Переключатели выглядят настолько неотъемлемой составляющей нашего мира, а их принцип работы так прост, что мы с легкостью забываем о том, что и они прошли процесс эволюции. Примитивные рубильники были вполне привычными устройствами для первооткрывателей электричества, поскольку им требовалось лишь подключение и отключение аппаратуры в лаборатории. Но когда стали развиваться телефонные системы, потребовался более сложный подход. Обычно оператору коммутационной панели было необходимо подключить одну пару из 10 000 линий. Как это можно было сделать?
В 1878 году Чарльз Э. Скрибнер (изображен на рис. 2.33) разработал переключатель «складной нож», названный так, потому что деталь, которую держал оператор, напоминала рукоятку складного ножа. Из него выступал штекер, и когда его вставляли в гнездо, возникало соединение. Гнездо, фактически, содержало контакты переключателя.
Аудиоразъемы гитар и усилителей по-прежнему работают по этому принципу, и когда мы говорим о штекерах, то этот термин отсылает нас к изобретению Скрибнера. Контакты переключателя до сих пор монтируются внутри гнезда.
Сегодня коммутационные панели стали такой же редкостью, как и телефонные операторы. Вначале их заменили на реле — электрически управляемые переключатели, о которых мы поговорим далее в этой главе. А затем реле были вытеснены транзисторами, которые выполняют все без участия каких-либо движущихся деталей. В эксперименте 10 вы будете управлять электрическим током с помощью транзисторов.
Введение в электрические схемы
На рис. 2.34 я изобразил соединение компонентов с рис. 2.26 в упрощенной форме, называемой «электрической схемой». С этого момента и далее я буду изображать электрические цепи в виде схем, потому что с их помощью легче понять принцип действия соединения. Чтобы интерпретировать схемы, вам необходимо знать некоторые символы.
На рис. 2.26 и 2.34 изображены одни и те же компоненты и соединения между ними. Зигзагообразный элемент на схеме — это резистор, символ с двумя стрелками — светодиод, а батарея изображена как два параллельных отрезка разной длины.
Большой треугольник в символе светодиода показывает ток условного направления, который протекает от плюса к минусу. Две диагональные стрелки сообщают о том, что данный диод является светоизлучающим (я вернусь к другим видам диодов позже). В символе батареи более длинный отрезок соответствует положительному полюсу источника питания.
Проследите путь, который электрический ток проходит по цепи, и представьте тумблеры, переключенные в то или иное положение. Теперь вы должны четко понимать, почему любой из переключателей будет переводить светодиод из выключенного состояния во включенное и наоборот.
На рис. 2.35 представлена та же схема с небольшими улучшениями. Линии сделаны прямыми, положительный полюс источника питания теперь находится слева вверху, а отрицательный полюс — справа внизу. На схемах, как правило, ток условного направления протекает сверху вниз, а сигналы определенного вида (например, входной аудиосигнал в усилителе) проходят слева направо. Построение схемы «сверху вниз» облегчает ее понимание.
Важно уяснить то, что эти две схемы соответствуют одному и тому же устройству, даже если выглядят они по-разному. Имеет значение только тип компонентов и способ их соединения. Точное местоположение компонентов не важно.
Замечание
Электрическая схема не подскажет вам, где устанавливать компоненты. Она всего лишь сообщает о том, как их соединять.
Кстати, в вашем доме тоже, возможно, есть пример схемы, изображенной на рис. 2.35, когда два выключателя освещения расположены вверху и внизу лестничного пролета и любой из них можно использовать для включения и выключения света. Эта ситуация показана на рис. 2.36, на котором фазный и нейтральный провода сети переменного тока обозначены внизу слева. Провод под напряжением (фазный) — переключаемый, а нейтральный провод идет вдоль него к лампе (белый кружок со спиральной линией, которая обозначает нить накала старомодной лампы накаливания).
