Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

Конденсатор теперь заряжен. Нажмите правую кнопку, и конденсатор разрядится через верхний светодиод. Вы убедились, что поведение этого устройства аналогично устройству, изображенному на рис. 5.37, но здесь роль накопителя энергии играет не катушка индуктивности, а конденсатор.

И конденсаторы, и индукторы сохраняют энергию. Более очевидным это оказалось в случае с конденсатором, поскольку конденсатор большой емкости намного меньше по размерам, чем катушка с высокой индуктивностью.

Понятие о переменном токе

Вот очень простой мысленный эксперимент. Предположим, вы пропускаете последовательность импульсов от таймера 555 через катушку индуктивности. Это элементарная форма переменного тока.

Рис. 5.39. Компоновка макетной платы для демонстрации работы конденсатора

Будет ли самоиндукция катушки влиять на этот поток импульсов? Все будет зависеть от длительности каждого импульса и от того, какой индуктивностью обладает катушка. Если частота импульсов выбрана правильно, то самоиндукция катушки будет достаточной, чтобы блокировать каждый импульс. Затем катушка будет восстанавливаться какое-то время, блокируя следующий импульс. В соединении с резистором (или с сопротивлением динамика) катушка индуктивности может подавлять некоторые частоты, пропуская остальные.

Если у вас есть стереосистема с маленьким динамиком для воспроизведения верхних частот и большим динамиком для воспроизведения нижних, то почти наверняка внутри корпуса динамика есть катушка индуктивности, которая не позволяет верхним частотам идти к большому динамику.

Что произойдет, если вы замените катушку конденсатором? Если длительность импульсов велика в сравнении с временем заряда конденсатора, то он будет блокировать их. Но при небольшой длительности импульсов конденсатор сможет заряжаться и разряжаться синхронно с импульсами и будет пропускать их.

В данной книге у меня нет места, чтобы углубиться в теорию переменного тока. Это обширная и сложная область, в которой электрический ток ведет себя странным и удивительным образом, а описывающие это математические формулы становятся довольно сложными, поскольку содержат дифференциальные уравнения и мнимые числа.

Замечание

Что такое мнимое число? Самый распространенный пример – квадратный корень из −1. Как такое может быть? Никак, и поэтому мы говорим, что число мнимое. Однако такие числа неожиданным образом используются в теории электричества. Если вы заинтересовались, почитайте что-либо об этом в книгах по теории электричества.

Но я пока еще не закончил с катушками индуктивности. Следующий эксперимент продемонстрирует звуковые эффекты, которые я только что описал.

Эксперимент 29. Фильтрация частот

В этом эксперименте вы будете менять звучание. С помощью катушек индуктивности и конденсаторов можно фильтровать участки спектра звуковых частот для создания большого разнообразия эффектов.

Что вам понадобится

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, тестовые провода, мультиметр

• Источник питания на 9 В (батарея или сетевой адаптер)

• Динамик с импедансом 8 Ом, диаметром как минимум 10 см (1 шт.)

• Микросхема аудиоусилителя LM386 (1 шт.)

• Монтажный провод 22-го калибра (диаметр 0,64 мм), 30 метров

• Небольшой пластиковый контейнер в качестве корпуса динамика (1 шт.)

• Таймер 555 (1 шт.)

• Резистор с номиналом 10 кОм (2 шт.)

• Конденсаторы емкостью 0,01 мкФ (3 шт.), 2,2 мкФ (1 шт.), 100 мкФ (1 шт.), 220 мкФ (3 шт.)

• Подстроечные потенциометры с номиналами 10 кОм (1 шт.) и 1 МОм (1 шт.)

• Однополюсные ползунковые переключатели на два направления (4 шт.)

• Кнопка (1 шт.)

Корпус для динамика

Тот небольшой динамик, который я рекомендовал для предыдущих проектов, вполне подходил для воспроизведения простых звуковых сигналов, но небольшие динамики плохо воспроизводят низкие частоты. Поскольку мне хотелось бы, чтобы вы услышали, как электронные компоненты могут влиять на эти частоты, пришло время познакомиться с большим динамиком, например таким, как на рис. 5.40, который имеет диффузор диаметром 10 см.

Рис. 5.40. Динамик, подходящий для этого эксперимента

Рис. 5.41. Резонирующий корпус позволит лучше услышать басы (низкие частоты) от вашего динамика

Принимая во внимание мои предыдущие комментарии о необходимости подавления несовпадающих по фазе звуковых волн с задней стороны динамика, вам понадобится корпус для него. Он будет усиливать звук за счет резонанса, таким же образом как корпус акустической гитары резонирует в ответ на колебания ее струн.

Если у вас есть время сделать добротный кожух из фанеры, это было бы идеально, но самое простое и дешевое решение – пластиковый контейнер с защелкивающейся крышкой. На рис. 5.41 изображен такой контейнер с закрепленным на дне динамиком. Просверлить аккуратные отверстия в пластике довольно сложно, и поэтому я особо не старался.

Чтобы улучшить характеристики пластикового контейнера, перед закрытием крышки можно поместить внутрь какую-либо мягкую, плотную ткань. Полотенца для рук будет достаточно для частичного поглощения вибрации.

Усилитель на одной микросхеме

В далекие 50-е годы для того, чтобы построить звуковой усилитель, вам понадобились бы электровакуумные лампы, трансформаторы и другие энергоемкие тяжеловесные компоненты. Сегодня вы можете примерно за доллар купить микросхему, которая выполнит всю работу, если вы добавите несколько конденсаторов и регулятор громкости.

Одна из самых простых, дешевых и доступных микросхем аудиоусилителя – LM386, которую выпускают многие производители; каждый из них добавляет к маркировке дополнительные буквы и цифры. Варианты LM386N-1, LM386N и LM386M-1 для наших целей идентичны. Проверьте только, что вы покупаете версию для установки через монтажные отверстия, а не для поверхностного монтажа. Цоколевка микросхемы показана на рис. 5.42.

Рис. 5.42. Цоколевка микросхемы-усилителя LM386

Эта маленькая микросхема работает от источника питания в 4–12 В постоянного тока, и хотя ее номинальная мощность всего 1,25 Вт, вас удивит громкость звучания. Она имеет номинальный коэффициент усиления 20:1.

Проверка работоспособности усилителя

В целях проверки мне бы хотелось, чтобы источник звукового спектра частот перекрывал широкий диапазон слышимого спектра частот. Простой способ добиться этого – собрать генератор на таймере 555. В верхней части схемы на рис. 5.43 показан таймер в режиме автоколебаний, а номиналы компонентов таковы, что обеспечивается диапазон частот примерно от 70 Гц до 5 кГц, когда вы поворачиваете подстроечный потенциометр номиналом 1 МОм. К сожалению, шкала окажется нелинейной: небольшой поворот потенциометра будет иметь гораздо больший слышимый эффект для верхних частот, чем для нижних. Однако для демонстрации этого достаточно, да и в любом случае фильтрация нижних частот на слух воспринимается заметнее.

Рис. 5.43. Принципиальная схема устройства для экспериментов со звуком

Компоновка макетной платы для этой схемы приведена на рис. 5.44, а расположение и номиналы компонентов – на