Проектируем и травим плату
Делаем с учениками небольшое электронное устройство – плату-коммутатор с управлением от Arduino.
Плата должна включать/выключать (коммутировать) большие нагрузки во внешней цепи (например, управлять лампочкой в сети 220В или электродвигателем в 12В сети автомобиля).
В качестве коммутирующего элемента (ключа) будем использовать электро-механическое реле. В нем контакты замыкаются под действием магнитной силы, только магнит там не обычный (постоянный), а электромагнит, работающий вот так:
Итак, пропуская ток по катушке нашего реле можно притягивать металлические контакты друг к другу, тем самым замыкая/размыкая внешнюю цепь.
Только вот кто будет пропускать или не пропускать ток по катушке – для этого нужна ещё одна цепь (внутренняя).
Поскольку ножка Arduino не способна самостоятельно запитать катушку реле, запитаем катушку (обмотку) от отдельного источника. Обмотка и этот источник образуют отдельную цепь (мы назвали её внутренней), которую необходимо замыкать/размыкать каким-то ключом. Этим ключом будет служить транзистор (биполярный), управляемый ножкой Ардуино.
Транзистор – это такой электронный прибор с изменяемым сопротивлением (как потенциометр, например).
Ну вот, скажите вы, нужен ключ, а тут какое-то сопротивление, еще зачем-то и переменное.
Ну так замкнутый ключ – это почти нулевое сопротивление, разомкнутый – почти бесконечное.
Транзистор умеет менять свое сопротивление в этих (почти) пределах.
Для взятого транзистора (bc337) ток в 5 мА, текущий через Базу (можно сравнить Базу с управляющим движком потенциометра или рукояткой ключа), делает сопротивление транзистора на участке Э-К (Эмиттер-Коллектор) практически нулевым.
Электрическую схему разработаем в EagleCAD (бесплатная версия для плат, меньших 120х80мм). Там есть привязка электрической схемы к проектируемой плате.
Электрическую схему можно смоделировать в Multisim (есть бесплатная версия для студентов).
Толщины дорожек 0,5мм, диаметр отверстий 0,8-1мм.
Кстати, хорошие уроки по Eagle – easyelectronics.ru (уроки по Eagle)
Печатаем рисунок на глянцевой фотобумаге 85г/см и дальше при помощи технологии джедайского утюга или ЛУТ (описание ЛУТ на easyelectronics.ru) переносим тонер на предварительно зашкуренную и обезжиренную ацетоном медь и травим в хлорном железе.
На видео видно, что красный защитный диод загорается только в момент отключения цепи, когда ток через обмотку реле перестает течь. Почему же он горит?
Дело в том, что обмотка-катушка обладает свойством индуктивности, то есть сопротивляется изменению тока через себя. При попытке разомкнуть цепь и уменьшить ток до нуля, катушка некоторое время будет пытаться сохранить течение тока за счет запасенной в ней энергии магнитного поля. Катушку можно сравнить с маховиком, которого и разогнать и остановть мгновенно не получается.
Такая попытка сохранить ток в начальный момент в уже разомкнутой цепи приведет к возникновению очень большого напряжения на катушке (как на источнике ЭДС), что может вызвать разряд в воздушном зазоре ключа, пробой транзистора. Поэтому на этот случай надо предусматривать разрядную цепь с диодом.
