Индуктивность и все ее названия

Часто можно услышать, как катушки индуктивности называют просто индуктивностью или дросселем, все эти термины можно употреблять взаимозаменяемо, но для инженера-разработчика они не всегда имеют одинаковый смысл. Так, катушки индуктивности используются для получения резонанса нл определенной частоте, а дроссели — для режекции (подавления) некоторого частотного диапазона. Однако в данной книге мы будем употреблять общий термин катушка индуктивности, невзирая на все эти не столь уж большие отличия.

 

Каждая радиостанция излучает электромагнитные волны на строго определенной частоте. При изменении радиоволны на самом деле происходит изменение этой частоты при помощи подстройки переменных электронных компонентов таким образом, чтобы все другие частоты отсекались.

Так какие же радиодетали служат для режекции всех частот, кроме вашей любимой "сто и сколько-то" мегагерц? Для этой цели как раз и применяются катушки индуктивности (или дросселя), объединенные с конденсаторами в один контур для фильтрации всех частот за исключением требуемой.

Катушки индуктивности широко применяются и в других областях электроники, например, во всех более-менее качественных источниках питания дроссели служат для уменьшения 50-герцевого шума, который приходит из входной линии 220 В переменного тока.

Сама индуктивность является свойством проводника, свернутого в кольцо, запасать в электромагнитном поле, окружающем дроссель при протекании через него тока, энергию. Величины индуктивности измеряются в генри (Гн), фактически же в миллигенри (тысячных долях Гн) и микрогенри (миллионных долях). Значение индуктивности катушки служит мерой запасенной энергии. Катушки также классифицируются по влиянию, которое они оказывают на уменьшение напряжения сигнала переменного тока. (Кроме реактивного сопротивления, в реальных катушках присутствует активная составляющая, т.е. простое сопротивление, как у резистора. У идеальной же катушки она равна 0, а присутствует только реактивная (частотозависимая) составляющая. —Примеч. ред.) Для оценки этого фактора существует система маркировки, аналогичная цветовой маркировке на резисторах, речь о которой шла в главе 4. На многих катушках, особенно с большими номиналами, печатают значение индуктивности в микрогенри. Они выпускаются самых разнообразных форм и размеров. Меньшие же катушки зачастую выглядят как маломощные резисторы, да и маркировка их похожа.

Индуктивности также могут быть постоянными и переменными. Независимо от типа, они представляют собой проводник, намотанный вокруг сердечника из непроводящего материала. Количество витков и диаметр провода, а также материал сердечника и определяют значение индуктивности постоянной катушки; у переменной же есть небольшой диск, вращая который, можно подстраивать количество витков, а значит, и саму индуктивность.

Сердечник катушки может выполняться из феррита или какого-то другого материала, включая воздух (чаще всего это или феррит, или воздух).

 

Частота кварцевого резонатора

При срезе под определенным углом кристалла кварца он начинает резонировать на определенной частоте. Такие кристаллы широко применяются в электронных схемах, например, в качестве осцилляторов для тактирования микроконтроллеров. Да и другие микросхемы также довольно часто нуждаются в кварце.

Частота кристаллов измеряется в мегагерцах (МГц); подробнее о единицах измерения рассказано в главе 1. Каждый кристалл упакован в пластиковый или металлический корпус и имеет два вывода, при помощи которых он подключается к схеме. Формы корпусов таких осцилляторов бывают довольно разнообразными.

 

Хотя этот совет и может показаться очевидным, при покупке кристалла необходимо убедиться, что для данной схемы нужен осциллятор именно такой частоты.

 

 

Детектирование

Существуют электронные элементы, которые при детектировании ими некоторого явления (скажем, изменения температуры до какого-то уровня) выполняют определенное действие (например, включают свет). Они называются сенсорами или детекторами. В этом разделе будет рассказано о типах сенсоров, с которыми можно иметь дело в разных электронных проектах.

 

Кто видит свет?

Среди стандартных радиоэлементов, речь о которых шла в предыдущих главах (а именно — в главе 4), есть такие, которые имеют важное и интересное свойство: зависимость характеристик от света. Производители радиоэлектронных элементов выпускают специальные резисторы, диоды и транзисторы, чувствительные к свету; сигнал на этих компонентах меняется соответственно количеству попадающего на элемент освещения. Светочувствительные компоненты можно использовать как сенсоры в охранной сигнализации, системах контроля и автоматического освещения, средствах коммуникации. К примеру, можно сделать датчик, который бы следил за тем, чтобы, когда машина выезжает из гаража, автоматические двери случайно не закрылись. Для дистанционного управления телевизором (оно ведь используется каждый день, не правда ли?) в телевизионном приемнике есть светочувствительный транзистор или диод, который и получает сигналы с пульта.

Ниже приведен миниобзор свойств светочувствительных резисторов и транзисторов.

 

> Светочувствительные резисторы называются фоторезисторами или просто фотоэлементами. Их сопротивление меняется в зависимости от количества падающего света. Типичный фотоэлемент наиболее чувствителен в диапазоне видимого света, особенно в желто-зеленом диапазоне спектра.

