А.Н.  Богатырев
 РАДИО¬
ЭЛЕКТРОНИКА,
АВТОМАТИКА
И  ЭЛЕМЕНТЫ
 ЭВМ
 Учебное  пособие
 для  8—9  классов  средней  школы
 Рекомендовано  Управлением  трудового  воспи-
тания,  обучения  и  профориентации  Министер¬
ства  народного  образования  РСФСР
 МОСКВА
 «ПРОСВЕЩЕНИЕ»
 1990
 Scan  AAW

ББК  32я72
Б73
 Рецензенты:
 В.  К-  Облов,  кандидат  технических  наук;
 Б.  А.  Кульечев,  учитель  школы  №  651  Москвы
 р  ?  —  контрольные  вопросы  и  задания
|  [  —  самостоятельная  работа
 Богатырев  А.  Н.
 Б73  Радиоэлектроника,  автоматика  и  элементы  ЭВМ:  Учеб.
пособие  для  8—9  кл.  сред,  шк.—  М.:  Просвещение,  1990.—
175  с.  ISBN  5-09-002651-3
 Основная  цель  пособия  ознакомить  учащихся  с  основами  промыш¬
ленной  электроники,  с  электронной  измерительной  аппаратурой,  интеграль¬
ными  схемами.  Электронные  переговорные  устройства,  кодовые  замки,
электронные  счетчики  —  эти  занимательные  модели  предлагаются  для  изго¬
товления  на  факультативе.
 В  пособии  даны  также  материалы  справочного  характера,  необходи¬
мые  для  практической  работы.
 4306022000-  739  ф 	_  90,  №  98 	ББК 	32я72
 ь 	103(03)-90 	v
 ISBN  5-09-002651-3
 ©  Богатырев  А.  Н.,  1990

ВВЕДЕНИЕ
 О  достижениях  современной  радиоэлектроники,  автоматики
и  электронно-вычислительной  техники  вы,  наверное,  много  слы¬
шали.  Вычислительная  техника  появилась  в  школе  и  дома  в  ви¬
де  микрокалькуляторов  и  персональных  компьютеров.  Привыч¬
ными  стали  электронные  игры,  магнитофоны,  цветные  телеви¬
зоры  и  другая  бытовая  электронная  аппаратура.  Еще  большее
распространение  получила  радиоэлектроника  в  различных  обла¬
стях  народного  хозяйства  и  в  научных  исследованиях.  В  маши¬
ностроении  все  больше  используются  станки  с  числовым  про¬
граммным  управлением  и  промышленные  роботы,  обеспечиваю¬
щие  не  только  высокую  производительность  и  качество  работы,
но  и  быструю  смену  выпускаемых  изделий.
 Сделать  первые  шаги  в  увлекательный  мир  радиоэлектро¬
ники  вам  поможет  этот  курс.  Основное  внимание  в  этом  курсе
уделяется  практическим  работам  —  использованию  радиоизмери-
тельной  аппаратуры  и  применению  современной  элементной  базы
радиоэлектроники.  На  занятиях  вы  сможете  изготовить  различ¬
ные  электронные  приборы  и  занимательные  модели:  электронное
реле  времени,  автоматический  регулятор  температуры,  детектор¬
ный  радиоприемник,  модель  суммирующего  устройства,  «отга¬
дывающие»  автоматы  и  многое  другое.
 Полученные  знания  и  опыт  помогут  вам  лучше  ориентиро¬
ваться  в  сложном  мире  современной  техники,  а  также  позна¬
комиться  с  такими  массовыми  рабочими  профессиями  как:  мон¬
тажник  радиоэлектронной  аппаратуры  и  приборов,  регули¬
ровщик  радиоэлектронной  аппаратуры  и  приборов,  слесарь-ме¬
ханик  по  радиоэлектронной  аппаратуре  и  др.
 Полученные  знания  по  расчету,  конструированию  и  эксплуата¬
ции  радиоэлектронных  устройств  будут  полезны  и  для  будущих
радиоинженеров.
 Но  если  даже  выбранная  вами  профессия  будет  далека  от  ра¬
диоэлектроники,  то  и  в  этом  случае  полученные  знания  и  опыт
не  пропадут  даром.  Вы  получите  возможность  почувствовать
себя  свидетелями  научно-технического  прогресса,  по  достоинству
оценить  достижения  его  передового  направления  —  радиоэлектро¬
ники,  своеобразную  красоту  технической  мысли,  воплощенной  в
электронном  устройстве.
 1*
 3

Часть  I
ОСНОВЫ  РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
И  АВТОМАТИКИ
 Глава  1.  ОСНОВНЫЕ
РАДИОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ  ПРИБОРЫ
 Знакомство  с  электроникой  начнем  с  измерительных  при¬
боров.  Не  будем  ставить  задачу  понять  их  принцип  действия,  по¬
знакомимся  только  с  их  назначением  и  научимся  правильно  ими
пользоваться,  подобно  тому  как  дома  мы  пользуемся  радиопри¬
емником,  телевизором  или  магнитофоном,  не  интересуясь  их  внут¬
ренним  устройством.  В  дальнейшем,  по  мере  практического  озна¬
комления  с  работой  различных  электрических  схем,  их  принцип
действия  станет  постепенно  более  понятным.  Из  всего  многооб¬
разия  радиоизмерительных  приборов  выберем  только  те,  которые
наиболее  часто  используются  в  практической  работе:  универ¬
сальный  электроизмерительный  прибор,  называемый  также  тесте¬
ром,  или  авометром,  электронный  осциллограф  и  звуковой  гене¬
ратор.  Эти  приборы  так  же  необходимы,  например,  для  налад¬
чика  или  регулировщика  радиоаппаратуры,  как  линейка,  штан¬
генциркуль  или  угломер  для  слесаря.  В  приведенном  сравнении
радиоизмерительные  приборы  играют  даже  более  важную  роль,
так  как  без  них  можно  работать  только  «вслепую».
 О  наличии  в  цепи  тока  мы  судим  косвенно:  по  различным
действиям,  которыми  он  сопровождается  (например,  по  нагре¬
ванию  проводника).  Нужно,  однако,  отметить,  что  нервные  окон¬
чания  кожи  человека  очень  чувствительны  к  электрическому
току,  о  чем  более  подробно  будет  рассказано  в  следующем  па¬
раграфе,  посвященном  правилам  безопасного  труда  при  работе
с  электрическими  цепями.
 Радиоизмерительные  приборы  имеются  в  школьном  физи¬
ческом  кабинете,  выпускаются  они  и  для  радиолюбителей.  В
практических  работах,  описанных  в  данной  книге,  будем  исполь¬
зовать  только  учебные  приборы.  Перед  выполнением  этих  работ
кратко  рассмотрим  некоторые  важные  понятия  и  термины  раз¬
дела  «Электричество»  школьного  курса  физики.
 4

1. 	Немного  физики
 Электрические  приборы  и  устройства  состоят  из  различных
электрических  цепей.  Простейшая  электрическая  цепь  состоит
из  трех  составных  частей:  источника  тока,  потребителя  электри¬
ческой  энергии,  или  нагрузки,  и  выключателя.  Например,  в  кар¬
манном  фонаре  источником  тока  является  электрическая  батарея,
потребителем  —  электрическая  лампа  с  нитью  накаливания,  вы¬
ключателем  —  две  металлические  пластинки,  соединяющиеся  при
включении.  Детали  цепи  соединяются  проводниками.  Когда
выключатель  замкнут,  в  цепи  возникает  ток;  когда  разомкнут,
ток  исчезает,  так  как  воздушный  зазор  между  пластинами  вы¬
ключателя  является  изолятором.  Электрические  цепи  изображают
в  виде  специальных  чертежей  или  схем,  на  которых  составные
элементы  или  детали  показывают  с  помощью  условных  обозна¬
чений.  Схема  электрической  цепи  карманного  фонаря,  состоя¬
щая  всего  из  трех  элементов,  показана  на  рисунке  1.  В  дальней¬
шем  схемы  будут  усложняться  в  связи  с  использованием  новых
элементов.
 Электрический  ток  представляет  собой  упорядоченное  движе¬
ние  заряженных  частиц,  в  металле  ими  являются  электроны.
Сила  тока  определяется  зарядом,  проходящим  через  попереч¬
ное  сечение  проводника  в  единицу  времени.  Чем  больший  заряд
проходит  в  единицу  времени,  тем  больший  ток  устанавливается
в  цепи.  Сила  тока  обозначается  буквой  /.
 Силу  тока  измеряют  в  амперах.  Применяют  также  так  на¬
зываемые  дольные  единицы  —  миллиампер  и  микроампер,  состав¬
ляющие,  соответственно,  одну  тысячную  (1  мА=10-3  А)  и  одну
миллионную  (1  мкА=10  6А)  части  ампера.  Приведем  примеры
силы  тока  в  некоторых  цепях.  Лампы  карманного  фонаря  рас¬
считаны  на  силу  тока  0,15  и  0,26  А,  в  зависимости  от  того,  какой
источник  тока  используется.  Сила  тока  миниатюрной  лампочки,
служащей  для  подсветки  шка¬
лы  ручных  электронных  часов,
в  десятки  раз  меньше,  она  изме¬
ряется  в  миллиамперах.  Для
жизни  человека  опасна  сила  то¬
ка  всего  в  5—10  мА.
 Сила  тока  в  цепи  зависит  от
электрического  сопротивления
потребителя  электрической
энергии.  Электрическое  сопро¬
тивление  проводников,  или
просто  сопротивление,  в  свою
 5
 Рис.  1.  Схема  простейшей  электри¬
ческой  цепи

очередь,  зависит  от  материала  проводника,  его  длины  и  площади
поперечного  сечения.  Наименьшим  сопротивлением  обладают  про¬
водники,  изготовленные  из  серебра,  меди  и  алюминия.  В  радио¬
монтажных  работах  используют  медные  провода,  иногда  для
уменьшения  сопротивления  их  покрывают  тонким  слоем  серебра.
Сопротивление  измеряется  в  омах  (Ом).  Кратными  единицами
являются  килоом  (1  кОм  =  Ю3  Ом)  и  мегом  (1  МОм  =  Ю6  Ом)
соответственно.  Например,  сопротивление  раскаленной  вольфра¬
мовой  нити  лампы  карманного  фонаря  равно  примерно  14  Ом,
сопротивление  1  м  тонкого  медного  провода  диаметром  0,07  мм,
т.  е.  толщиной  примерно  с  человеческий  волос,  равно  4,4  Ом.
 Сопротивление  кожи  человека  (эта  величина  определяет  ток,
возникающий  при  случайном  прикосновении  к  электрической
цепи)  может  меняться  в  очень  широких  пределах  —  от  единиц
до  сотен  килоом.  Оно  зависит  от  многих  факторов,  в  частности
от  того,  какая  часть  тела  стала  участком  электроцепи.
 Сопротивление  изоляции  проводов,  проверяемое  по  специальной
схеме,  очень  велико  —  от  0,5  МОм  и  выше.
 Проводники  могут  соединяться  последовательно,  при  этом
один  и  тот  же  ток  проходит  через  каждый  из  проводников,  и  па¬
раллельно,  при  этом  происходит  разветвление  тока  (рис.  2,  а,  б).
На  приведенном  рисунке  прямоугольниками  изображены  самые
распространенные  детали  электрических  схем  —  резисторы,  т.  е.
специально  изготовленные  проводники  с  различным  сопротив¬
лением.
 Сопротивление  обозначается  буквой  R.
 При  последовательном  соединении  резисторов  сопротивление
цепи  равно  сумме  сопротивлений  всех  включенных  в  цепь  рези¬
сторов.  Если  их  два,  то  сопротивление  цепи  рассчитывается  по
следующей  простой  формуле:  /?  =  /?,  +/?2-  При  параллельном
 Рис.  2.  Схемы  последовательного  (а)  и
параллельного  соединения  (б)  двух
резисторов
 Рис.  3.  График  переменного  напряже¬
ния  (гармонических  колебаний)
 6

Другой  величиной,  от  которой  зависит  сила  тока  в  цепи,  явля¬
ется  электрическое  напряжение,  или  просто  напряжение.  На¬
пряжение,  в  отличие  от  электрического  тока,  существует  не  толь¬
ко  в  замкнутой  цепи,  но  и  в  разомкнутой,  например  напряже¬
ние  в  розетке  электрической  цепи.  Напряжение  измеряется  в
вольтах  (В).  На  практике  широко  используют  следующие  доль¬
ные  и  кратные  единицы:  милливольт  (мВ),  микровольт  (мкВ)  и
киловольт  (кВ).  Напряжение  обозначается  латинской  буквой  U.
 Между  тремя  электрическими  величинами  —  силой  тока,  на¬
пряжением  и  сопротивлением  —  существует  простое,  но  очень
важное  соотношение,  называемое  законом  Ома  для  участка  цепи.
Он  устанавливает,  что  сила  тока,  проходящего  через  резистор,
прямо  пропорциональна  напряжению  на  его  концах  и  обратно
пропорциональна  сопротивлению,  т.е.  I=U/R.  Из  этой  формулы
получают  выражения  для  определения  напряжения  и  сопротив¬
ления  в  цепи:  U  =  IR  и  R=U/L  Если,  например,  напряжение  на
концах  резистора  равно  1  В,  а  сила  тока  в  нем  —1  А,  то  его  со¬
противление  равно  1  Ом.  Если  при  том  же  напряжении  сила  тока
в  два  раза  меньше  (0,5  А),  то  это  означает,  что  в  цепи  стоит  ре¬
зистор,  имеющий  в  2  раза  большее  сопротивление  (2  Ом).  Если
сила  тока  0,1  А,  то  сопротивление  резистора  10  Ом  и  т.д.
 Полученные  соотношения  справедливы  как  для  постоянного,
так  и  для  переменного  тока.  Постоянный  ток,  как  следует  из
самого  названия,  не  меняет  своего  значения  и,  самое  главное,
направления  в  течение  времени.  Переменный  ток  меняется  в  со¬
ответствии  с  графиком  (рис.  3).  Показанные  на  графике  колеба¬
ния  называют  гармоническими.  Наибольшие  значения  силы  тока
называются  амплитудой  тока.  Другими  характеристиками  пере¬
менного  электрического  тока  являются  его  период  и  частота.
Период  —  это  промежуток  времени,  за  который  происходит  пол¬
ное  колебание.  Он  обозначается  буквой  Т.  Величина,  обратная
периоду,  называется  частотой  колебаний.  Она  обозначается
буквой  /.  Период  измеряется  в  секундах,  частота  —  в  герцах
(Гц).  Один  герц  —  это  такая  частота,  при  которой  в  одну  секун¬
ду  совершается  одно  полное  колебание.  Если  в  1  с  происходит
два  колебания,  то  частота  равна  2  Гц,  если  десять  колебаний,
то  частота  равна  10  Гц  и  т.д.  Электрическая  сеть  имеет  пере¬
менное  напряжение  с  частотой  50  Гц.  Для  обозначения  постоян¬
ных  токов  и  напряжений  используется  знак  «—»,  а  для  пере¬
 7
 соединении  двух  резисторов  сопротивление  цепи  рассчитывается
по  более  сложной  формуле:

менных  величин  —  знак  «~».  Сила  переменного  электрического
тока  и  напряжение  характеризуются  не  только  амплитудой,
но  и  так  называемым  действующим  значением.  Действующее
значение  силы  переменного  тока  равно  такому  значению  силы
постоянного  тока,  которое  оказывает  такое  же  действие,  как  и
переменный.  Очевидно,  что  действующее  значение  переменного
тока  меньше  его  амплитуды,  так  как  такое  значение  ток  прини¬
мает  только  два  раза  за  период,  в  остальные  промежутки
времени  он  имеет  меньшее  значение.  Напряжение  в  электриче¬
ской  сети  имеет  действующее  значение,  равное  220  В.  На  столы
учащихся  для  уменьшения  опасности  поражения  электрическим
током  подается  пониженное  напряжение  с  действующим  значе¬
нием  36  или  42  В.
 На  этом  закончим  первоначальное  ознакомление  с  физиче¬
скими  понятиями  и  величинами,  необходимыми  для  начала  прак¬
тической  работы.  В  дальнейшем  ваши  знания  по  физике  будут
постепенно  пополняться.  При  этом  нужно  хорошо  понимать,  что
подобное  «забегание  вперед»,  когда  даются  сведения  из  еще  не
изученных  разделов  физики,  вынужденное,  оно  может  оказать
помощь  в  изучении  физики,  но,  к  сожалению,  может  и  помешать,
если  ограничиться  этими  отрывочными  сведениями.  Лекарством
от  «всезнайства»  является  настоящая  любознательность  и,  са¬
мое  главное,  творческая  работа  по  конструированию  электрон¬
ных  самоделок.
 Какие  основные  радиоизмерительные  приборы  используют  радио-
 * 	*  любители?  2.  Из  каких  основных  частей  состоит  электрическая  цепь?
 3. 	В  каких  единицах  измеряют  силу  тока,  электрическое  сопротивление
и  напряжение?  4.  Какой  проводник  называют  резистором?  5.  Какие  спо¬
собы  соединения  резисторов  в  цепь  существуют  и  как  при  этом  опреде¬
ляется  сопротивление  цепи?  6.  Определите  сопротивление  цепи,  состоя¬
щей  из  двух  резисторов  сопротивлением  по  12  Ом,  соединенных  после¬
довательно  и  параллельно.  7.  Напишите  формулу  закона  Ома  для  участка
цепи  и  рассчитайте  по  ней  силу  тока,  если  напряжение  на  концах  резистора
сопротивлением  в  б  Ом  равно  12  В.
 2. 	Безопасные  приемы  работы  с
электроцепями  и  электроприборами
 Существуют  определенные  правила,  выполнение  которых
позволяет  сделать  работу  с  электроприборами  и  электроцепями
безопасной.  Эти  правила  должны  знать  и  строго  выполнять  не
только  профессиональные  работники  на  производстве,  но  и  школь¬
ники  на  учебных  занятиях.  Они,  подобно  правилам  дорожного
 8

движения,  позволяют  избежать  травматизма.  Перечислим  наибо¬
лее  важные  из  них.
 Первое,  справедливое  для  самых  различных  видов  работ,
состоит  в  том,  что  нужно  пользоваться  только  исправным  инстру¬
ментом,  в  частности  с  неповрежденной  изоляцией.  Неисправ¬
ности  определяются  с  помощью  специальных  измерений  и  внеш¬
него  осмотра.  Второе  правило  запрещает  работать  с  прибором  при
снятом  кожухе  или  открытом  корпусе.  Например,  на  корпусе
радиоприемника  рядом  с  гнездом  для  подключения  шнура  пита¬
ния  можно  обнаружить  следующую  надпись:  «Внимание!  Опас¬
ное  напряжение!  Перед  разборкой  корпуса  отсоедините  шнур
питания  от  сети!»  Третье  правило  запрещает  учащимся  рабо¬
тать  при  напряжении  выше  42  В,  которое  подводится  к  столам
в  физическом  кабинете,  кабинете  технического  труда  и  учебных
мастерских.
 Помните,  что  понижение  напряжения  до  42  В  существенно
уменьшает,  но  не  ликвидирует  опасность  поражения  электри¬
ческим  током,  так  как  даже  от  напряжения  12  В  можно  полу¬
чить  опасную  для  жизни  травму.
 Четвертое  правило  запрещает  менять  предохранители  у
включенных  в  сеть  приборов;  нельзя  также  применять  самодель¬
ные  предохранители,  так  называемые  «жучки»,  а  также  предо¬
хранители,  рассчитанные  на  другую  силу  тока.
 Нужно  соблюдать  также  следующее  простое  правило  прове¬
дения  электроизмерений.  Электроизмерительный  прибор  подклю¬
чают  к  выбранным  точкам  обесточенной  цепи,  затем  включают
напряжение  и  проводят  измерение.  Перед  отключением  прибора
цепь  опять  обесточивают.  Подобный  порядок  работы  уменьшает
вероятность  случайного  прикосновения  к  токоведущим  частям
цепи  в  момент  переключения  соединительных  проводов  прибора.
 При  работе  с  электрическими  цепями  нужно  знать,  что  наи¬
более  опасно  так  называемое  двухполюсное  прикосновение,  при
котором  касаются  двух  полюсов  источника  или  каких-либо  двух
точек  цепи,  находящихся  под  напряжением.  Гораздо  менее  опасно
однополюсное  прикосновение,  когда  человек  касается  одного
полюса  источника  тока  или  одной  точки  цепи,  в  этом  случае  через
человека  проходит  значительно  меньший  ток,  чем  при  двухполюс¬
ном  прикосновении.  Существуют  электронные  автоматы,  отклю¬
чающие  электроцепь  от  сети  при  возникновении  тока.  Построить
автомат,  реагирующий  на  двухполюсное  прикосновение,  практи¬
чески  невозможно,  так  как  он  должен  был  бы  распознавать,
кто  или  что  включено  в  цепь  —  неосторожный  человек  или,
например,  настольная  лампа.
 Переменный  ток  значительно  опаснее  постоянного  тока.  Дети
 9

более  чувствительны  к  воздействию  электрического  тока,  чем
взрослые.  Эти  сведения  также  нужно  учитывать  при  работе  с
электричеством.
 1. 	Каковы  основные  способы  защиты  человека  от  поражения  электри-
 * 	*  ческим  током?  2.  С  каким  наибольшим  напряжением  разрешается  ра¬
ботать  учащимся?  3.  Какое  напряжение  более  опасно  —  постоянное  или
переменное?  4.  Каковы  правила  работы  с  предохранителем?  5.  Каковы
правила  безопасной  работы  с  электроизмерительными  приборами?
 3. 	Монтаж  электроцепей
 Элементы  электрической  цепи  соединяются  с  помощью  мон¬
тажных  проводов.  Контакт  между  выводами  элементов  и  прово¬
дами  осуществляется  различными  зажимами  или  пайкой.  Пер¬
вый  способ  соединения  используется,  например,  в  учебных  «кон¬
структорах»,  состоящих  из  определенного  набора  деталей  со
специально  подготовленными  выводами.  «Конструкторы»  удобны
тем,  что  позволяют  быстро  собирать  электрические  цепи,  при
этом,  однако,  возможности  конструирования  ограничиваются
имеющимся  набором  деталей.  Поэтому  в  практических  работах
мы  будем  применять  пайку  элементов  цепи  на  универсальных
монтажных  панелях,  как  это  делают  радиолюбители  на  первом
этапе  конструирования.
 Рассмотрим,  как  можно  изготовить  универсальную  панель.
На  изолирующей  пластине  толщиной  3—5  мм  крепятся  специаль¬
ные  монтажные  лепестки  (рис.  4).  Вместо  лепестков  можно  при¬
менить  куски  медного  провода  —  штырьки  диаметром  1  —1,5  мм
и  длиной  10—12  мм.  Их  вставляют  в  отверстия  того  же  диаметра,
которые  сверлятся  в  пластине  по  горизонтали  и  по  вертикали
на  расстоянии  10—12  мм  друг  от  друга.  Для  того  чтобы  монтаж¬
ные  штырьки  плотно  держались  в  пластине,  их  слегка  сплющи¬
вают  в  средней  части.  Монтаж  на  такой  панели  вести  сложно,
 Рис.  4.  Универсальная  монтажная  панель
 10

Рис.  5.  Электрический  паяльник  (а)
на  подставке  (б):
 1—  медный  стержень;  2—  корпус  на¬
гревателя;  3—  ручка  из  изолирующего
материала;  4—  коробочка  подставки
для  канифоли  и  припоя
 так  как  КОНЦЫ  деталей  И  про- 	рис.  Электромонтажные  инструмен-
 водов  нужно  загибать  колеч- 	ты:
 КОМ.  ДЛЯ  удобства  монтажа  па- 	а  —  нож;  б—пинцет;  в  —  плоскогуб-
 нель  закрепляют  на  вертикаль- 	цы.  г  —  кусачки  боковые  или  бокорезы
 ных  стойках,  так,  чтобы  она
 располагалась  под  небольшим  углом  к  горизонтальной  плоскости.
 Основной  радиомонтажной  операцией  Является  пайка  элемен¬
тов  электроцепей.  Научиться  качественно  и  красиво  паять,  а  вы,
наверное,  уже  заметили,  что  эти  два  показателя  работы  хорошо
сочетаются,  очень  важно.  Лучше  сразу  же  обратить  на  это  серьез¬
ное  внимание,  так  как  потом  переучиваться  будет  трудно.  Не¬
редко  даже  опытные  радиолюбители  не  могут  качественно  выпол¬
нить  пайку.  К  профессиональным  радиомонтажникам  это,  ко¬
нечно,  не  относится,  так  как  плохую  работу  не  пропустит  ОТК  —
отдел  технического  контроля.  Заметим,  что  во  всех  массовых
радиоэлектронных  изделиях  —  радиоприемниках,  телевизорах,
магнитофонах,  микрокалькуляторах,  ЭВМ  и  других  осу¬
ществляется  так  называемый  печатный  монтаж,  в  котором  про¬
цесс  пайки  автоматизирован.  Об  этом  прогрессивном  и  удобном
способе  монтажа,  часто  применяемом  и  радиолюбителями,  мы
расскажем  позже  (см.  §  19),  сейчас  же  рассмотрим  правила
качественной  и  безопасной  пайки  радиоэлементов  на  учебных
панелях  с  монтажными  лепестками.  Начнем  с  приема  использо¬
вания  инструментов;  от  умения  обращаться  с  ними  во  многом
зависит  успех  работы.
 Основной  инструмент  радиомонтажника  —  электропаяльник
(рис.  5,  а).  Он  состоит  из  электронагревателя,  медного  стержня,
 и

конец  которого  является  рабочей  поверхностью  паяльника.
Стержень  имеет  специальную  заточку  в  виде  «лопатки»  и  назы¬
вается  «жалом».  Изолирующая  ручка  и  электрошнур  с  вилкой
завершают  перечень  составных  частей  этого  простого  инструмента.
 Напомним  еще  раз,  что  школьникам  разрешается  пользо¬
ваться  паяльниками,  рассчитанными  на  напряжение  не  выше  42  В.
 При  работе  с  паяльником  нужно  избегать  двух  опасностей.
Первая  из  них  —  поражение  электрическим  током.  От  этого  вас
избавят  следующие  простые  правила.
 Паяльник  необходимо  брать  только  за  ручку,  являющуюся
одновременно  электрическим  и  тепловым  изолятором.  Выключая
шнур  из  сети,  нужно  держаться  только  за  вилку.  Дергать  за
шнур  нельзя,  так  как  провода,  подходящие  к  вилке,  могут  замк¬
нуться,  это  приведет  к  их  нагреванию  до  такой  степени,  что  пласт¬
массовая  изоляция  может  расплавиться  в  руках.  К  сожалению,
такие  несчастные  случаи  еще  встречаются  на  практике.
 При  перерывах  в  работе  паяльник  необходимо  класть  на  спе¬
циальную  подставку  с  металлическими  опорами,  укрепленными
на  электроизолирующей  пластине  (рис.  5,  б).
 Паяльник,  как  и  любой  другой  электронагревательный  при¬
бор,  нельзя  оставлять  без  присмотра.  Если  нужно  отойти  от  ра¬
бочего  места,  то  предварительно  следует  выключить  паяльник.
 Второй  опасностью,  которая  подстерегает  начинающего  радио¬
любителя  при  работе  с  электропаяльником,  является  ожог.  Его
можно  получить  при  случайном  прикосновении  к  жалу  нагретого
паяльника.  Ожог  возможен  и  от  расплавленного  припоя,  темпера¬
тура  которого  около  300°С.  Иногда  на  жале  паяльника  скапли¬
вается  лишний  припой,  который  стряхивают  легким  постукиванием
по  подставке.  Делать  это  нужно  осторожно,  чтобы  не  нанести
травму  себе  и  товарищам.
 Назовем  теперь  основные  условия  качественной  пайки.  Во-
первых,  рабочая  поверхность  паяльника,  его  жало,  должна  быть
хорошо  заточена  и  равномерно  покрыта  слоем  припоя.  Недо¬
пустимы  рытвины  и  черный  слой  рыхлой  окалины  на  медном
стержне,  которые  появляются  от  его  перегревания.  Второе  усло¬
вие  связано  с  необходимостью  поддерживать  температуру  жала
паяльника  примерно  на  одном  уровне.  Почему  вреден  перегрев
паяльника?  Припой  в  этом  случае  становится  слишком  жидким,
он  легко  стекает  со  спаиваемых  поверхностей.  Температуру  паяль¬
ника  снижают,  включая  его  через  специальное  ограничительное
устройство  или  просто  выключая  его  во  время  длительных  пере¬
рывов  в  работе.
 Однако  низкая  температура  паяльника  или  недостаточный
прогрев  им  деталей  также  снижают  качество  пайки.  В  этом  случае
 12

припой  не  растекается  подобно  капле  густого  варенья,  а  ложится
комками.  Основная  трудность  при  пайке  как  раз  и  состоит  в  том,
чтобы  оптимально  нагреть  спаиваемые  поверхности.  Передер¬
жишь  паяльник  или,  наоборот,  недодержишь  —  качество  пайки
ухудшается.  Признаком  качественной  пайки  является  равномер¬
но  растекшийся  припой  в  виде  капли,  которая  при  застывании
приобретает  гладкую  блестящую  поверхность.  Такую  пайку
иногда  образно  называют  «слезкой».  Признаком  плохой  пайки
является  матовая  и  шероховатая  поверхность  припоя.
 Третье  условие  связано  с  выбором  размера  паяльника.  Для
пайки  транзисторных  цепей  используют  паяльник,  габаритные
размеры  которого  определяются  мощностью  40  Вт.  При  работе
с  микросхемами  желательно  применять  менее  мощные  паяльники,
чем  при  работе  с  транзисторными  цепями.
 Четвертое  условие  обращает  внимание  на  то,  как  правильно
держать  паяльник.  Его  держат  тремя  пальцами,  как  ручку  или
карандаш.  Это  позволяет  перемещать  жало  с  большой  точностью,
прикладывая  минимальные  усилия.  Нередко  начинающие  держат
паяльник  как  пику,  крепко  обхватив  его  ручку  всеми  пальцами.
Из  рук  паяльник,  конечно,  вырвать  будет  трудно,  но  не  это  же
главное.  Важно  другое  —  при  работе  с  паяльником  придется
поворачивать  всю  руку,  начиная  с  плеча,  что  неудобно  и  утоми¬
тельно,  да  и  качественной  пайки  добиться  будет  трудно.
 Пятым  условием  хороших  результатов  работы  является  чис¬
тота  спаиваемых  поверхностей.  Если  они  покрыты  слоем  оксидов,
замаслены  или  просто  грязные,  то  припой  не  будет  растекаться
по  поверхностям  проводников.
 Для  зачистки  проводников  используют  монтажный  нож;  о  нем,
как  и  о  других  радиомонтажных  инструментах,  мы  расскажем
ниже.
 Монтажный  нож,  который  обычно  изготавливают  из  ножовоч¬
ного  полотна  (рис.  6,  а),  нужен  не  только  для  зачистки  провод¬
ников,  но  и  для  снятия  с  них  изоляции  при  подготовке  к  пайке.
Эта  операция  требует  не  меньшей  аккуратности,  чем  работа  с
паяльником.  Нужно  аккуратно  надрезать  изоляцию  на  расстоянии
3—5  мм  от  конца  проводника  так,  чтобы  не  повредить  медные
жилы.  Конец  изоляции  стягивают  плоскогубцами  или  боковыми
кусачками  (бокорезами).  Перед  началом  монтажных  работ  не¬
плохо  потренироваться  в  зачистке  проводов.  Профессиональным
радиомонтажникам  в  этом  отношении  легче,  так  как  они  исполь¬
зуют  специальные  щипцы  или  обжигающие  устройства,  значи¬
тельно  упрощающие  выполнение  такой  операции.
 Металлические  поверхности  перед  пайкой  зачищают  до  блес¬
ка.  Для  предохранения  их  от  окисления  используют  специальные
 13

химические  вещества,  называемые  флюсами.  Распространенным
флюсом  является  канифоль  —  прозрачная  смола  желтого  цвета,
очень  похожая  на  янтарь.  Имеются  также  жидкие  и  пасто¬
образные  флюсы,  содержащие  кислоты  для  очистки  металлов  от
оксидов.  Они  очень  облегчают  пайку,  но  использовать  их  при
монтаже  радиоэлектронных  элементов  не  рекомендуется,  так  как
кислота  со  временем  разъедает  проводники.  Поэтому  используют
канифоль.
 Выводы  всех  радиоэлементов,  а  также  медные  жилы  монтаж¬
ных  проводов  покрывают  тонким  слоем  припоя,  т.  е.  их  предвари¬
тельно  лудят.  Поэтому  они  имеют  серовато-белый  цвет,  хотя
обычно  жилы  изготовляют  из  меди.  Если  радиоэлементы  новые,
то  зачистка  почти  не  требуется  и  они  легко  паяются,  у  старых  же
появляются  темные  пятна  оксидов,  их  предварительно  счищают
ножом.
 К  основным  радиомонтажным  инструментам,  кроме  ножа,  от¬
носятся  также  пинцет,  плоскогубцы  и  кусачки  (рис.  6,  б  —  г).
С  помощью  пинцета  берут  мелкие  детали  и  держат  их  выводы  во
время  пайки.  Пальцами  придерживать  детали  нельзя,  так  как
можно  получить  ожог.  Кроме  того,  металлический  пинцет  служит
хорошим  теплоотводом,  что  препятствует  перегреву  монтируемых
деталей  и  приборов,  например  полупроводниковых.  Пинцет  вместе
с  плоскогубцами  используют  также  для  гибки  или  формовки
выводов.  Кусачками  откусывают  монтажные  провода.
 Умение  выполнять  все  перечисленные  радиомонтажные  опе¬
рации  является  обязательным  условием  овладения  такими  массо¬
выми  рабочими  профессиями,  как  «монтажник  радиоэлектрон¬
ной  аппаратуры  и  приборов»  и  «заготовщик  радиотакелажа  и
электрорадиоэлементов».  Первые  радиомонтажные  навыки  можно
получить,  выполнив  перечисленные  в  задании  самостоятельные
работы.
 1. 	Потренируйтесь  в  снятии  изоляции  с  концов  монтажных  проводов.
Концы  многожильных  проводов  скрутите  и  залудите,  т.  е.  покройте  тон¬
ким  слоем  припоя.
 2. 	Проведите  зачистку  выводов  радиоэлементов  и  их  лужение.
 3. 	Проведите  тренировочную  пайку  провода  к  монтажному  лепестку.
 4. 	Проведите  тренировочную  пайку  выводов  двух-трех  радиоэле¬
ментов  к  монтажному  лепестку.
 1. 	Из  каких  основных  частей  состоит  паяльник?  2.  Перечислите  правила
безопасной  работы  с  паяльником.  3.  От  чего  зависит  качество  пайки?
 4. 	Для  чего  служат  флюсы?  Какой  флюс  используют  для  пайки  радио¬
монтажники?  5.  Назовите  основные  инструменты  радиомонтажника  и  рас¬
скажите  об  их  назначении  и  правилах  работы  с  ними.
 14

4. 	Универсальный  школьный
электроизмерительный  прибор
 Уметь  работать  с  электроизмерительными  приборами  должны
представители  таких  рабочих  профессий,  как  «контролер  радио¬
электронной  аппаратуры  и  приборов»,  «монтажник  радиоэлек¬
тронной  аппаратуры  и  приборов»  и  «регулировщик  радиоэлек¬
тронной  аппаратуры  и  приборов»  и  др.
 Перед  тем  как  приступить  к  рассмотрению  универсального
измерительного  прибора,  ознакомимся  с  электроизмерительны¬
ми  приборами,  служащими  для  определения  основных  характери¬
стик  электрического  тока:  силы  тока,  напряжения,  сопротив¬
ления,  мощности,  работы,  частоты  колебаний  и  др.
 Силу  тока  в  цепи  измеряют  амперметром.  Включают  его  в
цепь  последовательно  с  нагрузкой  (рис.  7,  а).  В  качестве  на¬
грузки  может  быть  резистор,  электрическая  лампа,  звонок,  элек¬
тродвигатель  и  различные  электроприборы.  Его  работа  основана
на  механическом  действии  тока.  Через  амперметр,  который  имеет
определенное  сопротивление,  проходит  тот  же  ток,  что  и  в  нагруз¬
ке.  Сопротивление  амперметра  должно  быть  как  можно  меньше,
с  тем  чтобы  уменьшить  погрешности  при  измерении.  Для  изме¬
рения  малых  токов  служат  миллиамперметры  и  микроамперметры.
 Если  наибольшее  значение  силы  тока,  на  который  рассчитан
 Рис.  7.  Схема  включения  в  цепь  ампер¬
метра  (а)  и  схема  подключения  к  нему
шунта  (б)
 Рис.  8.  Схема  включения  в  цепь  вольт¬
метра  (а)  и  схема  подключения  к  нему
добавочного  сопротивления  (б)
 15

