такие батареи, чтобы обеспечить по крайней мере 2 В.
Рис. 7.1. Как из лимона соорудить батарею
Чтобы увеличить напряжение от батарей, мы можем соединить несколько батарей последовательно. Для увеличения тока, подаваемого от батарей, мы можем соединить несколько батарей параллельно: общий ток в этом случае будет равняться сумме токов.
Батареи изготавливают из различных типов материалов. Раньше использовались цинк и уголь, затем они были заменены на более эффективные батареи, которые используют щелочные металлы. В аккумуляторных батареях химическая реакция может быть возобновлена путем подачи тока к батарее. Первые модели аккумуляторных батарей использовали никель и кадмий, но обладали небольшой емкостью и были недолговечными, к тому же они должны были быть полностью разряженными, прежде чем заряжать их снова (это явление называется «эффектом памяти»). Батареи, применяемые в автомобилях, используют свинцовые элементы, погруженные в кислоту. Современные аккумуляторные батареи, использующие литий или другие металлы, не имеют эффекта памяти и обладают большей емкостью.
Рис. 7.2. Символ батареи (слева), последовательно соединенные батареи (в центре), параллельно соединенные батареи (справа)
При подзарядке аккумуляторов ток изменяется с течением времени, следуя определенному алгоритму. По этой причине может быть опасно пытаться заряжать их с помощью простого источника питания, поэтому предпочтительно использовать их конкретное зарядное устройство, в противном случае может произойти взрыв или возгорание. Аккумуляторные батареи, как правило, имеют напряжение ниже, в отличие от соответствующих не заряжаемых батарей (например, 1,2 В вместо 1,5 В).
Существует множество типов батарей, каждая модель имеет свое определенное напряжение и емкость, выраженную в амперах-час (Ач). Небольшие батареи могут поставлять несколько сот миллиампер-час, автомобильные аккумуляторы могут иметь емкость до сотен ампер-час.
Таблица 7.1. Электрические характеристики некоторых батарей
Мы можем использовать батареи в наших прототипах, соединяя их зажимами или с помощью гнезд для последовательной группировки батарей типа АА и AAA на 1,5 В. Аккумуляторные батареи доступны в различных конфигурациях и могут обеспечить напряжения 3 В, 4,5 В, 6 В, 9 В и 12 В.
Рис. 7.3. Различные модели батарей с общепринятым обозначением, зажим для батарейки на 9 В и отсек для батарей
Насколько хватает заряда батареи?
Как можно определить продолжительность работы батареи? Каждая батарея характеризуется напряжением и способностью обеспечивать ток, обозначенную в А или мА в час (мАч).
