Для создания схем, описанных в этом томе, вам понадобится небольшая рабочая зона, кое-какие инструменты, а также некоторое количество расходных материалов. В этом разделе описывается, из чего устроена лаборатория домашней электроники.
Рабочая зона
Рабочая зона должна состоять из большого верстака, как вариант – стеллажа или письменного стола (желательно деревянного) для сборки схем, с бытовой электроэнергией (120 вольт переменного тока), с лёгким доступом для питания паяльного оборудования, блоков питания и прочего испытательного оборудования. Недорогие столы, предназначенные для работы за компьютером, очень хорошо подходят для этой цели. Избегайте столов с металлическими поверхностями, так как электрическая проводимость металлической части создаёт как опасность поражения электрическим током, так и явную возможность непреднамеренного «короткого замыкания», возникающего из-за того, что компоненты схемы касаются металлической поверхности стола. Следует избегать виниловых и пластиковых поверхностей из-за их способности генерировать и накапливать большие статические электрические заряды, которые могут повредить чувствительные электронные компоненты. Кроме того, эти материалы легко плавятся под воздействием горячего паяльника и капель расплавленного припоя.
Если у вас нет верстака с деревянной поверхностью, можно превратить в него любой стол, положив сверху кусок фанеры. Если у вас достаточно навыков работы с деревообрабатывающими инструментами, вы можете собрать свой собственный стол, используя фанеру и доски 2×4.
Рабочее место должно быть хорошо освещено и удобно. У меня есть небольшой радиоприёмник, установленный на моём рабочем столе, чтобы слушать музыку или новости во время экспериментов. На моём собственном верстаке есть розетка «удлинитель» и блок переключателей, установленные с нижней стороны столешницы, к которым я подключаю все устройства на 120 вольт. Крайне удобно, когда есть один переключатель для отключения всего питания в случае случайного короткого замыкания!
Инструментарий
Для базовой работы с электроникой кое-что требуется из инструментов. Большинство из них недороги и легко доступны. Если вы хотите, чтобы стоимость была как можно ниже, вместо покупки новых можно поискать их в комиссионных магазинах, радиорынках, барахолках и ломбардах. Судя по фотографиям, некоторые из моих собственных инструментов довольно старые, но, тем не менее, свои функции они выполняют на «ура».
Цифровой мультиметр
Первым и главным в вашей коллекции инструментов является мультиметр. Это электрический прибор, предназначенный для измерения напряжения, тока, сопротивления и часто других переменных величин. Мультиметры бывают как цифровые, так и аналоговые. Цифровой предпочтительнее, если предполагается повышенная точность измерений, но аналоговые измерители также полезны для интуитивного понимания чувствительности и диапазона прибора. Мой собственный цифровой мультиметр – модель Fluke 27, купил в 1987 году:
Рис. 1. Цифровой мультиметр Fluke 27.
Большинство аналоговых мультиметров, продаваемых сегодня, довольно недороги и не обязательно являются прецизионными измерительными приборами. Я рекомендую иметь в своей коллекции инструментов как цифровые, так и аналоговые измерители, при этом меньшую часть денег можно потратить на аналоговый мультиметр, а основные инвестиции вложить в качественный цифровой мультиметр (я настоятельно рекомендую марку Fluke).
Чувствительный детектор напряжения/аудио
Тестовый прибор, который я нашёл незаменимым в моей домашней работе, — это чувствительный детектор напряжения или чувствительный аудиодетектор, описанный в почти идентичных экспериментах в двух главах этого тома книги. Это не что иное, как чувствительный набор аудионаушников, оснащённый аттенюатором (регулятором громкости) и ограничительными диодами для уменьшения интенсивности звука при защите от сильных сигналов. Его цель – звуковая индикация наличия сигналов напряжения низкой интенсивности, постоянного или переменного тока. При отсутствии осциллографа это самый ценный инструмент, потому что он позволяет прислушаться к электронному сигналу и тем самым что-то определить в его природе. Немногие инструменты развивают такое интуитивное понимание частоты и амплитуды, как этот! Я цитирую его использование во многих экспериментах, показанных в этом томе, поэтому я настоятельно рекомендую вам построить свой собственный. Во-вторых, после мультиметра, это самая полезная часть тестового оборудования в бюджетной коллекции экспериментатора электроники.
Рис. 2. Аудиодетектор напряжения.
Как видите, я собрал детектор своими руками, используя подручные детали (бытовой электрический переключатель, розетку для корпуса, отрезок коричневого шнура лампы для измерительных проводов). Даже некоторые внутренние компоненты были спасены из металлолома (понижающий трансформатор и разъём для наушников были взяты от старого радиоприемника, купленного в нерабочем состоянии в комиссионном магазине). Всё вместе, включая наушники, купленные подержанными, стоило не более 15 долларов. Конечно, можно было бы гораздо тщательнее подходить к выбору конструкционных материалов (металлический корпус, экранированный кабель пробника), но вряд ли это существенно улучшит его характеристики.