прибор,  разделить  на  число  делений  шкалы,  то  получим  ее  цену
деления.  Примеры  по  определению  цены  деления  приведем  ниже
при  рассмотрении  работы  конкретных  приборов.  Наибольшее
значение  силы  тока,  при  котором  стрелка  прибора  отклоняется
на  всю  шкалу,  называется  пределом  измерения.
 Предел  измерения  амперметра  можно  увеличить,  если  парал¬
лельно  ему  подключить  резистор  /?ш.  Например,  можно  подобрать
сопротивление  так,  что  по  прибору  пойдет  только  одна  десятая
тока  цепи,  а  девять  десятых  пойдут  по  резистору  (рис.  1,6).  В  этом
случае  предел  измерения  увеличится  в  10  раз,  так  как  нужен
ток  в  десять  раз  больший,  чем  первоначальный,  чтобы  стрелка
отклонилась  на  всю  шкалу.  Подобные  параллельно  подключае¬
мые  резисторы  называются  шунтами.  Если  использовать  несколь¬
ко  шунтов,  то  получится  многопредельный  амперметр.
 Для  измерения  напряжения  в  цепи  применяют  вольтметры.
Они  имеют  тот  же  принцип  действия  и  конструкцию,  что  и  ампер¬
метры.  Отличие  состоит  в  их  сопротивлении  и  способе  включения
в  цепь.  Вольтметры  включают  в  цепь  параллельно  тому  участку,
на  котором  измеряется  напряжение.  Они  имеют  большое  сопро¬
тивление:  чем  оно  больше,  тем  меньше  вносится  погрешность
при  измерении.  Для  измерения  малых  напряжений  служат  мил¬
ливольтметры  и  микровольтметры.  Расширение  пределов  изме¬
рения  вольтметров  осуществляется  путем  последовательного  под¬
ключения  к  ним  добавочных  резисторов  /?д  (рис.  8,  б).  В  резуль¬
тате  оказывается,  что  к  зажимам  вольтметра  приложена  только
часть  измеряемого  напряжения,  причем  тем  меньшая,  чем  больше
его  сопротивление.
 Для  измерения  сопротивления  предназначены  омметры.  Они
состоят  из  источника  тока,  набора  резисторов  и  миллиампер¬
метра.  Схема  простейшего  омметра  показана  на  рисунке  9.  При
включении  в  цепь  резистора  с  неизвестным  сопротивлением  из¬
меряется  сила  тока,  которая  обратно  пропорциональна  сопро¬
тивлению.  При  бесконечно  большом  сопротивлении  (несколько
мегом)  стрелка  прибора  не  отклоняется,  так  как  ток  равен  нулю.
При  нулевом  сопротивлении  сила  тока  наибольшая  и  стрелка
отклоняется  на  всю  шкалу.  Промежуточные  значения  сопротив¬
ления  вызовут  отклонение  стрелки  омметра  в  пределах  от  нуля
до  бесконечности.
 Для  измерения  переменного  тока  могут  быть  использованы
те  же  приборы,  что  и  для  измерения  постоянного  тока,  снабжен¬
ные  дополнительным  выпрямительным  устройством.
 Универсальные  электроизмерительные  приборы  предназна¬
чены  для  измерения  силы  тока  и  напряжения  в  цепях  постоянного
и  переменного  тока,  а  также  сопротивления.
 16

Рис.  9.  Схема  простейшего  омметра
 Рис.  10.  Школьный  универсальный
электроизмерительный  прибор  АВО-63
(а)  и  его  шкала  (б)
 При  этом  используют  измерительный  прибор,  который  вместе
с  набором  шунтов  и  добавочных  сопротивлений  позволяет  изме¬
рять  силу  тока  и  напряжение.  Такой  прибор  называют  тестером.
Тестеры  имеют  разные  конструкции.
 Наибольший  интерес  представляет  школьный  универсальный
электроизмерительный  прибор  АВО-63  (рис.  10,  а).  С  помощью
этого  тестера,  который  также  называется  авометром,  можно
проводить  измерения  основных  характеристик  электрического
тока  в  широких  пределах.
 Основные  характеристики
электрического  тока
 Пределы  измерений
 Сила  тока,  мА:
постоянного
переменного
Напряжение,  В:
постоянное
переменное
Сопротивление,  кОм
 0—0,2;  0—0,5;  0—5;  0—50;  0—500
0—0,5;  0—5;  0—50;  0—500
 0—2;  0—10;  0—50;  0—200;  0—500
0—Ю;  0—50;  0—200;  0—500
0—2;  0—20;  0—200;  0—2000
 Измерение  в  цепях  переменного  тока  проводится  при  сину¬
соидальном  напряжении  частотой  50  Гц.  Напомним,  что  школь¬
ники  могут  проводить  измерения  в  цепях  с  напряжением  не  выше
42  В.
 Для  измерения  силы  тока  и  напряжения  нужно  вставить

один  провод  со  специальной  вилкой  в  гнездо  с  маркировкой  (над¬
писью)  «общ»,  расположенное  в  центре  передней  панели  при¬
бора,  а  вилку  другого  провода  вставить  в  одно  из  гнезд  с  марки¬
ровкой  «тА»  или  «V».  В  левой  части  передней  панели  располо¬
жены  гнезда  вольтметра  постоянного  и  переменного  токов,  в
правой  —  гнезда  миллиамперметра  постоянного  и  переменного
токов.
 Перед  началом  измерений  нужно  правильно  выбрать  пре¬
дел  измерения,  вставить  вилки  в  соответствующие  гнезда  и  вы¬
брать  шкалу  измерительного  прибора.
 Авометр  имеет  три  шкалы  (рис.  10,  б).  Нижняя  шкала  рав¬
номерная,  она  содержит  50  делений  и  предназначена  для  изме¬
рения  постоянных  токов  и  напряжений.  Эта  шкала  помечена
знаком  «—».  Средняя  шкала  неравномерная,  она  имеет  также  50
делений  и  служит  для  измерения  переменных  токов  и  напряжений.
Шкала  помечена  знаком  «~».  Верхняя  шкала  тоже  неравно¬
мерная  и  отличается  от  первых  двух  тем,  что  нулевое  деление
расположено  справа.  Эта  шкала  имеет  знак  «Q».  Под  шкалами
против  больших  делений  стоят  три  ряда  цифр:  0,  1,2,  3,  4,  5;  0,  2,
4,  6,  8,  10;  0,  4,  8,  12,  16,  20.  Ими  удобно  пользоваться  при  опреде¬
лении  цены  деления.  Например,  измеряется  постоянный  ток  лампы
карманного  фонаря  силой  260  мА.  Выбирается  предел  измере¬
ния  0—500  мА,  отсчет  проводится  по  нижней  шкале.  Наиболь¬
ший  ток  на  этом  пределе  равен  500  мА,  ему  соответствует  50
делений  шкалы,  значит,  цена  деления  равна  10  мА.  Если  стрелка
отклонится  на  26  делений,  то  сила  тока  равна  260  мА.  Аналогич¬
ные  расчеты  проводятся  на  всех  пределах  измерения.  В  приве¬
денном  примере  измерение  было  возможно  только  на  одном,
самом  грубом  пределе,  однако  некоторые  значения  тока  можно
измерить  на  нескольких  пределах.  Например,  силу  тока  в  3  мА
можно  измерить  на  трех  пределах:  0—5  мА,  0—50  мА  и  0—500  мА.
Из  этих  пределов  лучше  выбрать  тот,  в  котором  измеряемая  вели¬
чина  ближе  по  своему  значению  к  верхнему  предельному  зна¬
чению  силы  тока,  т.  е.  пределу  0—5  мА.  В  этом  случае  стрелка
отклоняется  на  больший  угол  и  погрешность  измерения  будет
наименьшей.
 Сопротивления  измеряются  с  использованием  ^незд,  распо¬
ложенных  горизонтально  в  нижней  части  лицевбй  пайели  прибора.
При  этом  омметр  имеет  отдельное  гнездо  с  маркировкой  «общ»,
оно  находится  внизу  справа.  Для  проведения  измерений  одну
вилку  соединительного  провода  вставляют  в  гнездо  «общ»,  а
другую  —  в  гнездо,  имеющее  одну  из  следующих  маркировок:
«XI»,  «ХЮ»,  «ХЮ0»  и  «ХЮ00».  Чем  больше  измеряемое
сопротивление,  тем  с  большим  множителем  выбирается  гнездо.
 18

Перед  началом  измерения  нужно  установить  «нуль  омметра».
Установку  нуля  проводят  следующим  образом  Концы  соедини¬
тельных  проводов,  вставленных  в  гнезда  омметра,  соединяют
друг  с  другом,  т.  е.  гнездо  с  маркировкой  «общ»  и  гнездо  с  вы¬
бранным  множителем  соединяют  проводником.  При  этом  стрелка
отклоняется  примерно  на  всю  шкалу,  а  может  даже  зашкалить.
Вращая  ручку  с  маркировкой  «Уст.  О»  (установка  нуля),  распо¬
ложенную  в  левом  нижнем  углу  прибора,  устанавливают  стрелку
в  нулевое  положение  омметра.  После  этого  к  зажимам  проводов
подключают  резистор  с  неизвестным  сопротивлением.  Если  предел
измерения  выбран  правильно,  то  стрелка  отклонится  на  угол,
соответствующий  не  менее  одной  трети  шкалы.  Если  отклонение
незначительное,  то  следует  сменить  предел  измерения.  При  этом
нужно  до  проведения  измерения  опять  установить  нуль  шкалы.
Цля  определения  значения  измеренного  сопротивления  пока¬
зания  шкалы  умножают  на  соответствующий  множитель.
 Омметр  часто  используют  для  проверки  электрических  цепей
как  «пробник».  С  его  работой  вы  должны  были  ознакомиться
на  уроках  трудового  обучения  при  изучении  темы  «Элементы
автоматики».  Напомним,  как  в  этом  случае  его  применяют.  Допу¬
стим,  нужно  найти  обрыв  медных  жил  монтажного  провода,
который  не  виден  из-за  изоляции.  В  этом  случае  омметр,  под¬
ключенный  к  концам  провода,  покажет  бесконечно  большое  со¬
противление.  Изгибая  провод  в  разных  местах,  можно  попытаться
найти  место  обрыва.  Как  только  медные  жилы  соединятся,  при¬
бор  «оживет»,  отклонившаяся  стрелка  покажет  нулевое  сопротив¬
ление.  Выбирать  предел  измерения  в  данном  случае  не  нужно,  так
как  сопротивление  может  быть  только  или  нулевым,  или  беско¬
нечно  большим.  Напомним,  что  простейший  «пробник»  состоит
из  лампочки  от  карманного  фонаря  и  батареи.
 При  измерении  постоянных  токов,  напряжений  и  сопротив¬
лений  ручка,  расположенная  в  правом  нижнем  углу  прибора,
должна  быть  повернута  влево  до  упора  так,  чтобы  белая  точка
на  ней  находилась  против  знака  «й».  При  измерении  переменных
токов  и  напряжений  ручку  поворачивают  вправо  так,  чтобы
точка  находилась  против  знака  «~».  Если  эта  ручка  находится
в  неправильном  положении,  то  измерения  проводить  нельзя.
При  измерении  постоянных  токов  и  напряжений  нужно  предва¬
рительно  определить  направление  тока  в  цепи  и  полярность  источ¬
ника  тока.  Для  отклонения  стрелки  прибора  в  нужном  направ¬
лении  (слева  направо)  гнездо  «общ»  соединяют  с  минусом  источ¬
ника.  Например,  при  измерении  напряжения  батареи  карманного
фонаря  гнездо  «общ»  соединяют  с  отрицательным  полюсом,  а
гнездо  вольтметра  «10  В»  —  с  положительным  полюсом.  Если
 19

ошибочно  использовать  предел  2  В,  то  стрелка  резко  отклонится
на  всю  шкалу  и  ударится  об  ограничитель.  В  этом  случае  нужно
быстро  отключить  прибор  и  исправить  ошибку.  Неправильное
подключение  вольтметра  к  полюсам  источника  приводит  к  от¬
клонению  стрелки  влево,  т.  е.  в  нерабочую  часть  шкалы.  При
измерении  постоянного  тока  он  должен  проходить  через  прибор
от  гнезда  с  выбранным  пределом  измерения  к  гнезду  «общ».
Понятно,  что  когда  измеряются  переменные  токи  и  напряже¬
ния,  то  о  полярности  включения  прибора  говорить  не  имеет
смысла.
 При  проведении  измерений  нужно  правильно  выбирать  преде¬
лы  измерений  и  включать  прибор  в  цепь.  Ошибки  могут  привести
к  порче  прибора  и  электрической  схемы.  Особенно  опасны  ошибки
при  измерении  напряжения,  когда  провода  оказываются  случай¬
но  вставленными  в  гнезда,  соответствующие  измерению  силы
тока.
 В  этом  случае  вместо  вольтметра  параллельно  нагрузке  под¬
ключается  амперметр,  обладающий  малым  сопротивлением,  что
приводит  к  такому  резкому  возрастанию  силы  тока,  проходящему
через  прибор,  что  он  может  сгореть.
 Ознакомьтесь  с  конструкцией  школьного  универсального  электро¬
измерительного  прибора,  определите  назначение  его  гнезд.
 2. 	Определите  цену  деления  миллиамперметра  постоянного  и  перемен¬
ного  токов  на  всех  пределах  измерений.
 3. 	Определите  цену  деления  вольтметра  постоянного  и  переменного
токов  на  всех  пределах  измерений.
 4. 	Определите  цену  деления  омметра  на  всех  пределах  измерений.
 5. 	Соберите  простейшую  цепь  имитации  карманного  фонаря,  измерьте
силу  тока  накала  лампы  и  напряжение  на  выводах  батареи.  Измерьте
напряжение  при  включенной  и  выключенной  лампочке.  Результаты  изме¬
рений  занесите  в  таблицу  (форма  ее  приведена  на  с.  21).
 6. 	Включите  две  лампочки  (Л1  и  Л2)  последовательно,  измерьте
авометром  силу  тока  в  цепи,  напряжение  на  концах  лампочек  и  на  выводе
батареи.  Результаты  измерений  занесите  в  таблицу.
 7. 	Включите  две  лампочки  (Л  1  и  Л2)  параллельно,  измерьте  силу
тока  в  каждой  из  лампочек,  силу  тока  в  неразветвленной  цепи  и  напря¬
жение  на  лампочках.  Напряжение  на  выводе  батареи  измерьте  при  замкну¬
той  и  при  разомкнутой  цепи.  Результаты  измерений  занесите  в  таблицу.
 8. 	Измерьте  сопротивления  имеющихся  образцов  резисторов,  кату¬
шек  индуктивностей  и  реостатов.  Полученные  результаты  запишите  в
тетрадь.
 9. 	Измерьте  сопротивление  медных  одножильных  проводников  раз¬
личного  сечения  и  различной  длины.  Измерения  проводите  на  самом  чув¬
ствительном  пределе  омметра.
 20

Задание
 Сила  тока  в
неразветвлен¬
ной  цепи
 Сила  тока
в  цепи
 Напряжение
на  концах
ламп
 Напряжение  на
выводах  батареи
 Л1  Л2
 Л1  Л2
 без  на¬
грузки
 с  на¬
грузкой
 5
 6
 7
 1. 	Рабочие  каких  профессий  должны  пользоваться  электроизмери¬
тельными  приборами?  2.  Какие  основные  электроизмерительные  приборы
вы  знаете?  3.  Как  включаются  в  цепь  амперметр  и  вольтметр?  4.  Каково
назначение  шунта  и  добавочного  сопротивления?  5.  Из  каких  частей
состоит  простейший  омметр?  6.  Измерение  каких  электрических  величин
можно  проводить  школьным  авометром?  7.  Как  правильно  выбрать  предел
измерения?  8.  Как  определяется  цена  деления  шкалы?  9.  При  каком
неправильном  включении  прибор  может  перегореть?  10.  Как  меняется  на¬
пряжение  на  выводах  батареи  при  подключении  к  ней  нагрузки?  11.  Как
зависит  напряжение  на  выводах  батареи  от  силы  тока  в  цепи?  12.  Что
можно  сказать  о  напряжениях  на  двух  последовательно  включенных
лампочках  с  одинаковыми  электрическими  характеристиками?  Чему  равна
сумма  этих  напряжений?  13.  Что  можно  сказать  о  силе  тока  в  двух  парал¬
лельно  включенных  лампочках  с  одинаковыми  электрическими  характе¬
ристиками?  Как  определяется  ток  в  неразветвленной  части  цепи?
 5. 	Электронные  осциллографы
 Осциллограф  является  основным  радиоизмерительным  прибо¬
ром.  Он  содержит  следующие  основные  блоки:  электронно-лу¬
чевую  трубку,  усилитель  вертикального  отклонения,  генератор
развертки  и  блок  питания  (рис.  И).
 Основной  частью  осциллографа  является  электронно-лучевая
трубка  (ЭЛТ),  представляющая  собой  стеклянную  колбу,  из
которой  выкачан  воздух.  В  трубке  создается  поток  электронов,
который  последовательно  проходит  между  двумя  вертикально
и  двумя  горизонтально  расположенными  пластинами  и  попадает
на  экран,  покрытый  специальным  составом.  Условное  обозна¬
чение  ЭЛТ  показано  на  рисунке  12.  Экран  светится  при  попадании
на  него  пучка  электронов.  Управление  потоком  электронов  осу¬
ществляется  напряжением,  которое  подается  на  вертикально  и
горизонтально  отклоняющие  пластины.  При  этом  для  отклонения
в  горизонтальном  направлении  служат  вертикально  расположен¬
ные  пластины  и,  соответственно,  для  отклонения  в  вертикаль-
 21

ном  направлении  —  горизонтальные  пластины.  Заметим,  что
электронно-лучевая  трубка  специальной  конструкции  использу¬
ется  в  телевизоре.
 Исследуемый  сигнал,  прежде  чем  попасть  на  вертикально
отклоняющие  пластины,  усиливается.  Для  того  чтобы  изучить
изменение  сигнала  с  течением  времени,  необходимо  подать  на¬
пряжение  на  горизонтально  отклоняющие  пластины.  Это  напря¬
жение  создает  специальный  генератор  развертки,  его  частоту
можно  менять  ступенчато  и  плавно.  Если  на  «вход  У»  осциллог¬
рафа  подается  только  исследуемое  напряжение,  то  на  его  экране
будет  видна  вертикальная  линия,  длина  которой  равна  удвоенной
амплитуде  колебания.  Если  на  «входе  У»  напряжение  равно
нулю,  но  есть  развертка,  то  на  экране  будет  видна  только  гори¬
зонтальная  линия.  При  наличии  двух  напряжений  одновременно
на  экране  будет  виден  график  исследуемого  напряжения  или
осциллограмма,  например  синусоида  сетевого  напряжения.
 Перейдем  к  рассмотрению  школьных  осциллографов.  Простей¬
шим  школьным  малогабаритным  осциллографом  является  осцил¬
лограф  ОМШ-2  (рис.  13).  На  передней  панели  расположены
три  группы  органов  управления:  управление  лучом,  регулировка
усиления  исследуемого  сигнала  и  регулировка  частоты  развертки.
 Четыре  ручки  управления  лучом  предназначены  для  изменения
его  яркости  (маркировка  Xt),  фокусировки  (©),  а  также  пере¬
мещения  в  вертикальном  (|)  и  горизонтальном  (^->)  направ¬
лениях.
 Усиление  исследуемого  напряжения,  подаваемого  на  «вход  У»,
регулируется  ступенчато  с  помощью  шести  вертикально  располо¬
женных  кнопок  с  маркировкой  «В/дел»,  которая  показывает
значение  напряжения  в  вольтах,  необходимое  для  отклонения
луча  на  одно  деление  масштабной  сетки  экрана.  Размер  деления
 Рис.  11.  Структурная  схема  простейшего  осцил¬
лографа
 Рис.  12.  Условное  обозначе¬
ние  электронно-лучевой
трубки

равен  5  мм.  Рядом  с  кнопками  стоят  надписи  «тах»;  «0,3»;  «1,0»;
«3»;  «10»  и  «30»,  соответствующие  разным  коэффициентам  откло¬
нения  луча.  Наиболее  чувствительный  предел  устанавливается
при  нажатии  кнопки  «тах»,  в  этом  случае  для  отклонения  луча
на  одно  деление  достаточно  напряжения  0,1  В.  Наибольшее  ис¬
следуемое  напряжение  на  первых  четырех  пределах  равно  40  В.
Если  его  превысить,  то  луч  «выйдет  за  экран».  При  нажатии
следующей  кнопки  (0,3  В/дел)  усиление  уменьшится  в  3  раза  по
сравнению  с  первоначальным,  а  при  нажатии  третьей  кнопки
(1,0  В/дел)  —  в  10  раз  и  т.  д.
 Частоту  генератора  развертки  можно  регулировать  ступен¬
чато  (с  помощью  четырех  вертикально  расположенных  кнопок  с
обозначениями  «частота  развертки»  и  «грубо»)  и  плавно  (ручкой
с  надписью  «плавно»).  При  нажатии  кнопки  с  обозначением
«1,0—10  Гц»  частота  генератора  развертки  меняется  ручкой
плавной  регулировки  в  пределах  от  1  до  10  Гц,  последующие
кнопки  используются  для  включения  более  высокочастотных
диапазонов:  10—100  Гц;  100  Гц—1  кГц  и  1  —10  кГц.  Верхняя
частота  каждого  диапазона  совпадает  с  нижней  частотой  следую¬
щего,  более  высокочастотного  диапазона.  Таким  образом  проис¬
ходит  плавное  перекрытие  диапазона  частот  генератора  развертки
от  1  Гц  до  10  кГц.
 Рис.  13.  Школьный  осциллограф  OMLU-2
 23

Рис.  14.  Школьный  осциллограф  Н3013
 На  передней  панели  имеются  также  две  кнопки  с  обозначе¬
ниями  «вход  X»  и  «синхр»  (их  назначение  рассмотрим  ниже).
 Исследуемое  напряжение  (или  сигнал)  подключается  к  гнез¬
дам  с  маркировкой  «вход  У»  и  «_L».  Гнездо  «_L»  используется
в  электрических  схемах  для  подключения  общего  или  нулевого
провода  цепи,  от  которого  отсчитывается  напряжение.
 В  некоторых  случаях  исследуемое  напряжение  подается  на
«вход  X».
 Для  учебных  целей  предназначен  также  лабораторный  ос¬
циллограф  типа  Н3013  (рис.  14).  Он  имеет  более  простую  кон¬
струкцию  и  меньшее  число  органов  управления,  назначение  кото¬
рых  аналогично  ранее  рассмотренным.
 Для  ремонта  электронной  радиоаппаратуры  на  предприятиях
и  в  быту,  а  также  в  учебных  целях  используется  осциллограф-
мультиметр  типа  С1-112.  Он  может  работать  как  в  режиме  осцил¬
лографа,  так  и  в  режиме  мультиметра,  т.  е.  измерительного  при¬
бора  широкого  применения.  С  его  помощью  можно  измерять
напряжение  обеих  полярностей  от  1  мВ  до  1000  В  и  сопротив¬
ление  от  1  Ом  до  2,5  МОм.  Результаты  измерений  появляются
на  экране  осциллографа  в  виде  светящихся  цифр.  Подобный
цифровой  измерительный  прибор  отличается  от  обычных  стре¬
лочных  вольтметров  и  омметров  значительно  большим  удобством
 24

снятия  показаний  и  большей  точностью  измерения.  Напряжение,
например,  батареи  карманного  фонаря  с  его  помощью  можно
измерить  с  точностью  до  одной  тысячной  вольта.
 Цифровые  измерительные  приборы,  к  ним,  в  частности,  от¬
носятся  электронные  часы,  находят  все  большее  применение  в
промышленности,  в  быту  и  в  учебной  деятельности.
 1. 	Ознакомьтесь  с  расположением  органов  управления  лабораторного
осциллографа  типа  ОМШ-2М.
 2. 	Включите  осциллограф  в  сеть  с  напряжением  42  В.  Порядок  пере¬
ключения  с  напряжения  220  В  на  42  В  приводится  в  описании  к  прибору.
 3. 	Проверьте  работу  органов  регулировки  луча.  Для  этого  отклю¬
чите  генератор  развертки  нажатием  кнопки  «вход  X».  На  экране  должна
появиться  светящаяся  точка.  Измените  ее  яркость  и  фокусировку.  Пере¬
местите  луч  в  вертикальном  и  горизонтальном  направлениях.
 4. 	Проверьте  работу  органов  регулировки  усиления  и  частоты  гене¬
ратора  развертки.  Для  этого  подайте  на  «вход  У»  переменное  напря¬
жение  42  В.  Включите  генератор  развертки  повторным  нажатием  кнопки
«вход  X».  Частота  генератора  развертки  определяется  частотой  иссле¬
дуемого  напряжения,  в  нашем  случае  она  равна  50  Гц,  значит,  должна
быть  нажата  кнопка  диапазона  10—100  Гц.  Ручкой  ,  плавной  регулировки
подберите  частоту  так,  чтобы  на  экране  были  видны  один  или  два  периода
колебаний.  Наблюдаемая  на  экране  картина,  которая  называется  осцил¬
лограммой,  может  «бежать»  по  экрану  влево  или  вправо,  что  происхо¬
дит  из-за  несовпадения  частот  развертки  и  исследуемого  сигнала.  Осцил¬
лограмма  станет  устойчивой,  если  нажать  на  кнопку  «синхр»,  в  этом
случае  частота  генератора  развертки  синхронизируется  напряжением  сети.
Амплитуду  осциллограммы  можно  изменить,  нажав  на  кнопки  делителей.
 Посмотрите,  как  изменится  осциллограмма,  если  выбрать  более  низ¬
кий  диапазон  развертки  —  от  1  до  10  Гц.  Начертите  осциллограммы
одного  и  того  же  напряжения  при  различных  диапазонах  развертки.
 1. 	Каково  назначение  осциллографа?  2.  Назовите  основные  блоки
осциллографа.  3.  Назовите  органы  управления  лучом.  4.  Как  можно
регулировать  усиление  исследуемого  сигнала?  Назовите  самый  чувстви¬
тельный  предел.  5.  Что  означает  единица  измерения  «В/дел»?  6.  Для
чего  служит  генератор  развертки  осциллографа?  7.  Как  меняется  осцил¬
лограмма  переменного  напряжения  при  уменьшении  и  увеличении  частоты
развертки?  8.  Для  чего  служат  кнопки  с  маркировками  «вход  X»  и
«синхр»?

6. 	Школьные  звуковые  генераторы
 Школьные  звуковые  генераторы  предназначены  для  получе¬
ния  (генерирования)  синусоидальных  или  гармонических  коле¬
баний  напряжения.  В  звуковых  генераторах  напряжение  может
плавно  меняться  по  частоте  в  так  называемом  звуковом  диапазо¬
не  от  20  Гц  до  20  кГц.  Механические  колебания  с  такими  пре¬
делами  изменения  частоты  воспринимаются  ухом  человека,  этим
объясняется  название  диапазона  частот.  Такой  генератор  позво¬
ляет  также  плавно  менять  амплитуду  напряжения.
 Звуковые  генераторы  используются  для  проверки  работы
усилителей  электрических  колебаний  низкой  (звуковой)  частоты,
которые  являются  составной  частью  многих  электронных  уст¬
ройств,  в  частности  таких,  как  электрофоны,  радиоприемники,
магнитофоны  и  телевизоры.
 Звуковые  генераторы  являются  более  простыми  измеритель¬
ными  приборами,  чем  осциллографы.  Упрощенный  вариант  такого
генератора  мы  изготовим  на  практических  занятиях  (см.  §  18,
задание  4).
 Рассмотрим  теперь  конкретные  типы  генераторов.
 Школьный  ламповый  звуковой  генератор  ГЗМ  (генератор
звуковой  модернизированный)  показан  на  рисунке  15.  Прибор
имеет  следующие  органы  управления  и  зажимы:  переключа¬
тель  диапазонов  частот  «XI»,  «X  10»,  «ХЮО»,  ручку  плавной
регулировки  частоты  со  шкалой,  имеющей  деления  от  20  до  200,
ручку  регулировки  усиления  и  зажимы  с  маркировкой  «общ»,
«5  Ом»,  «600  Ом»  и  «5000  Ом».  Частоту  генерации  определяют,
умножая  показания  шкалы  с  ручкой  плавной  настройки  на  мно¬
житель  переключателя  диапазонов.  Если  множитель  «1»,  то  часто¬
та  равна  значению  шкалы  против  неподвижного  деления  с  отмет¬
кой  «Hz».  Если  множитель  «10»,  то,  соответственно,  это  зна¬
чение  умножается  на  10.  Наибольшая  частота  будет  в  том  слу¬
чае,  если  значение  шкалы  200  умножается  на  100  (20  кГц).
 Выходные  зажимы  выбираются  в  зависимости  от  сопротивле¬
ния  нагрузки.  Если,  например,  нужно  подключить  громкогово¬
ритель  непосредственно  к  генератору,  то  выбирают  зажимы
«общ»  и  «5  Ом».  При  работе  с  осциллографом  можно  использо¬
вать  все  три  зажима.
 Особенностью  учебного  звукового  генератора  является  воз¬
можность  использовать  его  для  усиления  электрических  колеба¬
ний.  Для  этого  проводятся  необходимые  изменения  в  цепях
прибора  с  помощью  переключателя  диапазонов,  который  уста¬
навливается  в  положение  «УНЧ».  Усиливаемое  напряжение  под¬
ключается  к  зажимам  «ВХОД  УНЧ».
 26

Рис.  15.  Школьный  ламповый  генератор  ГЗМ
 Полупроводниковый  звуковой  генератор  ГНЧШ  (генератор
низкой  частоты  школьный)  имеет  значительно  меньшую  массу
и  габаритные  размеры,  чем  звуковой  генератор  ГЗМ  (рис.  16).
Он  имеет  сходные  электрические  характеристики  и  аналогич-
 Рис.  16.  Школьный  звуковой  низкочастотный  генератор  ГНЧШ
 27

ные  органы  управления  с  генератором  ГЗМ.  Отличие  состоит  в
изменении  конструкции  шкалы  частот,  в  числе  выходных  зажи¬
мов  (отсутствует  зажим  с  маркировкой  «5000  Ом»)  и,  самое
главное,  во  введении  вольтметра,  показывающего  значение  гене¬
рированного  напряжения.
 Звуковые  генераторы  ГЗМ  и  ГНЧШ  питаются  от  сети  напря¬
жением  220  В,  поэтому  работать  с  ними  можно  только  под  ру¬
ководством  учителя.
 1. 	Ознакомьтесь  с  органами  управления  звуковых  генераторов  ГЗМ
и  ГНЧШ.
 2. 	Подключите  выходы  «5  Ом»  звукового  генератора  ГНЧШ  ко  «входу
У»  осциллографа  ОМШ-2  и  к  громкоговорителю.  Установите  какую-
либо  частоту  в  первом  диапазоне  и  получите  устойчивую  осциллограмму,
подбирая  нужную  частоту  развертки.  Кнопка  синхронизации  осциллогра¬
фа  должна  быть  в  ненажатом  состоянии,  соответствующем  маркировке
«внутр.»,  т.  е.  осуществляется  внутренняя  синхронизация  исследуемым  сиг¬
налом.
 3. 	Сравните  осциллограммы,  полученные  при  увеличении  ампли¬
туды  и  частоты  колебаний.  Проверьте  на  слух  соответствующие  изме¬
нения  громкости  и  высоты  тона.  Нарисуйте  в  тетради  три  осциллограммы,
соответствующие  разным  значениям  частоты  и  напряжения  генератора
(ручки  управления  осциллографа  остаются  в  неизменном  положении).
 Особенно  любознательные  из  вас  могут  обратить  внимание  на  одну
особенность  звукового  генератора  —  при  изменении  частоты  колебаний  оста¬
ется  неизменной  их  амплитуда.  Сделано  это  специально  для  того,  чтобы
прибор  было  удобно  использовать  при  проверке  работы  электронных
усилителей.
 1. 	Каково  назначение  звукового  генератора?  2.  В  каком  диапазоне
может  меняться  частота  колебаний,  генерируемых  школьными  звуковыми
генераторами  (ГЗМ  и  ГНЧШ)?  3.  Каково  назначение  органов  управ¬
ления  генератора  ГНЧШ  и  его  зажимов?  4.  Как  определяется  частота
работы  звукового  генератора  ГНЧШ?  5.  Как  определяется  амплитуда
колебаний  в  генераторе  типа  ГНЧШ?  6.  Как  связаны  электрические
характеристики  частота  и  амплитуда  колебаний  с  такими  характеристиками,
как  высота  тона  и  громкость  звука,  воспринимаемыми  человеческим  ухом?
 7. 	Источники  тока
 Источники  электропитания,  или  просто  источники  тока,  яв¬
ляются  важной  составной  частью  любой  электрической  цепи.
Источники  тока  бывают  различные.  В  электронной  аппаратуре,
работающей  от  постоянного  напряжения,  широко  используются
 28

Рис.  17.  Химические  источники  тока: 	Рис.  18.  Последовательное  соединение
 а  _  элемент;  6  —  батарея;  в  —  акку-  источников  электрического  тока
мулятор
 химические  источники  —  различные  элементы  и  батареи,  акку¬
муляторы,  они  относятся  к  первичным  источникам  электропи¬
тания  (рис.  17).  Электронные  установки  и  приборы,  питающиеся
от  сети,  имеют  специальное  устройство  —  выпрямитель,  в  котором
переменное  напряжение  преобразуется  в  постоянное.  Такие  вы¬
прямители  являются  вторичными  источниками  тока.  В  последнее
время  в  промышленной  и  бытовой  аппаратуре  все  чаще  приме¬
няется  такой  первичный  источник  тока,  как  солнечный  эле¬
мент  и  солнечная  батарея.
 Источник  тока  (первичный  или  вторичный)  характеризуется
следующими  основными  электрическими  величинами:  номиналь¬
ным  (рабочим)  напряжением,  номинальной  и  максимально  до¬
пустимой  силой  тока,  и  внутренним  сопротивлением,  т.  е.  со¬
противлением  самого  источника.  Вторичный  источник,  в  отличие
от  первичного,  характеризуется  также  коэффициентом  пульса¬
ции  выходного  напряжения.  О  причинах  появления  этих  пульса¬
ций  и  способах  их  уменьшения  будет  рассказано  в  §  16.
 Поясним  важность  такой  характеристики,  как  внутреннее
сопротивление  источника  тока.  Например,  батарея  карманного
фонаря  типа  3336,  имеет  напряжение  3,7  В  при  номинальной
силе  тока  нагрузки  0,26  А.  В  этом  случае  ее  внутреннее  сопро¬
тивление  равно  примерно  3  Ом.  Напомним,  что  чем  меньше  внут¬
реннее  сопротивление  источника,  тем  меньше  меняется  напря¬
жение  на  его  полюсах  с  изменением  силы  тока  нагрузки.  При¬
мером  источника  с  очень  малым  внутренним  сопротивлением
является  электрическая  сеть.  Включение  в  сеть  электролампы,
телевизора,  пылесоса  и  других  приборов  практически  не  меняет
напряжения  в  сети.
 Источники  тока  можно  соединять  в  батареи  последователь¬
но  и  параллельно.  При  последовательном  соединении  напря¬
жение  источников  и  их  внутренние  сопротивления  складывают-

Рис.  19.  Школьный  выпрямитель  ВУ-4
 ся,  при  параллельном  —  напряжение  не  возрастает,  уменьшает¬
ся  внутреннее  сопротивление  батареи.  Последовательное  соеди¬
нение  двух  батарей  (рис.  18)  используется,  например,  для  полу¬
чения  разнополярных  напряжений  относительно  средней  или
нулевой  точки.
 Примером  вторичного  источника  электропитания  может  слу¬
жить  школьный  выпрямитель  ВУ-4,  выходное  напряжение  кото¬
рого  4  В  (рис.  19).  Он  питается  от  сети  напряжением  36  В,  вы¬
прямленное  напряжение  равно  3,5  =Ь  0,8  В  в  зависимости  от  силы
тока  нагрузки.  Максимальный  ток  нагрузки  1,2  А.  Выпрямленное
напряжение  пульсирует  с  частотой  100  Гц,  поэтому  для  питания
электронных  схем  этот  источник  можно  использовать  только
после  сглаживания  пульсаций  специальной  электронной  схемой.
 Основным  источником  питания  электронных  схем  является
школьный  прибор  ИЭПП-1  или  ИЭПП-2  (источник  электропита¬
 30
 Рис.  20.  Школьный  источник  для  пи¬
тания  электронных  цепей  ИЭПП-2

