Логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих

ОБ АВТОРЕ....18

БЛАГОДАРНОСТИ....20

ПРЕДИСЛОВИЕ....22

Что вам понадобится?....22

Первоначальные знания....22

Инструменты....22

Компоненты....23

Спецификации компонентов....23

Как работать с этой книгой?....23

Принципиальные схемы....23

Размеры....23

Математика....24

Организация книги....25

Если что-то не работает…....25

Связь между автором и читателями....27

Информативная обратная связь от меня к вам....27

Информативная обратная связь от вас ко мне....28

Запрос моей помощи....28

Прежде, чем отправлять сообщение....28

Что дальше?....29

Цифровая библиотека Safari® Books Online....30

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА....32

Источник питания....32

Стабилизирование напряжения....33

Макетные платы....34

Монтаж проводки....35

Захваты: мини-клипсы и «крокодилы»....37

Хранение компонентов....39

Проверка номиналов....39

ЭКСПЕРИМЕНТ 1. СОПРОТИВЛЕНИЕ КЛЕЯ....42

Усилитель на основе клея....42

Что здесь происходит?....44

Символика....44

ЭКСПЕРИМЕНТ 2. ВЫПОЛНЯЕМ ВЫЧИСЛЕНИЯ....48

Требования....48

Токи транзисторов....48

Сокращения и спецификации....52

А как насчет напряжения?....53

Ответы на вопрос про делители напряжения....59

ЭКСПЕРИМЕНТ 3. ОТ СВЕТА К ЗВУКУ....60

Звук, вызываемый светом....61

ЭКСПЕРИМЕНТ 4. СВЕТ, НАПРЯЖЕНИЕ И ЧАСТОТА....64

Использование фототранзисторов....65

ЭКСПЕРИМЕНТ 5. ЭЙ, УХНЕМ!....72

ЭКСПЕРИМЕНТ 6. ЛЕГКО ВКЛЮЧИЛИ, ЛЕГКО ВЫКЛЮЧИЛИ....76

Компаратор в действии....76

Обратная связь....78

Гистерезис....79

Символ компаратора....81

Выход компаратора....82

Внутреннее устройство микросхемы компаратора....84

Перерисовываем схему....84

Компаратор или микроконтроллер?....85

ЭКСПЕРИМЕНТ 7. ДАЕШЬ ХРОНОФОТОННЫЙ КОНТРОЛЛЕР!....88

Базовая схема....89

Следующий шаг....91

Тестирование схемы....91

Устройство реле....92

Конденсатор связи....93

Вскрываем часы....93

Смотрим, что внутри....94

Напряжение питания часов....95

Что заставляет звучать зуммер?....97

Использование звукового сигнала....97

Подсоединение часов....100

Как все это должно работать?....101

Тестирование хронофотонного контроллера....102

Подключение светильника к реле....103

Что дальше?....105

ЭКСПЕРИМЕНТ 8. ПУТЕШЕСТВИЕ В СТРАНУ ЗВУКА....106

Усиливаемся....106

Представляем электретный микрофон....106

Вы меня слышите?....108

Звуковые гребни и долины....110

ЭКСПЕРИМЕНТ 9. ОТ МИЛЛИВОЛЬТ К ВОЛЬТАМ....114

Поставим постоянному току преграду....114

Представляем операционный усилитель....115

В чем разница?....115

Идеальная пара....117

Измерение выходного напряжения....118

ЭКСПЕРИМЕНТ 10. ОТ ЗВУКА К СВЕТУ....120

Комбинация светодиода с транзистором....120

ЭКСПЕРИМЕНТ 11. НЕОБХОДИМОСТЬ ОТРИЦАТЕЛЬНОСТИ....122

Игры измерений....122

Усиление постоянного тока....123

Усилитель: вход и выход....124

Валерьянка для электроники....127

Усиление....127

Выход за пределы....129

Без усилий нет усиления!....130

Этап 1. Выходные напряжения....131

Этап 2. Входные напряжения....131

Этап 3. Создаем график....134

Этап 4. Усиление....134

Результат правильный?....135

Устраняем погрешность....136

Базовые схемы с операционным усилителем....137

Базовые схемы без двухполярного источника питания....138

ЭКСПЕРИМЕНТ 12. РАБОТАЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ....142