Единственным наиболее влиятельным компонентом в отношении чувствительности детектора являются наушники в сборке: вообще говоря, чем выше показатель «дБ» наушников, тем лучше они будут служить своей цели. Поскольку наушники не нужно модифицировать для использования в цепи детектора, и они легко отсоединяются от неё, вполне оправданной может оказаться покупка дорогих высококачественных наушников, поскольку в свободное от экспериментов время их можно использовать их как часть домашней развлекательной (аудио/видео) системы.
Беспаечная макетная плата
Также необходима беспаечная макетная плата, которую иногда называют платой для прототипирования или просто прото-платой. Это устройство позволяет быстро соединять электронные компоненты друг с другом, не припаивая друг к другу клеммы компонентов и провода.
Рис. 3. Беспаечная макетная плата.
Клещи для зачистки проводов
При работе с проводом вам понадобится инструмент, позволяющий «снимать» пластиковую изоляцию с концов, чтобы обнажить оголённый медный металл. Это так называемые инструменты для зачистки проводов и представляет собой плоскогубцы (клещи, щипцы) особой формы с несколькими острыми отверстиями в области губок, размер которых как раз подходит для разрезания пластиковой изоляции, а не меди, для проводов различных размеров и калибров. Здесь показаны клещи для зачистки проводов двух разных размеров:
Рис. 4. Клещи для зачистки проводов.
Перемычки (продаются в магазинах Radio Shack)
Для быстрого временного соединения между некоторыми электронными компонентами вам понадобятся провода-перемычки с небольшими зажимами типа «крокодил» на каждом конце. Их можно приобрести в сборке или собрать из зажимов и проводов.
Рис. 5. Перемычки-«крокодилы» для временного соединения проводов.
Перемычки (самодельные)
Рис. 6. Самодельные перемычки-«крокодилы» для временного соединения проводов.
Можно использовать самодельные перемычки с большими неизолированными (голыми металлическими) зажимами типа «крокодил», если соблюдать осторожность, чтобы избежать любого непреднамеренного контакта между оголёнными зажимами и любыми другими проводами или компонентами. Для использования в переполненных макетных схемах гораздо предпочтительнее перемычки с изолированными (покрытыми резиной) зажимами, такими как перемычка от марки Radio Shack.
Тонкогубцы
Плоскогубцы с тонкими губами предназначены для захвата мелких предметов и особенно полезны для проталкивания проводов в неподатливые отверстия макетной платы.
Рис. 7. Тонкогубые плоскогубцы.
Отвёртки
Ни один набор инструментов не будет полным без отвёрток, и я рекомендую дополнительную пару (шлицевая 3/16 дюйма и крестовая №2) в качестве отправной точки для вашей коллекции. Позже вам может пригодиться набор ювелирных отвёрток для работы с очень маленькими винтами и регулировкой головок винтов.
Рис. 8. Отвёртки.
Паяльник (маломощный) и припой («канифольное ядро»)
Для проектов, связанных со сборкой/ремонтом печатных плат, необходимы небольшой паяльник и катушка с припоем с канифолью. Я рекомендую паяльник мощностью 25 Вт (не больше) для работы с печатными платами, и самый тонкий припой, какой только получится найти. Не используйте припой с «кислотным сердечником»! Кислотно-стержневой припой предназначен для пайки медных труб (сантехнических), где небольшое количество кислоты способствует очистке меди от поверхностных загрязнений и обеспечивает более прочное соединение. При использовании для электромонтажных работ остаточная кислота вызовет коррозию проводов. Также следует избегать припоя, содержащего металлический свинец, выбрав вместо этого припой из серебряного сплава. Если вы ещё не носите очки, настоятельно рекомендуется надевать пару защитных очков во время пайки, чтобы предотвратить случайное попадание кусочков расплавленного припоя в глаза, если провод оторвётся от соединения во время процесса пайки и произойдёт выброс кусочков припоя в вашу сторону.
Рис. 9. Маломощный паяльник и припой.
Импульсный паяльник
Проекты, требующие соединения больших проводов пайкой, потребуют более мощного источника тепла, чем паяльник мощностью 25 Вт. Импульсный паяльник – то, что нужно.
Рис. 10. Мощный импульсный паяльник.
Универсальный нож
Ножи, как и отвёртки, являются незаменимыми инструментами для всех видов работ. В целях безопасности я рекомендую «универсальный» нож с убирающимся лезвием. Эти ножи также выгодны из-за их способности принимать сменные лезвия.
Рис. 11. Складной универсальный нож.
Плоскогубцы
Плоскогубцы (не тонкогубцы, упомянутые выше) полезны для сборки/разборки корпуса электронного устройства. Два типа, которые я рекомендую, это плоскогубцы со скользящим соединением и регулируемым соединением («шарнирные»).