ния  для  практикума),  показанный  на  рисунке  20.  Он  имеет  сле¬
дующие  основные  электрические  характеристики.  Прибор  может
питаться  от  источников  с  напряжением  220  и  36  В.  Выходное
постоянное  напряжение  может  плавно  изменяться  от  0,5  до  12  В
при  максимальном  токе  нагрузки  1  А.  В  приборе  ИЭПП-1
используется  специальная  электрическая  схема  стабилизации,
благодаря  которой  выходное  напряжение  практически  не  меня¬
ется  при  изменении  силы  тока  нагрузки  от  0  до  1  А.  Важной  осо¬
бенностью  прибора  является  наличие  схемы  электронной  защиты
от  перегрузки,  позволяющей  сохранить  прибор  при  увеличении
нагрузки  сверх  максимально  допустимого  значения.  В  приборах
имеется  также  источник  нестабилизированного  выпрямленного
напряжения  с  плавной  регулировкой  от  0  до  40  В  и  источник
переменного  напряжения  12  В.  Зажимы  и  гнезда  источников
расположены  в  нижней  части  лицевой  (передней)  панели  при¬
бора.  Над  ними  находятся  две  ручки  плавной  регулировки  на¬
пряжения.  Между  ними  расположен  переключатель,  с  помощью
которого  вольтметр  прибора  подключается  к  выходам  одного  из
выпрямителей.
 1. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  различных  типов  химических  источ¬
ников  тока:  элементов  типа  373,  343,  332,  316,  батареи  типа  3336  и  акку¬
муляторов  Д-0,25,  Д-0,5  (см.  рис.  17).  Найдите  на  корпусах  маркировку
полюсов  источника.
 2. 	Измерьте  напряжение  на  полюсах  химических  источников  тока
вольтметром  школьного  авометра.  При  измерении  обратите  внимание
на  правильность  включения  соединительных  проводов  прибора  (исполь¬
зуются  гнезда  вольтметра)  и  на  положение  ручки  выбора  режима  изме¬
рения,  расположенной  в  правом  нижнем  углу.  Результаты  всех  измерений
запишите  в  тетрадь.
 3. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  выпрямителя  ВУ-4.  Включите  его  в
розетку  с  переменным  напряжением  36  В.  Измерьте  напряжение  на  за¬
жимах  выпрямителя.
 4. 	Начертите  осциллограмму  пульсирующего  напряжения  на  зажимах
выпрямителя  ВУ-4,  к  которому  подключена  лампа  накаливания.
 5. 	Ознакомьтесь  с  расположением  и  назначением  зажимов,  регуля¬
торов  и  переключателя  режимов  измерения  источника  питания  ИЭПП-2.
 6. 	Измерьте  напряжение  источников  «0,5—12  В»  и  «0—36  В»  при
разных  положениях  регуляторов.  Сравните  показания  встроенного  вольт¬
метра  и  вольтметра  АВО-63.
 7. 	Проверьте  стабилизирующие  свойства  источника  «0,5—12 	В».
 Для  этого  установите  выходное  напряжение  4,5  В  и  проверьте,  меняется
ли  оно  при  последовательном  подключении  одной  лампочки  от  карманно¬
го  фонаря,  двух  лампочек,  соединенных  параллельно,  и  трех  лампочек,
соединенных  параллельно.  Напряжение  определите  по  встроенному
вольтметру.
 31

1. 	Какие  основные  электрические  характеристики  имеют  источники  тока?
 2. 	Как  определяются  напряжение  и  внутреннее  сопротивление  батареи,
состоящей  из:  а)  последовательно  и  б)  параллельно  соединенных  эле¬
ментов?  3.  Как  меняется  напряжение  на  зажимах  источника  с  увели¬
чением  силы  тока  нагрузки?  4.  Сравните  электрические  характеристики
батареи  типа  3336  и  источника  ВУ-4.  В  чем  преимущества  и  недостатки
источника  ВУ-4?  5.  Назовите  назначение  зажимов  и  органов  управле¬
ния  источников  ИЭПП-1,  ИЭПП-2.  6.  Каково  назначение  схемы  стаби¬
лизации  источника  напряжения?  В  чем  преимущество  источника  ИЭПП-2
по  сравнению  с  батареей  от  карманного  фонаря?
 Глава  2.  РАДИОЭЛЕМЕНТЫ  —
СОСТАВНЫЕ  ЧАСТИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЦЕПЕЙ
 Знание  назначения  и  устройства  различных  радиоэлементов,
а  также  умение  работать  с  ними  являются  основой  любой  про¬
фессии  радиоэлектронного  производства.
 8. 	Резисторы
 Резисторы  являются  самыми  распространенными  радиоэле¬
ментами,  с  их  помощью  можно  устанавливать  различные  зна¬
чения  напряжения  и  силы  тока  в  электрических  цепях.
 Резисторы  могут  иметь  постоянное  и  переменное  сопротив¬
ление.  Постоянные  резисторы  имеют  простую  конструкцию.  Про¬
водящий  слой  наносится  на  изолирующий  цилиндр,  на  торцах
которого  расположены  выводы.  Вместо  проводящего  слоя  может
использоваться  проводящий  стержень  или  провод  с  большим
удельным  сопротивлением  (рис.  21).
 Рис.  21.  Внешний  вид  постоянных  резисторов  Рис.  22.  Внешний  вид  пере-
разных  типов 	менных 	резисторов

Рис.  23.  Условное  обозначение  постоянных  (а)  и  переменных  (б)  резисторов
 Переменные  резисторы  имеют  более  сложную  конструкцию,  у
них  имеются  следующие  части  —  поверхность  с  проводящим  слоем
или  катушка  с  проводом,  обладающим  большим  удельным  со¬
противлением,  два  вывода,  как  у  постоянного  резистора,  и  сколь¬
зящий  контакт,  перемещающийся  от  одного  вывода  к  другому
с  помощью  регулировочной  ручки  или  движка  (рис.  22).  Разно¬
видностью  переменных  резисторов  являются  подстроечные  ре¬
зисторы,  предназначенные  для  разовой  или  периодической  под¬
стройки  аппаратуры.  Их  отличие  от  переменных  резисторов  за¬
ключается  в  наличии  специальной  зажимной  гайки,  фиксирую¬
щей  положение  регулирующей  ручки  после  установки  нужного
сопротивления.
 Постоянные  и  переменные  резисторы  на  схемах  показывают
с  помощью  условных  графических  обозначений  (рис.  23,  а,  б).
Рядом  с  графическим  обозначением  резистора  ставится  его  бук¬
венное  обозначение  с  порядковым  номером  на  схеме,  например
/?1,  R2  и  т.  д.  По  этим  обозначениям  можно  найти  сопротивление
резисторов  и  другие  их  характеристики  в  специальном  списке  —
перечне  радиодеталей  прибора,  который  называется  специфи¬
кацией.  В  схемах  с  небольшим  числом  радиоэлементов  сопро¬
тивление  резисторов  может  ставиться  рядом  с  их  условным  гра¬
фическим  обозначением.  Правила  записи  значений  сопротивлений
на  корпусе  резисторов  будут  рассмотрены  несколько  позже,  в  этом
же  параграфе.
 Основной  характеристикой  резисторов  является  их  номи¬
нальное  сопротивление.  Номинальное  значение  сопротивления,
или  номинальное  сопротивление,—  технический  термин,  исполь¬
зуемый  для  обозначения  сопротивления  резистора  с  учетом  до¬
пустимых  отклонений  от  заданного  значения  при  его  изготовле¬
нии.  Отклонение  (в  процентах)  фактического  значения  сопротив¬
ления  от  номинального,  называемое  допуском,  определяет  класс
точности:  1  класс  —  отклонение  =Ь5%,  2  класс  —  отклонением
±10%,  3  класс  —  отклонение  ±20%.  Номинальное  сопротив-
 2  Зак  2359  A  H  Богатырёв
 33

ление  резистора  проставляется,  маркируется,  на  его  корпусе.
Если,  например,  номинальное  сопротивление  резистора  равно
100  Ом  и  он  изготовлен  по  1-му  классу  точности,  то  его  дейст¬
вительное  значение  может  лежать  в  пределах  от  95  до  105  Ом,
если  по  2-му  классу,  то  в  пределах  от  90  до  110  Ом,  если  по  3-му
классу,  то  в  пределах  от  80  до  120  Ом.  В  большинстве  случаев
допустимо  отклонение  d=20%.
 Резисторы,  изготовленные  по  3-му  классу  точности,  имеют
ограниченное  число  номинальных  значений,  которые  образуют
следующий  ряд  чисел:  10,  15,  22,  33,  47,  68.  Это  значит,  что  ре¬
зисторы  могут  иметь  сопротивление  10  Ом,  100  Ом,  1  кОм,  10  кОм,
100  кОм,  1  МОм,  10  МОм,  15  Ом,  150  Ом  и  т.д.
 При  таком  выборе  номинальных  значений  сопротивлений  мож¬
но  подобрать  практически  любое  сопротивление  в  интервале  от
от  10  Ом  до  10  МОм.  Например,  номинальному  сопротивлению
100  кОм  соответствуют  сопротивления  в  пределах  от  80  до
120  кОм,  номинальному  сопротивлению  150  кОм  —  от  120  кОм
до  180  кОм,  номинальному  сопротивлению  220  кОм  —  от  176  кОм
до  264  кОм  и  т.  д.  Естественно,  что  число  номинальных  значе¬
ний  сопротивлений  должно  возрастать  с  увеличением  класса  точ¬
ности.  Так,  номинальные  значения  сопротивлений,  соответствую¬
щие  2-му  классу  точности,  образуют  следующий  ряд  чисел:  10,  12,
15,  18,  22,  27,  33,  39,  47,  56,  68,  82.  В  него,  кроме  шести  чисел  пре¬
дыдущего  класса,  входят  дополнительно  еще  шесть  чисел.  Допу¬
стимое  отклонение  сопротивлений  резисторов  от  их  номиналь¬
ного  значения  дается  при  определенной  температуре  и  влажности.
Если  температура  резистора  превышает  определенное  значение,
то  его  сопротивление  выходит  за  допустимые  пределы.
 Другой  важной  характеристикой  резисторов  является  их  но¬
минальная  мощность  рассеяния.  Из  физики  известно,  что  элект¬
рический  ток,  проходящий  по  проводнику,  совершает  работу,
которая  идет  на  его  нагревание.  Это  может  привести  не  только  к
изменению  сопротивления  резистора,  но  и  к  его  сгоранию.  Сте¬
пень  нагрева  резистора  зависит  от  силы  тока  и  напряжения,  а
также  от  его  геометрических  размеров.  Чем  больше  площадь
поверхности  резистора,  тем  лучше  осуществляется  теплоотвод  и
он  меньше  нагревается.  Работа  А  электрического  тока  и  выде¬
лившееся  количество  теплоты  Q  определяется  по  формуле:
A  =  Q  =  IUty  где  /—сила  тока  в  цепи;  U  —  напряжение  на  ре¬
зисторе;  t  —  время  прохождения  тока.  Работа  А  электрического
тока  за  единицу  времени  равна  электрической  мощности:
P—A/t  =  IU.
 Электрической  мощностью  принято  характеризовать  степень
нагрева  резистора.  В  технике  она  носит  название  «мощность
 34

рассеяния»,  т.  е.  та  максимальная  мощность,  которая  может  быть
«рассеяна»  в  окружающую  среду,  воздух.  Она  измеряется  в  ват¬
тах.  Резисторы  в  зависимости  от  геометрических  размеров  могут
иметь  мощность  рассеяния  от  0,01  до  500  Вт,  соответственно,  они
имеют  длину  от  нескольких  миллиметров  до  десятков  сантимет¬
ров.  При  этом  важно  помнить,  что  резисторы,  рассчитанные
на  разные  мощности  рассеяния  и  имеющие  различные  габарит¬
ные  размеры,  могут  иметь  одни  и  те  же  значения  номинальных
сопротивлений.  На  условных  графических  обозначениях  мощность
рассеяния  показывается  с  помощью  горизонтальных,  вертикаль¬
ных  и  наклонных  линий  внутри  прямоугольника  резистора
(рис.  23).
 На  корпусах  резисторов  наносится  маркировка  номинального
сопротивления  и  класс  точности.  Правила  маркировки  несколько
раз  менялись.  На  малогабаритных  резисторах  последних  вы¬
пусков  номинальное  сопротивление  обозначают  с  помощью  цифр
и  букв:  /?,  К  и  М  (Ом,  кОм  и  МОм).  Буквы  ставятся  вместо  за¬
пятой  в  записи  номинального  сопротивления  в  виде  десятичной
дроби.  Например,  запись  4  К7,  К47  означает  4,7  кОм  и  0,47  кОм
или  470  Ом,  запись  М10  и  1М5  означает  0,1  МОм  или  1  СТО  кОм  и
1,5  МОм  и  т.д.  Буква  R  используется  для  обозначения  малых
сопротивлений,  которые  в  схемах  встречаются  очень  редко.
 В  практической  работе  могут  широко  использоваться  ре¬
зисторы  устаревших  типов  со  следующей  маркировкой:  номиналь¬
ное  сопротивление  обозначается  целыми  числами  и  в  виде  деся¬
тичной  дроби  с  буквами  К  и  М  (кОм  и  МОм).  Если  после  цифры
нет  буквы,  то  сопротивление  измеряется  в  омах.
 |  [ 	1. 	Ознакомьтесь  с  различными  типами  постоянных  резисторов.  Опреде¬
 лите  и  запишите  их  характеристики  по  маркировкам.
 2. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  различных  типов  переменных  рези¬
сторов.  Найдите  выводы  подвижного  и  неподвижного  контактов.  За¬
пишите  электрические  характеристики  переменных  резисторов  по  их
маркировкам.
 3. 	По  номинальным  сопротивлениям  и  классам  точности  опреде¬
лите  допустимые  пределы  изменения  сопротивлений  постоянных  и  перемен¬
ных  резисторов.
 4. 	Измерьте  сопротивление  постоянных  резисторов  с  помощью  омметра.
Сравните  полученные  результаты  с  результатами  расчетов,  выполненных
в  задании  3.  Если  расхождения  в  результатах  превышают  20%,  то  по¬
вторите  измерения,  обратив  внимание  на  тщательность  установки  нуля
омметра  и  на  правильность  выбора  шкалы.
 5. 	У  переменного  резистора  измерьте  сопротивление  между  сколь¬
зящим  контактом  и  каждым  из  выводов.  Их  сумма  при  любом  положении
скользящего  контакта  должна  быть  равна  полному  сопротивлению.  Про¬
верьте  это.
 2*
 35

1. 	Нарисуйте  условные  обозначения  постоянных  и  переменных  резисторов.
 2. 	Что  такое  номинальное  значение  сопротивления?  3.  Назовите  классы
точности  резисторов.  4.  Что  означают  следующие  примеры  маркировки:
2К2,  ЗК9  и  2К7?  5.  Чему  равно  сопротивление  между  скользящим  кон¬
тактом  и  одним  из  крайних  выводов  переменного  резистора  с  номиналь¬
ным  сопротивлением  1  кОм  при  двух  крайних  положениях  ручки  регу¬
лировки?  6.  Что  такое  мощность  рассеяния  резистора,  от  чего  она  зави¬
сит?  7.  Чем  отличаются  друг  от  друга  два  резистора  одного  типа,  с  одина¬
ковой  маркировкой,  но  рассчитанные  на  разную  мощность  рассеяния?
 9. 	Конденсаторы
 Конденсаторы,  так  же  как  и  резисторы,  являются  наиболее
распространенными  радиодеталями.  Простейший  конденсатор
состоит  из  двух  параллельных  пластин,  разделенных  тонким
изолирующим  слоем,  например  воздухом.  Основной  характери¬
стикой  конденсатора  является  его  электрическая  емкость,  или
просто  емкость,  которая  определяет  накопленный  заряд.  Спо¬
собность  конденсаторов  накапливать  заряд  можно  показать  на
следующем  простом  опыте.  К  источнику  напряжения,  например
школьному  выпрямителю  ВУП-2,  присоединяют  выводы  конден¬
сатора.  Происходит  его  заряд,  затем  выводы  конденсатора  под¬
ключают  к  школьному  гальванометру.  По  углу  отброса  стрелки
можно  судить  о  накопленном  конденсатором  заряде  (рис.  24).
 Конденсатор  в  цепи  постоянного  тока  не  проводит  элект¬
рический  ток,  так  как  его  обкладки  разделены  изолятором.  Нао¬
борот,  в  цепи  переменного  тока  он  является  проводником  элект¬
ричества.  Объясняется  это,  конечно,  не  тем,  что  электроны  про¬
ходят  через  изолятор,  а  перезарядкой  конденсатора.  Действи¬
тельно,  периодическое  изменение  напряжения,  подаваемого  на
обкладки,  вызовет  поочередный  заряд  и  разряд  конденсатора  и,
следовательно,  ток  в  цепи.  При  этом  сила  тока  будет  тем  боль¬
ше,  чем  больше  емкость  и  чем  выше  частота  переменного  тока.
Эту  зависимость  легко  подтвердить,  включив  в  цепь  переменного
электрического  тока  последовательно  лампу  накаливания  и  бата¬
рею  конденсаторов.  Меняя  емкость,  можно  проследить  за  измене¬
нием  накала  нити  лампы.  Для  изменения  частоты  тока  можно
воспользоваться  звуковым  генератором.  Конденсатор  в  цепи
переменного  тока  обладает  так  называемым  емкостным  сопро¬
тивлением,  которое  измеряется  в  омах.  Емкостное  сопротивление
обратно  пропорционально  емкости  и  частоте  электрического  тока.
 Емкость  конденсаторов  измеряется  в  фарадах.  Емкость  в  одну
фараду  очень  велика,  поэтому  практически  пользуются  миллион¬
ными  долями  этой  единицы  —  микрофарадами  (1  мкФ  =  10-6  Ф),
 36

Рис.  24.  Опыт,  поясняющий,  почему
через  конденсатор  проходит  пере¬
менный  электрический  ток
 или  еще  меньшими  единицами  —  нанофарадами  (1  нФ  =  10-9Ф)
и  пикофарадами  (1  пФ  =  10~12Ф).
 Номинальная  емкость  конденсатора  указывается  на  его  кор¬
пусе.  Отклонение  от  номинальной  емкости  определяется^  классом
точности.
 Существуют  конденсаторы  постоянной  емкости,  полуперемен-
ные  (подстроечные)  и  конденсаторы  переменной  емкости.  В  зави¬
симости  от  рода  изолятора  конденсаторы  делятся  на  бумаж¬
ные,  металлобумажные,  пленочные,  металлопленочные,  слюдяные,
керамические,  стеклоэмалевые,  воздушные.  В  конденсаторах
переменной  емкости  в  качестве  изолятора  используется  воздух
или  тонкие  изолирующие  пластинки.
 Емкость  конденсатора  зависит  от  площади  пластин,  расстоя¬
ния  между  ними  и  типа  изолирующего  материала.  Она  увели¬
чивается  с  ростом  площади  и  уменьшением  расстояния  между
пластинами.  Поэтому  конденсаторы  большой  емкости  имеют
большое  число  пластин,  соединенных  параллельно,  и  возмож¬
но  более  тонкий  слой  изолятора.  При  параллельном  соединении
конденсаторов  с  одинаковой  емкостью  их  емкости  складываются.
 На  электрических  схемах  конденсаторы  обозначают  буквой  С.
 Конденсаторы  постоянной  емкости  разных  типов  имеют  раз¬
личную  конструкцию  (рис.  25,  а,  б).  Например,  бумажные  кон¬
денсаторы  представляют  собой  тонкую  ленту  алюминиевой  фоль¬
ги  и  ленту  тонкой  бумаги,  пропитанной  вазелином  или  конден¬
саторным  маслом.  Ленты  накладывают  друг  на  друга  и  свора¬
чивают  в  рулон.  От  алюминиевой  фольги  делают  выводы,  с  по¬
 37
 Рис.  25.  Внешний  вид  конденсаторов
постоянной  емкости  (а,  б)  и  под¬
строенного  конденсатора  (в)

мощью  которых  конденсатор  включается  в  электрическую  цепь.
В  слюдяных  конденсаторах  обкладки  изготовляют  из  листочков
медной  или  свинцово-оловянной  фольги,  между  которыми  поме¬
щают  листки  природной  слюды.
 Керамические  конденсаторы  состоят  из  керамического  изо¬
лятора,  изготовленного  в  виде  диска  или  трубки,  на  которые
нанесен  тонкий  слой  серебра  (обкладки).  К  обкладкам  припаива¬
ются  выводы,  и  поверхность  конденсатора  покрывается  слоем
эмали  для  защиты  .конденсатора  от  механических  повреждений,
действия  влаги  и  пыли.
 Особый  тип  конденсаторов  —  электролитические.  В  них  в  ка¬
честве  изолятора  используется  тонкий  слой  оксида  тантала  или
алюминия,  а  в  качестве  обкладок  —  алюминиевая  или  танта-
ловая  фольга,  а  также  жидкий  или  пастообразный  электролит,
контактирующий  со  слоем  оксида.  Особенностью  электроли¬
тических  конденсаторов,  во-первых,  является  большая  емкость
при  сравнительно  небольших  габаритных  размерах,  во-вторых,
при  включении  их  в  цепь  нужно  соблюдать  полярность,  только
в  этом  случае  конденсатор  обладает  номинальной  емкостью.
Выпускаются  и  неполярные  электролитические  конденсаторы.
 В  практических  работах  мы  будем  в  основном  использовать
бумажные,  керамические  и  электролитические  конденсаторы.
 Конденсаторы  переменной  емкости  имеют  более  сложную
конструкцию  по  сравнению  с  только  что  рассмотренными  кон¬
денсаторами.  Они  состоят  из  двух  групп  металлических  пла¬
стин.  Одна  группа  пластин  неподвижна,  она  жестко  связана  с
корпусом  конденсатора.  Другая  группа  размещена  на  оси,  при  ее
вращении  пластины  входят  в  зазор  между  неподвижными  пла¬
стинами  (рис.  26).  Происходит  как  бы  взаимное  перекрытие
пластин.  В  малогабаритных  радиоприемниках  между  металличе¬
скими  пластинами  помещены  изолирующие  пластины.
 38
 Рис.  26.  Внешний  вид  кон¬
денсатора  переменной
емкости
 Рис.  27.  Схема  для  проверки  проводимости  кон¬
денсатора  в  цепи  переменного  тока

Подстроенные  конденсаторы,  подобно  резисторам  с  таким
названием,  предназначены  для  подстройки  радиоаппаратуры
(см.  рис.  25,  в).  Они  представляют  собой  две  керамические  пла¬
стинки  с  нанесенными  проводящими  слоями.  Между  ними  на¬
ходится  тонкий  воздушный  слой.  При  повороте  происходит  пере¬
крытие  пластин.
 Переменные  и  подстроечные  конденсаторы  характеризуются
минимальным  и  максимальным  значениями  емкости,  например
30—450  пФ.
 В  маркировке  конденсаторов  указывается  номинальная  ем¬
кость,  класс  точности  и  максимальное  рабочее  напряжение.  Но¬
минальная  емкость  записывается  с  помощью  двух  или  трех  цифр.
В  десятичных  дробях  вместо  запятой  ставятся  буквы:  р  —  для
обозначения  пикофарад,  п  —  нанофарад,  \i  —  микрофарад.
 В  практических  работах  могут  широко  использоваться  кон¬
денсаторы  устаревших  конструкций  с  маркировкой  в  виде  бук¬
венных  сокращений,  например  МБМ  —  металлобумажный  мало¬
габаритный,  КТ  —  керамический  трубчатый,  КД  —  керамический
дисковый  и  др.  и  маркировки  емкости  —  в  микрофарадах  и  пико¬
фарадах.
 1. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  бумажных,  металлобумажных,
пленочных  и  слюдяных  конденсаторов  со  снятым  корпусом  и^и  нару¬
шенным  защитным  покрытием.  Найдите  проводящие  и  изолирующие
пластины,  выводы.
 2. 	Запишите  в  тетради  маркировку  конденсаторов,  расшифруйте  ее.
 3. 	Экспериментально  проверьте  зависимость  сопротивления  конден¬
сатора  от  частоты  переменного  тока.  Соберите  цепь  по  схеме,  показан¬
ной  на  рисунке  27.  Звуковой  генератор  ГНЧШ  должен  включаться  в  сеть
руководителем.  Подберите  нужное  выходное  напряжение  (выход  5  Ом)
и  запишите  его.
 Изменяя  частоту,  по  накалу  лампы  посмотрите,  как  меняется  сила
тока.  Запишите  три  значения  частоты,  при  которых  лампа  не  горит,  горит
тускло  и  горит  ярко.  Поставьте  металлобумажный  конденсатор  емкостью
2—3  мкФ.  Посмотрите,  как  изменится  накал  лампы  при  тех  же  значениях
частоты  и  выходного  напряжения,  что  и  в  предыдущем  опыте.
 1. 	Из  каких  частей  состоит  конденсатор  постоянной  емкости?  2.  Назовите
основные  части  конденсатора  переменной  емкости  и  подстроечного  кон¬
денсатора.  3.  Приведите  примеры  маркировки  конденсатора.’  4.  Что  по¬
казывает  номинальное  напряжение  конденсатора?  5.  Какими  особенностями
обладают  электролитические  конденсаторы?  6.  Назовите  основную  и
дольную  единицы  измерения  емкости.  7.  Запишите  в  нанофарадах
емкость  3300  пФ,  0,01  мкФ.  8.  Как  зависит  емкость  конденсатора  от
площади  пластин  и  расстояния  между  ними?  9.  Объясните,  почему  кон¬
денсатор  переменной  емкости  не  будет  работать,  если  замкнутся  хотя  бы  две
 39

его  пластины.  10.  Объясните,  почему  при  параллельном  соединении  не¬
скольких  конденсаторов  общая  емкость  батареи  возрастает.  Как  это
можно  проверить  экспериментально?  11.  Как  изменяется  емкостное  со¬
противление  в  цепи  переменного  тока  с  увеличением  частоты?
 10. 	Детали  с  катушками
индуктивности
 Проводник,  намотанный  на  сердечник  в  виде  катушки,  при¬
обретает  новые  свойства  —  его  сопротивление  оказывается  раз¬
ным  в  цепях  постоянного  и  переменного  тока.  В  цепях  постоян¬
ного  тока  неважно,  какую  форму  принимает  проводник:  вытя¬
нут  он  в  прямую  линию  или  намотан  в  виде  катушки.  В  каждом
случае  сопротивление  определяется  длиной  проводника,  площадью
поперечного  сечения  и  материалом,  из  которого  он  изготовлен.
В  цепях  же  переменного  тока  один  и  тот  же  проводник  имеет
разное  сопротивление  в  зависимости  от  числа  витков,  или,  иначе,
от  геометрических  характеристик  проводника.  Это  новое  свойство
называется  индуктивностью.
 Индуктивность  катушки  меняется  при  внесении  в  нее  сердеч¬
ника  из  магнитного  материала.  Магнитными  свойствами,  на¬
пример,  обладают  железо,  сталь,  а  они  отсутствуют  у  таких  ма¬
териалов,  как,  например,  медь,  алюминий.  Катушка  с  током
является  электромагнитом,  при  внесении  в  нее  стального  сердеч¬
ника  притяжение  магнита  возрастает,  так  как  увеличивается
магнитное  поле.
 Единица  индуктивности  —  генри,  в  радиолюбительской  прак¬
тике  она  используется  сравнительно  редко.
 Катушка  индуктивности  как  самостоятельный  элемент  элект¬
рической  цепи  используется  редко,  обычно  она  является  состав¬
ной  частью  более  сложных  устройств,  таких,  как  электромагнит¬
ное  реле,  телефон,  трансформатор  и  другие.  Рассмотрим  их  на¬
значение,  электрические  характеристики  и  конструкцию.
 Электромагнитное  реле  широко  используют  в  автоматике  для
дистанционного  управления  различными  объектами.  Оно  состоит
из  катушки  с  магнитным  сердечником,  образующей  электро¬
магнит,  притягивающейся  к  магниту  пластинки  —  якоря,  возврат¬
ной  пружины  и  электрических  контактов  (рис.  28).
 Работает  электромагнитное  реле  следующим  образом.  Ток  в
катушке  с  сердечником  создает  магнитное  поле,  которое  вызывает
притяжение  якоря  к  сердечнику.  При  этом  якорь  перемещает
контакты,  которые  замыкаются  или  размыкаются  в  зависимости
от  конструкции  реле.  Электромагнитные  реле  отличаются  разме¬
рами  и  формой  сердечника,  якоря,  числом  контактов  и  другими
 40

особенностями.  Например,  в  ма¬
логабаритных  реле  (рис.  28)
роль  возвратной  пружины  игра¬
ют  сами  контакты.
 В  электромагнитных  реле
различают  первичную  цепь,  в
которую  включена  обмотка,  и
вторичную  —  с  контактами.
 Важно  понять,  что  электриче¬
ски  эти  цепи  не  связаны,  они
могут  иметь  разные  источники
питания,  токи  и  напряжения.
 Более  того,  во  вторичной  цепи  может  использоваться  источник  пе¬
ременного  напряжения.  Первым  свойством  электромагнитных  реле
является  возможность  с  их  помощью  усиливать  силу  постоянного
тока,  напряжение  и  электрическую  мощность.  Эти  электрические
величины  намного  больше  во  вторичной  цепи,  чем  в  первичной,
их  отношение  определяет  чувствительность  реле.  Второе  важное
свойство  состоит  в  возможности  осуществлять  дистанционное
управление  различными  объектами.  Например,  можно  изготовить
пульт  управления  из  электромагнитных  реле  для  подключения
и  отключения  напряжения  к  столам  учащихся  в  кабинете  физики
или  в  учебных  мастерских  со  стола  учителя.
 Электромагнитное  реле  (рис.  28)  называют  также  нейтраль¬
ным.  В  нем  якорь  притягивается  к  сердечнику  вне  зависимости
от  направления  тока  в  обмотке,  т.  е.  оно  «нейтрально»  к  ^этому
параметру.  Казалось  бы,  по  этой  причине  реле  должно  работать
как  в  цепях  постоянного,  так  и  переменного  токов.  Однако  не
надо  забывать,  что  ток  меняется  не  только  по  направлению,  но  и
по  величине,  дважды  за  период  он  становится  равным  нулю.
Поэтому  у  реле,  включенного  в  цепь  переменного  тока,  начинает
вибрировать  якорь,  причем  с  частотой,  в  два  раза  большей  ча¬
стоты  тока.  Так,  в  сети  с  частотой  50  Гц  реле  будет  колебаться
с  частотой  100  Гц.  Именно  с  этой  частотой  иногда  гудят  электро¬
технические  приборы,  содержащие  катушки  индуктивности  с  сер¬
дечником,  например  люминесцентные  светильники,  счетчики  элек¬
троэнергии,  стабилизаторы  напряжения  и  др.  С  их  помощью,
образно  говоря,  мы  слышим  «голос»  электросети.
 Существуют  электромагнитные  реле,  специально  предназна¬
ченные  для  работы  в  цепях  переменного  тока,  но  в  дальнейшем
рассматривать  их  мы  не  будем.
 Оригинальным  вариантом  электромагнитного  реле  являются
герконы  (от  «герметизированные  контакты»).  Геркон  состоит  из
контактов,  заключенных  в  стеклянный  баллон  с  откачанным  возду-
 Рис.  28.  Малогабаритное  электромаг¬
нитное  реле
 41

Рис.  29.  Геркон  —  новый  тип  электро¬
магнитного  реле
 Рис.  30.  Поляризованное  реле  со
съемной  панелью:
 1—  катушка;  2—  сердечник;  3—  якорь
(средний  контакт);  4—  левый  и  правый
боковые  контакты
 хом  или  заполненный  инертным  газом,  и  катушки  электромагни¬
та  (рис.  29).  Контакты  изготовляют  из  магнитных  материалов,
поэтому  они  притягиваются  в  магнитном  поле  обмотки.  В  одном
герконе  может  быть  несколько  обмоток  и  несколько  баллонов  с
контактами.  В  отличие  от  электромагнитных  реле,  между  электро¬
магнитом  и  контактами  нет  не  только  электрической,  но  и  ме¬
ханической  связи.  Она  осуществляется  на  расстоянии  благодаря
магнитному  полю.  Достоинством  герконов  является  большая  на¬
дежность  работы  контактов,  защищенных  от  воздействия  пыли  и
влаги.  Благодаря  откачке  воздуха  из  баллона  или  заполнению
его  инертным  газом  резко  уменьшается  искрение  контактов  в
момент  размыкания.  Герконы  отличаются  от  других  электро¬
магнитных  реле  также  высоким  быстродействием  из-за  малой
массы  контактов.
 Наибольший  интерес  для  практических  работ  представляет
поляризованное  электромагнитное  реле,  принцип  действия  кото¬
рого  существенно  отличается  от  ранее  рассмотренного.  Это  чувст¬
вительное  реле  получило  название  поляризованного  потому,  что
направление  отклонения  его  якоря  зависит  от  направления  тока
в  обмотке.  Его  внешний  вид  показан  на  рисунке  30.
 Плоские  латунные  выводы  поляризованного  реле  имеют  сле¬
дующие  обозначения  контактов:  якорь  —  Я,  левый  контакт  —  Л
и  правый  контакт  —  П.  Рядом  с  другими  выводами,  соединен¬
ными  с  обмотками  реле  (их  может  быть  несколько),  ставятся
цифры.
 Конструктивной  особенностью  поляризованного  реле  является
также  использование  разъемного  соединения,  как  например  в
 42

электронных  лампах  или  в  электронно-лучевой  трубке.  Для  уве¬
личения  чувствительности  обмотки  реле  соединяются  последова¬
тельно,  т.  е.  конец  одной  обмотки  соединяют  с  началом  другой
и  т.  д.  Если  обмотки  соединяются  неправильно,  то  чувствитель¬
ность,  наоборот,  уменьшается.  Правильное  соединение  легко  опре¬
делить  экспериментально.  Поляризованное  реле  имеет  такую  вы¬
сокую  чувствительность,  что  оно  срабатывает  уже  при  измерении
сопротивления  обмоток  омметром  (в  нем,  напомним,  имеется
свой  источник  тока).
 Основной  характеристикой  электромагнитных  реле  всех  типов
является  сила  тока  срабатывания  —  это  минимальная  сила  тока,
при  которой  якорь  притягивается  к  сердечнику  и  замыкает  (раз¬
мыкает)  контакты.  Сила  этого  тока  зависит  от  числа  витков
обмотки,  жесткости  пружины  и  других  конструктивных  особенно¬
стей  реле.  К  другим  важным  характеристикам  относятся  сопро¬
тивление  обмотки  (для  постоянного  тока),  число  витков,  диаметр
и  марка  медного  провода,  которые  указываются  на  обмотке  реле.
На  обмотке  реле  указывается  также  паспорт  реле  —  шифр  из
букв  и  цифр.
 На  принципиальных  схемах  электромагнитное  реле  обознача¬
ют  буквой  /С.
 Электрический  телефон  также  имеет  в  основе  своей  работы
электромагнит.  При  прохождении  по  его  обмотке  переменного
тока  звуковой  частоты  начинает  колебаться  упругая  металли¬
ческая  пластинка  —  мембрана.  Ее  колебания,  переданные  по  воз¬
духу,  воспринимаются  ухом  человека.  В  телефоне  имеется  еще
одна  важная  деталь  —  постоянный  магнит,  назначение  которого
состоит  в  том,  чтобы  получить  колебание  мембраны  нужной  часто¬
ты.  Основной  электрической  характеристикой  телефона  является
сопротивление  его  обмотки.  Например,  у  миниатюрного  телефона
типа  ТМ-2,  ТМ-4,  используемого  в  слуховых  аппаратах,  сопро¬
тивление  обмотки  равно  140  Ом,  а  у  телефонов  типа  ТОН-1,
ТОН-2—1600  Ом.
 Трансформатор  является  электротехническим  устройством,
состоящим  из  двух  или  более  катушек  индуктивности  (обмо¬
ток),  имеющих  общий  магнитный  сердечник  (рис.  31,  а  —  в).
Трансформатор  служит  для  преобразования  —  «трансформа¬
ции»  —  переменного  напряжения  по  величине.  Если  в  первичной
обмотке  протекает  переменный  ток,  то  он  создает  переменное
магнитное  поле,  которое  в  основном  сосредоточено  в  магнитном
сердечнике.  Меняющееся  магнитное  поле  создает  во  вторичной
обмотке  переменное  напряжение,  величина  которого  зависит  от
числа  витков  в  ней.  Если  во  вторичной  обмотке  витков  больше,
чем  в  первичной,  то  трансформатор  повышает  напряжение  и  на-
 43

Рис.  31.  Трансформатор:
а  —  внешний  вид;  б  —  упрощенное
изображение;  в  —  условное  обозначе¬
ние;  г  —  высокочастотный  с  ферри-
товым  кольцом
 Рис.  32.  Катушка  индуктивности  учеб¬
ного  набора  РПН-А  (а)  и  детекторного
приемника  (б)
 зывается  повышающим,  если  меньше,  то  понижает  и  называется
понижающим.  Явление  возникновения  напряжения  в  катушке,
находящейся  в  переменном  магнитном  поле,—  одно  из  наиболее
важных  в  науке  об  электричестве.
 Трансформаторы  могут  иметь  несколько  вторичных  обмоток,
причем  как  повышающих,  так  и  понижающих.  Трансформаторы,
работающие  в  высокочастотных  цепях,  могут  не  иметь  сердечника.
 В  цепях  постоянного  тока  трансформатор  не  используется.
 На  принципиальных  электрических  схемах  трансформатор
обозначают  буквой  «Т»,  если  он  имеет  сердечник,  и  буквами
«ТА»,  если  сердечника  нет.
 Об  устройстве  трансформатора,  в  частности  о  расположении
выводов  повышающих  и  понижающих  обмоток,  можно  узнать
с  помощью  омметра.  Обычно  повышающие  обмотки  содержат
большее  число  витков  более  тонкого  провода,  чем  понижающие
обмотки.  Соответственно,  повышающие  обмотки  имеют  большие
сопротивления.
 Сердечники  трансформаторов  изготовляют  из  отдельных  плас¬
тин,  изолированных  лаком,  или  из  магнитных  материалов,  имею¬
щих  большое  сопротивление.  Делается  это  для  уменьшения  потерь,
связанных  с  нагреванием  сердечников,  находящихся  в  переменном
магнитном  поле.  В  высокочастотных  цепях  используют  транс¬
форматоры  с  сердечником  в  виде  ферритовых  колец  разного
диаметра  (рис.  31,  г).  Ферриты  получают  из  оксидов  различных
металлов.  От  железа  и  стали  они  отличаются  значительно  боль¬
шим  сопротивлением.
 44

