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

очень тонкого провода к обратной стороне мембраны, так что она движется вместе с мембраной. Давайте также поместим внутри катушки неподвижный магнит. Эта конструкция напоминает крошечный ультрачувствительный динамик, за исключением того, что не электричество порождает звук, а звук будет вырабатывать электричество. Волны сжатия вызывают колебание мембраны вдоль оси магнита, а магнитное поле создает колеблющееся напряжение в проводе. Сказанное иллюстрирует рис. 5.31.

Такое устройство называется микрофоном с подвижной катушкой. Есть и другие способы создания микрофона, но эта конструкция самая простая для понимания. Конечно, напряжение, которое он генерирует, очень мало, но мы можем усилить его с помощью транзистора или ряда транзисторов, как предложено на рис. 5.32.

Затем мы можем подать выходной сигнал на обмотку, намотанную вокруг горловины динамика, и динамик будет воспроизводить волны сжатия в воздухе, как показано на рис. 5.33.

Рис. 5.31. Звуковые волны, попадающие в микрофон с подвижной катушкой, вызывают вибрацию мембраны, прикрепленной к катушке индуктивности на муфте вокруг магнита. В результате движение катушки генерирует малые токи

Рис. 5.32. Слабые сигналы от микрофона проходят через усилитель, который увеличивает их амплитуду, сохраняя частоту и форму

Рис. 5.33. Усиленный электрический сигнал проходит через обмотку вокруг горловины диффузора динамика. Индуцированное электрическим током магнитное поле вызывает вибрацию диффузора, воспроизводя исходный звук

Возможно, мы захотим записать этот звук и затем воспроизвести его. Принцип останется прежним. Самое сложное – спроектировать микрофон, усилитель и динамик таким образом, чтобы они точно воспроизводили форму колебаний на каждом этапе. Задача непростая, поэтому точное воспроизведение звука может оказаться труднодостижимым.

Эксперимент 28. Демонстрируем самоиндукцию катушки

Вы убедились, что при пропускании тока через обмотку, он создает магнитное поле. А что происходит с созданным полем, когда вы отключаете ток? Энергия магнитного поля превращается обратно в короткий импульс электрического тока. Мы говорим, что это происходит, когда поле спадает. Описанный далее эксперимент позволит вам воочию убедиться в этом.

Что вам понадобится

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

• Слаботочные светодиоды (2 шт.)

• Монтажный провод 22-го (лучше 26-го) калибра (диаметр 0,64 или 0,4 мм), 30 метров (1 катушка)

• Резистор номиналом 47 Ом (1 шт.)

• Конденсатор емкостью 1000 мкФ или больше (1 шт.)

• Кнопка (1 шт.)

Методика проведения

Взгляните на электрическую схему, приведенную на рис. 5.34. Макет установки показан на рис. 5.35. Для обмотки можете использовать бухту монтажного провода 22-го калибра длиной 30 метров. Как вариант, если вы намотали катушку из 60 метров провода в эксперименте 26, то подойдет и она, а если вы приобрели обмоточный провод, то это еще лучше.

На первый взгляд схема может показаться вам бессмысленной. Резистор 47 Ом слишком мал для защиты светодиода, но почему вообще светодиод должен гореть, когда электрический ток может обойти его через катушку?

Рис. 5.34. Простая схема для демонстрации собственной индуктивности катушки

Рис. 5.35. Компоновка макетной платы для эксперимента по самоиндукции.

Теперь проверьте работу схемы, и я думаю, что вы будете удивлены. Каждый раз, когда вы нажимаете кнопку, светодиод мигает. Вы можете предположить, почему?

Попробуем добавить второй светодиод, подключив его по-другому, как показано на рис. 5.36 и 5.37. Опять нажмите кнопку, и первый светодиод мигнет, как и раньше. Но теперь, когда вы отпустите кнопку, мигнет второй светодиод.

Рис. 5.36. Один светодиод мигает при появлении магнитного поля, а второй – при его исчезновении

Рис. 5.37. Макет установки с двумя светодиодами

Понятие самоиндукции

Во время этого эксперимента происходило следующее. Вначале катушке необходим короткий промежуток времени для создания магнитного поля. На это требуется очень малое время, в течение которого сопротивление катушки велико и она почти не проводит электрический ток. В результате часть тока проходит через первый светодиод. После создания магнитного поля сопротивление катушки падает и ток, протекающий через нее, резко увеличивается.

Эта реакция катушки называется самоиндукцией. Иногда говорят об индуктивном сопротивлении или реактивном сопротивлении, но поскольку правильным является термин «самоиндукция», я буду употреблять именно его.

Когда вы отключили питание, магнитное поле сошло на нет, а энергия этого поля преобразовалось обратно в короткий импульс электрического тока. Он зажег второй светодиод, когда вы отпустили кнопку. Естественно, катушки разного размера накапливают и высвобождают различное количество энергии.

Возможно, вы помните, что в эксперименте 15 я советовал вам подключить диод параллельно катушке реле, чтобы подавить бросок тока, который возникает при подаче питания на катушку и при его отключении. Теперь вы сами увидели этот эффект.

Резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности

Три основных типа пассивных компонентов в электронике – это резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Теперь мы можем перечислить и сравнить их свойства.

Резистор уменьшает электрический ток и понижает напряжение.

Конденсатор проводит начальный импульс тока, но блокирует постоянный ток.

Катушка индуктивности (иногда ее называют индуктором) в первый момент блокирует постоянный ток, а затем пропускает его.

В схеме, которую я вам только что показал, номинал резистора невелик, поскольку я знал, что импульс тока через светодиод будет очень коротким. Мигание светодиодов было бы менее заметным, если номинал резистора был как обычно 330 или 470 Ом.

Внимание!

Не подавайте питание на эту схему без подключенной обмотки. Вы быстро сожжете один или оба светодиода. Может показаться, что катушка ничего не делает, но это не так.

Вот еще один, последний, вариант этого эксперимента – для проверки вашей памяти и понимания основ электроники. Соберите новую схему, показанную на рис. 5.38 и 5.39, заменив катушку индуктивности конденсатором на 1000 мкФ (соблюдайте полярность, положительный вывод должен быть вверху). Номинал резистора здесь 470 Ом, потому что теперь нет катушки, которая блокирует и отводит ток.

Вначале нажмите и удерживайте пару секунд кнопку В, чтобы убедиться в том, что конденсатор разряжен. Что мы теперь увидим, когда нажмем кнопку А? Вероятно, вы догадываетесь. Вспомните, конденсатор будет пропускать начальный импульс тока. Следовательно, загорится нижний светодиод – и затем постепенно погаснет, потому что конденсатор накапливает положительный заряд на своей верхней пластине, а отрицательный – на нижней. Когда это произойдет, потенциал на нижнем светодиоде упадет до нуля.

Рис. 5.38. Поведение конденсатора во многом противоположно поведению катушки