> Светочувствительные транзисторы и диоды называются соответственно фототранзисторами и фотодиодами. По внешнему виду они абсолютно идентичны, поэтому в ящике стола их следует держать в разных отделениях. Эти элементы наиболее чувствительны к невидимому инфракрасному освещению (фактически — к теплу). Инфракрасные излучатели и светоприемники применяют в системах дистанционного управления.

 

В этой главе о светочувствительных элементах мы рассказали только основные сведения, но в главе 14 можно будет узнать о них значительно подробнее из интересных проектов, в которых используются фотоэлементы.

 

Детекторы движения

Легче всего увидеть детектор движения в действии, когда при приближении к крыльцу соседа неожиданно включается свет. Подобные интеллектуальные системы используются во многих домах, школах и магазинах для автоматического управления освещением или в качестве охранной сигнализации.

В большинстве детекторов движения используется техника, которая получила название пассивного инфракрасного детектирования и обычно использует напряжение 220 В. Как правило, такие системы монтируются на стену или на потолок, откуда они охватывают практически весь объем охраняемого помещения.

Если в устройстве используется питание от батареек, следует иметь компактный детектор движения, работающий от 5 В. Такие сенсоры можно приобрести у фирм, занимающихся продажей и установкой систем безопасности.

 

 

Внутри головки детектора движения

Внутреннее строение пассивного инфракрасного сенсора движения — весьма простое устройство. Детектор содержит два кристалла, линзу и небольшую электронную схему. Когда инфракрасный свет (который излучает любое нагретое тело, в том числе и человек) попадает на кристалл, тот генерирует электрический заряд. Поскольку любой человек, двигающийся в поле зрения сенсора, также испускает тепловые волны, сенсор движения легко зарегистрирует его присутствие.

Типичный сенсор движения имеет три вывода: на землю, на положительный источник питания и собственно выход сенсора. При 5-вольтовом питании детектора и при условии, что в поле зрения сенсора отсутствуют нагретые предметы или люди, напряжение на его выходе будет близким к 0 В. Если же фиксируется какое-то движение, то напряжение на выходе подскакивает до уровня питания (5 В).

 

Не стоит покупать пассивный инфракрасный сенсор отдельно от датчика. Сам сенсор не оснащен линзой, которая присутствует в полном датчике, но именно благодаря ей датчик способен улавливать движение, а не просто присутствие в радиусе обзора какого-то тела.

 

Другие типы детекторов движения

В случае, если вы заинтересовались системами наблюдения и хотели бы узнать о них больше, мы очень кратко рассмотрим другие типы сенсоров.

 

> Активные инфракрасные сенсоры движения. В них используются светоизлучающий светодиод и фотоприемник инфракрасного диапазона. В качестве последнего используется, к примеру, фототранзистор; он генерирует ток, когда на него попадает инфракрасный свет. Если кто-то пересекает пространство между светодиодом и фотоприемником, транзистор перестает генерировать ток, поскольку на пути света возникает препятствие. Такие сенсоры представляют собой всего-навсего разновидность электрического глаза, который отлично помнят поклонники фильмов про Джеймса Бонда, особенно те, кому за 40. Эффективно подобные датчики можно использовать только в пространствах с постоянным движением, например, в помещениях.

 

> Ультразвуковые сенсоры движения. Такие детекторы генерируют ультразвуковые колебания, которые отражаются объектами помещения. Если в комнате ничего или никто не двигается, ультразвуковая волна возвращается назад в датчик без изменения. Однако, как только кто-то или что-то совершит движение, волновая картина исказится, и это изменение включит сигнал тревоги. Подобные сенсоры вряд ли стоит использовать вместо обычных пассивных инфракрасных детекторов, если только ультразвуковая электроника не входит в зону ваших интересов.

 

Тепло, теплее, горячо: сенсоры температуры

Представьте себе — холодный зимний вечер, вы лежите в теплой кровати у себя дома. Внезапно вы слышите посторонний звук — но нет, это не пришел менеджер по продажам какой-то ерунды, это просто автоматически включился котел автономной системы отопления. Термостат в комнате активировал котел, поскольку температура окружающей среды в помещении упала ниже заданной температуры.

Термостат, используемый в подобных системах, представляет собой спиральную металлическую полоску (она называется биметаллической лентой), которая сжимается при уменьшении температуры. Если эта спираль сожмется до точки, соответствующей определенной температуре, она переместит ключ и, соответственно, активирует автоматику котла. Это простейший и наиболее распространенный тип сенсора температуры, который применяется в различных электрических устройствах, в том числе и в термостатах. Существуют и другие типы датчиков температуры: термопары, полупроводниковые и инфракрасные сенсоры, термисторы. Все они, в отличие от биметаллического детектора, измеряют температуру электрически, а не механически.

Чтобы облегчить жизнь начинающему радиолюбителю, мы бы порекомендовали использовать в тех проектах, где требуется измерять температуру, термисторы — поскольку они проще в использовании по сравнению с теми же термопарами или инфракрасными детекторами. Термистором называется резистор, сопротивление которого зависит от температуры.