Намотка  катушек  является
довольно  сложной  операцией.
 Радиолюбители  обычно  выпол¬
няют  ее  вручную,  применяя  не¬
сложные  механические  приспо¬
собления.  На  производстве  для
быстрой  и  качественной  намот¬
ки  катушек  используют  спе
циальные  станки,  для  работы
на  которых  нужно  получить
профессию  намотчика  катушек.
 Эта  профессия,  по  сравнению  с  радиомонтажником,  имеет
меньшее  распространение  и  более  проста.  Она  имеет  только  два
квалификационных  разряда  —  второй  и  третий.
 Рис.  33.  Схема  для  определения  тока
срабатывания  электромагнитного  реле
 1. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  катушек  индуктивности  радиона¬
бора  РНП-А  и  учебного  детекторного  приемника  (рис.  32,  а,  б).  Оммет¬
ром  измерьте  их  сопротивления  и  запишите  данные  в  тетрадь.
 2. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  малогабаритного  электромагнитного
реле.  Найдите  составные  части  реле  —  катушку,  сердечник,  якорь,  кон¬
такты,  пружину.  Посмотрите,  как  замыкаются  и  размыкаются  контакты
при  нажатии  на  якорь.  Запишите  данные  маркировки.  Измерьте  со¬
противление  обмотки.
 3. 	Измерьте  силу  тока  срабатывания  реле,  собрав  цепь,  показанную
на  рисунке  33.  В  качестве  источника  используйте  прибор  ИЭПП-2.  Силу
тока  измеряют  миллиамперметром  авометра  АВО-63.
 4. 	Ознакомьтесь  с  устройством  телефона  ТОН-2А.  Отвинтите  крышку
и  снимите  мембрану.  Найдите  катушки  с  тонким  медным  проводом  и
сердечник.  Поднесите  к  сердечнику  мембрану  и  убедитесь  в  наличии
постоянного  магнита  в  телефоне.  Измерьте  сопротивление  катушки  теле¬
фона.
 Проверьте  работу  телефона  с  помощью  звукового  генератора.
Меняя  частоту,  посмотрите,  как  меняется  высота  тона  звука.  Изменяя
выходное  напряжение,  определите  изменение  громкости  звука.  Такие
же  измерения  можно  провести  и  с  миниатюрным  телефоном  типа  TM-2,
только  нужно  предварительно  подумать,  как  его  выводы  включить  в  цепь.
 5. 	Проверьте  работу  телефона  ТОН-2А  в  качестве  микрофона.  Для
этого  его  выводы  подключите  к  «входу  У»  осциллографа  ОМШ-2.  На
экране  осциллографа  должны  появиться  осциллограммы,  если  говорить  в
микрофон.  Источником  тока  в  этом  эксперименте  является  сам  микро¬
фон.  Объясняется  это  тем,  что  электромагнитный  телефон  обладает
свойством  обратимости,  т.  е.  он  может  не  только  создавать  звуковые  ко¬
лебания  под  действием  переменного  электрического  напряжения,  но  и,
наоборот,  под  действием  звуковых  колебаний  воздуха  генерировать  элек¬
трические  колебания  соответствующей  частоты.  В  последнем  случае
телефон  превращается  в  электромагнитный  микрофон.  В  дальнейшем
 45

будем  использовать  это  свойство  для  создания  переговорного  устрой¬
ства.
 6. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  малогабаритного  трансформатора
набора  РНП-А  (см.  рис.  31,  а).  Для  предохранения  от  воздействия  влаги
трансформатор  покрыт  защитным  лаком.  Первичная  и  вторичная  обмот¬
ки  обозначены  I  и  II.  Измерьте  сопротивление  обмоток  и  определите,
повышает  или  понижает  трансформатор  напряжение.
 Проверьте  работу  трансформатора  с  помощью  звукового  генера¬
тора  ГНЧШ  и  осциллографа  ОМШ-2.  Для  этого  подключите  первич¬
ную  обмотку  трансформатора  к  выходу  «600  Ом»  генератора  и  получите
осциллограммы  входного  и  выходного  напряжений.  Чтобы  не  было  иска¬
жения  синусоидального  напряжения,  подберите  выходное  напряжение  ге¬
нератора  и  установите  нужный  коэффициент  усиления  осциллографа.
 1. 	От  чего  зависит  индуктивность  катушек?  2.  В  каких  единицах  изме¬
ряется  индуктивность?  3.  Как  зависит  индуктивное  сопротивление  от
частоты  переменного  тока  и  индуктивности?  4.  Из  каких  частей  состоит
нейтральное  электромагнитное  реле?  5.  Чем  отличается  нейтральное  реле
от  поляризованного?  6.  Что  такое  геркон?  В  чем  его  преимущество  перед
нейтральным  электромагнитным  реле?  7.  В  чем  проявляются  усилитель¬
ные  свойства  электромагнитного  реле?  8.  Что  такое  ток  срабатывания
электромагнитного  реле?  Нарисуйте  электрическую  схему  для  его  изме¬
рения.  9.  Назовите  основные  части  электромагнитного  телефона  и  их
назначение.  10.  Из  каких  частей  состоит  трансформатор?  Какой  транс¬
форматор  называется  повышающим  и  какой  понижающим?  11.  Как  с
помощью  омметра  можно  определить  первичную  и  вторичную  обмотки
повышающего  трансформатора?  12.  В  чем  состоит  свойство  обратимости
электромагнитного  телефона  и  как  его  можно  обнаружить?
 11. 	Полупроводниковые  приборы
 В  электронике  широко  применяются  различные  полупровод¬
никовые  приборы.  Полупроводники  —  это  обширный  класс  ма¬
териалов,  проводимость  (удельное  сопротивление)  которых  на¬
много  больше,  чем  у  изоляторов  и  намного  меньше,  чем  у  металлов.
Носителями  тока  в  полупроводниках  являются  электроны.  У  не¬
которых  полупроводников  для  удобства  описания  природы  про¬
водимости  условно  принимают  за  ток  движение  положительных
зарядов,  равных  по  значению  заряду  электрона.  Такие  провод¬
ники  обладают  проводимостью  p-типа  (от  латинского  positivus  —
положительный),  а  те,  в  которых  ток  образован  движением
электронов,  обладают  проводимостью  n-типа  (от  латинского
negative  —  отрицательный).
 Основными  полупроводниковыми  материалами,  получившими
широкое  практическое  применение,  являются  германий  и  кремний,
 46

Рис.  34.  Фоторезистор:
а  —  внешний  вид;  б  —  условное  обо¬
значение
 они  имеют  кристаллическую  структуру.  Проводимость  чистых
полупроводников  очень  мала,  однако  при  внесении  в  кристалли¬
ческую  решетку  полупроводников  атомов  других  элементов,
например  мышьяка,  она  резко  повышается.  Такие  добавочные
элементы  называются  примесями.  Меняя  их  концентрацию  и
используя  разные  элементы,  можно  в  широких  пределах  менять
проводимость  и  ее  тип  (р  или  п)у  т.  е.  придавать  полупровод¬
нику  нужные  свойства.  Практически  важным  свойством  полу¬
проводников  является  зависимость  их  проводимости  от  внешних
условий,  прежде  всего  от  температуры  и  освещенности.
 В  промышленности  широко  используют  полупроводниковые
датчики  температуры  и  освещенности,  термо-  и  фоторезисторы,
в  которых  при  изменении  температуры  и  освещенности  меня¬
ется  электрическое  сопротивление.  Основной  их  характеристикой
является  чувствительность,  показывающая  относительное  изме¬
нение  сопротивления  при  измерении  освещенности  и  температуры.
Внешний  вид  фоторезисторов  и  терморезисторов,  а  также  их
условные  обозначения  показаны  на  рисунках  34,  35.  С  их  электри¬
ческими  характеристиками  более  подробно  познакомимся  при  из¬
готовлении  автоматических  реле.
 Наибольший  практический  интерес  представляют  полупро¬
водниковые  приборы,  в  которых  используются  свойства  так  назы¬
ваемого  р  —  л-перехода.  Оказывается,  что  в  месте  контакта  полу¬
проводников  с  различными  типами  проводимости  образуется  тон¬
кий  слой  р-  и  м-носителей,  обладающий  односторонней  прово¬
димостью.  Свойство  односторонней  проводимости  р  —  я-перехода
используется  в  полупроводниковых  диодах,  предназначенных  для
выпрямления  переменного  тока,  а  также  в  термо-  и  фотоэлементах,
в  которых  при  нагревании  или  освещенности  возникает  напря¬
жение.  Из  полупроводниковых  фотоэлементов  образуются,  напри¬
мер,  солнечные  батареи.
 Рис.  35.  Терморезисторы:
а  —  внешний  вид;  б  —  условное  обо¬
значение

Существуют  также  полупроводниковые  приборы,  в  которых
используются  несколько  р  —  п-переходов.  В  транзисторах,  при¬
меняемых  для  усиления  электрических  сигналов,  используются
два  р  —  n-перехода.  В  тиристорах  —  полупроводниковых  пере¬
ключателях  электрического  тока  —  три  р  —  n-перехода.  В  послед¬
нее  время  все  более  широкое  практическое  применение  получают
интегральные  микросхемы,  в  которых  в  одном  кристалле  полу¬
проводника  имеются  сотни  или  даже  тысячи  р—п-переходов.
 Остановимся  более  подробно  на  основных  электрических  ха¬
рактеристиках  полупроводниковых  диодов,  транзисторов  и  инте¬
гральных  микросхем.
 Полупроводниковые  диоды.  Существует  много  типов  полупро¬
водниковых  диодов,  отличающихся  по  нескольким  признакам.
По  материалу  полупроводника  диоды  делятся  на  германиевые
и  кремниевые.  Германиевые  диоды  работают  при  температуре
не  выше  70°С,  кремниевые  —  при  температуре  125—150°  С.  По
назначению  диоды  делятся  на  следующие  группы:  выпрямитель¬
ные,  универсальные,  импульсные  диоды  (работа  в  импульсных
схемах),  диоды  для  работы  в  цепях  сверхвысоких  частот  и  др.
 Основной  характеристикой  полупроводникового  диода  являет¬
ся  зависимость  протекающего  по  нему  тока  от  значения  и  поляр¬
ности  поданного  напряжения.  Эта  зависимость  называется  вольт  -
амперной  характеристикой  (рис.  36).
 Напряжение,  поданное  на  диод,  называют  прямым,  когда
 48
 Рис.  36.  Проводниковые  диоды  (а,  б)
и  их  вольт-амперная  характеристика  (в)
 Рис.  37.  Стабилитрон  (а)^и  его  вольт-
амперная  характеристика  (б)

р  —  я-переход  имеет  малое  сопротивление  («плюс»  источника
соединяют  с  p-областью,  а  «минус»  —  с  /i-областью).  В  этом  слу¬
чае  через  диод  течет  так  называемый  прямой  ток,  он  резко  воз¬
растает  с  увеличением  напряжения.  Эта  зависимость  показана
на  рисунке  36  (в  правой  половине  графика).  На  нем  отмечена
одна  из  основных  характеристик  диода  —  максимально  допусти¬
мый  прямой  ток  (/макс)-  При  его  превышении  может  произойти
разрушение  р  —  n-перехода  из-за  его  перегревания.
 При  подаче  на  диод  обратного  напряжения  (Uo6p  )  р—п-
переход  имеет  большое  сопротивление  и  в  цепи  течет  минималь¬
ный  обратный  ток  (/0бР)  -  С  увеличением  напряжения  он  практи¬
чески  не  меняется.  Эта  зависимость  показана  на  рисунке  36  (в  ле¬
вой  половине  графика).  Существуют  такие  характеристики,
как  максимальное  обратное  напряжение  (Uo6p  макс  ),  при  пре¬
вышении  которого  может  произойти  разрушение  (пробой)  р  —  п-
перехода,  и  максимальный  обратный  ток  (/обр  Макс.Ь  Чем  он
меньше,  тем  выше  качество  диода.  Максимальный  обратный
ток  диодов,  в  зависимости  от  их  типов,  может  быть  равен  еди¬
ницам  миллиампер  или  даже  микроампер,  т.  е.  он  в  тысячи  или
миллионы  раз  меньше  максимально  допустимого  прямого  тока.
Поэтому  обратную  проводимость  диода  часто  не  принимают  во
внимание.
 Полупроводниковые  диоды  характеризуются  также  диапазо¬
ном  рабочих  частот,  который  меняется  в  очень  широких  преде¬
лах.  В  дальнейшем  будем  использовать  выпрямительные  диоды,
работающие  в  цепях  переменного  тока  промышленной  частоты
50  Гц,  и  универсальные  диоды,  используемые  для  выпрямления
радиочастот.  Важно  отметить,  что  на  все  характеристики  полу¬
проводникового  диода  значительное  влияние  оказывает  изменение
температуры.
 Разновидностью  полупроводникового  диода  является  стаби¬
литрон,  или,  как  его  еще  называют,  опорный  диод.  Этот  прибор
применяется  для  стабилизации  напряжения,  его  работа  основана
на  использовании  явления  пробоя  р  —  я-перехода  при  превышении
максимально  допустимого  напряжения.  При  пробое,  как  показано
на  рисунке  37,  с  достижением  определенного  значения  напря¬
жения  обратный  ток  резко  возрастает.  Он  меняется  в  широких
пределах  при  незначительном  изменении  обратного  напряжения.
На  графике  показаны  основные  характеристики  стабилитрона  —
напряжение  стабилизации  (UCT  ),  максимальный  и  минимальный
токи  стабилизации  (/ст  макс,  /ст  мин<).  На  этом  же  рисунке  пока¬
зано  условное  обозначение  стабилитрона.  Стабилитроны  широко
используются  в  источниках  электропитания  транзисторных  элек¬
тронных  цепей.  Они  всегда  включаются  последовательно  с  резис-
 49

тором,  ограничивающим  ток
стабилизации.  Стабилитроны
будут  использоваться  при  изго¬
товлении  вторичного  источника
электропитания.
 Существуют  другие  типы
диодов,  принципиально  отлича¬
ющиеся  своей  вольт-амперной
характеристикой.  Они  имеют
самое  различное  назначение,  в
частности  могут  использовать¬
ся  для  усиления  и  генериро¬
вания  электрических  колеба¬
ний.  В  практической  работе  мы  будем  использовать  светоизлу¬
чающий  диод,  который  при  прохождении  прямого  тока  становится
источником  света.  Светоизлучающие  диоды,  или  просто  светодио¬
ды,  появились  сравнительно  недавно.  Для  создания  р—п-перехода
в  них  используются  специальные  полупроводниковые  материалы,
отличные  от  тех,  которые  применяются  в  выпрямительных  диодах.
При  прохождении  прямого  тока  полупроводник  начинает  излучать,
причем 	цвет 	излучения 	можно 	менять  внесением  в  него  различ¬
ных 	примесей. 	Это 	излучение 	используется  не  для  освещения,
 а  для  индикации  (показания)  напряжения  или  тока  в  современ¬
ной  электронике.  Основное  достоинство  светодиодов  по  сравнению
с  лампами  накаливания,  которые  тоже  можно  использовать  как
индикаторный  прибор,  состоит  в  малом  потреблении  энергии.
Например,  светодиод  типа  AJ1  102Б  светится  при  прямом  токе
силой  20  мА  и  напряжением  2,8  В.  Светодиоды  включаются  в
цепь  постоянного  тока  через  ограничительный  резистор.  При
превышении  прямого  тока  сверх  допустимого  значения  происходит
разрушение  р  —  я-перехода.
 Условное  обозначение  светодиодов  и  внешний  вид  некоторых
их  типов  показаны  на  рисунке  38.  Для  создания  направленного
излучения  у  светодиодов  могут  использоваться  миниатюрные
пластмассовые  линзы.
 Маркировка  полупроводниковых  диодов.  Для  обозначения  ма¬
териала  полупроводника  используются  следующие  буквы  и  цифры
(они  стоят  первыми  в  обозначении):  буква  Г  или  цифра  1  —для
германия  или  его  соединений;  буква  К  или  цифра  2—  для  кремния
или  его  соединений;  буква  А  или  цифра  3  —  для  соединений  гал¬
лия.  Назначение  диодов  указывают  буквы:  Д  —  для  выпрями¬
тельных  импульсных  диодов;  Ц  —  для  выпрямительных  столбов  и
блоков  и  др.  После  этих  букв  идут  цифры,  означающие  зна¬
чение  прямого  тока.  Цифра  /  обозначает,  что  диод  имеет  прямой
 Рис.  38.  Светодиоды:
а  —  внешний  вид;  б  —  условное  обо¬
значение

ток  силой  до  О,ЗА;  цифра  2  показывает,  что  прямой  ток  нахо¬
дится  в  пределах  от  0,3  до  10  А.  Например,  полное  обозначение
диода  имеет  следующий  вид:  КД215А.  Это  означает:  КД  —  диод
кремниевый,  выпрямительный,  рассчитанный  на  прямой  ток  си¬
лой  от  0,3  до  10  А.  Номер  разработки  15,  группа  А.
 На  принципиальных  схемах  диоды  обозначают  буквами  VD.
 1. 	Ознакомьтесь  с  образцами  полупроводниковых  термо-  и  фоторезисто¬
ров.  Запишите  их  маркировку  и  нарисуйте  условные  графические  обо¬
значения.
 2. 	Измерьте  сопротивление  фоторезистора  омметром  при  трех  зна¬
чениях  освещенности: 	полное 	затемнение,  когда  светочувствительная
 поверхность  закрыта  каким-либо  непрозрачным  предметом,  комнатная
освещенность  и  освещенность  от  лампочки  карманного  фонаря,  подне¬
сенной  вплотную  к  фоторезистору.  Результаты  занесите  в  таблицу.
 3. 	Измерьте  сопротивление  терморезистора  омметром  при  трех  зна¬
чениях  температуры:  комнатной,  руки  (35—37°С)  и  нагревания  лам¬
почкой  от  карманного  фонаря,  поднесенной  вплотную  к  терморезистору.
Терморезистор  обладает  значительной  инерционностью,  поэтому  нужно
подождать  до  тех  пор,  пока  показания  омметра  не  перестанут  меняться
в  процессе  нагревания.  Результаты  измерений  занесите  в  таблицу.  Опре¬
делите,  какие  факторы  влияют  на  точность  измерений  фото-  и  термо¬
сопротивлений.  Полученные  выводы  запишите  в  таблицу.
 Фоторезистор
 Терморезистор
 Освещенность
 Сопротивление,
Ом,  кОм
 Температура
 Сопротивление,
Ом,  кОм
 Полное  затемне¬
ние
Комнатная
Электрической
лампочкой
 Комнатная
 Руки  (35—37°С)
Нагревают  электри¬
ческой  л'ампочкой
 4. 	Ознакомьтесь  с  различными  типами  полупроводниковых  диодов.
Запишите  их  типы,  полную  маркировку.
 5. 	Определите  по  справочнику  основные  электрические  характеристики
полупроводниковых  диодов  (/„р  макс  ,  UобР  макс.»  диапазон  рабочих  ча¬
стот)  и  запишите  их  в  тетрадь.
 6. 	Определите  с  помощью  омметра  прямое  и  обратное  сопротивле¬
ние  всех  имеющихся  диодов.  Запишите  полученные  данные  в  таблицу.
 Тип  диода
 Сопротивление
 прямое,  Ом  обратное,  кОм
 51

Рис.  39.  Схема  измерения  прямого  и
обратного  сопротивления  диода  ом¬
метром
 Рис.  40.  Схемы  проверки  односторон¬
ней  проводимости  диода
 Полученные  значения  прямого  и  обратного  сопротивлений  р  —  п-
переходов  диодов  справедливы  только  для  определенного  напряжения,
т.  е.  напряжения  источника  питания  омметра.  При  другом  напряжении
эти  значения  изменяются.
 При  изменении  сопротивлений  р  —  «-переходов  нужно  помнить,  что
положительный  полюс  внутреннего  источника  омметра  соединен  с  гнездом
«общ».  При  измерении  прямого  сопротивления  используют  гнездо  с  мар¬
кировкой  «XI»,  а  обратного  —  гнездо  «X  1000»  (рис.  39).
 7. 	Проверьте  одностороннюю  проводимость  полупроводникового  диода
типа  КД204А  (Д226,  Д7Ж),  применяемого  для  выпрямления  сетевого
напряжения.  Подключите  его  последовательно  с  лампой  от  карманного
фонаря  к  батарее  типа  3336  (рис.  40).  При  прямом  включении  (на  кор¬
пусе  имеется  соответствующая  маркировка)  лампа  ярко  горит,  при  обрат¬
ном  —  нить  накала  не  светится.
 1. 	Назовите  наиболее  распространенные  полупроводниковые  приборы.  2.
Как  изменяются  сопротивления  фото-  и  терморезисторов  с  увеличением
освещенности  и  температуры?  3.  Назовите  основное  свойство  р  —  «-пере¬
хода.  4.  Начертите  вольт-амперную  характеристику  полупроводникового
диода  и  его  условное  обозначение.  5.  Как  определить  с  помощью  омметра
исправность  р  —  /г-перехода  диода?  6.  Назовите  основные  электриче¬
ские  характеристики  выпрямительных  полупроводниковых  диодов  и  правила
их  маркировки.  7.  Для  каких  целей  используются  стабилитроны?  На¬
чертите  их  условные  обозначения.  8.  Каково  назначение  светодиодов?
 Транзисторы.  Название  распространенных  полупроводниковых
приборов  —  транзисторов  —  происходит  от  английских  слов
transfer  —  переносить  и  resictor  —  сопротивление,  т.  е.  в  них
 52

происходит  изменение  сопротивления  под  действием  управляю¬
щего  сигнала.  Действие  транзистора  поясним  с  помощью
простой  электрической  цепи,  показанной  на  рисунке  41.  Тран¬
зистор  в  ней  представлен  переменным  резистором  /?т,  включен¬
ным  последовательно  с  резистором  нагрузки  /?н  в  цепь  с  источ¬
ником  питания  UHn.  Очевидно,  что  изменение  сопротивления
транзистора  приведет  к  изменению  силы  тока  в  цепи  и  изменению
напряжения  на  выходных  зажимах  (t/BbIX  ).  Усиление  получается
за  счет  того,  что  входное,  управляющее  напряжение  или  сила
тока  (UBX,  /вх)  намного  меньше  выходного  напряжения  или  силы
тока  ({/вых,  /вых).  Сопротивление  транзистора  в  соответствии
с  формой  управляющего  сигнала  можно  изменять  плавно,  напри¬
мер  при  подаче  на  вход  синусоидального  напряжения,  или
скачком,  например  при  подаче  прямоугольных  импульсов.  В  по¬
следнем  случае  транзистор  работает  в  ключевом  или  релейном
режиме,  так  как  подобное  изменение  выходного  напряжения
можно  получить  с  помощью  механического  выключателя  или
электромагнитного  реле.  Форма  выходного  напряжения  при
синусоидальном  управляющем  сигнале  показана  на  рисунке  42.
 Каким  образом  осуществляется  изменение  сопротивления
транзистора,  т.  е.  принцип  его  действия,  мы  рассматривать  не
будем  из-за  недостатка  знаний  по  физике.  Ограничимся  лишь
сведениями  по  его  устройству,  электрическим  характеристикам,
правилам  маркировки  и  способам  включения  в  цепь.
 Распространенный  тип  транзистора,  который  будет  использо¬
ваться  в  практической  работе,  состоит  из  двух  р  —  л-переходов.
Они  образуются  путем  соединения  полупроводников  с  различными
типами  проводимости  в  виде  структур  р—п—р  или  п—р—п.
На  рисунках  43  и  44  показаны  упрощенные  рисунки  и  условные
обозначения  транзисторов  различной  структуры  и,  соответственно,
разных  типов  проводимости.  Они  имеют  один  и  тот  же  принцип
действия  и  примерно  одинаковые  электрические  характеристики.
 Рис.  41.  Транзистор  —  управляемый
переменный  резистор
 Рис.  42.  График  входного  и  выходного
напряжения  усилителя

Транзистор  имеет  три  вывода,  носящие  названия  эмиттер,
коллектор  и  база.  Эмиттер  и  коллектор  соединяются  с  крайними
областями,  имеющими  один  и  тот  же  тип  проводимости,  база
соединяется  со  средней  областью.
 Существуют  также  транзисторы,  имеющие  другую  структуру
и  ийые  названия  выводов,  они  были  разработаны  позже  так  на¬
зываемых  биполярных  транзисторов,  которые  мы  рассматриваем.
 Внешний  вид  некоторых  распространенных  типов  транзисто¬
ров  показан  на  рисунке  45.
 Транзистор  включается  в  цепь  так,  чтобы  на  переход  эмит¬
тер  —  база  было  подано  напряжение  в  прямом  направлении,  а  на
переход  база  —  коллектор  —  в  обратном  направлении.  При  этом
незначительное  изменение  тока  в  цепи  базы  вызовет  значитель¬
ное  изменение  токов  в  цепи  эмиттера  и  цепи  коллектора.  Широко
распространенные  схемы  включения  транзисторов  разной  струк¬
туры  показаны  на  рисунках  46,  47.
 Посмотрим,  как  при  этом  включены  их  р  —  я-переходы.  У  тран¬
зистора  структуры  р  —  п  —  р  эмиттер  (область  р)  соединен  с  «  +  »
источника,  а  база  (область  п)  соединена  через  переменный  резис¬
тор  R6  и  ограничительный  резистор  /?огр  с  «—»  источника,  т.  е.
в  прямом  направлении.  Прямое  сопротивление  р  —  п-перехода,
как  уже  говорилось,  мало,  и  ток  в  цепи  практически  полностью
 54
 Рис.  43.  Схема  внутреннего  устройства
(а)  и  условное  обозначение  тран¬
зистора  структуры  р—п—р  (б)
 Рис.  44.  Схема  внутреннего  устройства
(а)  и  условное  обозначение  транзисто¬
ра  структуры  п—р—п  (б)

определяется  сопротивлением  резисторов  /?б,  /?огр  и  напряжением
батареи  источника.  Обратное  включение  коллекторного  р  —  п-
перехода  проверить  труднее,  так  как  коллектор  и  база  через
разные  резисторы  соединяются  с  одним  и  тем  же  отрицательным
полюсом  батареи.  Выяснить,  образно  говоря,  где  «+»,  а  где
«—»,  поможет  введение  нового  понятия  —  «потенциал  электриче¬
ского  поля»,  или  просто  потенциал,  который,  как  и  напряжение,
измеряется  в  вольтах.  Например,  если  отсчитывать  напряжение
от  отрицательного  полюса  батареи,  т.  е.  считать  его  нулевым,  то
другой  полюс  имеет  потенциал  +4,5  В.  Если  же  отсчитывать
напряжение  от  положительного  полюса,  приняв  его  потенциал
за  нулевой,  то  потенциал  другого  полюса  равен  —4,5  В.  Знание
величины  потенциала  необходимо  и  для  сравнения  напряжения  в
различных  токах  цепи.  Вернемся  к  транзистору  структуры  р  —  п  —
р.  Потенциал  базы  из-за  малого  сопротивления  перехода  эмит¬
тер  —  база,  включенного  в  прямом  направлении,  практически  ра¬
вен  потенциалу  положительного  полюса  батареи,  который  примем
за  нулевой.  На  коллектор  же  подается  отрицательный  потенциал,
величина  которого  зависит  от  сопротивления  нагрузки,  тока  кол-
 Рис.  45.  Внешний  вид  транзисторов
разных  типов:
 а  —  МП39-42;  б  —КТ315;  в  —П214Г;
г  —КТ814
 Рис.  46.  Схема  включения  транзистора
структуры  р—п—р
 Рис.  47.  Схема  включения  транзистора
структуры  п—р—п
 Рис.  48.  Внешний  вид  корпусов  инте¬
гральных  микросхем

лектора  и  напряжения  источника  питания,  т.  е.  переход  коллек¬
тор  —  база  включается  в  обратном  направлении.  Полярность
включения  переходов  у  транзистора  структуры  п  —  р  —  п  опре¬
деляется  аналогично.
 Транзисторы,  по  сравнению  с  полупроводниковыми  диодами,
имеют  значительно  большее  число  характеристик.  Для  практиче¬
ской  работы  наиболее  важны  следующие:
 1) 	напряжение  источника  электрического  питания.  Оно  лежит
у  различных  транзисторов  в  пределах  от  единиц  до  сотен  вольт;
 2) 	величины,  характеризующие  усилительные  свойства  тран¬
зистора  при  разных  схемах  его  включения;
 3) 	диапазон  рабочих  мест.  Как  и  у  диодов,  он  лежит  в  ши¬
роких  пределах:  от  тысяч  герц  до  многих  миллионов  герц.
 Более  подробно  с  работой  транзисторов  и  с  их  электриче¬
скими  характеристиками  можно  будет  ознакомиться  при  изго¬
товлении  электронных  усилителей  и  генераторов.
 Маркировка  транзисторов.  Первые  буквы  или  цифры  обозна¬
чений  показывают,  как  и  у  диода,  материал  полупроводника,
последующие  цифры  указывают  на  мощность  рассеяния  и  пре¬
дельную  частоту.  Так,  цифра  1  ставится,  если  мощность  рассея¬
ния  до  1  Вт  и  предельная  частота  3  мГц,  цифра  2  —  при  той  же
мощности  рассеяния  и  частоте  в  пределах  от  3  до  30  мГц.  Напри¬
мер,  обозначение  транзистора  КТ208А  показывает,  что  транзистор
кремниевый  (КТ),  мощность  рассеяния  до  1  Вт,  рабочая  частота
в  пределах  от  3  до  30  мГц,  номер  разработки  8,  группа  А.  В  на¬
стоящее  время  широко  используются  транзисторы,  имеющие  ста¬
рую  маркировку,  например  МП37,  38  (п—р—п)  и  МП39-42
(р—п—р).  На  принципиальных  схемах  транзисторы  обозначают
буквами  VT.
 Интегральные  микросхемы—это  электронные  изделия:  уси¬
литель,  вычислительное  устройство,  генератор  электрических  сиг¬
налов  и  др.,  отличающиеся  очень  малыми  габаритными  разме¬
рами  и  незначительным  потреблением  энергии.  Интегральные
микросхемы  используются  в  промышленной  электронике,  автома¬
тике  и  вычислительной  технике.  Они  также  широко  применя¬
ются  в  бытовой  технике,  например  в  электронных  часах,  микро¬
калькуляторах,  игровых  автоматах  и  других  устройствах.  В  прак¬
тических  работах  по  изготовлению  различных  электронных
устройств,  в  том  числе  игровых  автоматов,  мы  будем  использо¬
вать  микросхемы  широкого  применения.
 В  настоящее  время  наибольшее  распространение  получили
полупроводниковые  микросхемы,  в  которых  на  одном  кристалле
полупроводника  выполняются  транзисторы,  диоды,  резисторы.
Различают  аналоговые  и  цифровые  микросхемы.  Первые  при¬
 56

меняются  для  усиления  и  преобразования  непрерывных  сигна¬
лов,  вторые  служат  для  выполнения  логических  или  арифме¬
тических  операций  над  электрическими  сигналами,  характери¬
зующимися  двумя  различными  состояниями.
 Интегральные  микросхемы  имеют  пластмассовый  или  металли¬
ческий  корпус  с  большим  числом  выводов  (12,  чаще  14  и  больше).
На  рисунке  48  показаны  корпуса  распространенных  микросхем.
 Маркировка  интегральных  микросхем.  Обозначение  микро¬
схемы  представляет  собой  набор  букв  и  цифр,  показывающих
назначение  микросхемы  и  ее  конструктивные  особенности.  Микро¬
схемы  выпускаются  сериями.  Серию  образует  совокупность  раз¬
нообразных  микросхем,  имеющих  различное  назначение,  но
одинаковых  по  конструкции  и  по  некоторым  электрическим  ха¬
рактеристикам.  Последнее  необходимо  для  совместной  их  ра¬
боты,  например  одинаковым  должно  быть  напряжение  электри¬
ческого  питания.  Для  обозначения  серии  используются  первые
три  цифры.  На  назначение  аналоговых  микросхем  указывают
две  буквы,  например  У  В  —  усилитель  высокой  частоты,  УН  —
усилитель  низкой  частоты,  УД  —  операционные  и  дифференци¬
альные  усилители.  Полное  обозначение  усилителя  низкой  ча¬
стоты,  выполненного  в  виде  интегральной  микросхемы,  может,
например,  иметь  следующий  вид:  КП8УН1А.  Дополнительные
буквы  и  цифры  показывают,  например,  использование  микросхем
в  бытовой  и  промышленной  аппаратуре  широкого  применения
(буква  К)  у  вид  конструктивно-технологического  исполнения.
Маркировка  цифровых  микросхем  будет  дана  во  второй  части
книги.  На  принципиальных  схемах  микросхемы  обозначают
буквами:  DA  (аналоговые)  и  DD  (цифровые).
 1. 	Ознакомьтесь  с  различными  образцами  транзисторов.  Запишите
их  маркировку,  расшифруйте  имеющуюся  запись.
 2. 	Определите  исправность  р  —  п-переходов  низкочастотных  биполяр¬
ных  транзисторов  малой  мощности  с  помощью  омметра.  Перед  изме¬
рением  узнайте  положение  базы  —  общего  электрода  для  двух  р  —  п-
переходов.
 3. 	Ознакомьтесь  с  различными  типами  аналоговых  и  цифровых
микросхем  широкого  применения.  Запишите  их  маркировку,  расшифруйте
имеющуюся  запись.
 1. 	Нарисуйте  условные  обозначения  транзисторов  структур  р  —  п  —  р  и
п  —  р  —  п  и  напишите  название  их  выводов.  2.  Для  каких  целей  исполь¬
зуются  транзисторы?  3.  Назовите  основные  электрические  характеристики
транзисторов.  4.  Как  маркируются  транзисторы?  5.  Какими  основными
преимуществами  обладают  интегральные  микросхемы?  6.  Какие  характе¬
ристики  указываются  в  маркировке  аналоговых  интегральных  микросхем?
 57

12. 	Выключатели,  кнопки  и
переключатели
 В  электрических  цепях  для  различных  переключений  исполь¬
зуют  электромагнитные  реле,  переключатели,  выключатели,
различные  гнезда,  вилки  и  другие  коммутационные  устрой¬
ства.  В  отличие  от  ранее  рассмотренных  элементов  электри¬
ческой  цепи,  принцип  их  действия  не  требует  специального  пояс¬
нения.  Основной  деталью  коммутационных  устройств  являются
электрические  контакты,  которые  в  результате  механического
воздействия  могут  замыкаться,  размыкаться  и  переключаться.
Их  условные  обозначения  показаны  на  рисунке  49.  Условные
обозначения  кнопочных  контактов,  которые  возвращаются  в
исходное  положение  при  отпускании  кнопки,  показаны  на  рисунке
50.  На  схемах  кнопки  обозначают  буквами  SB,  выключатели  и
переключатели  —  SA.  Один  выключатель,  переключатель  и  кнопка
могут  иметь  несколько  пар  различных  типов  контактов.
 Часто  в  цепях  используются  коммутационные  приборы
мгновенного  действия,  осуществляющие  включение  и  переклю¬
чение  резко,  с  характерным  щелчком.  Такие  выключатели,  на¬
пример,  используются  для  включения  в  сеть  настольной  лампы,
люстры,  бытовых  электрических  и  электронных  приборов.  Пере¬
кидной  переключатель  мгновенного  действия  называется  тумбле¬
ром.  Резкое  замыкание  и  особенно  размыкание  цепи  позволяют
уменьшить  искрение  контактов.
 Многопозиционный  переключатель  используется,  например,
для  переключения  диапазонов  частот  в  школьном  звуковом  гене¬
раторе  ГЗМ.  Он  имеет  несколько  неподвижных  контактов  и  один
подвижный,  который  поочередно  соединяется  с  ними  (рис.  51).
 58
 Рис.  49.  Условные  обозна¬
чения  замыкающих,  раз¬
мыкающих  и  переклю¬
чающих  контактов  пере¬
ключателей
 Рис.  50.  Условные  обозна¬
чения  контактов  кнопок
 Рис.  51.  Условное  обозна¬
чение  многопозиционно¬
го  переключателя