Рис. 12. Обычные плоскогубцы.Рис. 13. Регулируемые плоскогубцы с шарниром.
Ручная дрель
Сверление может потребоваться для сборки крупных проектов. Хотя электрические дрели работают хорошо, я обнаружил, что простейшая механическая ручная дрель отлично справляется со сверлением пластика, дерева и большинства металлов. Это, безусловно, безопаснее и тише, чем электродрель, и стоит поменьше.
Рис. 14. Механическая ручная дрель.
Судя по фото, моя дрель знавала лучшие времена и часто используется в моём доме!
Подержанная музыкальная клавиатура
Для некоторых экспериментов потребуется источник сигналов напряжения звуковой частоты. Обычно этот тип сигнала генерируется в лаборатории электроники устройством, называемым генератором сигналов или генератором функций. Хотя создание такого устройства не невозможно (и не сложно!), оно часто требует использования осциллографа для точной настройки, а осциллографы обычно выходят за рамки скромного бюджета домашнего экспериментатора. Относительно недорогой альтернативой коммерческому генератору сигналов является электронная клавиатура музыкального типа. Вам не нужно быть музыкантом, чтобы использовать их для генерации звукового сигнала (просто нажмите любую клавишу на панели!), и их можно довольно легко приобрести в магазинах секонд-хенда по значительно меньшей цене, чем новые. Электронный сигнал, генерируемый клавиатурой, передаётся на вашу схему через кабель для наушников, подключённый к разъёму. Более подробную информацию об использовании «музыкальной клавиатуры в качестве генератора сигналов» можно найти в одноименном эксперименте в главе 4 (работа с переменным током).
Запасы
Катушка сплошной медной проволоки калибра 22 AWG
Провод, используемый в макетных платах без пайки, должен иметь сплошное медное сечение 22 калибра AWG. Катушки с этим проводом доступны в магазинах электроники и некоторых хозяйственных магазинах с разным цветом изоляции. Цвет изоляции не влияет на характеристики провода, но разные цвета иногда полезны для «цветового кодирования» функций провода в сложной цепи.
Рис. 15. Катушка с медной проволокой (22 калибр).
Обратите внимание, что последние ¼ дюйма или около того медного провода, торчащего из катушки, «лишены» своей пластиковой изоляции.
Инструмент для намотки проволоки и обмотки
Альтернативой конструкции беспаечной макетной платы является проволочная обмотка, при которой сплошная медная проволока 30-го калибра (очень тонкая!) плотно обматывается вокруг выводов компонентов, вставленных через отверстия в плате из стекловолокна. Пайка не требуется, а выполненные соединения по прочности не уступают паяным соединениям, а то и превосходят их. Для наматывания проволоки требуется катушка с этой очень тонкой проволокой и специальный инструмент для накрутки, самый простой из которых напоминает маленькую отвёртку.
Рис. 16. Проволочная обмотка и инструмент для обмотки.
Удлинитель (в упаковке)
Большой провод (калибра 14, а то и больше) может понадобиться для построения цепей, которые несут значительные уровни тока. Хотя электрический провод практически любого сечения можно купить в виде катушек, я нашёл очень недорогой источник многожильного (гибкого) медного провода, доступный в любом хозяйственном магазине: дешёвые удлинители. Удлинители, обычно состоящие из трёх проводов белого, чёрного и зелёного цветов, часто продаются по ценам ниже розничной стоимости одного только составного провода. Особенно это актуально, если шнур приобретается по акции! Кроме того, удлинитель предоставляет вам пару разъёмов на 120 вольт: штекер (штепсель) и гнездо (розетка), которые можно использовать для проектов, питающихся от 120 вольт.
Рис. 17. Провода удлинителя, купленного по акции.
Чтобы извлечь провода, аккуратно срежьте внешний слой пластиковой изоляции канцелярским ножом. С практикой вы можете обнаружить, что можете снять внешнюю изоляцию, сделав короткий надрез на одном конце кабеля, затем взявшись одной рукой за провода, а другой за изоляцию и разъединив их. Это, конечно, намного предпочтительнее, чем разрезание изоляции ножом по всей длине, как в целях безопасности, так и во избежание порезов изоляции отдельных проводов.
Коробка для компонентов
В ходе сборки множества схем вы накопите приличное число мелких компонентов. Один из способов хранения всего этого богатства в порядке – хранить их в пластиковой коробке-«органайзере», похожей на ту, что используется для рыболовных снастей.
Рис. 18. Пластиковая коробка со множеством отделений для хранения мелких компонентов.
На этом изображении одной из моих компонентных коробок вы можете увидеть множество ⅛ -ваттных резисторов, транзисторов, диодов и даже несколько 8-выводных интегральных схем («микросхем»). Каждый отсек подписан маркером.