Представляем микросхему LM386....142

Схема усилителя....143

Диагностика проблем с усилителем....144

ЭКСПЕРИМЕНТ 13. НЕ КРИЧАТЬ!....146

Шаг за шагом....146

Выявление крика....147

Будет ли это работать на самом деле?....148

Продолжаем разработку....151

Проблемы с питанием....154

Провал?....155

И напоследок....155

ЭКСПЕРИМЕНТ 14. УДОВЛЕТВОРЕННЫЙ ПРОТЕСТ....158

Самое главное — правильно рассчитать время....158

Краткое описание доработки....160

Проверка криком....161

Можно ли это сделать на микроконтроллере?....163

Что дальше?....163

ЭКСПЕРИМЕНТ 15. ЭТО ВСЕ ТАК ЛОГИЧНО!....164

Проверка на телепатию....164

Организация эксперимента....165

Логика ЭСВ....168

Сборка схемы ЭСВ-эксперимента....169

Улучшение схемы тестера телепатии....170

ЭКСПЕРИМЕНТ 16. УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ТЕСТЕР ТЕЛЕПАТИИ....172

Готовы?....172

Не жульничать!....173

Индикация неудачи....173

Конфликты....174

Распутывание....175

Преобразование схемы в логическую диаграмму....176

Оптимизация логики....178

Сборка упрощенной схемы....179

Некоторые полезные подробности....182

Отличие цифровых компонентов от аналоговых....183

Дополнительное улучшение схемы тестера телепатии....183

Не так уж и просто?....184

Можно ли было использовать микроконтроллер?....184

ЭКСПЕРИМЕНТ 17. КАКОВЫ НАШИ ШАНСЫ?....186

Логика игры....188

Кто выиграл?....189

Кто жульничает?....190

ЭКСПЕРИМЕНТ 18. ВРЕМЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЬСЯ....192

Вернемся к игре «Камень, ножницы, бумага»....193

Индикация нажатой кнопки....195

Защита от жульничества....196

Побеждает дружба....198

Сборка схемы....198

Добавление системы предотвращения жульничества....203

Заключение....203

ЭКСПЕРИМЕНТ 19. ДЕКОДИРОВАНИЕ ТЕЛЕПАТИИ....206

Тестирование дешифратора....206

Повторение двоичной математики....208

Сборка схемы на макетной плате....210

Цоколевки дешифраторов....212

ЭКСПЕРИМЕНТ 20. ИГРА «КАМЕНЬ, НОЖНИЦЫ, БУМАГА» НА ДЕШИФРАТОРАХ....214

Логика игры на дешифраторах....214

Критерии игры....216

Недоступное ИЛИ....216

Спасительное ИЛИ-НЕ....217

Сборка упрощенной схемы на макетной плате....218

Расшифровка дешифрации....222

ЭКСПЕРИМЕНТ 21. «ГОРЯЧИЙ» СЛОТ....224

Мультиплексируем....224

Переходы и перемещения....225

Цоколевка мультиплексоров....243

Приложения с использованием мультиплексора....243

Аналоговые и цифровые мультиплексоры....244

Разработка игры....246

Выбор слота....247

Разработка схемы....248

Конструкция слотов....250

Проверка работы игры....251

Как определяется победитель?....251

Выигрыш....252

Разберемся с шансами....254

«Горячий слот» на микроконтроллере....255

ЭКСПЕРИМЕНТ 22. СЛЫШИМАЯ ЛОГИКА....256

Логическое аудио....256

Слушаем Исключающее ИЛИ....256

Все смешалось....258

ЭКСПЕРИМЕНТ 23. ГОЛОВОЛОМКИ....260

Передвигаемые фишки....260

Логическая решетка....262

Применение логических элементов....262

Переключаемая игра Овидия....264

Ответ на оконную головоломку....266

ЭКСПЕРИМЕНТ 24. СЛОЖЕНИЕ....268

Пять правил двоичного сложения....268

От битов к состояниям....269

Сумматор своими руками....274

Сложение на макетной плате....274

ЭКСПЕРИМЕНТ 25. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУММАТОРА....278