Недостатком  многопозиционных  переключений  является  то,  что
для  включения  нужной  цепи  необходимо  предварительно  вклю¬
чить  все  предыдущие.  Этого  недостатка  лишены  клавишные
переключатели,  которые,  например,  используются  в  школьном
осциллографе  ОМШ-2  и  школьном  звуковом  генераторе  ГНЧШ.
Клавишные  переключатели  являются  разновидностью  кнопочных
переключателей  с  фиксацией  нажатого  состояния.  Их  конструк¬
тивной  особенностью  является  объединение  переключателей  в
блоки.
 Глава  3.  ОСНОВНЫЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ЦЕПИ
 В  электрических  цепях  самого  различного  назначения  часто
встречаются  одинаковые  соединения  резисторов,  конденсаторов  и
катушек  индуктивности.  С  подобными  «типовыми  блоками»
электронных  цепей  полезно  познакомиться  перед  тем,  как  присту¬
пить  к  изучению  сложных  электронных  цепей.
 13. 	Делитель  напряжения  и  мост
сопротивлений
 С  делителем  напряжения  мы  уже  встречались,  например  при
объяснении  назначения  добавочного  сопротивления  к  вольтметру
(см.  рис.  8)  или  при  разборе  работы  усилителя  на  управляемом
резисторе  (см.  рис.  41).  Схема  делителя  напряжения  показана
на  рисунке  52.  Само  название  этой  цепи  говорит  о  ее  назначении  —
делить  входное  напряжение  в  соответствии  с  сопротивлением
последовательно  включенных  резисторов  R1  и  R2.  Они  образуют
два  плеча  делителя.  Очевидно,  что  если  сопротивления  резисто¬
ров  равны,  то  напряжения  на  них  тоже  равны  (IaRl  =  IrR2  =
=  £Ашх),  так  как  R1  =  R2,  где  /д  —  ток  делителя,  зависящий,  со¬
гласно  закону  Ома,  от  напряжения  UBX  и  сопротивления  последо¬
вательно  включенных  резисторов,
 Коэффициент  деления  входного  напряжения
 Из  соотношения  следует,  что  если  R1  =R2,  то  К=2,  т.  е.
входное  напряжение  делится  пополам.  С  уменьшением  сопротив¬

ления  резистора  R2  уменьшается  величина  выходного  напря¬
жения.  В  случае,  когда  сопротивление  резистора  R2  равно  нулю,
выходное  напряжение  тоже  уменьшается  до  нуля.  Если  R2^>Rly
то  выходное  напряжение  становится  примерно  равным  входному
напряжению,  так  как  доля  напряжения  на  R1  становится  незна¬
чительной.
 Несколько  сложнее  работа  нагруженного  делителя,  т.  е.  когда
параллельно  резистору  R2  подключается  входное  сопротивление
нагрузки  /?н.  В  этом  случае  величина  выходного  напряжения
зависит  от  сопротивления  /?„,  причем  чем  оно  меньше,  тем
больше  эта  зависимость.
 Рассмотрим  два  крайних  случая:  /?н  =  0  и  /?н  =  оо.  В  первом
случае  общее  сопротивление  параллельно  соединенных  резисто¬
ров  R2  и  RH  также  становится  равным  нулю,  следовательно,
11вых  =  0.  Во  втором  случае  общее  сопротивление  параллельной
цепи  равно  сопротивлению  резистора  /?2,  как  у  ненагружен-
ного  делителя.  При  промежуточном  значении  сопротивления
нагрузки  выходное  напряжение  будет  меняться  от  0  до
 Для  того  чтобы  деление  входного  напряжения
 осуществлялось  плавно,  примерно  пропорционально  изменению
резисторов  R1  и  R2,  должно  выполняться  условие  (R1  +R2)<^RH.
 Переменные  резисторы  могут  включаться  в  цепь  как  реоста¬
ты  (рис.  53,  а)  и  как  потенциометры  (рис.  53,  б).  В  последнем
случае  крайние  выводы  соединяются  с  источником  входного
напряжения,  а  со  среднего  вывода  (скользящего  контакта)  и
одного  из  крайних  выводов  снимается  выходное  напряжение.
 Из  двух  делителей  напряжения  можно  составить  более  слож¬
ную  цепь,  которая  называется  мостом  сопротивлений.  Его  можно
изображать  на  схеме  по-разному  (рис.  54,  а).  Обычно  исполь¬
зуется  схема,  показанная  на  рисунке  54,  б.  К  одной  диагонали
моста  подключается  постоянное  напряжение.  К  другой  вольт¬
 Рис.  52.  Схема  делителя  на¬
пряжения
 Рис.  53.  Схемы  включения  переменного  резис¬
тора

метр,  усилитель  или  какое-либо  другое  устройство,  реагирующее
на  изменение  напряжения.  Напряжение  в  диагонали  с  —  d  за¬
висит  от  соотношения  между  сопротивлениями  резисторов.  Если
 R1  R3
 выполняется  условие  —  =  ^,  то  оно  равно  нулю,  т.  е.,  как  го¬
ворят,  мост  сбалансирован.  В  частном  случае  это  условие  бу¬
дет  выполняться  при  равенстве  всех  четырех  сопротивлений.
 В  чем  же  преимущество  моста  сопротивлений  перед  обычным
делителем  напряжения?  Допустим,  нужно  сделать  электронное
устройство,  реагирующее  на  изменение  температуры.  Терморези¬
стор,  имеющий  при  комнатной  температуре  сопротивление  /?хо,
включается  в  одно  из  плеч  делителя  последовательно  с  резисто¬
ром  R2.  Если  /?2=/?то,  то  при  комнатной  температуре  выход¬
ное  напряжение  будет  равно  половине  входного.  С  увеличением
температуры  сопротивление  RT  уменьшается,  растет  ток  делителя
и,  соответственно,  увеличивается  напряжение  на  резисторе  R2.
Если  этот  делитель  включить  в  мост  сопротивлений,  предвари¬
тельно  заменив  R2  переменным  резистором,  то  мост  можно  будет
сбалансировать  при  разной  температуре  (рис.  55).  Напряже¬
ние  на  выходе  появится  только  при  разбалансе  моста  с  измене¬
нием  температуры.  Подобный  мост  сопротивлений  в  качестве
датчика  температуры  мы  будем  использовать  при  сборке  тер¬
мореле  (см.  §  21).
 Распределение  напряжения  в  мосте  сопротивлений,  как  и  в  де¬
лителе  напряжения,  зависит  от  сопротивления  нагрузки.
 1. 	Включите  переменный  резистор  как  потенциометр  и  измерьте
выходное  напряжение  при,  плавном  повороте  ручки  (рис.  56).  В  цепи
можно  использовать  переменный  резистор  с  самым  различным  сопро¬
тивлением,  так  как  вольтметр  имеет  большое  сопротивление.
 2. 	Самостоятельно  составьте  схему  измерения  тока  срабатывания
электромагнитного  реле,  соединив  в  цепь  детали,  показанные  на  рисун¬
ке  57.
 Рис.  54.  Схема  моста  сопротивлений  с  различ¬
ными  способами  расположения  резисторов
 Рис.  55.  Мост  сопротивле¬
ний  с  терморезистором

3. 	Соберите  мост  сопротивлений  с
терморезистором  (см.  рис.  55).  Термо¬
резистор  может  быть  любого  типа.  Но¬
минальное  значение  переменного  ре¬
зистора  выберите  немного  больше  со¬
противления  терморезистора.  Сбалан¬
сируйте  мост  и  посмотрите,  как  изменя¬
ется  напряжение  при  нагревании  тер¬
морезистора  пальцами  рук.
 4. 	Соедините  в  виде  моста  ре¬
зисторы  R1—R4,  расположенные  в
 ряд  (рис.  58),  и  обозначьте  точки  подключения  к  нему  источника  пи¬
тания  и  нагрузки.
 1.  От  чего  зависит  коэффициент  деления  делителя  напряжения?  2.  На¬
чертите  схему  делителя  напряжения  с  терморезистором.  3.  Как  зависит,
выходное  напряжение  делителя  от  сопротивления  нагрузки?  4.  Как  осу¬
ществляется  балансировка  моста?  5.  Начертите  схему  моста  сопротивлений
с  термодатчиком.
 Рис.  58.  Резисторы,  которые  нужно
включить  в  мост  сопротивлений
 14, 	Фильтрующие  цепи
 Конденсаторы  и  катушки  индуктивности,  как  уже  говорилось,
обладают  емкостным  и  индуктивным  сопротивлениями,  величина
которых  зависит  от  частоты  электрического  тока.  Это  свойство
используется  для  изготовления  фильтров,  с  помощью  которых
можно  выделить  или  отфильтровать  электрические  сигналы
различной  частоты.  Простейший  фильтр  низких  частот  показан
на  рисунке  59.  При  частоте  входного  сигнала,  равной  нулю,  т.  е.
при  подаче  на  вход  цепи  постоянного  напряжения,  на  выходе
тоже  будет  постоянное  напряжение.  С  увеличением  частоты  вход¬
ного  сигнала  выходное  напряжение  уменьшается,  так  как  умень¬
 62
 Рис.  56.  Схема  для  плавного
изменения  напряжения  ба¬
тареи
 Рис.  57.  Элементы  цепи  для  определения  тока
срабатывания  электромагнитного  реле

шается  емкостное  сопротивление  конденсатора  С.  В  данном  слу¬
чае  имеется  делитель  напряжения,  у  которого  с  ростом  частоты
уменьшается  сопротивление  плеча,  содержащего  конденсатор.
Такой  фильтр  мы  будем  использовать  при  изготовлении  выпря¬
мителя  (см.  §  16).
 Рассмотренную  цепь  можно  использовать  и  как  фильтр  высо¬
ких  частот,  если  снять  выходное  напряжение  с  резистора  (рис.  60).
Если  на  вход  такой  цепи  подать  постоянное  напряжение,  то  на¬
пряжение  на  выходе  будет  равно  нулю,  так  как  конденсатор
разрывает  цепь  постоянного  тока.  При  переменном  напряжении
в  цепи  возникает  ток  и  на  выходе  появляется  переменное  на¬
пряжение.  С  ростом  частоты  емкостное  сопротивление  умень¬
шается,  что  приводит  к  уменьшению  на  нем  напряжения  и,  соответ¬
ственно,  увеличению  напряжения  на  другом  плече  делителя.
В  результате  выходное  напряжение  увеличивается.  Такая  цепь
используется  для  связи  каскадов  усилителей  переменного  на¬
пряжения.
 Комбинация  двух  /?С-цепей,  показанная  на  рисунке  61,  об¬
ладает  важным  свойством  —  она  фильтрует  (выбирает)  узкую
полосу  частот  со  средней  частотой  /о,  т.  е.  обладает  избиратель¬
ными  свойствами.  Эту  цепь  мы  будем  использовать  при  сборке
генератора  гармонических  колебаний.
 Рис.  59.  Фильтр  низких  частот
 Рис.  60.  Фильтр  высоких
 L
 tffix  •  С
 ♦—...  .  .J
 г-
 Рис.  61.  Избирательная  RC-цепь,  про¬
пускающая  узкую  полосу  частот
 Рис.  62.  LC-фильтр  низких  частот

Рис.  63.  Схема  установки  для  изучения  RC-фильтра  низких  частот
 Рис.  64.  Схема  установки  для  изучения  RC-фильтра  высоких  частот
 В  фильтрах  могут  применяться  также  катушки  индуктивности.
На  рисунке  62  показан  фильтр  низких  часот,  в  котором  резистор
заменен  катушкой  индуктивности  с  сердечником.  Сердечник  ис¬
пользуется  для  повышения  индуктивности.  Подобный  LC-фильтр
широко  используют  в  выпрямителях  различных  электронных
приборов,  например  в  школьном  осциллографе.
 Говоря  о  емкостном  и  индуктивном  сопротивлениях,  мы  отли-
чаем  только  одно  их  свойство  —  зависимость  от  частоты  перемен¬
ного  тока.  На  самом  деле  существует  и  другая  важная  особен¬
ность:  конденсаторы  и  катушки  индуктивности  накапливают
и  отдают  электрическую  энергию  переменного  тока.  Это  свойство
используется  в  такой  практически  важной  цепи,  как  колеба¬
тельный  контур.  С  ним  мы  познакомимся  при  изготовлении  радио¬
приемника.  Напомним,  что  в  резисторах  электрическая  энергия
расходуется  на  нагревание.
 1. 	Соберите  цепь  фильтра  низких  частот  (рис.  63).  На  вход  подается
напряжение  от  авукового  генератора  (выход  5  Ом).  Выходное  напря¬
жение  контролируется  осциллографом.  При  приведенных  значениях
сопротивления  и  емкости  зависимость  выходного  напряжения  от  частоты
удобно  наблюдать  в  диапазоне  200—2000  Гц.  Определите  амплитуду
выходного  сигнала  по  масштабной  сетке  экрана  при  четырех  различных
частотах  в  заданном  диапазоне.  Постройте  график  зависимости  выход¬
ного  напряжения  от  частоты.
 64

2. 	Соберите  цепь  фильтра  высоких
частот  и  проверьте  зависимость  вы¬
ходного  напряжения  от  частоты  в  диа¬
пазоне  200—2000  Гц  (рис.  64).  По¬
стройте  график  так  же,  как  и  в  преды¬
дущем  задании.
 3. 	Соберите  /?С-цепь,  пропускаю¬
щую  узкую  полосу  частот,  и  проверьте
ее  работу  в  диапазоне  20—200  Гц
(рис.  65).  Определите  частоту  /о,  при
которой  на  выходе  наибольшее  напря¬
жение.  Постройте  график  зависимости
выходного  напряжения  от  частоты.
 1. 	Какими  свойствами  обладают  индуктивное  и  емкостное  сопротивление
и  как  их  используют  для  фильтрации  переменного  напряжения?  2.  Как  опре¬
деляется  коэффициент  передачи  (отношение  входного  и  выходного  напря¬
жений)  делителя  напряжения  и  простейших  /?С-фильтров?  3.  Чему  равен
коэффициент  передачи  фильтра  нижних  частот  при  постоянном  напря¬
жении?  4.  Начертите  RC-фильтр  низких  частот.  5.  Каким  свойством
обладает  /?С-цепь,  показанная  на  рисунке  65?
 Рис.  65.  Схема  проверки  работы  изби¬
рательного  RC-фильтра
 15. 	Колебательный  контур
 Если  обкладки  конденсатора  соединить  с  катушкой  индук-
тивности,  то  получится  цепь,  имеющая  большое  практическое
применение.  Эту  цепь  называют  колебательным  контуром
(рис.  66).  Возникновение  электрических  колебаний  связано  с  тем,
что  конденсатор  и  катушка  индуктивности  обмениваются  запа¬
сенной  электрической  энергией.  Энергия  электрических  зарядов
конденсатора  переходит  в  энергию  электрического  тока  катушки.
Возникшие  в  контуре  колебания  постепенно  затухают  из-за  раз¬
личных  потерь  электроэнергии  (рис.  67).  Например,  происходит
 Рис.  66.  Схема  колебатель¬
ного  контура
 Рис.  67.  График  затухающих  электрических  ко¬
лебаний

нагревание  проводов  при  про¬
хождении  по  ним  тока.  Нагре¬
вание  это  незначительное,  его
на  ощупь,  конечно,  не  ощутишь,
но  и  энергия  контура  мала.  Ам¬
плитуда  затухающих  колеба¬
ний  постепенно  уменьшается  до
нуля,  частота  же  колебаний
остается  неизменной,  она  назы¬
вается  собственной  частотой  ко¬
лебательного  контура,  так  как
зависит  только  от  его  емкости  и  индуктивности.
 Колебательный  контур  является  важнейшей  частью  радио¬
передатчиков  и  радиоприемников,  используется  он  и  во  многих
других  электронных  устройствах  как  LC-фильтр,  «чутко»  реаги¬
рующий  на  различные  частоты.
 1. 	Соберите  цепи  заряда  конденсатора  и  колебательного  контура
для  исследования  затухающих  колебаний  (рис.  68).  В  качестве  катушки
индуктивности  используйте  повышающую  обмотку  малогабаритного  выход¬
ного  трансформатора  от  учебного  полупроводникового  набора  типа  РНП-А
или  от  любого  транзисторного  радиоприемника.  Контур  подключите  к
осциллографу  OMI1I-2,  установите  внутреннюю  синхронизацию  (кнопка
«синхр»  не  нажата).
 Сначала  зарядите  конденсатор  от  батареи  3336,  потом  соедините
его  обкладки  с  катушкой.  На  экране  должна  возникнуть  кратковремен¬
ная  осциллограмма.  Подберите  усиление  и  частоту  развертки  так,  чтобы
получить  удобную  для  наблюдения  осциллограмму  затухающих  колебаний.
При  использовании  конденсатора  емкостью  2  мкФ  и  повышающей  обмот¬
ки  выходного  трансформатора  удобно  использовать  диапазон  10—100  Гц.
 2. 	Увеличьте  емкость  конденсатора,  подключив  параллельно  ему
другой  конденсатор.  Получите  осциллограмму  с  меньшей  собственной
частотой  колебаний.  Определите  приблизительно,  через  сколько  периодов
колебание  затухает.
 1.  Каким  основным  свойством  обладает  колебательный  контур?  2.  Как
меняется  собственная  частота  колебаний  в  контуре  с  увеличением  емкости
конденсатора?  3.  Какое  практическое  применение  имеет  колебательный
контур?  4.  Почему  колебания  в  контуре  затухают?
 66
 Рис.  68.  Схема  наблюдения  затухаю¬
щих  колебаний

Глава  4.  ОСНОВНЫЕ  ЭЛЕКТРОННЫЕ
УСТРОЙСТВА
 Рассмотренные  типовые  цепи  используются  при  создании  элект¬
ронных  устройств,  выполняющих  такие  функции,  как  выпрямле¬
ние,  усиление,  генерирование  и  преобразование  сигналов.  Из  них,
подобно  строительным  блокам,  составляют  самые  различные
электронные  «конструкции»,  со  многими  из  них  мы  и  познако¬
мимся  в  этой  главе.
 Работе  же  разнообразных  преобразователей  электрических
сигналов,  широко  используемых  в  вычислительной  технике,
будет  целиком  посвящена  вторая  часть  книги.
 16. 	Выпрямители
 Выпрямители  относятся  к  вторичным  источникам  электро¬
питания.  Без  них  не  могут  обойтись  все  электронные  устройства,
питающиеся  от  сети  переменного  электрического  тока.  Существу¬
ют  следующие  основные  схемы  полупроводниковых  выпрями¬
телей.
 Однополупериодное  выпрямление  получают  при  включении  в
цепь  переменного  тока  одного  диода  (рис.  69).  На  концах  вто¬
ричной  обмотки  трансформатора  периодически  меняется  напря¬
жение  по  величине  и  по  знаку.  Во  время  положительного  полу-
периода,  когда  потенциал  верхнего  конца  обмотки  положителен,
диод  включается  в  прямом  направлении  и  в  цепи  течет  ток.  Во
время  отрицательного  полупериода  диод  находится  в  запертом
состоянии,  ток  в  нем  практически  отсутствует  и  напряжение  на
нагрузочном  резисторе  равно  нулю.  На  выходе  получается
пульсирующее  напряжение  с  частотой  50  Гц  (50  полупериодов
в  секунду).
 В  двухполупериодной  схеме  выпрямление  осуществляется  дву-
 Рис.  69.  Схема  простейшего  однополупериодного  выпрямителя  (а)  и  график
выпрямленного  напряжения  (б)

Рис.  70.  Схема  двухполупериодного  выпрямителя  (а)  и  график  выпрямленного
напряжения  (б)
 мя  диодами,  включенными  в  цепь  трансформатора  со  средней
точкой  (рис.  70).  Потенциалы  концов  обмотки  в  разные  полу-
периоды  относительно  средней  или  нулевой  точки  показаны  зна¬
ками  «  +  »  и  «—».  Во  время  положительного  полупериода,  когда
верхний  конец  обмотки  имеет  положительный  потенциал,  «рабо¬
тает»  верхний  диод  VD1,  т.  е.  он  включен  в  прямом  направлении,
нижний  диод  VD2  заперт.  Ток  течет  по  замкнутой  цепи  от  поло¬
жительного  полюса  обмотки  к  средней  точке  через  диод  VD1
и  резистор  нагрузки.  Во  время  отрицательного  полупериода
проводит  нижний  диод,  а  верхний  заперт.  В  результате  ток  в
каждый  полупериод  течет  по  резистору  нагрузки  в  одном  на¬
правлении,  т.  е.  осуществляется  двухполупериодное  выпрямление.
Выходное  напряжение  пульсирует  с  частотой  100  Гц.
 Эта  схема  имеет  большое  практическое  применение,  в  част¬
ности  она  используется  в  учебном  выпрямителе  ВУ-4.  Ее  недос¬
татком  является  наличие  в  схеме  трансформатора  с  отводом
от  средней  точки.
 В  другой  схеме  двухполупериодного  выпрямления  исполь¬
зуют  четыре  диода,  включенные  по  мостовой  (мостиковой)  схеме
(рис.  71).  В  каждый  из  полупериодов  работает  одна  из  пар  дио¬
дов,  как  показано  на  рисунке  71,  б,  в.  Выходное  напряжение
 Рис.  71.  Мостовая  схема  двухполупериодного  выпрямителя  (а)  и  поочередная
работа  ее  диодов  (б,  в)
 68

пульсирует  с  частотой  100  Гц.  Мостовую  схему  выпрямления
широко  используют  во  вторичных  источниках  электропитания,
например  в  учебных  выпрямителях  ВУ-4,  ЛИП-90,  В-24М  и  др.
 На  выходе  одно-  и  двухполупериодного  выпрямителей  имеет¬
ся  постоянное  по  знаку,  но  меняющееся  по  величине  пульсирую¬
щее  напряжение  с  частотой  50  и  100  Гц.  Для  питания  электронных
схем  подобное  напряжение  непригодно.  Если,  например,  под¬
ключить  к  нему  транзисторный  приемник,  то  в  громкоговори¬
теле  будет  слышен  сильный  гул  с  соответствующей  частотой,
забивающей  полезный  сигнал  принимаемой  станции.  Поэтому
все  выпрямители,  являющиеся  вторичными  источниками  радио¬
приемников,  телевизоров,  осциллографов,  электронных  вычисли¬
тельных  машин  и  другой  электронной  аппаратуры,  имеют  сгла¬
живающие  фильтры,  предназначенные  для  уменьшения  пуль¬
саций  до  допустимой  величины.  Отметим,  что  в  этом  отношении
химические  источники  тока,  используемые,  например,  для  пи¬
тания  переносной  радиоаппаратуры,  отличаются  важным  свой¬
ством  —  полным  отсутствием  пульсаций  выходного  напряжения.
 Сглаживающие  фильтры  имеют  в  качестве  основных  элементов
конденсаторы,  катушки  индуктивности  с  сердечником  (дроссели)
и  резисторы.
 Простейший  фильтр  состоит  из  конденсатора,  подключенно¬
го  параллельно  резистору  нагрузки  (рис.  72,  а).  Сглаживание
пульсаций  осуществляется  следующим  образом:  в  течение  полу-
периода,  когда  диод  открыт,  ток  течет  по  нагрузке  и  одновре¬
менно  заряжается  конденсатор  почти  до  амплитудного  значения
переменного  напряжения.  В  следующий  полупериод,  когда  диод
закрыт,  конденсатор  разряжается  через  резистор  нагрузки.  В  ре¬
зультате  пульсации  становятся  меньше  (рис.  72,  б).  Чем  больше
емкость  конденсатора  и  сопротивление  нагрузки,  тем  медленнее
разряжается  конденсатор  и,  соответственно,  уменьшаются  пуль¬
сации.  При  очень  больших  сопротивлениях  нагрузки,  например
 Рис.  72.  Простейший  сглаживающий  фильтр  (а)  и  график  напряжения  на  на¬
грузке  (6)

Рис.  73.  «П»-образный  RC-фильтр 	Рис. 	74.  «П»-образный  LC-фильтр
 1—2  МОм,  и,  соответственно,  незначительных  токах  нагрузки
для  сглаживания  пульсации  достаточно  использовать  конденсатор
сравнительно  малой  емкости  —0,1—0,05  мкФ.  Примером  исполь¬
зования  простой  схемы  однополупериодного  выпрямителя  с
/?С-фильтром  является  источник  питания  электронно-лучевой
трубки  школьного  осциллографа.
 Более  эффективное  сглаживание  пульсаций  осуществляется
при  включении  в  цепь  резистора  и  еще  одного  конденсатора
(рис.  73).
 Емкостные  RC-фильтры  низких  частот  хорошо  работают
при  небольших  токах  нагрузки,  так  как  при  этом  напряжение
на  обкладках  конденсатора  меняется  незначительно.  Важно  так¬
же  и  то,  что  падение  напряжения  на  резисторе  фильтра  не  пре¬
вышает  допустимых  значений.
 При  больших  токах  нагрузки  вместо  резистора  ставится  ка¬
тушка  индуктивности  с  сердечником—дроссель  (рис.  74).  Сгла¬
живание  пульсаций  связано  с  тем,  что  дроссель  имеет  большое
сопротивление  для  меняющегося  тока  и  малое  для  постоянного
тока,  т.  е.  вместе  с  конденсатором  он  работает  как  эффективный
фильтр  низких  частот.  В  последнее  время  вместо  дросселя,  являю¬
щегося  дорогой,  громоздкой  и  массивной  деталью,  используют¬
ся  транзисторы  в  так  называемых  электронных  фильтрах.
 Схему  LC-фильтра  используют  в  школьных  демонстрацион¬
ных  осциллографах  ОЭШ-61  и  ОЭУ.
 1. 	Соберите  цепь  однополупериодного  выпрямителя  с  переменным
напряжением  36  В.  В  схеме  можно  использовать  практически  любые
диоды  средней  мощности,  например  диод  КД204Б,  рассчитанный  на
максимальное  обратное  напряжение  200  В  и  максимальный  выпрями¬
тельный  ток  350  мА.  Сопротивление  нагрузки  может  быть  от  0,5  до  10  кОм.
Для  подключения  цепи  к  источнику  с  напряжением  36  В  используется
шнур  со  специальной  вилкой,  имеющей  плоские  наконечники.  Перед
включением  в  сеть  покажите  цепь  учителю.  Ошибки  при  сборке  могут
привести  к  короткому  замыканию.
 70

Снимите  осциллограмму  выходного  напряжения.  Помните,  что  под¬
ключение  осциллографа  к  цепи  должно  проводиться  при  отключенном
напряжении.
 2. 	Разберите  учебный  выпрямитель  ВУ-4  и  ознакомьтесь  с  его  устрой¬
ством.  Найдите  трансформатор  (он  имеет  необычную  конструкцию)  и
два  диода,  закрепленные  на  алюминиевой  пластине.  Пластина  служит
теплопроводом  для  нагревающихся  при  работе  диодов.  Запишите  мар¬
кировку  диодов.
 3. 	Соберите  цепь  двухполупериодного  мостикового  выпрямителя
(см.  рис.  71,  а),  используя  те  же  детали,  что  и  в  задании  1.  Получите
осциллограмму  двухполупериодного  выпрямления.
 4. 	Исследуйте  работу  емкостного  фильтра.  Параллельно  нагрузке
ранее  собранного  двухполупериодного  выпрямителя  подключите  кон¬
денсаторы  различной  емкости.  Лучше  использовать  бумажные  и  металло¬
бумажные  конденсаторы  (типа  МБГО,  МБГП,  МБМ  по  старому  обозна¬
чению  или  К40,  К42  по  новому  обозначению).  Посмотрите,  как  влияет
увеличение  емкости  конденсатора  на  сглаживание  пульсаций.
 5. 	Увеличьте  сопротивление  нагрузки  и  посмотрите,  как  меняется
пульсация  выходного  напряжения  при  тех  же  значениях  емкости,  что  и  в
предыдущем  задании.  Начертите  полученные  осциллограммы,  указав
сопротивление  нагрузки  и  емкость  фильтра.
 1. 	Начертите  схему  однополупериодного  выпрямителя.  В  чем  недостаток
этой  схемы?  2.  С  какой  частотой  пульсирует  выходное  напряжение  в
двухполупериодном  выпрямителе?  3.  Сравните  достоинства  и  недостатки
схем  двухполупериодных  выпрямителей,  содержащих  два  и  четыре  диода.
 4. 	Начертите  осциллограмму  выходного  напряжения  мостового  выпрями¬
теля,  у  которого  отпаялся  вывод  одного  из  диодов.  5.  Каково  назначение
фильтров  выпрямителей?  6.  Почему  конденсаторы  и  катушки  индуктив¬
ности  используются  для  фильтрации  пульсирующего  напряжения?
7.  Как  зависит  пульсация  выходного  напряжения  выпрямителя  от  емкости
фильтра  и  сопротивления  нагрузки?
 17. 	Усилители
 Усилитель  напряжения  (тока)  —основное  электронное  устрой¬
ство,  используемое  в  различных  электронных  генераторах.
В  зависимости  от  частоты  усиливаемых  сигналов  они  бывают  раз¬
ных  типов.
 Усилители  постоянного  тока,  сокращенно  УПТ,  предназна¬
чены  для  усиления  медленно  меняющихся  сигналов  с  частотой
от  0  Гц  и  выше.  Их  используют  для  усиления  сигналов  от  различ¬
ных  датчиков,  применяемых,  например,  в  медицинской  аппара¬
туре  и  во  многих  других  случаях.  В  дальнейшем  в  практических
работах  мы  будем  собирать  УПТ  для  усиления  сигналов  от  фото-
и  термодатчиков.  Нагрузкой  этих  усилителей  будут  электромаг¬
 71

нитные  реле,  лампы  накаливания  или  электроизмерительные
приборы.
 Усилителй  низкой,  или  звуковой,  частоты  (УНЧ,  УЗЧ)  пред¬
назначены  для  усиления  электрических  колебаний  звукового
диапазона  частот  от  20  Гц  до  20  кГц.  Эти  усилители  используют¬
ся  в  различной  бытовой  звуковоспроизводящей  и  радиоприемной
аппаратуре.  Причем  чем  шире  диапазон  усиления  (при  допусти¬
мых  искажениях),,  тем  выше  качество  усилителя.  Например,
усилители  звуковой  частоты,  относящиеся  к  высшей,  нулевой
группе  сложности,  должны  иметь  диапазон  частот  20  Гц—20  кГц
для  стационарных  радиоприемных  устройств  (РПУ)  и  40  Гц—
16  кГц  для  переносных  РПУ.
 Источником  колебаний  звуковой  частоты  может  служить  мик¬
рофон,  звукосниматель,  магнитная  головка,  а  также  входные  це¬
пи  радиоприемников  и  телевизоров.  Нагрузкой  УЗЧ  может  быть
громкоговоритель,  телефон,  записывающая  головка  магнитофона,
последующий  усилитель,  осциллограф  и  другие  электронные
устройства.
 Избирательные,  или  селективные,  усилители  усиливают
сигнал  в  определенном,  сравнительно  узком  диапазоне  частот.
Наиболее  часто  их  используют  для  усиления  высокочастотных
колебаний  в  радиоприемниках  (сокращенно  обозначаются  как
ВЧ  —  усилители  высокой  частоты  или  УРЧ  —  усилители  радио¬
частот)  .
 Широкополостные  усилители,  как  следует  из  их  названия,
предназначены  для  усиления  широкого  спектра  частот,  например
сигналов,  исследуемых  с  помощью  осциллографа.  Существуют
также  усилители  сверхвысоких  частот  (СВЧ-диапазон),  и  их,
например,  используют  в  телевизионных  приемниках,  работающих
в  дециметровом  диапазоне  электромагнитных  волн.
 Важнейшими  характеристиками  каждого  типа  усилителя  явля¬
ются  его  коэффициенты  усиления  по  напряжению,  току  и  мощ¬
ности.
 Основным  элементом  усилителя  является  транзистор,  практи¬
чески  полностью  вытеснивший  электронные  лампы.
 Рассмотрим  работу  простейшего  усилителя  постоянного  тока
(фототока),  собранного  по  схеме,  показанной  на  рисунке  75.
Напомним,  что  эта  схема  уже  встречалась  при  знакомстве  с  ра¬
ботой  транзистора  (см.  рис.  46).
 Фоторезистор,  включенный  в  цепь  базы,  определяет  ток  базы
(/б),  который  и  является  управляющим  сигналом  для  транзи¬
стора.  Изменение  тока  базы  приводит  к  изменению  значительно
большего  тока  коллектора  /к  в  выходной  цепи.  В  этом  и  состоит
усиление  транзистора.  Оно  характеризуется  статическим  коэффи-
 72

циентом  передачи  тока  базы  В.  Для  данной  схемы  включения
транзистора
 Статический  коэффициент  В  у  разных  типов  транзисторов
может  меняться  от  10  до  100.  Этот  коэффициент  не  являет¬
ся  постоянной  величиной,  он  зависит  от  выбранного  тока
базы.
 Если  нужно  увеличить  коллекторный  ток,  то  используют  вто¬
рой  транзисторный  усилитель.  В  двухкаскадном  усилителе  по¬
стоянного  тока  (рис.  76)  транзистор  VT2  включен  по  схеме,  пока¬
занной  на  рисунке  75.  Нагрузка  —  лампа  накаливания  —  включе¬
на  в  цепь  коллектора,  ток  базы  определяется  сопротивлением  пере¬
ходов  транзистора  VT1,  он  равен  его  току  эмиттера.  Транзистор
VT1  включен  по  новой  схеме,  так  как  его  нагрузкой,  включенной
в  цепь  эмиттера,  является  входное  сопротивление  транзистора
VT2.  Включение  нагрузки  в  разные  цепи  коллектора  и  эмиттера
существенно  меняет  характеристики  транзисторного  усилителя.
 Работает  усилитель  фототока  следующим  образом.  С  увели¬
чением  освещенности  возрастает  ток  базы  транзистора  VT1,
соответственно,  увеличиваются  значительно  большие  токи  коллек¬
тора  и  эмиттера,  что  приводит  к  возрастанию  токов  в  цепях  вто¬
рого  транзистора.  Увеличение  коллекторного  тока  транзистора
VT2  приводит  к  постепенному  нагреву  нити  лампы.  Возможен
также  релейный,  или  ключевой,  режим  работы  усилителя,  когда
начиная  с  какого-то  определенного  значения  входного  тока  про¬
исходит  резкое  изменение  выходного  тока.  В  результате  лампа
или  ярко  загорается,  или  гаснет;  промежуточных  состояний,
когда  нить  постепенно  нагревается,  нет.  Подобный  режим  обеспе¬
чивается  введением  положительной  обратной  связи,  когда  часть
напряжения  с  выхода  подается  на  вход  так,  что  происходит
 73
 Рис.  75.  Простейший  усилитель  фото¬
тока
 Рис.  76.  Схема  фотореле  с  двухкас¬
кадным  усилителем

Рис.  77.  Схема  проверки  режима  ра-  Рис.  78.  Схема  простейшего  усилителя
боты  транзистора 	переменного  напряжения
 возрастание  коэффициента  усиления.  Положительную  обратную
связь  мы  будем  использовать  при  изготовлении  генераторов
электрических  колебаний  (см.  §  18).
 1. 	Соберите  усилитель  фототока  (см.  рис.  75).  Измерьте  токи  базы
и  соответствующие  им  токи  коллектора  при  трех  различных  освещенно¬
стях:  затемненном  фоторезисторе,  естественном  освещении  и  освещении
лампой  от  карманного  фонаря.  Определите  статический  коэффициент
передачи  тока  базы  В.
 2. 	Соберите  цепь  двухкаскадного  усилителя  фототока  (см.  рис.  76).
С  увеличением  освещенности  должна  загораться  лампа  накаливания.
В  схеме  можно  использовать  низкочастотные  транзисторы  малой  мощ¬
ности  различных  типов.
 3. 	Измерьте  силу  тока  базы  транзистора  VT1,  при  которой  лампа
накаливания  горит  ярко.  Определите  для  этого  случая  отношение  вход¬
ного  и  выходного  токов.
 4. 	Соберите  цепь  однокаскадного  транзисторного  усилителя  (рис.  77).
Резистор  нагрузки  имеет  сопротивление  от  1  до  10  кОм,  резистор  базы
(подбираемый  резистор  помечен  звездочкой)  может  менять  сопротивление
от  20  до  470  кОм.  Подключите  вольтметр  между  эмиттером  и  коллекто¬
ром  и  проверьте,  как  изменяется  напряжений  в  зависимости  от  сопротив¬
ления  в  цепи  базы.  Запишите  три  значения  напряжения  коллектора,
соответствующие  открытому  транзистору  (напряжение  примерно  равно
нулю,  ток  базы  наибольший),  закрытому  транзистору  (напряжение  при¬
мерно  равно  4,5  В,  ток  базы  наименьший)  и  среднему  состоянию  тран¬
зистора.
 5. 	Подберите  сопротивление  базового  резистора  так,  чтобы  напря¬
жение  на  коллекторе  было  равно  примерно  половине  напряжения  источ¬
ника  питания  (2  В).  Запишите  это  значение  сопротивления,  оно  с  хорошей
точностью,  зависящей  в  основном  от  точности  измерения,  должно  удовлет¬
ворять  соотношению:  R6  =  2RHB.  Проверьте  его  справедливость,  подставив
в  формулу  значения  RH  и  В.
 1. 	Назовите  типы  усилителей,  отличающиеся  по  частоте  усиливаемых
сигналов.  2.  Начертите  схему  однокаскадного  усилителя  фототока.  3.  Как
 74

зависит  ток  коллектора  от  тока  базы?  В  каких  пределах  может  меняться
коэффициент  В?  4.  Начертите  схему  двухкаскадного  усилителя  фототока.
Чем  отличаются  схемы  включения  транзисторов  первого  и  второго  каска¬
дов?  5.  Какой  режим  работы  усилителя  называется  релейным  или  клю¬
чевым?
 Усилители  переменных  сигналов.  Для  усиления  переменных
сигналов  используется  простейшая  схема,  показанная  на  ри¬
сунке  78.  Это  та  же  схема  включения  транзистора,  что  и  ранее
рассмотренная  (см.  рис.  77),  только  во  входных  и  выходных  цепях
ставятся  конденсаторы.  Их  назначение  рассмотрим  в  дальнейшем.
Подобная  схема  включения  транзистора  является  очень  распро¬
страненной.  Ее  называют  «схемой  с  общим  эмиттером»,  так  как
эмиттер  является  общим  для  входной  и  выходной  цепи  усилителя.
Это  наглядно  показано  на  рисунке  79,  где  усилитель  условно
изображен  в  виде  прямоугольника,  имеющего  два  входных  и  два
выходных  зажима.
 В  усилителе  с  нагрузочным  сопротивлением  /?к  устанавлива¬
ется  определенный  постоянный  ток  коллектора  с  помощью  базо¬
вого  резистора  /?б.  Тем  самым,  как  говорят,  выбирается  опре¬
деленный  режим  работы  по  постоянному  току.  Заметим,  что
радиоэлементы,  подбираемые  при  наладке  электронного  устрой¬
ства,  обозначаются  на  схемах  звездочкой  (см.,  например,  рис.  77).
При  подаче  на  вход  переменного  напряжения  будут  меняться  ток
базы  и  ток  коллектора  относительно  первоначально  выбранных
значений  тока.  Если,  например,  входное  напряжение  уменьшает
разность  потенциалов  между  эмиттером  и  базой,  то  ток  базы
уменьшится  и  транзистор  будет  закрываться.  Это  приведет  к
уменьшению  тока  коллектора.  При  противоположной  полярности
входного  напряжения  ток  коллектора  будет  увеличиваться.
Соответственно  изменяется  и  выходное  напряжение  между  эмит¬
тером  и  коллектором  относительно  первоначально  заданного
значения.  Можно,  например,
выбрать  такой  режим  работы
транзистора,  когда  начальное
значение  напряжения  на  кол¬
лекторе  равно  половине  напря¬
жения  источника  питания.
 В  этом  случае  можно  получить
наибольшее  усиление  без  иска¬
жения  (рис.  80,  а).  При  другом
режиме  транзистора  и  прежнем
входном  сигнале  возникнут  ис¬
кажения  за  счет  ограничения
 Рис.  79.  Условное  изображение  усили¬
теля  в  виде  «ящика»  с  двумя  входами
и  двумя  выходами
 75

Рис.  80.  Графики  усиленного  напряжения  при  различных  режимах  работы  тран¬
зистора:
 а  —  без  искажения;  б  —  ограничение  сверху;  в  —  снизу
 синусоиды  сверху  или  снизу,  как  показано  на  рисунке  80,  б,  в.  Оче¬
видно,  что  с  уменьшением  амплитуды  входного  сигнала  иска¬
жения  исчезают.
 Объясним  теперь  назначение  конденсаторов  во  входной  и  вы¬
ходной  цепях.  Допустим,  нужно  усилить  напряжение  от  электро¬
магнитного  микрофона,  состоящего,  как  и  телефон,  из  катушки
индуктивности  и  мембраны.  Если  катушку  микрофона  подклю¬
чить  непосредственно  к  базе  транзистора,  то  ток  базы  сразу  же
изменится.  Он  теперь  будет  определяться  не  только  резистором
/?б,  но  и  сопротивлением  катушки.  Это  приведет  к  изменению
режима  работы  транзистора,  в  результате  чего  могут  возникнуть
искажения  усиливаемого  сигнала.  Подключение  микрофона
через  конденсатор,  который  называют  разделительным,  позво¬
ляет  передать  только  переменное  напряжение  и  разорвать  неже¬
лательную  цепь  постоянного  тока.  Аналогичное  назначение  имеет
и  конденсатор  в  выходной  цепи.
 Если  в  качестве  нагрузки  включить  телефон,  то  усилитель,
показанный  на  рисунке  81,  можно  использовать  для  провод¬
ной  связи.
 76
 Рис.  81.  Схема  усилителя  телефона
 Рис.  82.  Условное  обозна¬
чение  интегрального  усили¬
теля

Современные  сложные  электронные  устройства  содержат  мно¬
жество  различных  типов  усилителей.  Их  изготовление  и  соеди¬
нение  в  цепь  представляют  большие  трудности.  В  настоящее
время  широко  применяют  универсальные  усилители,  которые  мож¬
но  использовать  вфазличных  устройствах  для  усиления  как  по¬
стоянных,  так  и  переменных  сигналов.  Эти  усилители  изготовля¬
ют  особым  способом,  используя  так  называемую  интегральную
технологию.  Все  составные  части  многокаскадного  усилителя  —
транзисторы,  диоды  и  резисторы  (конденсаторы  используются
редко)  —  выполняются  в  одном  кристалле  полупроводника  с
помощью  р  —  n-переходов.  Большинство  технологических  опера¬
ций  по  изготовлению  и  соединению  элементов  в  цепь  выполня¬
ется  автоматически.  Подобные  устройства  называются  полу¬
проводниковыми  интегральными  микросхемами.  Эти  микросхемы
отличаются  исключительно  малыми  габаритными  размерами,
большой  экономичностью  (малым  потреблением  энергии)  и  боль¬
шой  надежностью.  Условное  обозначение  интегрального  уси¬
лителя  показано  на  рисунке  82.  С  особым  типом  интегральных
микросхем,  применяемых  для  преобразования  электрических  сиг¬
налов  (цифровые  микросхемы),  мы  познакомимся  в  дальнейшем.
 Универсальным  усилителем  широкого  применения  является
операционный  усилитель.  Это  не  совсем  обычное  название  уси¬
литель  получил  потому,  что  он  был  первоначально  разработан
для  выполнения  различных  математических  операций:  сложения,
вычитания,  умножения  и  др.  В  настоящее  время  операционные
усилители  изготавливают  только  в  интегральном  исполнении  и
широко  используют  для  усиления  и  генерирования  электри¬
ческих  сигналов.  Например,  они  применяются  в  бытовых  радио¬
приемниках,  магнитофонах,  телевизорах,  в  школьных  осциллог¬
рафах,  а  также  в  различных  радиолюбительских  конструкциях.
Интегральные  микросхемы  имеют  стандартные  корпуса.  Внеш¬
ний  вид  наиболее  распространенных  из  них  дан  на  рисунке  48.
 Операционный  усилитель
имеет  два  входа.  В  типовой  схе¬
ме  включения  на  один  вход  по¬
дается  входное  напряжение,  а
на  другой  (отмеченный  на  схе¬
ме  кружком)  —часть  выходно¬
го  напряжения  с  делителя  /?/,
 R2  (рис.  83).  Общим  зажимом
для  каждого  из  входов  являет¬
ся  средняя  точка  источника  пи¬
тания.  В  операционном  усилите¬
ле  в  отсутствие  входного  сигна¬
 Рис.  83.  Схема  включения  операцион¬
ного  усилителя
 77

ла  напряжение  на  выходе  практически  равно  нулю.  Достигается
это  применением  симметричного  питания  от  двух  источников,
включенных  последовательно.  Коэффициент  усиления  по  напря¬
жению  операционных  усилителей  может  быть  очень  большим,  на¬
пример  у  микросхемы  К140УД8  он  равен  50  ООО.  В  некоторых  слу¬
чаях  бывает  необходимо  его  уменьшить,  для  этого  увеличивается
напряжение,  подаваемое  с  делителя  напряжения.  В  свою  очередь
это  вызывает  увеличение  отрицательной  обратной  связи  и  соот¬
ветственное  уменьшение  выходного  напряжения.
 Маркировка  операционных  усилителей  осуществляется  в  соот¬
ветствии  с  общими  правилами  маркировки  для  интегральных
микросхем.  Например,  широко  распространенные  микросхемы  140
серии  имеют  следующий  буквенно-цифровой  код: 	К140УД1,
 К140УД5,  К140УД6,  К140УД7  и  т.  д.  Иногда  последним  элементом
маркировки  является  буква,  она  используется,  если  имеются
различия  в  некоторых  электрических  характеристиках.  Например,
микросхемы  К140УД1А  и  К140УД1Б,  хотя  и  относятся  к  одной
серии,  отличаются  друг  от  друга  напряжением  питания  и  имеют
разный  коэффициент  усиления.  Характеристики  интегральных
микросхем,  как  и  любых  полупроводниковых  приборов,  очень
зависят  от  температуры.
 1. 	Соберите  цепь  электронного  телефона  (см.  рис.  81).  В  качестве
микрофона  и  телефона  в  нем  используйте  электромагнитный  телефон
ТОН-2А,  сопротивление  обмотки  которого  равно  1600  Ом.  Измерьте  на¬
пряжение  на  коллекторе.  Оно  должно  быть  примерно  равно  половине
напряжения  источника  питания.  Если  отличие  значительное,  то  выберите
нужное  значение  R&  Проверьте  назначение  конденсатора  С.  Для  исклю¬
чения  его  влияния  достаточно  соединить  выводы  проводником,  например
пинцетом.  Посмотрите,  как  при  этом  изменится  напряжение  на  коллекторе.
Если  усилитель  работает  нормально,  то  в  телефоне  должен  слышаться
значительный  шум  при  легком  прикосновении  к  корпусу  микрофона.
 2. 	Проведите  следующий  эксперимент:  поднесите  телефон  к  микро¬
фону  на  расстояние  в  несколько  сантиметров.  При  этом  в  телефоне  дол¬
жен  самопроизвольно  возникнуть  гул.  В  данном  случае  усилитель  пре¬
вращается  в  генератор.  О  причинах  этого  необычного  явления  мы  рас¬
скажем  в  §  18.
 3. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  операционного  усилителя  КР140УД1Б.
Подготовьте  его  выводы  для  макетирования,  подпаяв  к  ним  монтажные
провода  (рис.  84).  Включите  операционный  усилитель  в  цепь  (рис.  85).
В  качестве  источника  питания  используйте  две  батареи.  Подайте  на  вход
напряжение  от  звукового  генератора.  Напряжение  на  выходе  и  входе
наблюдайте  с  помощью  осциллографа.  Начертите  две-три  осциллограммы
входного  и  выходного  напряжения  при  различных  положениях  переменно¬
го  резистора  /?/,  служащего  для  подачи  отрицательной  обратной  связи.
 78

Рис.  84.  Интегральные  мик¬
росхемы,  подготовленные
для  макетирования
 Рис.  85.  Схема  для  изучения  работы  операцион¬
ного  усилителя
 I. 	Какая  схема  включения  транзистора  называется  «cxeMqfi  с  общим  эмит¬
тером»?  2.  С  какой  целью  в  транзисторном  усилителе  выбирают  режим
работы?  Как  меняется  напряжение  на  коллекторе  относительно  эмит¬
тера  при  увеличении  и  при  уменьшении  сопротивления  в  цепи  базы
(см.  рис.  81)?  3.  В  каких  пределах  меняется  напряжение  на  коллекторе
у  открытого  и  закрытого  транзисторов?  4.  Для  чего  ставятся  конден¬
саторы  во  входной  и  выходной  цепях  усилителя  переменного  напряжения?
 5. 	Какими  достоинствами  обладают  усилители,  выполненные  по  интеграль¬
ной  технологии?  6.  Начертите  условное  обозначение  интегрального  уси¬
лителя.  7.  Какие  усилители  называются  операционными?  Начертите  их
условное  обозначение.  8.  Какими  особенностями  обладает  операционный
усилитель  по  сравнению  с  обычным  усилителем?  9.  В  маркировке  опера¬
ционного  усилителя  К140УД8  укажите,  что  означают  буква  К  и  первые
три  цифры.
 18. 	Генераторы  электрических
колебаний
 Генераторы,  как  и  усилители,  бывают  разных  типов,  они  могут
быть  источниками  электрических  колебаний  различной  формы  в
широком  диапазоне  частот.  Основным  узлом  большинства  гене¬
раторов  является  транзисторный  усилитель.  Прежде  чем  перейти
к  рассмотрению  конкретных  электрических  схем  генераторов,
выясним  общие  условия,  необходимые  для  возникновения  и  под¬
держания  электрических  колебаний.  Начнем  с  механической
аналогии.  Для  возникновения,  например,  колебаний  маятника
или  качелей  их  нужно  периодически,  в  определенные  моменты
времени  подталкивать.  Можно  выбрать  величину  подталкиваю¬
щей  силы  так,  что  амплитуда  колебаний  будет  оставаться  не¬
изменной.  В  этом  случае  потери  энергии  при  колебании,  на¬
пример  связанные  с  трением,  сопротивлением  воздуха  и  другими
причинами,  будут  компенсироваться  за  счет  внешнего  периоди¬
ческого  воздействия.  В  электронике  роль  подобной  колебательной
 79

системы  может  играть  колеба¬
тельный  контур.  Для  того  чтобы
возникшие  в  нем  колебания  не
затухали,  нужно  периодически
подзаряжать  конденсатор.  По¬
добная  подзарядка  от  источни¬
ка  питания  осуществляется  ав¬
томатически  с  помощью  тран¬
зисторного  усилителя  (рис.  86).
Часть  переменного  напряжения
с  контура  через  катушку  обрат¬
ной  связи  подается  на  вход
транзистора,  который,  соответ¬
ственно,  меняет  свое  сопротивление.  В  результате  этого  в  строго
определенные  моменты  времени  происходит  подзарядка  конден¬
сатора  от  источника  питания.  В  этой  схеме  имеются  следующие
узлы  и  цепи,  характерные  для  различных  типов  генераторов:
колебательная  система,  цепь  обратной  связи  и  усилитель.
 Сделаем  небольшое  отступление.  До  настоящего  времени
при  описании  колебаний  мы  использовали  следующие  понятия:
период,  частота  и  амплитуда.  Теперь,  когда  возникла  необходи¬
мость  иметь  характеристики  колебательного  процесса  в  различ¬
ные  его  моменты,  нужно  ввести  новое  понятие  —  фаза  колеба¬
ния.  Для  этого  сравним  графики  двух  напряжений  одинаковой
частоты  и  амплитуды  (рис.  87).  Напряжение  в  одни  и  те  же  мо¬
менты  принимает  нулевое  и  амплитудное  значения,  но  имеет  раз¬
личные  знаки.  Такие  колебания  отличаются  одной  характери¬
стикой  —  фазой,  она  у  них  противоположна.
 Разность  фаз  электрических  колебаний,  или,  как  принято  гово-
 Рис.  86.  Генератор  с  колебательным
контуром
 Рис.  87.  Графики  сдвинутых  по  фазе
напряжений
 Рис.  88.  Графики  совпадающих  по  фазе
напряжений

рить,  их  сдвиг,  определяется  тем,  на  какую  часть  периода  сме¬
щены  их  графики  друг  относительно  друга.  Если  они  смещены  на
половину  периода,  то  колебания  проходят  в  противофазе,  если
смещения  нет  или  оно  равно  целому  числу  периодов,  то  фазы
колебания  совпадают  или  они  синфазны  (приставка  «син»  озна¬
чает  «одновременный»,  «одинаковый»),  как  показано  на  рис.  88.
 Вернемся  к  работе  генератора.  Одним  из  основных  условий
его  работы  является  совпадение  по  фазе  напряжения  обратной
связи  и  выходного  напряжения.  Достигается  это  правильным
включением  катушки  обратной  связи.  На  схеме  генератора  начала
катушек  контура  и  обратной  связи  (предполагается,  что  они
намотаны  на  общем  каркасе  в  одну  сторону)  помечены  точками.
При  правильном  включении  возрастание  коллекторного  тока  и,
соответственно,  повышение  потенциала  коллектора  должны
приводить  к  понижению  потенциала  базы  транзистора.  Это
вызывает  еще  большее  возрастание  коллекторного  тока.  При
уменьшении  тока  коллектора  обратная  связь  проявляется  в  том,
что  он  начинает  еще  больше  уменьшаться.  Если  концы  кату¬
шек  включены  неправильно,  то  осуществляется  отрицательная
обратная  связь.  Колебания,  возникшие  в  контуре  в  момент  вклю¬
чения,  в  этом  случае  сразу  затухнут,  так  же  как  колебания  ка¬
челей,  подталкиваемых  против  движения.
 Возможна  другая  схема  генератора,  состоящего  из  одного
усилителя,  без  колебательной  системы.  Допустим,  на  его  вход
подается  напряжение  UBX>  а  на  выходе  имеется  усиленное  напря¬
жение  ивых.  Теперь  если  часть  выходного  напряжения,  равную
UBXy  подать  на  вход  и  одновременно  отключить  входной  сигнал,
то  на  выходе,  очевидно,  должно  сохраниться  то  же  напряжение
^вых,  т-  е.  усилитель  начинает  работать  в  режиме  генератора.
Важным  условием  возникновения  и  поддержания  колебаний  и  в
этом  случае  является  совпадение  по  фазе  напряжения  обратной
связи  с  выходным  напряжением.
 Вспомним  звуковой  генератор,  полученный  из  микрофонного
усилителя  §  17,  задание  2  самостоятельной  работы).  Когда
телефон  подносится  к  микрофону,  то  происходит  самовозбуждение
электрических  колебаний  в  усилителе.  Объясняется  это  явление
следующим  образом.  Достаточно  незначительных  колебаний
мембраны  телефона,  возникающих,  допустим,  из-за  шума  или
случайных  изменений  тока  в  цепи  базы,  чтобы  в  коллекторной
цепи  возник  усиленный  ток.  Он  вызовет  значительно  большие
колебания  мембраны  телефона,  которые  по  воздуху  передаются
мембране  микрофона.  Если  фазы  колебаний  мембраны  совпадают,
то  произойдет  самопроизвольное  возбуждение  колебаний,  т.  е.
усилитель  превращается  в  генератор.
 81

Условие  совпадения  или  баланса  фаз  выполняется  также  в
двухкаскадном  усилителе  с  положительной  обратной  связью,
который  является  генератором  электрических  колебаний  прямо¬
угольной  формы  (рис.  89).  Генератор  такого  типа  часто  приме¬
няют  на  практике,  в  частности  в  радиолюбительских  конструк¬
циях.  Он  имеет  специальное  название  —  мультивибратор.  Его
схему  обычно  чертят  с  симметричным  расположением  деталей
(рис.  90).  Длительность  импульсов  зависит  от  емкости  конденса¬
торов  и  сопротивления  резисторов  в  цепях  базы  транзисторов.
С  увеличением  емкости  длительность  импульсов  возрастает.
 Мультивибратор  можно  собрать  также  на  основе  операцион¬
ного  усилителя  (рис.  91).  В  этой  схеме  имеется  две  цепи  обратной
связи.  Положительная  обратная  связь  подается  на  один  вход
с  делителя  напряжения  R2,  R3.  Отрицательная  обратная  связь
подается  на  другой  вход,  соединенный  с  конденсатором  С,  через
резистор  RL
 Прежде  чем  выявить  причину  возникновения  в  схеме  прямо¬
угольных  колебаний,  напомним  особенность  работы  операцион¬
ного  усилителя.  Он  имеет  два  входа,  один  называется  инверти¬
рующим,  так  как  сигнал,  поданный  на  этот  вход,  находится  в  про-
тивофазе  с  усиленным  выходным  сигналом.  Другой  вход  назы¬
вается  неинвертирующим,  так  как  входной  и  выходной  сигналы
совпадают  по  фазе.  Когда  напряжения  на  входах  операционного
усилителя  равны,  то  напряжение  на  выходе  равно  нулю.  Пре¬
вышение  напряжения  на  каждом  из  входов  приводит  к  измене¬
нию  знака  выходного  напряжения.  Из-за  большого  коэффициен¬
та  усиления  достаточно  незначительного  различия  входных  на¬
пряжений,  чтобы  напряжение  на  выходе  приняло  одно  из  край¬
них  значений:  +  ^макс  или  —UMaKC.
 М  Т0Н-2А
 82
 Рис.  89.  Двухкаскадный  усилитель  с  по¬
ложительной  обратной  связью  —  муль¬
тивибратор
 Рис.  90.  Схемы  мультивибратора  с
симметричным  расположением  дета¬
лей

Рис.  91.  Мультивибратор  на  основе
операционного  усилителя
 Рис.  92.  Графики  напряжения  на  кон¬
денсаторе  и  на  выходе  операционного
усилителя
 Вернемся  к  мультивибратору,  собранному  из  операционного
усилителя.  Допустим,  что  в  начальный  момент  времени  на  выходе
имеется  напряжение  +f/MaKC.  Это  приведет  к  заряду  конденса¬
тора  С1  через  резистор  R1.  С  течением  времени  напряжение
на  нем  и,  следовательно,  на  инвертирующем  входе  станет  равным
напряжению  на  другом  входе  и  будет  превышать  его.  Это  при¬
ведет  к  резкому  изменению  выходного  напряжения,  оно  становится
равным  —  UMaKC.  Теперь  конденсатор  будет  уже  разряжаться
до  тех  пор,  пока  его  напряжение  не  уменьшится  до  значения
отрицательного  напряжения,  подаваемого  с  делителя  R2,  R3.
В  этот  момент  выходное  напряжение  опять  резко  изменится,
оно  станет  равным  +  (Умакс.  Далее  процессы  в  мультивибраторе
повторяются.  График  изменения  напряжения  на  конденсаторе  и
на  выходе  операционного  усилителя  показан  на  рисунке  92.
 Операционный  усилитель
можно  использовать  также  для
получения  гармонических  коле¬
баний,  если  в  цепь  положи¬
тельной  обратной  связи  вклю¬
чить  RC-цепь,  имеющую  узкую
полосу  пропускания  частот.  С  ее
свойствами  мы  познакомились
в  §  14.  Частота  колебаний  будет
равна  /о,  т.  е.  частоте,  при  ко¬
торой  с  RC-цепи  подается  на¬
ибольшее  напряжение  на  вход
усилителя.  На  этой  же  частоте
выполняется  условие  баланса
фаз  для  генератора.  Для  воз-
 Рис.  93.  Звуковой  генератор  синусои¬
дальных  колебаний  на  основе  опера¬
ционного  усилителя
 83

никновения  колебаний  необходимо  также  подобрать  нужный
коэффициент  усиления.  Делается  это  с  помощью  перемен¬
ного  резистора  /?3,  включенного  в  цепь  отрицательной  обрат¬
ной  связи  (рис.  93).  Индикатором  электрических  колебаний
может  служить  телефон,  подключенный  к  выходу  усилителя.
 1. 	Соберите  генератор  прямоугольных  импульсов  —  мультивибратор
 (см.  рис.  90).  В  схеме  используйте  низкочастотные  транзисторы  малой
мощности,  например  МП39-42.  Резисторы  и  конденсаторы  могут  быть
различных  типов.  Сопротивления  и  электроемкость  могут  меняться  в
широких  пределах: 	Rki=Rk2  =  14-4,7  кОм;  R6{  =  R$2  =22-^33  кОм;
 С2  =  С2  =  0,01  4-0,1  мкФ.
 Начертите  осциллограмму  генерируемых  импульсов  при  двух  раз¬
личных  значениях  емкости  конденсаторов  в  цепи  базы.  Убедитесь  в  том,
что  с  увеличением  емкости  конденсаторов  длительность  прямоугольных
импульсов  возрастает.
 2. 	Подключите  к  выходу  любого  из  двух  транзисторов  (коллектор  —
общая  точка  цепи)  телефон  ТОН-2А.  При  этом  вы  сможете  контроли¬
ровать  работу  мультивибратора  не  только  по  осциллографу,  но  и  с  по¬
мощью  звукового  сигнала  телефона.  Проверьте,  как  меняется  частота
тона  звука  с  изменением  емкости  конденсаторов.
 3. 	Соберите  мультивибратор  (см.  рис.  91)  на  операционном  усили¬
теле  КР140УД1Б  (можно  использовать  также  операционные  усилители
других  типов).  Определите,  как  зависит  длительность  прямоугольных
импульсов  от  величины  сопротивления  и  емкости  в  цепи  отрицательной
обратной  связи.  Проверьте  работу  генератора  с  помощью  телефона,  под¬
ключенного  к  выходу  усилителя.
 4. 	Соберите  генератор  гармонических  колебаний  на  операционном
усилителе  КР140УД1Б  (см.  рис.  93)  или  другого  типа.  Для  возникнове¬
ния  гармонических  колебаний  подберите  сопротивление  резистора  R3.  На¬
чертите  полученную  осциллограмму.
 1.  Какую  роль  выполняет  транзистор  в  генераторе  гармонических  коле¬
баний  LC-контуром?  2.  При  каких  условиях  могут  возникнуть  электри¬
ческие  колебания  в  усилителе?  3.  Начертите  графики  двух  колебаний
одинаковой  частоты,  сдвинутые  друг  относительно  друга  на  половину  и  на
одну  четверть  периода.  4.  Как  можно  изменить  длительность  импульсов
мультвибратора,  являющегося  двухкаскадным  усилителем?  5.  В  каких  пре¬
делах  меняется  напряжение  на  выходе  операционного  усилителя?  6.  Ка¬
кие  входы  операционного  усилителя  используются  для  создания  поло¬
жительной  и  отрицательной  обратной  связи?  7.  К  какому  входу  опера¬
ционного  усилителя  подключается  избирательная  /?С-цепь  генератора
гармонических  колебаний?  8.  Каким  образом  выбирается  коэффициент
усиления  операционного  усилителя,  необходимый  для  возникновения  гар¬
монических  колебаний?  9.  От  чего  зависит  частота  гармонических  коле¬
баний  генератора?
 84

Глава  5.  ЭЛЕКТРОННЫЕ  МОДЕЛИ  И
ПРИБОРЫ  ЮНОГО  КОНСТРУКТОРА
 19. 	Приемы  радиолюбительского
конструирования
 С  некоторыми  простыми  моделями,  например  с  самодельным
телефоном,  мы  уже  познакомились  в  процессе  изучения  основных
электронных  устройств.  Теперь  рассмотрим,  как  используются  при¬
обретенные  знания  и  практический  опыт  при  радиолюбительском
конструировании.  Эта  работа  состоит  из  следующих  этапов.
 Сначала  изготовляется  макет  электронной  модели  или  прибо¬
ра,  т.  е.  на  монтажной  панели  собирается  электрическая  цепь  по
принципиальной  схеме.  Заметим,  что  до  настоящего  времени  мы
пользовались  именно  этим  видом  электрических  схем,  на  которых
радиоэлементы  показаны  в  виде  условных  обозначений  и  распо¬
ложены  так,  чтобы  было  легче  понять  принцип  действия  уст¬
ройства.  На  этапе  макетирования  расположению  радиоэлементов
не  уделяют  особого  внимания,  обычно  оно  соответствует  прин¬
ципиальной  схеме.  Собранная  цепь  проверяется,  и  при  необхо¬
димости  осуществляется  ее  наладка,  например  устанавливаются
нужные  режимы  работы  усилителей  подбором  резисторов  в  цепи
базы.
 Убедившись  в  правильности  работы  схемы,  приступают  к  сле¬
дующему  этапу  —  изготовлению  монтажной  платы,  специально
предназначенной  для  выбранной  схемы.  Размеры  панели  опреде¬
ляются  размером  используемых  элементов,  их  располагают  так,
чтобы  монтаж  занимал  мало  места,  т.  е.  был  компактным.  В  не¬
которых  случаях  радиоэлементы  располагают  с  учетом  их  взаим¬
ного  влияния.  Вспомним,  например,  возникновение  возбуждения
!в  усилителе  телефона.
 ij  Монтажная  схема  составляется  с  учетом  типа  монтажа,  ко¬
торый  определяется  видом  монтажной  панели.  Она  может  со¬
стоять  из  изолирующей  пластины  с  монтажными  лепестками,
штырями  или  втулками,  к  которым  припаиваются  выводы  ра¬
диоэлементов  и  соединительные  провода.  В  настоящее  время
широко  используется  печатный  монтаж.  Он  осуществляется  на
изолирующей  пластине,  покрытой  с  одной  или  двух  сторон  тонким
слоем  ,  меди  или  медной  фольгой.  Соединение  между  деталями
выполняется  полосками  медной  фольги.  Выводы  деталей  встав¬
ляются  в  отверстия  в  плате  и  припаиваются  к  фольге.  В  ненуж¬
ных  местах  фольга  удаляется  путем  травления  в  специальном
растворе  или  снимается  с  помощью  резака  или  ножа.  На  рисун-
 85

Рис.  94.  Печатная  плата,  полученная
травлением  (а)  и  вырезанием  кана¬
вок  (6)
 Рис.  95.  Принципиальная  схема  уси¬
лителя  (а)  и  размещение  радиодеталей
на  печатной  плате  (б)
 ке  94,  а,  б  показаны  платы,  подготовленные  для  печатного  мон¬
тажа  усилителя  телефона  (рис.  95)  путем  травления  и  вырезания
канавок.
 Крепление  выводов  радиодеталей  на  печатной  плате  показано
на  рисунке  95,  б.  Для  того  чтобы  выводы  транзистора  случайно
не  соединились  с  его  корпусом,  на  них  надевают  изолирующие
трубочки,  которые  снимают  с  монтажных  проводов.  Удобно  ис¬
пользовать  трубочки  различного  цвета  так,  чтобы,  например,  база
имела  белый  цвет,  эмиттер  —  красный  и  коллектор  —  синий.  Вы¬
воды  радиоэлементов  имеют  обычно  большой  запас  по  длине,
поэтому  при  компактном  монтаже  их  откусывают.  Начинающим
радиолюбителям  этого  делать  не  следует,  так  как  монтаж  нередко
меняется  и  одни  и  те  же  элементы  используются  в  различных
моделях.
 Выполнять  печатный  монтаж  с  интегральными  микросхемами
значительно  труднее,  что  связано  с  большей  плотностью  располо¬
 86

жения  подводящих  проводников  и,  самое  главное,  с  тем  что
установленную  микросхему  трудно  выпаять.  Для  этого  нужно
одновременно  расплавить  припой  у  всех  выводов.  Проще  их  от¬
кусить,  если  есть  запас  по  длине,  как  у  микросхем  с  цилиндри¬
ческим  корпусом  (см.  рис.  48).
 Следующий  этап  работы  состоит  в  выборе  механической  кон¬
струкции  прибора.  Она  обычно  состоит  из  следующих  частей:
лицевой  панели,  шасси  и  корпуса.
 На  лицевой  панели  располагаются  основные  органы  управ¬
ления,  наносятся  надписи,  поясняющие  их  назначение,  обозна¬
чаются  тип  и  марка  прибора.  Примером  могут  служить  лицевые
панели  школьных  электронных  приборов,  показанные  на  рисун¬
ках  13—16.  Шасси  —  это  пластина  или  коробка,  на  которой
крепятся  отдельные  детали  прибора  лли  монтажные  пане¬
ли.  Обычно  шасси  жестко  соединяется  с  лицевой  панелью.  Кор¬
пус  или  ящик  прибора  часто  имеет  прямоугольную  форму,  он
служит  для  защиты  деталей  прибора  от  механического  повреж¬
дения,  а  также  предохраняет  от  прикосновения  к  токоведущим
частям  цепи.
 В  качестве  примера  рассмотрим  конструкцию  самодельного
телефона.  Наиболее  простая  его  конструкция  получается  при
следующих  условиях.  Используется  малогабаритный  источник
питания,  например  элемент  типа  332,  который  крепится  на  монтаж¬
ной  панели.  На  ней  же  располагается  выключатель.  Соединение
микрофона  и  телефона  неразъемное,  т.  е.  их  провода  припаива¬
ются  к  монтажной  плате.  В  этом  случае  коробка  состоит  из
основания  и  крышки  с  отверстием  для  выключателя  и  прорезями
для  проводов,  идущих  к  микрофону  и  телефону  (рис.  96).  Ко¬
робку  изготовляет  из  любого  листового  материала.  На  корпусе
нужно  сделать  надпись,  показывающую  включенное  положение
выключателя.  Выключатель  может  крепиться  на  коробке,  тогда
он  должен  соединяться  длинными  проводами  с  монтажной  пла¬
той.
 Можно  совсем  обойтись  без  выключателя,  если  конструкция
крепления  элемента  допускает  быструю  его  замену,  как  это  де¬
лается,  например,  в  карманном  фонаре.  В  этом  случае  цепь  обес¬
точивают,  вынимая  источник  питания  из  места  крепления.
 Приведенный  простой  пример  наглядно  показывает,  что  конст¬
рукция  электронных  приборов  и  моделей  может  быть  самой  раз¬
личной,  она  зависит  от  типа  и  способа  крепления  используемых
деталей,  от  материалов  и,  конечно  же,  от  фантазии  радиолюби¬
телей.
 87

20. 	Прибор  для  проверки
транзисторов
 Полупроводниковые  приборы,  в  частности  транзисторы,  нужно
проверять  перед  использованием  в  цепи.  О  том,  как  проверяется
исправность  р—я-переходов  с  помощью  омметра,  мы  расска¬
зывали  в  §  11.  Многие  промышленные  универсальные  электро¬
измерительные  приборы  (тестеры)  позволяют  определять  также
основные  электрические  характеристики  транзисторов,  такие,  как
коэффициент  В  передачи  тока  базы  и  обратный  ток  /кб0  кол¬
лекторного  перехода.  В  школьном  авометре  АВО-63  такие  изме¬
рения  не  осуществляются,  но  их  можно  проводить  с  помощью
самодельной  приставки.  Обычно  в  технической  литературе  ука¬
зывается  коэффициент  р,  измеренный  при  переменных  токах.
При  малых  токах  коллектора  он  примерно  равен  коэффициенту  В,
измеренному  при  постоянном  токе,  им  мы  и  будем  пользоваться
в  практической  работе.
 Для  понимания  принципа  действия  приставки  вспомним,  как
мы  измеряли  коэффициент  В.  Для  этого  проводились  измерения
токов  базы  /б  и  коллектора  /к  транзистора,  включенного  по  схеме
 с  общим  эмиттером,  и  бралось  их  отношение:  В  =  -у-.  Исполь-
 1б
 зование  приставки,  показанной  на  рисунке  97,  позволяет  упрос¬
тить  процесс  измерения  коэффициента  В.  Он  оказывается  чис¬
ленно  равен  току  коллектора,  измеренному  в  миллиамперах,
умноженному  на  100.  Объясняется  это  следующим  образом.  При
 Рис.  96.  Коробка  для  усилителя  теле¬
фона
 Рис.  97.  Схема  приставки  для  измере¬
ния  коэффициента  В
 88

напряжении  батареи  4,5  В  и  сопротивлении  в  цепи  базы  430  кОм
ток  базы  примерно  равен  0,01  А  ()  •  Поэтому  в  ре¬
зультате  деления  значения  тока  коллектора  на  0,01  получим
В=  100/к.  Этот  коэффициент  может  меняться  в  широких  пределах
даже  у  однотипных  транзисторов.  Например,  у  низкочастотных
транзисторов  малой  мощности  МП42Б  по  техническим  условиям
допускается  его  изменение  в  пределах  от  45  до  100  при  темпера¬
туре  4-20°С  и  от  45  до  300  при  температуре  4-60°С.  Поэтому
перед  установкой  транзистора  в  цепь  проверяется  не  только  ис¬
правность  р—л-переходов,  но  и  измеряются  основные  характерис¬
тики.  Ток  коллектора  при  определенном  значении  тока  базы
(0,01  мА)  определяется  коэффициентом  В  транзистора.  В  приве¬
денном  примере  он  может  меняться  в  пределах  от  0,45  мА  до  3  мА,
соответственно  выбираются  пределы  измерения  школьного  аво-
метра:  0—0,5  мА  и  0—5  мА.  Измерения  коэффициента  В  прово¬
дятся  с  точностью  примерно  ±20%,  что  вполне  допустимо  для
практических  целей.
 Принципиальная  схема  приставки  имеет  ограничительный
резистор  R2,  который  нужен  для  уменьшения  тока  коллектора
при  использовании  транзистора  с  пробитыми  (замкнутыми)  пере¬
ходами.  Переключатель  SA1  служит  для  изменения  полярности
источника  питания  при  проверке  транзисторов  разной  структуры.
 В  принципиальную  схему  приставки  можно  ввести  небольшие
изменения  с  тем,  чтобы  можно  было  измерять  обратный  ток  кол¬
лекторного  перехода  /кбо-  Для  этого  нужно  использовать  до¬
полнительно  один  переключатель.  Как  его  включить  в  схему,  вы
можете  догадаться  сами.
 На  корпусе  приставки  устанавливают  зажимы  для  крепления
трех  выводов  транзисторов  и  переключатель  SA1  для  транзисто¬
ров  разной  структуры.  Рядом  с  этими  деталями  наносятся  со¬
ответствующие  буквы:  «э»,  «б»,  «к»  и  «р  —  п  —  р»,  «п  —  р  —  п».
 21. 	Простые  автоматы
 С  автоматическими  устройствами,  реагирующими  на  освещен¬
ность  и  температуру,  мы  уже  познакомились.  Они  могут  исполь¬
зоваться  в  различных  моделях  и  приборах.  Например,  фотореле
применяют  в  электронном  тире,  в  кибернетических  «черепахах»,
осуществляющих  поиск  источника  света,  в  учебном  счетчике-
секундомере,  управляемом  двумя  фотодатчиками,  и  во  многих
других  случаях.
 Прежде  чем  перейти  к  рассмотрению  электронных  самоделок,
 89