Возвращение дешифратора....278

Ввод десятичных значений с помощью двухрядных DIP-переключателей....279

Представляем шифратор....280

Другие особенности шифратора....281

Можно ли собрать сумматор на переключателях?....283

Составляем таблицу состояний....285

Организация переключателей....286

ЭКСПЕРИМЕНТ 26. БЕГ ПО КРУГУ....290

Как работает кольцевой счетчик?....290

Раздражающий порядок выводов....291

Игра на счетчике....294

Необходимые пояснения....294

Особенности настройки игры....296

Тестирование реакции на микроконтроллере....298

ЭКСПЕРИМЕНТ 27. СДВИГ БИТОВ....300

Не дребезжать!....300

Необходимые уточнения....300

Схема для демонстрации битового сдвига....302

Цоколевка микросхемы сдвигового регистра....304

Современные применения....305

ЭКСПЕРИМЕНТ 28. «ВЕЩИЙ ЦЗИН»....308

Гексаграммы....308

Дисплей....309

Путь тысячелистника....309

Числа....310

Выбор случайных чисел....312

Как все это работает?....314

Некоторые мелочи....314

Линейные индикаторы или отдельные светодиоды?....315

Сборка схемы проекта «Вещий Цзин»....317

Монтаж и тестирование....320

Запускаем игру «Вещий Цзин»....321

Установка схемы в корпус....322

ЭКСПЕРИМЕНТ 29. ПРОСТЕЙШИЙ ДАТЧИК: ГЕРКОН....324

Маленький магнитный выключатель....324

Исследуем геркон....326

Принцип работы геркона....326

Датчик уровня жидкости....326

Датчик уровня горючего....327

Герконы вместо обычных выключателей....330

Применение герконов....330

Типы магнитов и их поставщики....331

Формы магнитов....331

ЭКСПЕРИМЕНТ 30. ДАТЧИКИ ХОЛЛА....336

Исследуем датчик Холла....337

Применение датчиков Холла....338

Типы датчиков Холла....340

Датчики Холла и цифровая логика....341

Сгибание трубок....343

Электроника игры качения шариков....343

ЭКСПЕРИМЕНТ 31. ЭЛЕКТРОННАЯ ОПТИКА....346

Активные светочувствительные датчики....346

Рабочие характеристики оптических датчиков....348

Исследуем инфракрасный датчик....349

Тестирование инфракрасного светодиода....350

Тестирование фототранзистора....351

Тестирование логики....351

Расширение возможностей схемы....352

Доработка игры «Горячий слот»....353

Проверка концепции....353

Схема подключения датчиков....355

Сборка схемы на макетной плате....356

Корпус для датчиков....358

ЭКСПЕРИМЕНТ 32. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИГРЫ ОВИДИЯ....362

Логика постановки задачи....362

Обратно к переключателям....363

Магнитные вопросы....364

ЭКСПЕРИМЕНТ 33. ПОЛЬЗА ВРАЩЕНИЯ....368

Энкодер: принцип работы....368

Какой энкодер нам нужен?....369

Пакет импульсов....369

Что там внутри?....370

Применение энкодеров....371

Случайности возможны....371

Вращающийся «Приниматель решений»....372

Вращающийся «Увиливатель»....374

«Идеальная» случайность....375

ЭКСПЕРИМЕНТ 34. СЛУЧАЙНОСТЬ И ДАТЧИКИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ....376

Управление таймером с помощью другого таймера....376

Термистор....377

Факторы случайности....378

Автоматизация схемы произвольного выбора....378

Настройка частоты таймера....380

Как повысить степень случайности значений сопротивления термистора?....382

Датчик влажности....382

Регулирование влажности....382

Акселерометр....383

Датчик прикосновения....383

Эмпирические проблемы....384

Насколько случайна случайность?....385

ЭКСПЕРИМЕНТ 35. СРЛОС....386

Знакомимся с СРЛОС....386

Сдвиг битов крупным планом....389

Проблема с нулями....389

Обеспечение неповторяемости....391

Проведение исследования....393

Единицы и нули....395

Проблема весовых коэффициентов....396

Пропускаем 254-е значение....396

Делимся входом сигнала тактирования....397

Возможны ли другие варианты?....398

Затравка....398

Мигающие светодиоды....399

Селектор слота....399

Вариант кольцевого счетчика....400

Произвольные тоны....400

Ввод для игры «Вещий Цзин»....401

ЭКСПЕРИМЕНТ 36. ВАРИАНТ ТЕСТЕРА ЭКСТРАСЕНСОРНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ ДЛЯ ОДНОГО УЧАСТНИКА....402