попробуем  разобраться  в  некоторых  закономерностях  автомати¬
ческих  устройств,  с  которыми  вы  уже,  наверное,  познакомились
на  уроках  технического  труда.  Примеры  их  может  привести  каж¬
дый—  это  автоматы  для  продажи  газированной  воды  или  же¬
лезнодорожных  билетов,  автоматическая  телефонная  станция
(АТС),  автоматический  предохранитель  (электрическая  пробка),
автоматический  пропускной  пункт  в  метро  и  т.  д.  Все  названные
устройства,  несмотря  на  их  различие  в  назначении  и  принципе
действия,  являются  «самодействующими»,  именно  так  перево¬
дится  с  греческого  слово  «автомат».
 Автоматы  появились  еще  в  глубокой  древности.  Они,  напри¬
мер,  использовались  египетскими  жрецами  для  укрепления  веры  в
божественные  «чудеса».  Сейчас  не  надо  быть  мудрым  жрецом,
чтобы  построить  самому  «хитрый»  и  полезный  автомат,  например
электронное  сторожевое  устройство.  Первые  автоматы,  естест¬
венно,  были  механическими.  Большую  известность  получили
куклы  —  автоматы,  искусно  имитирующие  довольно  сложные  че¬
ловеческие  действия.  Известны,  например,  механические  писец  и
музыкант.  Внутри  этих  автоматов  находится  хитроумный  ча¬
совой  механизм  со  множеством  шестеренок,  рычагов,  пружин  и
других  механических  деталей.  Интересным,  очень  распространен¬
ным  в  недавнем  прошлом  автоматом  являются  часы-ходики  с
«кукушкой».  В  них  каждый  час  открывается  дверца  домика,
из  которого  появляется  «кукушка».  Механическое  устройство
моделирует  звуки  «ку-ку»,  которые,  выражаясь  техническим
языком,  являются  звуковым  индикатором  показаний  часов.
 Механические  автоматические  устройства  и  сейчас  широко
применяют  в  технике.  Например,  в  кастрюле-«скороварке»  кла¬
пан,  выполненный  в  виде  стальной  пробки,  автоматически  от¬
крывается,  если  давление  превысит  заданное  значение.  Как
только  оно  понизится  до  допустимой  величины,  клапан  автома¬
тически  закрывается.  Регулировка  давления  паров  в  кастрюле
осуществляется  очень  просто  —  путем  подбора  массы  клапана.
Широкое  применение  имеют  й  электромеханические  устройства
автоматики,  например  регулятор  температуры  (терморегулятор)
в  утюге.  Чувствительным  органом,  реагирующим  на  температуру,
является  специальная  пластинка,  имеющая  два  слоя  металлов,
по-разному  расширяющихся  при  нагревании  (рис.  98).  С  ростом
температуры  пластинка,  которая  называется  биметаллической
(приставка  «би»  означает  «два»),  начинает  изгибаться  так,  что
металл,  который  расширяется  больше,  оказывается  на  внешней
стороне  дуги  и,  следовательно,  металл  с  меньшим  расширением  —
на  внутренней  ее  стороне.  Нагреватель  утюга  включается  в  сеть
через  контакты,  находящиеся  на  биметаллической  пластинке.
 90

По  мере  нагревания  пластинка
изгибается  и  при  определенной
температуре  цепь  спирали  на¬
гревателя  разрывается.  При
охлаждении  пластинка  выпрям¬
ляется  и  замыкает  цепь  нагре¬
вателя.  Далее  процессы  повто¬
ряются.  Регулировка  темпера¬
туры  заключается  в  предва¬
рительном  изгибе  пластинки,
который  осуществляется  при
повороте  ручки  регулятора.  Если  нужна  небольшая  тем¬
пература,  например  для  глажки  искусственного  шелка,  то  плас¬
тинка  предварительно  изгибается  так,  что  достаточно  неболь¬
шого  дополнительного  изгиба  от  нагревания,  чтобы  цепь  разор¬
валась.
 Терморегуляторы,  подобные  терморегуляторам  в  утюге,  ис¬
пользуются  в  некоторых  типах  электрорадиаторов  и  электропли¬
ток.  В  электропледах,  грелках  и  в  автоматических  пробках  би¬
металлическая  пластинка  используется  для  защиты  устройств
от  перегрева.  В  холодильнике  тоже  используется  электромеха¬
нический  терморегулятор,  только  другого  типа,  отличающийся
большей  чувствительностью.
 Сравним  теперь  два  регулятора:  механический  в  «скороварке»
и  электромеханический  в  утюге.  Что  у  них  общего?  В  каждом
есть  чувствительный  орган,  реагирующий  на  регулируемую  ве¬
личину  (датчик),  задающий  орган,  определяющий  значение  ре¬
гулируемой  величины,  и  объект  управления  —  давление  пара  в
кастрюле  и  температура  рабочей  поверхности  утюга.  На  этих
хорошо  известных  автоматах  мы  подробно  остановились,  по¬
тому,  что  подобные  по  назначению  блоки  имеются  и  в  электрон¬
ных  автоматических  устройствах.
 Прежде  чем  перейти  к  их  рассмотрению,  обратим  ваше  вни¬
мание  на  одну  характерную  особенность  механических,  электро¬
механических  и  электронных  автоматов.  Если  внимательно  рас¬
смотреть  работу  регулятора  давления  «скороварки»,  часы-«ку-
кушку»  или  какую-нибудь  заводную  игрушку,  например  прыгаю¬
щего  «воробья»,  то  можно  понять  их  работу,  руководствуясь,
как  говорят,  здравым  смыслом,  т.  е.  без  специальных  знаний.
Труднее  будет  понять  работу  терморегулятора  утюга,  так  как
нужно  будет  знать  свойства  биметаллической  пластинки  к  пра¬
вила  составления  электрических  цепей,  и  совсем  невозможно
без  физических  знаний  понять  работу  такого  простого  в  изготов¬
лении  устройства,  как,  например,  фотореле.  В  электронике  также
 91
 Рис.  98.  Биметаллическая  пластинка

Рис.  99.  Структурная  схема  автомати¬
ческого  устройства
 Рис.  100.  Структурная  схема  автомати¬
ческого  регулирования
 нужна  смекалка,  но  она  должна  основываться  на  знаниях,  иначе
ровным  счетом  ничего  не  получится.  Именно  поэтому,  прежде,
чем  перейти  к  знакомству  с  самыми  простыми  автоматическими
устройствами,  нам  пришлось  изучить  работу  основных  радио¬
элементов,  типовых  электронных  цепей  и  устройств.  Зато  сейчас
открывается  простор  не  только  для  сознательного  повторения
электронных  самоделок,  но  и  для  самостоятельного  их  конструи¬
рования.  Соединяя  известные  элементы  и  цепи  по  своему  усмот¬
рению,  вы  сможете  создавать  новые  электронные  устройства.
Такой  «свободы  действий»  конструктору,  особенно  начинающему,
не  могут  предоставить  ни  механические,  ни  электромеханиче¬
ские  объекты.
 Итак,  перейдем,  наконец,  к  электронике.  Простейшие  элект¬
ронные  автоматы  —  различные  реле,  реагирующие  на  освещен¬
ность,  температуру,  влажность,  давление  и  другие  физические
величины,—  состоят  из  трех  основных  частей:  датчика,  усилителя
и  исполнительного  устройства  (рис.  99).  В  фотореле  в  качестве
датчика  использовался  фоторезистор,  усилитель  содержал  один
транзистор,  исполнительным  устройством  являлось  электромаг¬
нитное  реле.  Если  использовать  чувствительное  электромагнитное
реле,  то  можно  исключить  усилитель,  в  этом  случае  реле  будет
срабатывать  непосредственно  от  фототока  датчика.  Более  слож¬
ные  электронные  устройства,  предназначенные  для  автомати¬
ческого  регулирования,  содержат  дополнительно  следующие
узлы  и  цепи:  задающий  орган,  элемент  сравнения,  объект  управ¬
ления  и  цепь  обратной  связи.

Структурная  схема  автоматического  регулятора  показана  на
рисунке  100.  Важной  его  частью  является  цепь  обратной  связи,
благодаря  которой  автомат  «узнает»  о  результатах  своей  «дея¬
тельности»,  и,  если  надо,  вносит  коррективы.
 Рассмотрим  в  качестве  примера  электронный  автоматический
регулятор  температуры  воды  в  аквариуме,  структурная  схема
которого  показана  на  рисунке  101.  С  помощью  задающего,  органа,
в  качестве  которого  служит  переменный  резистор,  устанавли¬
вается  определенное  значение  температуры  воды.  Датчиком  тем¬
пературы  является  полупроводниковый  терморезистор,  поме¬
щенный  в  воду.  Он,  как  и  задающее  устройство,  включен  в  мост
сопротивлений,  являющийся  в  данном  случае  элементом  сравне¬
ния.  Электрический,  сигнал  с  элемента  сравнения  подается  на
усилитель,  с  него  на  электромагнитное  реле,  которое  включает
электролампу  —  нагреватель.  По  мере  нагрева  воды  уменьшается
сопротивление  терморезистора;  когда  оно  достигнет  значения,
определенного  задающим  органом,  то  на  элементе  сравнения
появляется  сигнал,  вызывающий  отключение  нагревателя.  После
этого  вода  будет  охлаждаться,  сопротивление  термодатчика
станет  возрастать  до  тех  пор,  пока  не  появится  сигнал,  вызы¬
вающий  включение  нагревателя.  Далее  процессы  повторяются.
 Покажем  теперь,  как  работает  электронное  устройство,  пред¬
назначенное  для  автоматического  отсчета  заданных  интервалов
 Рис.  101.  Структурная  схема  автомата  для  поддержания  температуры  воды  на
заданном  уровне

времени.  Подобная  задача  возникает,  например,  при  фотопе¬
чати,  когда  электрическую  лампу  фотоувеличителя  нужно  вклю¬
чать  на  строго  определенное  время.  Особенно  необходим  такой
автомат,  когда  изготовляется  много  отпечатков  с  одного  и  того
же  негатива.  Реле  времени  (см.  рис.  102)  состоит  из  датчика  и
однокаскадного  транзисторного  усилителя.  В  качестве  датчика
времени  используется  конденсатор,  разряжающийся  через  пере¬
менное  сопротивление.  Заряд  конденсатора  С/  происходит  прак¬
тически  мгновенно  при  соединении  переключателем  SA1  его  об¬
кладок  с  источником  питания.  При  переводе  переключателя  SA1
в  другое  положение  конденсатор  начинает  разряжаться  по  цепи
с  переменным  резистором  R1  и  через  входную  цепь  транзистор¬
ного  усилителя.  Транзистор  при  подаче  на  его  базу  потенциала
«—4,5  В»,  до  которого  заряжается  обкладка  конденсатора,  от¬
крывается,  что  приводит  к  срабатыванию  электромагнитного
реле.  Его  контакты  включают  нагрузку,  начинается  выдержка
времени.  По  мере  разряда  конденсатора,  скорость  которого  за¬
висит  от  сопротивления  резистора  /?/,  уменьшается  прямое  на¬
пряжение  перехода  эмиттер  —  база  и  транзистор  начинает  за¬
крываться.  В  определенный  момент  времени  ток  коллектора
транзистора  станет  равным  току  отпускателя  реле,  его  контакты
разомкнутся  и  цепь  нагрузки  разорвется.  Время  между  момен¬
том  замыкания  и  размыкания  контактов  и  есть  выдержка  вре¬
мени.
 В  приведенной  схеме  используется  чувствительное  электро¬
магнитное  реле,  ток  срабатывания  которого  равен  нескольким
миллиамперам.  Чем  он  меньше,  тем  больше  диапазон  изменения
выдержек,  так  как  при  меньшем  напряжении  на  конденсаторе
ток  коллектора  будет  достаточен  для  удержания  якоря  реле  в
притянутом  состоянии.  Точно  так  же  влияет  на  выдержку  вре¬
мени  увеличение  коэффициента  передачи  тока  базы  транзисто¬
ра  В.
 94
 Рис.  102.  Простая  схема  реле  времени
 Рис.  103.  Простейшая  схема  охранной
сигнализации

В  качестве  чувствительного  реле  лучше  всего  использовать
поляризованное  реле.  Если  имеется  только  нейтральное  реле,  то
нужен  дополнительный  каскад  усиления,  который  уже  исполь¬
зовался  в  схемах  фотореле  и  термореле.  Перед  изготовлением
этой  модели  проверяют,  при  какой  величине  напряжения  и  силе
тока  реле  срабатывает.  Эти  величины  должны  быть  меньше  на¬
пряжения  используемого  источника  питания  и  макситтального
тока  коллектора  транзистора  (150  мА).  Если  реле  времени  ис¬
пользуется  для  включения  лампы  фотоувеличителя,  т.  е.  управ¬
ления  нагрузкой  сравнительно  большой  мощности  (40—75  Вт),
то  необходимо  использовать  дополнительное  электромагнитное
реле  с  мощными  контактами.  Конструкция  такого  устройства
должна  быть  тщательно  разработана  и  изготовлена  с  обяза¬
тельной  проверкой  руководителем.  Нужно  помнить,  что  работа  с
высоким  напряжением  электрической  сети  опасна  и  требует
строгого  выполнения  правил  безопасности  труда.
 Приведем  пример  еще  одного  простого  автомата,  выполняю¬
щего  роль  электронного  сторожа.  Для  этих  целей  можно  исполь¬
зовать  либо  фотореле  с  датчиком,  реагирующим  на  невидимое
человеческим  глазом  излучение,  либо  тонкий  медный  провод,
протянутый  вокруг  охраняемого  объекта,  при  обрыве  которого
должна  сработать  сигнализация.  Можно  придумать  много  раз¬
личных  цепей,  выполняющих  эту  простую  задачу.  Важно  только,
чтобы  цепь  была  надежной,  экономичной,  т.  е.  потребляла  не¬
значительную  электрическую  энергию,  и,  наконец,  была  бы  со¬
вершенно  безопасной.  Последнее  условие  выполняется,  если  ис¬
пользовать  в  качестве  источника  питания  батарею  от  карман¬
ного  фонаря  типа  3336.  Применять  вторичные  источники  электро¬
питания,  работающие  от  электросети,  строго  запрещается.  Даже
при  пониженном  напряжении,  величиной  4  В,  может  произойти
нарушение  изоляции  в  обмотках  трансформатора  и  другие  не¬
исправности  в  цепи,  в  результате  чего  «охранный»  провод  ока¬
жется  под  опасным  напряжением.
 В  качестве  своеобразного  датчика  используется  обмоточный
провод  в  эмалевой  изоляции  диаметром  0,1  —0,2  мм.  Более  тонкий
провод  применять  неудобно,  так  как  он  может  порваться  при
выполнении  «заградительных»  работ.  Более  толстый  провод  легко
заметить  нарушителю.  Сопротивление  1  м  провода  диаметром
0,15  мм  равно  0,99  Ом,  т.  е.  почти  1  Ом.  Если,  допустим,  для
охраны  летнего  палаточного  лагеря  используется  такой  провод
длиной  100  м,  то  сопротивление  датчика  будет  равно  100  Ом.
Схема  простого  и  экономичного  охранного  устройства  показана
на  рисунке  103.  Транзистор  находится  в  запертом  состоянии,
когда  проводник  соединяет  его  эмиттер  и  базу.  При  обрыве  про-
 95

вода  транзистор  открывается
и  реле  срабатывает,  включая
своими  контактами  сигнальное
устройство  —  звонок  или  элек¬
трическую 	лампу. 	Наладка
 устройства  сводится  к  выбору
сопротивления  в  цепи  базы,  при
котором  реле  надежно  срабаты¬
вает.  Например,  при  источнике
питания  4,5  В,  сопротивлении
/?б  =  2,2  кОм  и  коэффициенте
В  =  40  ток 	коллектора  будет
 равен  примерно  80  мА.  Электромагнитное  реле  такой  невысокой
чувствительности  можно  изготовить  самостоятельно,  используя,
например,  детали  электроконструктора.
 Другая  схема  охранного  устройства  без  электромагнитного
реле  показана  на  рисунке  104.  Она  представляет  собой  уже  из¬
вестную  схему  мультивибратора  (см.  рис.  90)  в  котором  нагруз¬
кой  одного  из  транзисторов  является  электромагнитный  телефон.
Тонкий  проводник  соединяет  эмиттер  и  коллектор  транзисто¬
ра  VT1.  При  этом  мультивибратор  не  работает.  Когда  провод
обрывается,  появляются  условия,  необходимые  для  возникнове¬
ния 	электрических 	колебаний, 	и  в  телефоне 	слышен 	звук.  Не¬
обходимая 	высота 	тона 	звука 	выбирается  с  помощью 	конденса¬
 торов  Cl,  С2.  Если  поставить  дополнительный  каскад  усиления,
то  можно  использовать  малогабаритный  громкоговоритель.  Эти
изменения  в  схему  вы  сможете  внести  самостоятельно.
 Оценим,  насколько  экономно  расходует  электроэнергию
«электронный  сторож»,  который  длительное  время  должен  быть
во  включенном  положении.  Для  этого  из  двух  схем  (рис.  103,  104)
рассмотрим  менее  экономичную  первую  схему.  В  основном  режиме
работы,  когда  провод  не  разорван,  ток  в  цепи  определяется  сопро¬
тивлением  резистора  /?/.  По  закону  Ома
 ~2  мА.  Батарея  карманного  фонаря  рассчитана  на  работу  в  те¬
чение  2  ч  при  номинальной  нагрузке  260  мА.  Следовательно,
при  токе  в  130  раз  меньше  номинального  батарея  сможет  рабо¬
тать  260  ч.  Если  охранное  устройство  включать  на  8  ч  в  день,
то  батарея  сможет  исправно  служить  в  течение  месяца,  или  целой
смены  пребывания  в  пионерском  лагере.
 Покажем  теперь,  как  работает  более  сложное  автоматиче¬
ское  устройство,  в  структурную  схему  которого,  кроме  датчика,
усилителя  и  исполнительного  устройства,  входит  также  задающее
устройство  и  цепь  обратной  связи.  Для  этого  рассмотрим  модель
 Рис.  104.  Охранная  сигнализация  с
мультивибратором

автоматического  регулятора  температуры  воды  в  аквариуме.
Его  принципиальная  схема  состоит  из  уже  известных  частей
(рис.  105).  Термодатчиком  является  терморезистор  R2  с  началь¬
ным  сопротивлением,  равным  2,2  кОм,  измеренным  при  темпе¬
ратуре  20°С.  Мост  сопротивлений  образуют  два  делителя  на¬
пряжения,  образованные  резисторами  Rl,  R2  и  R3,  R4,  R5.  В  одном
из  них  находится  термодатчик  R2,  в  другом  задающий  орган  —
переменный  резистор  R4,  служащий  для  балансировки  моста.
Напряжение  с  него  подается  на  операционный  усилитель,  ко¬
торым  является  микросхема  КР140УД1Б.  Для  включения  нагре¬
вателя—  лампы  от  карманного  фонаря  (тип  MH  2,5-0,15)  —ис¬
пользуется  двухкаскадный  усилитель  постоянного  тока,  собран¬
ный  на  низкочастотных  транзисторах  малой  мощности.  В  модели
вследствие  плохой  теплопроводности  воздуха  лампу  размещают
в  непосредственной  близости  от  термодатчика,  в  аквариуме  нужно
только,  чтобы  они  оба  находились  в  воде.
 Работает  терморегулятор  следующим  образом.  Вращая  ручку
резистора  R4,  можно  сбалансировать  мост,  в  этом  случае  на¬
пряжения  на  входах  10  и  11  операционного  усилителя  будут
одинаковыми,  разность  потенциалов  равна  нулю  и,  соответст¬
венно,  напряжение  на  выходе  микросхемы  будет  практически
равно  нулю.  В  этом  случае  лампа  не  горит.  Можно  нарушить
баланс  моста  так,  что  выходной  сигнал  вызовет  включение  лампы,
можно,  наоборот,  подать  на  вход  транзисторного  усилителя  за¬
пирающее  напряжение,  при  этом,  естественно,  лампа  гореть  не
будет.
 Для  демонстрации  работы  терморегулятора  баланс  моста  на¬
рушают  таким  образом,  чтобы  лампа  горела.  Если  теперь  ее  под-
 Рис.  105.  Автоматический  регулятор  температуры
 4  Зак  2359  А.  Н.  Богатырёв
 97

нести  к  термодатчику  на  расстояние  в  несколько  миллиметров,
то  это  вызовет  его  нагревание  и  уменьшение  сопротивления.
В  результате  потенциал  точки  а  относительно  точки  б  возрастет,
т.  е.  появится  положительное  напряжение  на  неинвертирующем
(прямом)  входе  11  операционного  усилителя.  Это  приводит  к  по¬
явлению  на  выходе  микросхемы  положительного  напряжения,
запирающего  транзисторный  усилитель,  и,  соответственно,  умень¬
шению  накала  нити  лампы.  Этот  процесс  будет  проходить  до  тех
пор,  пока  не  установится  темпертура  датчика,  определенная  за¬
дающим  органом.  Нетрудно  догадаться,  что  чем  больше  пред¬
варительный  разбаланс  моста,  тем  больше  должно  измениться
сопротивление  термодатчика  для  его  компенсации,  т.  е.  дольше
должен  работать  нагреватель.  Вспомним  теперь  терморегулятор
утюга,  правила  его  работы  примерно  такие  же.  Отличие  состоит
лишь  в  том,  что  регулировка  температуры  осуществляется  не
за  счет  отключения  нагревателя,  а  путем  изменения  степени  его
нагрева.  Но  и  в  электронной  схеме  нетрудно  ввести  релейный
режим,  так,  чтобы  электронный  автомат  работал  аналогично
своему  электромеханическому  предшественнику.
 Продолжим  эксперименты  с  электронным  терморегулятором.
Отнесем  лампу  на  большее  расстояние  от  термодатчика  —  нить
накала  разогреется  больше.  Увеличим  расстояние  до  нескольких
сантиметров  —  лампа  будет  гореть  в  полный  накал.  Дальнейшее
увеличение  расстояния  никак  не  повлияет  на  яркость  лампы.
Более  того,  если  уменьшить  расстояние  от  лампы  до  термодат¬
чика,  допустим,  с  8  см  до  4—7  см,  то  накал  нити  не  изменится.
Объяснение  простое  —  произошел  разрыв  цепи  обратной  связи  на
участке:  исполнительный  орган  (нагреватель)  —воздух  —  термо¬
датчик.  Регулировочные  функции  электронного  устройства  нару¬
шились,  и  оно  превратилось  в  термореле.  Заметим,  что  чувстви¬
тельность  его  очень  высока,  так  как  используется  микросхема
с  коэффициентом  усиления  по  напряжению  больше  1000.  Доста¬
точно  мгновенного  прикосновения  пальцем  руки  к  термодат¬
чику,  чтобы  схема  отреагировала  выключением  лампочки.
 В  соответствии  с  приведенным  описанием  должна  работать
правильно  собранная  схема  терморегулятора.  А  что  делать,
если  в  ней  имеются  ошибки?  Как  их  найти?  Часто  встречаю¬
щийся  совет  типа  «внимательно  проверьте  схему»  помогает  мало.
Искать  нужно  целенаправленно,  опираясь  на  знание  структурной
и  принципиальной  схем  прибора,  вооружившись  измерительной
аппаратурой.  Рассмотрим  на  конкретном  примере  некоторые
общие  методы  поиска  и  устранения  неисправностей,  которые
могут  быть  использованы  при  наладке  самых  различных  само¬
делок.
 98

Прежде  всего  нужно  перед  началом  работы  убедиться  в  ис¬
правности  используемых  элементов.  С  этой  целью  с  помощью
омметра  проверяют  исправность  р  —  /z-переходов  транзисторов,
электрическую  лампу  и  переменный  резистор.  Вольтметром  про¬
веряют  наличие  напряжения  на  полюсах  источников  электро¬
питания,  оно  должно  соответствовать  номинальному  значению.
В  проверяемой  схеме  используются  три  батареи  от  карманного
фонаря  типа  3336J1  —  две  для  питания  операционного  усилителя
и  одна  для  питания  моста  сопротивлений,  транзисторного  усили¬
теля  и  лампы  нагревателя.  Если  качество  используемых  деталей
не  вызывает  сомнения,  а  при  этом  устройство  не  работает,  то
проверяют  отдельные  его  блоки  в  соответствии  со,  структурной
схемой.  Начнем  сначала,  f.  е.  с  моста  српротивлений.  Отключим
его  от  операционного  усилителя  и  подсоединим  к  точкам  а  и  б
вольтметр  школьного  авометра  с  самым  чувствительным  преде¬
лом  —2  В.  При  балансировке  моста  резистором  R4  стрелка  вольт¬
метра  должна  отклоняться  в  обе  стороны  от  нулевого  предела
на  несколько  делений  (десятые  доли  вольта).
 Могут  также  возникнуть  трудности  при  подборе  резисторов
моста.  Если  используется  термодатчик  с  другим  сопротивлением
и  при  этом  регулировка  моста  не  дает  ожидаемых  результатов,
то  нужно  провести  несложный  расчет  по  формуле: 	=
 =  —показывающей,  что  коэффициенты  деления  напряже¬
те
 ния  в  делителях  Rl,  R2  и  R3,  R4  -j-  R5  в  сбалансированном  мосте
равны.  Резистор  R5  ставится  для  того,  чтобы  ограничить  напря¬
жение,  снимаемое  с  моста  при  его  разбалансе.  Связано  это  с  тем,
что  по  техническим  условиям  на  микросхему  КР140УД1Б  раз¬
ность  напряжений  ца  ее  входах  не  должна  превышать  1,2  В,  так
как  могут  выйти  из  строя  транзисторы  усилителя.
 Только  убедившись  в  правильности  работы  моста  сопротив¬
лений,  следует  приступать  к  проверке  работы  операционного
усилителя.  При  разбалансе  моста  напряжение  на  его  выходе
резко  меняется  в  пределах,  заданных  напряжением  источника
питания,  т.  е.  ±4,5  В.
 Прежде  чем  начать  проверять  транзисторный  усилитель  по¬
стоянного  тока,  выясним,  как  он  должен  работать.  Его  нагрузкой
служит  лампа  накаливания  от  карманного  фонаря,  рассчитанная
на  номинальный  ток  150  мА.  Если  коэффициент  усиления  по  току
одного  транзистора  равен  20—30,  то  у  двухкаскадного  усилителя
он  будет  равен  нескольким  сотням.  Следовательно,  для  выход¬
ного  тока  в  150  мА  входной  ток  усилителя  должен  быть  равен
десятым  долям  миллиампера.  По  техническим  условиям  макси¬
мальный  ток  на  выходе  микросхемы  КР140УД1Б  не  должен  пре¬
 4*
 99

вышать  2,5  мА,  т.  е.  он  более  чем  достаточен  для  полного  от¬
крывания  транзисторов  и  включения  лампы.  Но  что  делать,  если
лампа  все-таки  не  загорается  при  регулировке,  хотя  проверены  и
мост,  и  операционный  усилитель?  В  этом  случае  посоветуем
отсоединить  усилитель  от  микросхемы  и  подключить  к  входу
транзистора  VT1  резистор  сопротивлением  4,7—10  кОм.  Если
при  этом  лампа  загорится,  то  придется  сменить  операционный
усилитель,  если  нет,  то  меняют  транзисторы.  Подобный  способ
покаскадной  проверки  электронного  устройства  с  помощью  из¬
мерительных  приборов  и  с  учетом  характеристик  используемых
радиоэлементов  следует  применять  в  дальнейшей  практической
работе.
 22. 	Электронные  переговорные  и
радиоприемные  устройства
 Простое  переговорное  устройство  мы  уже  изготавливали  на
самостоятельной  работе  (см.  рис.  81  §  17).  Его  схему  можно
усовершенствовать,  вводя  двухстороннюю  связь.  В  этом  случае
возможны  два  варианта.  При  одном  экономится  время  на  раз¬
работку  и  изготовляются  два  усилителя.  Микрофон  и  телефон
имеются  у  каждого  из  двух  собеседников.  Они  могут  вести  раз¬
говор,  как  по  обычному  телефону.  В  этом  случае  для  связи  ис¬
пользуются  три  провода.  Другой  вариант  конструкции  позволяет
более  экономно  использовать  радиодетали  и  провода  линии  свя¬
зи,  переключая  микрофон  и  телефон  во  время  переговоров.  На¬
пример,  в  конце  переданного  товарищу  сообщения  вы  говорите
«Перехожу  на  прием»  и  переводите  переключатель  в  положение
«Прием»  (рис.  106).  Такой  способ  передачи  информации  привле¬
кает  не  столько  своей  экономичностью,  сколько  сходством  с  ра¬
ботой  профессиональных  связистов.  В  предлагаемой  схеме  связи,
как  нетрудно  заметить,  один  из  участников  разговора  находится
в  более  выгодном  положении,  так  как  он  имеет  пульт  управле¬
ния  и  он  определяет,  когда  перейти  на  прием.  Если  этот  недостаток
мешает  в  игре,  то  нужно  установить  независимую  двухсторон¬
нюю  связь,  о  которой  мы  уже  говорили.
 Существенным  усовершенствованием  проводной  связи  будет
введение  устройства  вызова  абонента.  Для  этих  целей  могут
быть  использованы  уже  известные  схемы  звуковых  генераторов
(см.  рид.  90,  93).  Если  при  этом  учесть,  что  вызов  абонента  и
разговор  с  ним  происходит  в  разное  время,  то  одно  и  то  же
электронное  устройство,  например  операционный  усилитель,
может  использоваться  и  как  генератор,  и  как  усилитель.  Работу
этих  устройств  мы  уже  изучали,  их  объединение  в  одной  конст-
 100

Рис.  106.  Схема  телефона,  обеспечивающего  двухстороннюю  связь
 рукции  является  интересной-и  вполне  доступной  для  вас  задачей.
Попробуйте  с  ней  справиться  самостоятельно.
 Перейдем  теперь  от  проводной  связи  к  радиосвязи.  Переда¬
вать  в  эфир  мы  ничего  не  будем,  ограничимся  приемом  радио¬
вещательных  станций.  Прежде  чем  приступить  к  изготовлению
простейшего  приемника,  познакомимся  с  радиосигналами  и  очень
кратко  с  историей  изобретения  радио.
 Радиосвязь  ведется  на  высоких  частотах.  Низкие,  или  звуко¬
вые  частоты  (20  Гц—20  кГц),  как  это  делается  в  телефоне,  при
радиосвязи  использовать  нельзя.  Это  связано  с  двумя  основными
причинами.  Первую  из  них  объяснить  нетрудно.  Рассуждение
начнем  с  неверного  предположения,  как  это  часто  делается  в  ма¬
тематике.  Если  бы  радиостанции  работали  в  одном  и  том  же
диапазоне  звуковых  частот,  то  радиослушатель  оказался  бы  в
положении  учителя,  находящегося  в  классе,  в  котором  все  уче¬
ники  одновременно  говорят,  причем  каждый  о  своем.  При  теле¬
фонной  связи  «разговор  идет  по  проводам»,  т.  е.  каждый  из  го¬
ворящих  имеет  свой  независимый  канал  связи.  Если  это  условие
нарушается,  например  при  неисправностях  в  АТС,  то  прослуши¬
ваются  одновременно  несколько  разговоров.
 Для  разделения  каналов  в  радиосвязи  используют  разные
частоты  электромагнитных  волн.  Каждая  радиостанция  работает
на  своих,,  специально  выделенных  ей  частотах.  Входная  часть
приемника  обладает  избирательными  свойствами,  благодаря  ко¬
торым  он  может  «слышать»  каждую  станцию  в  отдельности.
По  принимаемым  частотам  можно  различать  радиостанции,  но
этого  мало,  нужно  передать  с  их  помощью  полезную  информа¬
цию  —  музыку,  речь,  позывные  сигналы  и  другие  сообщения.
 101

С  этой  целью  высокочастотные  колебания  преобразуются  в  стро¬
гом  соответствии  с  звуковыми  сигналами.  Подобный  процесс  на¬
зывается  модуляцией  высокочастотного  сигнала  низкочастотным.
 Исторически  первым  типом  модуляции,  который  до  настоя¬
щего  времени  широко  применяется  в  радиовещании,  является
амплитудная  модуляция.  График  высокочастотного  сигнала,  у
которого  амплитуда  меняется  со  звуковой  частотой,  показан  на
рисунке  107.  Таким  образом,  высокочастотный  модулированный
сигнал  необходим  прежде  всего  для  того,  чтобы  можно  было
разобраться  в  «многоголосье»  радиостанций  —  решить  инфор¬
мационную  проблему.
 Вторая  причина,  по  которой  радиосвязь  ведут  на  высоких
частотах,  связана  с  особенностями  излучения  и  приема  радио¬
сигналов  различных  частот.  Оказывается,  при  звуковых  частотах
электромагнитных  волн  размеры  передающей  антенны  возрас¬
тают  настолько,  что  ее  практически  невозможно  изготовить.
 Интересно,  что  эти  проблемы  появились  намного  позже  изо¬
бретения  радио.  Это  важное  событие  в  истории  развития  техники
произошло  7  мая  1895  года  в  Петербурге,  когда  русский  физик
А.  С.  Попов  продемонстрировал  перед  учеными  свой  «грозоот¬
метчик».  Само  название  прибора  говорит  о  том,  что  источником
«радиосигналов»  была  гроза,  или,  точнее,  электрические  разряды
молний.  Дело  в  том,  что  искровой  разряд  сопровождается  излу¬
чением  электромагнитных  волн  самой  различной  частоты  и  ампли¬
туды.  На  них  и  реагировал  «грозоотметчик».  Полезной  инфор¬
мацией  было  само  наличие  принимаемого  сигнала.  О  помехах
других  радиостанций  можно  было  не  беспокоиться,  так  как  в  то
время  их  просто  не  было.  Первая  в  мире  радиограмма  была  пере¬
дана  А.  С.  Поповым  в  присутствии  членов  Русского  физико¬
химического  общества  примерно  через  год  после  демонстрации
«грозоотметчика».  Она  состояла  всего  из  двух  слов,  записанных
азбукой  Морзе:  «Генрих  Герц».  Этим  наш  соотечественник  по¬
 Рис.  107.  Модулированный  радиосиг¬
нал
 Рис.  108.  Детекторный  приемник

казал  свое  уважение  к  трудам  немецкого  ученого,  впервые  иссле¬
довавшего  свойства  электромагнитных  волн.
 Историческая  преемственность  радиотехники  проявляется  в
том,  что  каждый  радиоприемник  является  «грозоотметчиком».
В  этом  каждый  из  вас  мог  убедиться  по  возникновению  помех
во  время  грозы.  Для  молнии,  очевидно,  недействительны  согла¬
шения  о  радиоканалах.
 Радиотехника,  возникшая  в  конце  прошлого  века,  в  наше
время  достигла  небывалого  развития.  Ее  путь  лежал  от  скромного
«грозоотметчика»  до  современных  стереокомплексов,  обеспечи¬
вающих  такое  качество  звучания,  что  даже  опытные  слушатели
во  время  специальной  проверки  затруднялись  определить,  когда
у  них  за  спиной  «звучит  электроника»,  а  когда  «живой»  оркестр
с  традиционными  музыкальными  инструментами.
 Полученных  сведений  достаточно  для  объяснения  работы
простейшего  радиоприемника.
 В  нем  модулированный  сигнал  принимает  входная  цепь  ра¬
диоприемника,  затем  он  детектируется,  т.  е.  срезается  одна  по¬
ловина  полупроводниковым  диодом  (детектором).  После  этого
убирают  ненужный  высокочастотный  сигнал,  оставив  только  по¬
лезный  звуковой  сигнал.  Эти  функции  выполняет  фильтр  низких
частот,  о  котором  мы  уже  говорили.  Подобные  преобразования
сигнала  осуществляются  в  простейшем  детекторном  радиоприем¬
нике  (рис.  108).
 Детекторный  приемник  состоит  из  следующих  основных  эле¬
ментов  и  цепей:  антенны,  колебательного  контура,  полупровод¬
никового  диода  (детектора),  фильтра  низких  частот  и  телефона.
 Антенна  предназначена  для  приема  электромагнитных  волн,
она  является  своеобразным  колебательным  контуром.  Под  дейст¬
вием  радиосигналов  различных  станций  в  антенне  возникают
высокочастотные  колебания  тока  и  напряжения.  Для  выделения
сигнала  нужной  радиостанции  служит  колебательный  контур,
являющийся  избирательным  LC-фильтром.  Если  частота  прини¬
маемой  станции  совпадает  с  собственной  частотой  колебательного
контура  (его  называют  часто  просто  контуром),  то  этот  сигнал
выделяется.  При  этом  амплитуда  колебаний  радиосигналов
других  станций  намного  уменьшается.  Настройка*  на  нужную
станцию  происходит  путем  изменения  емкости  конденсатора  кон¬
тура.  Тем  самым  меняется  его  собственная  частота.  Избиратель¬
ные  свойства  контура,  или  его  качество,  характеризуются  такой
величиной,  как  добротность.  В  детекторном  приемнике  мы  будем
использовать  катушки  индуктивности  от  учебного  набора,  обла¬
дающие  невысокой  добротностью,  поэтому  при  настройке  на  одну
станцию  может  прослушиваться  соседняя  по  частоте.
 юз