Первая часть проекта....402

Вторая часть проекта....403

Логика ввода....404

Сигнал готовности....405

Затравка случайным числом....405

Еще два элемента Исключающее ИЛИ....405

Самое главное — действовать вовремя....407

Подсчет угадываний....408

Схема в сборе....409

Проверка работы тестера....411

Насколько маловероятными являются ЭСВ?....411

Могущество треугольника....413

Вероятности Джона Уолкера....413

ЭТО ВСЕ?....416

БИБЛИОГРАФИЯ....417

ПРИЛОЖЕНИЕ. ПРИОБРЕТАЕМЫЕ КОМПОНЕНТЫ....418

Наборы компонентов....418

Источники....419

Базовые компоненты....419

Резисторы....419

Конденсаторы....421

Светодиоды....422

Основные сведения о семействах микросхем....423

Транзисторы....425

Переключатели....425

Источники питания, макетные платы и монтажные провода....426

Минимальный список покупок. Эксперименты с 1 по 14....427

Минимальный список покупок. Эксперименты с 15 по 25....428

Минимальный список покупок. Эксперименты с 26 по 36....429

Оптимальный список покупок. Эксперименты с 1 по 14....431

Оптимальный список покупок. Эксперименты с 15 по 25....432

Оптимальный список покупок. Эксперименты с 26 по 36....434

Максимальный список покупок. Эксперименты с 1 по 14....436

Максимальный список покупок. Эксперименты с 15 по 25....437

Максимальный список покупок. Эксперименты с 26 по 36....439

Выборочный список покупок....441

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.....454

Обучение в ходе экспериментов. В книге "Электроника для начинающих" был представлен мир электроники и изложены его основные понятия. Теперь вы готовы перейти к следующему этапу - разработке схем, генерированию случайных чисел, аналого-цифровому преобразованию и многому другому. Данное руководство содержит многочисленные иллюстрации рассматриваемых проектов, а также списки деталей для каждого проекта, чтобы облегчить задачу их приобретения. Электроника - это намного больше, чем просто резисторы, конденсаторы, транзисторы и диоды. Существует большое множество проектов, которые можно создать, используя компараторы, операционные усилители и датчики. И не забывайте о мыслительных способностях логических микросхем! Эта книга является продолжением книги "Электроника для начинающих"и предлагает 36 новых пошаговых экспериментов, которые научат вас добавлять вычислительные способности в электронные проекты. Книга послужит путеводителем в дебрях электронных компонентов: операционных усилителей, компараторов, счетчиков, шифраторов, дешифраторов, мультиплексоров, сдвиговых регистров, таймеров, полосовых индикаторов, массивов пар Дарлингтона, фототранзисторов и еще с полдюжины других типов датчиков.Прочитав книгу, вы научитесь: - Бросать"электронные веточки тысячелистника"в древней системе предсказаний И Цзинь с помощью дешифратора и двоичного счетчика. - Создавать тестер телепатии, используя логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ и Исключающее ИЛИ-НЕ.-Собирать на макетной плате устройство,"протестующее против крика",используя операционные усилители и сглаживающие конденсаторы. - Собирать на микросхемах таймера, счетчика и мультиплексора схему для генерирования случайных чисел для использования в игре"Горячий слот".-Радикально усовершенствовать игру"Крестики-нолики",используя герконы и магниты. - Использовать вращающийся кодер или термистор для генерирования случайных чисел. Об авторе: Первым проектом Чарльза Платта был телефонный автоответчик, который он сделал в возрасте 15 лет. Впоследствии он был писателем-фантастом, преподавал компьютерную графику и работал ведущим автором в журнале Wired, но всю жизнь сохранял свою любовь к электронике - главному хобби своей жизни. В настоящее время Чарльз работает редактором в журнале MAKE и занимается разработкой новых образцов медицинского оборудования. Его книга"Электроника для начинающих" (Make: Electronics)стала мировым бестселлером.