Рис.  109.  Радиоприемник  с  магнитной  антенной  и  операционным  усилителем
 Важнейшей  особенностью  детекторного  приемника  является
то,  что  он  работает  без  источника  электропитания,  за  счет  энергии
электромагнитных  волн.  Поэтому  для  надежного  приема  очень
важно  иметь  хорошую  антенну.  Лучше  всего  применить  наруж¬
ную  антенну,  но  можно  использовать  провод  длиной  в  несколько
метров,  натянутый  в  классной  комнате.  В  железобетонных  зда¬
ниях  хороший  прием  на  внутреннюю  антенну  получить  трудно.
Катушки  контура  можно  использовать,  от  учебного  радиотех¬
нического  набора  НРТ-2.  Если  его  нет,  то  их  нетрудно  изгото¬
вить  самостоятельно.  На  изолирующий  каркас  (можно  исполь¬
зовать  бумажный)  диаметром  примерно  30  мм  наматываются
проводом  диаметром  0,18—0,2  мм  для  приема  в  диапазоне  сред¬
них  волн  (100  витков)  и  в  диапазоне  длинных  волн  (250  витков).
В  наборе  намотка  средневолновой  катушки  осуществлена  ряда¬
ми,  виток  к  витку,  длинноволновая  катушка  намотана  «внавал»*
т.  е.  витки  могут  располагаться  беспорядочно.  Настройка  на
приемную  станцию  проводится  любым  конденсатором  переменной
емкости.  В  качестве  детектора  может  использоваться  любой  вы¬
сокочастотный  диод.
 Другая  схема  радиоприемника,  показанная  на  рисунке  109,
лишена  основного  недостатка  детекторного  приемника:  в  ней  нет
громоздкой  антенны.  Вместо  нее  используется  магнитная  антенна,
такая  же,  как  в  переносных  радиоприемниках.  Oha  представляет
собой  катушку  индуктивности  со  стержнем  из  феррита  —  ма¬
териала  с  большим  удельным  сопротивлением,  обладающего
высокими  магнитными  свойствами.  Катушка  магнитной  антенны
одновременно  является  катушкой  контура.  Для  сохранения  вы¬
сокой  добротности  входная  цепь  усилителя  подключается  не
непосредственно  к  катушке  контура,  а  к  катушке  связи,  которая
содержит  значительно  меньшее  число  витков.
 Для  изготовления  магнитной  антенны  используют  практически
любой  ферритовый  стержень  длиной  100—160  мм.  Намотку  прово¬
дят  на  тонких  бумажных  каркасах  проводом  диаметром

0,18—0,2  мм.  Катушка  контура  имеет  60—100  витков,  катушка
связи  —  5—10  витков.  В  качестве  усилителя  и  детектора  исполь¬
зуется  операционный  усилитель  К140УД1А,  питание  осуществля¬
ется  от  батареи  типа  3336.
 23. 	Электронная  музыка
 Электромузыкальные  инструменты  давно  получили  признание
у  музыкантов  и  слушателей.  Они  отличаются  необычным,  очень
выразительным  звучанием.  С  их  помощью  легко  получить  раз¬
личные  звуковые  эффекты.  В  основе  работы  различных  типов
электромузыкальных  инструментов  лежит  использование  генера¬
торов  электрических  колебаний.  С  их  работой  мы  уже  знакоми¬
лись.  Покажем  теперь,  как  практически  можно  осуществлять
изменение  частоты  (высоты  тона  звука).
 Простая  схема  электромузыкального  инструмента,  с  по¬
мощью  которого  можно  получить  звуки  в  пределах  одной  окта¬
вы,  показана  на  рисунке  110.  Генератор  собран  по  схеме  мульти¬
вибратора.  При  нажатии  на  кнопки  изменяется  сопротивление  в
цепях  базы  транзисторов,  что  приводит  к  изменению  частоты  их
переключения.  Детали  в  схеме  выбраны  так,  что  не  требуют  на¬
ладки.  При  желании  можно  изменить  емкость  конденсаторов,
это  повлияет  на  высоту  тока  звуковых  колебаний.  С  увеличением
емкости  она  понизится.
 Рис.  110.  Мультивибратор  —  источник  звуковых  колебаний
 105

24. 	Источник  электропитания
 Для  питания  самоделок  мы  использовали  батареи  от  карман¬
ного  фонаря.  Их  основной  недостаток  —  ограниченный  срок  служ¬
бы.  Более  удобно  использовать  вторичные  источники  электропи¬
тания.  Например,  источник  ИЭПП-2,  специально  предназначен¬
ный  для  использования  школьниками  на  уроках  и  занятиях  в
кружках.  Он  питается  от  напряжения  36  В,  которое  должно  быть
приведено  к  рабочим  столам  учащихся.  Этот  новый  прибор  очень
удобен,  но  его  может  и  не  быть  в  школе.  Простой  источник  тока,
пригодный  для  питания  электрических  цепей,  можно  изготовить
самостоятельно  в  виде  приставки  к  выпрямителю  ВУ-4.  Напом¬
ним,  что  питание  его  осуществляется  от  переменного  напряжения
36  В  или  42  В.  На  выходе  имеется  напряжение  4,5—5  В,  пульси¬
рующее  с  частотой  100  Гц.
 В  схеме  приставки,  приведенной  на  рисунке  111,  использу¬
ется  электронный  фильтр,  со¬
стоящий  из  транзистора  и  ста¬
билитрона.  Потенциал  базы
поддерживается  примерно  на
одном  уровне  стабилитроном.
При  этом  даже  значительное
изменение  напряжения  на  кол¬
лекторе  транзистора  мало  влия¬
ет  на  токи  коллектора  и  эмитте¬
ра.  В  результате  по  нагрузке,
включенной  в  цепь  эмиттера,
течет  практически  постоянный
ток.
 Рис.  111.  Электронный  фильтр  к  выпря¬
мителю  ВУ-4

Часть  II
ЭЛЕМЕНТЫ  ЦИФРОВОЙ  ТЕХНИКИ
И  ЭВМ
 Г  лава  6.  ОСНОВНЫЕ  СВЕДЕНИЯ  ОБ
аналоговой  и  цифровой
ТЕХНИКЕ
 25. 	Из  истории  развития  электронной
 вычислительной  техники
 Может  показаться  странным,  но  вычислительные  машины  по¬
явились  раньше  автомобилей,  самолетов  и,  конечно,  телефона,
радио  и  других  электронных  приборов.  Первые  вычислительные
устройства  были  механическими,  к  ним,  например,  относятся  хо¬
рошо  известные  счеты,  очень  удобные  при  сложении  и  вычитании
чисел  (рис.  112).  Для  выполнения  основных  арифметических
операций  долгое  время  применяли  более  сложный  прибор,  назы¬
ваемый  арифмометром  (рис.  113).  Основной  деталью  в  них,  как  в
механических  часах,  были  зубчатые  колеса,  угол  поворота,  кото¬
рых  зависел  от  выбранных  чисел  и  от  выполняемых  операций.
Арифмометры  исправно  служили  до  сравнительно  недавнего  вре¬
мени,  пока  их  полностью  не  вытеснили  электронные  микрокаль¬
куляторы.  Эти  «карманные»  ЭВМ  по  всем  показателям  превзошли
своих  механических  предшественников,  кроме,  пожалуй,  одного:
для  их  работы  нужен  источник  электропитания.  Но  в  последнее
 Рис.  112.  Счеты
 Рис.  113.  Арифмометр
 107

время  и  это  неудобство  было  устранено  с  введением  в  микрокаль¬
кулятор  солнечной  батареи.
 Первая  большая  вычислительная  машина,  предназначенная
для  сложных  математических  расчетов,  появилась  в  1944  г.  Она
состояла  из  огромного  числа  электромагнитных  реле  и  по  своему
принципу  действия,  а  также  размерам  больше  была  похожа  на
телефонную  станцию,  чем  на  вычислительное  устройство.  Уже  че¬
рез  несколько  лет  были  созданы  первые  ЭВМ  на  электронных
лампах.  Непрерывное  совершенствование  элементной  базы  радио¬
электроники  привело  к  исключительно  быстрому  развитию  вы¬
числительной  техники.  На  смену  ламповым  ЭВМ  пришли  полу¬
проводниковые,  которые,  в  свою  очередь,  примерно  лет  через  де¬
сять  устарели.  Следующим  "этапом  были  вычислительные  ма¬
шины,  использующие  интегральные  микросхемы  (ИС).  Смена  эле¬
ментной  базы  привела  к  улучшению  основных  характеристик
вычислительных  машин  —  резко  уменьшились  габаритные  разме¬
ры,  масса,  росло  быстродействие,  повышалась  надежность  и  дру¬
гие  показатели.  Эти  изменения  были  настолько  значительны,  что
появился  термин  «поколение  ЭВМ».  В  настоящее  время  на  службу
в  народное  хозяйство  «заступает»  четвертое  поколение  ЭВМ,  изго¬
товленных  на  базе  больших  и  сверхбольших  интегральных  микро¬
схем,  или  БИС  и  СБИС.  Уровень  интеграции  или  плотность  раз¬
мещения  элементов  в  них  трудно  представить  —  в  одном  кристал¬
ле  полупроводника  размещается  до  миллиона  элементов,  т.  е.
целиком  микроЭВМ.
 На  этапе  создания  ЭВМ  четвертого  поколения  резко  уменьши¬
лась  стоимость  микросхем  за  счет  совершенствования  технологи¬
ческого  процесса  и  высокой  степени  его  автоматизации.  Это
открыло  дорогу  к  массовому  использованию  вычислительной  тех¬
ники  не  только  на  производстве  и  в  научных  исследованиях,  но  и  в
быту,  в  школе,  почти  во  всех  сферах  деятельности  человека.
 Области  промышленного  применения  ЭВМ  настолько  разно¬
образны,  что  назовем  только  наиболее  важные.  Массовым  по¬
требителем  ЭВМ  стала  главная  отрасль  производства  —  маши¬
ностроение.  Это  связано  с  появлением  станков  с  числовым  про¬
граммным  управлением  (ЧПУ)  и  промышленных  роботов.  ЭВМ
также  все  шире  используются  для  управления  различными  тех¬
нологическими  процессами:  От  человека  —оператора  они  выгодно
отличаются  хорошей  электронной  памятью,  «железной»  логикой
работы  и  неутомимостью.  При  необходимости  ЭВМ  быстро  «пере¬
учивается»,  меняется  программа  ее  работ.  «Опыта»  работы  ЭВМ,
конечно,  не  имеют,  человеческий  опыт  и  знания  заложены  в
программу,  написанную  на  понятном  для  машины  языке.  Пе¬
рейдем  теперь  к  рассмотрению  того,  что  и  как  «понимают»  ЭВМ.
 108

26. 	Способы  представления
информации  в  ЭВМ
 Понятие  ЭВМ  стало  привычным  для  нас.  Сравнительно  недав¬
но  им  пользовались  только  специалисты.  За  это  время  машины,
как  уже  говорилось,  изменились  до  неузнаваемости.  Но  при  этом
произошло  еще  одно  малозаметное  изменение:  исчезла  буква  Ц
в  их  прошлом  названии  —  ЭЦВМ.  Однако  электронные  цифро¬
вые  вычислительные  машины  (ЭЦВМ)  не  изменили  свою  «циф¬
ровую  природу».  Произошло  их  широкое  распространение  и  вы¬
теснение  машин  другого  типа  —  аналоговых  ЭВМ,  или  АВМ.
В  аналоговых  и  цифровых  машийах  используются  различные
способы  представления  информации.  Это  различие,  характерное
не  только  для  вычислительных  машин,  носит  настолько  важный
характер,  что  в  радиоэлектронике  различают  аналоговую  и  циф¬
ровую  технику.  С  аналоговыми  устройствами  —  усилителями  зву¬
ковых  сигналов,  радиоприемными  и  автоматическими  устрой¬
ствами  —  мы  уже  познакомились  в  первой  части  книги.  Теперь
познакомимся  с  цифровыми  устройствами,  используемыми,  в
частности,  в  цифровых  вычислительных  машинах.
 Цифровая  техника  нисколько  не  сложнее  аналоговой,  может
быть,  даже  проще  для  понимания  и  практического  использо¬
вания.  Во-первых,  электронные  цепи,  используемые  в  цифровой
технике,  не  нужно  налаживать  подбором  элементов;  во-вторых,
процесс  конструирования  заметно  упрощается  из-за  возможности
собирать  практически  любые  сложные  устройства  с  помощью  гото¬
вых  функциональных  узлов,  выполненных  в  виде  интегральных
микросхем.  Изучение  электроники  мы  начали  с  аналоговой  тех¬
ники  потому,  что  она  более  привычна  и  совсем  простые  устрой¬
ства,  типа  электронного  телефона  или  детекторного  радиоприем¬
ника,  могут  сразу  найти  практическое  применение.
 Особенности  различных  способов  представления  информации
рассмотрим  на  некоторых  конкретных  примерах.  Так,  в  аналого¬
вых  вычислительных  машинах  математические  операции  —  сложе¬
ния,  вычитания,  умножения,  интегрирования  и  другие  —  вы¬
полняются  над  величинами,  представляемыми  различными  на¬
пряжениями,  которые  являются  аналогами  математических  ве¬
личин.  Например,  операцию  сложения  двух  чисел  5  и  2  можно
выполнять  путем  измерения  напряжений  на  резисторе,  к  которому
подводится  напряжение  5  В  и  2  В.
 Схема  простого  электронного  устройства,  способного  модели¬
ровать  выполнение  операции  сложения  двух  чисел  от  0  до  9,  по¬
казана  на  рисунке  114.  Она  состоит  из  источника  питания  9  В
(две  батареи  от  карманного  фонаря,  соединенные  последова-
 109

Рис.  114.  Электрическое  устройство  для  сложения  чисел  от  0  до  9
 тельно),  двух  многоступенчатых  делителей  напряжения,  каждый
из  которых  состоит  из  девяти  последовательно  соединенных  ре¬
зисторов  сопротивлением  в  100  Ом,  общего  нагрузочного  сопро¬
тивления  и  вольтметра.  Напряжение  питания  и  сопротивления
делителей  выбраны  так,  что  с  резисторов  можно  снимать  напря¬
жение  от  0  до  9  В  через  1  В.  Расчет  делителя  проводится  по
закону  Ома  для  участка  цепи.  Общее  сопротивление  делителя
равно  сумме  всех  сопротивлений,  соединенных  последовательно,
т.  е.  900  Ом.
 Сила  тока  в  цепи  равна
 =  10  мА.  В  этом  случае  напряжение  на  каждом  резисторе
U  =  IR=  10  мА•  100  Ом  =  Ю“2  А-100  Ом  =  1  В.
 Напряжения  с  делителей  снимаются  с  помощью  переключате¬
лей  SA1  и  SA2  и  через  резисторы  подаются  на  общее  сопротив¬
ление.  Напряжение  на  нем  будет  равно  примерно  сумме  пода¬
ваемых  напряжений  (слагаемых).  На  примере  этой  простой
электрической  цепи  хорошо  видны  основные  достоинства  и  не¬
достатки  аналоговых  вычислительных  устройств:  простота  и  вмес¬
те  с  тем  невысокая  точность.  Действительно,  в  схеме  имеется  не¬
большое  число  деталей.  Принцип  работы  схемы  очень  простой  —
суммирование  цифр  заменено  суммированием  напряжений.  Невы¬
сокая  точность  выполнения  операции  суммирования  связана  с  ря¬
дом  причин:  ограниченной  точностью  показаний  вольтметра,  по¬
грешностями  при  установке  напряжения,  погрешностями,  связан¬
ными  с  неизбежным  отклонением  величины  сопротивлений  ре¬
зисторов  от  заданного  значения.  Кроме  того,  при  подключении
напряжений,  снимаемых  с  делителей,  к  общему  резистору  про¬
 110

исходит  перераспределение  то¬
ков  в  цепях,  в  результате  ме¬
няется  сила  тока  в  делителях
и,  следовательно,  меняются  зна¬
чения  самих  «слагаемых».  Эти
изменения  можно  уменьшить,
вводя  резисторы  в  цепи,  по  ко¬
торым  напряжение  подается  на
общий  резистор  нагрузки.  Чем
больше  сопротивления  этих  ре¬
зисторов  по  сравнению  с  сопро¬
тивлениями  делителя,  тем  меньше  взаимное  влияние  цепей.
В  рассматриваемом  устройстве  используются  резисторы  сопро¬
тивлением  4,7  кОм.  Оказывается,  точность  суммирования  за¬
висит  и  от  величины  «слагаемых»,  т.  е.  от  значений  напряжений,
снимаемых  с  деталей..
 Покажем  на  примере,  как  проявляются  два  последних  из
перечисленных  источников  погрешности  измерения.  Для  этого
упростим  схему  устройства,  заменив  последовательно  соединенные
резисторы  одним  с  соответствующим  сопротивлением.  Такая  упро¬
щенная  схема  для  сложения  чисел  8  и  2  показана  на  рисунке  115.
Когда  к  делителям  не  подключены  резисторы  /?5,  R6  и  RH,  то  есть
они,  как  принято  говорить,  не  нагружены,  то  в  точках  а  и  б  дели¬
телей  устанавливаются  напряжения  8  и  2  В  с  определенной  точ¬
ностью.
 При  подключении  цепи  суммирования  произойдет  перераспре¬
деление  токов  и  напряжений  делителей.  Так,  параллельно  резисто¬
ру  R2  подключаются  резисторы  R5  и  /?н.  Новое  сопротивление
R2  этого  участка  цепи  равно:
 Приведенный  расчет  показывает,  что  в  результате  подключе¬
ния  суммирующей  цепи  сопротивление  участка  делителя  умень¬
шается  с  0,8  кОм  до  0,737  кОм,  соответственно,  уменьшается
напряжение  первого  слагаемого  с  0,8  В  до  0,737  В.  По  той  же  при¬
чине  изменится  второе  слагаемое  с  0,2  В  до  0,195  В.  В  первом
случае  погрешность  оказалась  равной  0,063  В,  во  втором  случае  —
0,005  В,  что  составляет  соответственно  7,8%  и  2,5%.  Таким  об¬
разом,  величина  погрешности  зависит  от  величины  слагаемых:
она  тем  больше,  чем  меньше  сопротивление  суммирующей  цепи.
 in
 Рис.  115.  Электрическая  цепь  при  сло¬
жении  чисел

Отмеченные  выше  недостатки  простейшего  аналогового  сумми¬
рующего  устройства  присущи  и  сложным  аналоговым  вычисли¬
тельным  устройствам,  точность  вычислений  которых  гораздо  вы¬
ше,  хотя  их  источники  погрешностей  имеют  тот  же  характер.
 В  цифровых  машинах  числа  представляются  в  виде  кодов,  на¬
пример  в  виде  двоичного  кода,  состоящего  из  единиц  и  нулей.
Подобный  код  используется,  например,  в  азбуке  Морзе,  когда
каждой  букве  алфавита  соответствует  определенный  набор  точек  и
тире.  Двоичный  код  удобен  для  технической  реализации.  На¬
пример,  единице  можно  сопоставить  наличие  одного  уровня  (вы¬
сокого)  напряжения,  а  нулю  —  другой  (низкий)  уровень  напря¬
жения.  Тогда  последовательностью  импульсов  напряжения  раз:
ных  уровней  можно  будет  представить  или  закодировать  любое
число.  Подобный  способ  задания  чисел  имеет  преимущества  перед
аналоговым  в  точности.  Очевидно,  что  если,  например,  закодиро¬
вано  число  5,  то  оно  и  будет  воспринято  электронным  усройством
как  именно  это  число,  а  не  как,  допустим,  число  5,1,  которое
имеет  другой  код.  В  цифровых  машинах  операции  над  десятич¬
ными  числами  заменены  операциями  над  двоичными  кодами,
представленными  двумя  уровнями  напряжения,  т.  е.  набором  еди¬
ниц  и  нулей.  Выполнение  операций  проводится  по  определенным
правилам,  так  же  как  мы  выполняем  сложение  десятичных  чисел.
Например,  числа  5  и  2  цифровая  машина  сложит  абсолютно
точно,  без  каких-либо  погрешностей.
 Итак,  цифровые  ЭВМ  более  сложны,  чем  аналоговые,  но  обла¬
дают  значительно  большей  точностью.  Другим  ценным  свойством
их  является  высокое  быстродействие:  они  могут  выполнять  мил¬
лионы  операций  в  секунду.  Цифровые  машины  значительно
больше  распространены,  чем  аналоговые.  Микрокалькулятор,  на¬
пример,  является  цифровым  вычислительным  устройством.
 Важно  также  знать,  что  ЭВМ,  как  цифровые,  так  и  аналого¬
вые,  в  настоящее  время  все  больше  выполняют  функции  управ¬
ления,  например  в  станках  с  ЧПУ,  в  гибком  автоматизированном
производстве  и  во  многих  других  областях  промышленности,
связи  и  транспорта.  В  последнее  время  получили  распростране¬
ние  гибридные  вычислительные  машины,  соединяющие  в  себе
достоинства  ЭВМ  и  АВМ.
 Соберите  цепь  простейшего  аналогового  суммирующего  устройства
(см.  рис.  114).
 В  качестве  источника  используйте  две  плоские  батареи  от  карманного
фонаря,  соединенные  последовательно.  Если  используется  источник  пита¬
ния  с  другим  напряжением,  например  В-6,  В4-12,  то  самостоятельно  изме¬
ните  схему*  выбрав  нужное  число  резисторов  делителей  и  рассчитав  их
величину.  Напряжение  измеряется  школьным  авометром.
 112

1.  Какие  основные  достоинства  и  недостатки  характерны  для  аналоговых
ЭВМ?  2.  Какие  источники  погрешностей  возникают  при  моделировании
сложения  измерением  напряжения  на  общем  резисторе?  3.  Как  можно
уменьшить  погрешность  вычислений  АВМ?  4.  Почему  погрешность  изме¬
рения  зависит  от  сопротивления  суммирующей  цепи  аналоговой  ЭВМ?
 5. 	Какими  достоинствами  и  недостатками  обладают  АВМ  и  ЭВМ?
 6. 	В  каких  областях  народного  хозяйства  применяются  ЭВМ?
 27. 	Двоичная  арифметика  и
структура  ЭВМ
 В  цифровых  вычислительных  машинах,  как  уже  отмечалось,
используется  двоичная  система  сигналов,  в  которой  имеются
только  две  цифры  —  0  и  1,  из  которых  образуются  любые  числа.
Правила  образования  двоичных  чисел  аналогичны  тем,  которые
существуют  в  привычной  для  нас  позиционной  десятичной  системе
счисления.  Название  «позиционная»  связано  с  тем,  что  значение
числа  зависит  от  того,  какое  место,  разряд  или  «позицию»  зани¬
мает  цифра.  Например,  числа  003,  030,  300  резко  отличаются
друг  от  друга,  так  как  цифра  3  находится  в  различных  раз¬
рядах  —  в  разрядах  единиц,  десятков  и  сотен.  В  десятичной
системе  счисления  имеется  десять  цифр  от  0  до  9,  они  исполь¬
зуются  для  записи  чисел  от  0  до  9.  Число  десять  является  основа¬
нием  системы  счисления.  Для  записи  числа  десять  нет  специаль¬
ной  цифры,  поэтому  используется  следующее  правило,  общее  для
любой  позиционной  системы  счисления.  В  разряде  единиц  вместо
последней  (старшей)  цифры  9  пишется  0,  т.  е.  первая  или  младшая
цифра,  а  в  следующем  разряде  пишется  единица,  т.  е.  записы¬
вается  число  10.  Дальнейшее  увеличение  числа  происходит  путем
«заполнения»  разряда  единиц  вплоть  до  числа  19,  затем  в  раз¬
ряде  единиц  опять  записывается  0,  а  разряд  десятков  увели¬
чивается  на  единицу.
 Порядок  образования  десятичных  чисел  помогут  понять  ме¬
ханические  счеты  (см.  рис.  112).  В  них  имеются  горизонтальные
прутья  с  десятью  костяшками.  На  четвертом  снизу  пруте,  если
счеты  расположены  вертикально,  откладываются  единицы,  на
следующем  —  десятки,  затем  сотни  и  т.  д.  «Запись»  чисел  осу¬
ществляется  перемещением  костяшек  с  левого,  нулевого  поло¬
жения  вправо.  Когда  полностью  заполняется  один  ряд,  то  одна
костяшка  перекидывается  в  следующем  ряду.
 Аналогичный  способ  записи  десятичных  чисел  осуществляется
в  механическом  счетчике,  состоящем  из  колес  с  десятью  цифрами.
Каждое  колесо  представляет  один  десятичный  разряд.  Такрй
счетчик  использовался  в  арифмометре,  в  настоящее  время  он
 5  Зак  2359  А  Н  Богатырев 	113

применяется  в  счетчиках  электроэнергии,  в  счетчиках  расхода
ленты  магнитофонов,  в  счетчиках  кассовых  аппаратов  и  во  многих
других  случаях.  Принцип  его  действия  поможет  понять  работу
его  электронного  аналога,  с  которым  вам  еще  предстоит  познако¬
миться  в  §  35.
 Покажем  теперь,  как  образуются  и  записываются  числа  в  дво¬
ичной  системе  счисления,  в  которой  первой  цифрой  является  0,  а
последней  1.  Ряд  двоичных  чисел  и  соответствующих  им  десятич¬
ных  цифр,  показанных  в  скобках,  выглядит  следующим  образом:
 000 	(0),  001  (1),  010  (2),  011  (3),  100  (4),  101  (5),  110  (6),  111  (7),
 1000 	(8)  и  т.  д.
 Для  перевода  чисел  из  десятичной  системы  счисления  в  двоич¬
ную  служит  специальное  электронное  устройство  —  шифратор,
или  кодер.  Обратную  операцию  выполняет  дешифратор,  или  де¬
кодер.  С  этими  устройствами  мы  познакомимся  в  §  32.  Пока  эту
операцию  придется  выполнять  «вручную».
 Легко  получить  числа,  образованные  возведением  в  степень
основания  системы.  Сравним  для  наглядности  двоичную  и  деся¬
тичную  системы:
 Система  10 	Система 	2
 10‘=10 	2‘ 	(2)  =  10
 ю2=  100 	22 	(4)  =  100
 Ю3=  1000 	23 	(8)  =  1000
 1  о4  =  10000 	24 	(16)  =  10000
 Приведенные  в  примерах  числа  состоят  из  единицы  и  после¬
довательности  нулей,  число  которых  равно  показателю  степени.
 В  вычислительной  технике.применяются  также  системы  с  осно¬
ваниями  8  и  16.  Их  удобство  состоит  в  уменьшении  разрядов,
используемых  для  записи  чисел.
 Правила  выполнения  арифметических  операций  с  двоичными
числами  отличаются  большой  простотой.  Сложение  двоичных  чи¬
сел  проводится  в  соответствии  со  следующими  правилами:
 0 	+  0  =  0
0+1  =  1
1+0=1
 1 	+  1=0  и  1  переноса  в  следующий,  старший  разряд.
 Приведем  примеры  сложения.  Допустим,  складываются  двоич¬
ные  числа  011  (3)  и  010  (2),  1001  (9)  и  0101  (5).  В  скобках  пока¬
заны  десятичные  числа.
 Нули,  записанные  в  старших  разрядах,  перед  единицей  не
меняют  значения  числа,  так  же  как  и  в  десятичной  системе,  на¬
пример  25  =  025  =  0025  и  т.д.
 114

I
 Oil
 +
 010
 101
 t
 +
 1-е  слагаемое 	1001
 единица  переноса 	+
 2-е  слагаемое 	0101
 Сумма  с  учетом  переносов  Ш0
 Вычитание  выполняется  по  следующим  правилам:
 0-0  =  0
 10—1  =  1  (единица  занимается  из  соседнего,  старшего  разряда)
 1-0=1
 1-1=0
 Проверим  правильность  выполнения  предыдущих  примеров.
 п 	— 	заем  из  старшего  разряда 	п
 101 	уменьшаемое 	Ш0
 010 	вычитаемое 	01
 011 	Разность 	с 	учетом 	заемов 	1001
 Таблица  умножения  имеет  очень  простой  вид:
 0-0  =  0
0-1  =0
 1 	-0  =  0
 1-1  =  1
 В  примерах  используем  уже  известные  двоичные  числа  011  (3),
010  (2),  1001  (9)  и  0101  (5).
 011(3X2=6) 	1001(9X5=45)
 X 	X
 010 	0101
 000 	1001
 011  0000
 	 1001
 110
 101101=  100000(32)+  1000(8)  +
+  100(4)  +  1  =  45
 Как  видно  из  приведенных  примеров,  умножение  двоичного
числа  на  другое  двоичное  число  сводится  к  последовательному
сложению  кодов  множимого,  сдвинутых  друг  относительно  друга.
Тем  самым  операция  умножения  сводится  к  двум  другим  опера¬
циям—  сложения  и  сдвига.
 5*
 115

Деление  чисел  в  двоичной  системе  похоже  на  выполнение
этой  операции  в  десятичной  системе.  Оно  сводится  к  последо¬
вательному  вычитанию  делителя  из  делимого.  Приведем  пример,
позволяющий  проверить  полученный  результат  умножения
чисел  1001  (9)  и  1010  (5):
 101101  |  1001
 1001  101
1001
 1001
0
 В  результате  рассмотрения  правил  выполнения  четырех  ариф¬
метических  действий  над  двоичными  числами  можно  сделать  вы¬
вод,  что  они  сводятся  к  выполнению  следующих  операций:  сло¬
жения,  вычитания  и  сдвига.  В  свою  очередь,  вычитание  двоичных
чисел  можно  свести  к  сложению  преобразованных  двоичных
кодов.  Делается  это  для  того,  чтобы  по  возможности  упростить
электронные  устройства,  предназначенные  для  выполнения  ариф¬
метических  операций.
 Рассмотрим,  из  каких  основных  блоков  состоит  любая  цифро¬
вая  вычислительная  машина.  Структурная  схема  цифровой  вы¬
числительной  машины  показана  на  рисунке  116.
 Начнем  с  устройства  ввода  двоичных  кодов  в  машину.  Они
служат  для  представления  не  только  чисел,  но  и  команд  програм¬
мы  работы  машины.  Команды,  представляющие  собой  двоичный
код,  могут  быть  самыми  различными:  сложить  два  числа,  срав¬
нить  их  и  определить,  какое  больше,  остановить  вычисление,
если  числа  равны,  или  повторять  какую-либо  операцию  над  чис-
 Рис.  116.  Структурная  схема  ЭВМ
116

лами  до  тех  пор,  пока  результат  вычисления  не  примет  определен¬
ное  значение,  и  т.  д.
 Для  ввода  информации  в  машину  существуют  различные
устройства,  например  клавиши  в  микрокалькуляторах  или  персо¬
нальных  ЭВМ,  используемых,  в  частности,  при  обучении  в  школе.
Программа  в  машину  может  также  вводиться  с  магнитной  ленты,
аналогично  тому,  как  это  делается  в  бытовом  магнитофоне,  или  с
магнитных  устройств  другой  конструкции  (магнитные  диски  и  ба¬
рабаны).  Носителями  информации  могут  быть  специальные  листы
плотной  бумаги  с  просечками,  которые  называются  перфорацией.
Такой  носитель  информации  называют  перфокартой.  Ввод  инфор¬
мации  с  ее  помощью  осуществляется  следующим  образом.  Пер¬
фокарта  проходит  через  устройство  с  гибкими  щетками  или  через
узел,  соединяющий  источник  света  и  фотодатчики.  Соответствен¬
но,  в  местах  просечек  возникает  контакт  металлической  щетки  с
проводящей  пластиной  или  появляется  ток  в  цепи  фотодатчика.
Таким  образом,  код,  заданный  комбинацией  отверстий  в  различ¬
ных  местах  бумажной  карты,  превращается  в  набор  электриче¬
ских  импульсов  двоичного  кода.  По  такому  же  принципу  проис¬
ходит  запись  и  считывание  информации  в  перфоленте.
 Результаты  работы  вычислительных  машин  показываются  на
дисплее,  примером  которого  является  табло  микрокалькулятора
или  экран  электронно-лучевой  трубки,  печатаются,  чертятся  или
рисуются  на  листе  бумаги,  записываются  на  магнитную  ленту  или
магнитный  диск.  Перечисленные  устройства  служат  для  вывода
информации.  Чем  совершеннее  машина,  тем  с  большим  числом
внешних  устройств,  подключаемых  к  ней,  она  может  работать.
 Другой  важной  составной  частью  вычислительной  машины
является  ее  электронная  память.  .Для  выполнения  даже  самых
простых  операций  машина  должна  помнить  код  операции  и  коды
самих  чисел.  Например,  при  сложении  чисел  на  микрокальку¬
ляторе  мы  нажимаем  нужные  клавиши  с  десятичными  числами,
в  машине  происходит  преобразование  их  в  двоичные.  Двоичный
код  числа  запоминается  с  помощью  специального  устройства,  с
которым  мы  познакомимся  в  главе  7.  Запоминается  и  десятичный
код,  который  показывается  на  цифровом  табло.  Точно  так  же  в
микрокалькуляторе  запоминается  результат  вычисления.
 Центральной,  основной  частью  вычислительной  машины  яв¬
ляется  ее  процессор.  Он  состоит  из  арифметико-логического
устройства  и  устройства  управления  работой  машины  по  храня¬
щейся  в  памяти  машины  программе.  Представление  о  том,  как
выполняются  арифметические  операции  над  двоичными  кодами,
вы  получите  при  ознакомлении  с  работой  сумматора  и  устройства,
осуществляющего  сдвиг  двоичных  кодов  (см.  главу  7).
 117

Глава  7.  ЭЛЕМЕНТЫ  И  УЗЛЫ
ЦИФРОВОЙ  техники
 Важной  особенностью  цифровой  техники  является  однотип¬
ность  элементов  и  узлов,  из  которых  собираются  самые  различные
устройства  современной  радиоэлектроники,  аввтоматики  и  вы¬
числительной  техники.  Подобный  принцип  построения  сложных
устройств  из  ограниченного  числа  простых  элементов  широко
используется  в  технике.  В  качестве  примера  можно  назвать  дет¬
ский  металлоконструктор  с  ограниченным  набором  уголков,  поло¬
сок,  крепежных  винтиков  с  гаечками  и  других  деталей,  совре¬
менные  блочные  или  панельные  здания,  сложные  механизмы,
состоящие  из  разнообразных  зубчатых  колес,  рычагов,  болтов  и
других  деталей.  С  составными  частями  радиоэлектронных
устройств  мы  уже  познакомились  в  предыдущих  главах.  В  циф¬
ровой  технике  любую  сложную  схему  переработки  информации,
предназначенную,  например,  для  вычисления  или  автоматиче¬
ского  управления,  можно  составить  всего  из  трех  основных
логических  элементов  И,  ИЛИ  и  НЕ  и  триггера.  Более  того,  сам
триггер  состоит  из  логических  элементов.  Рассмотрим  их  назна¬
чение  и  работу.
 28. 	Логические  схемы
 Название  «логические»  элементы  получили  потому,  что  с  их
помощью  моделируются  правила  так  называемой  формальной  ло¬
гики.  В  ней  устанавливается  истинность  или  ложность  сложного
высказывания  в  зависимости  от  истинности  или  ложности  исход¬
ных  предположений,  которые  называются  посылками.  Например,
в  такой  фразе,  как  «Лампа  горит,  если  есть  источник  тока  и  цепь
замкнута»,  сложным  высказыванием  является  «лампа  горит»,  а
исходными  посылками  служат  высказывания  «есть  источник  то¬
ка»  и  «цепь  замкнута»,  которые  связаны  союзом  «и».  Он  по¬
казывает,  что  для  выполнения  или  истинности  сложного  выска¬
зывания  нужно,  чтобы  выполнялись  или  были  истинны  оба  прос¬
тых  высказывания.  Существенно,  что  анализируемые  в  формаль¬
ной  логике  высказывания  могут  быть  только  истинными  или
ложными.  Кроме  логической  связки  «и»,  может  использоваться
связка  «или»,  например:  «Лампа  не  горит,  если  источник  тока
отсутствует  (неисправен)  или  цепь  разомкнута».  В  данном  случае
союз  «или»  определяет  условие  истинности  сложного  высказы¬
вания  «лампа  не  горит».  Можно  придумать  много  аналогичных
примеров  с  использованием  союзов  «и»,  «или»  и  отрицания  «не»,
которые  выполняют  роль  логических  операций.  Они  имеют  сле¬
 118

дующие  названия:  логическая  операция  И,  или  операция  логи¬
ческого  умножения,  или  конъюнкция;  логическая  операция  ИЛИ,
или  логическое  сложение,  или  дизъюнкция;  логическая  операция
НЕ,  или  отрицание,  или  инверсия.
 Электрические  цепи,  моделирующие  выполнение  логических
операций,  обеспечивают  появление  выходного  сигнала  по  опре¬
деленным  правилам  в  зависимости  от  наличия  входных  сигналов
и  их  комбинаций.  При  этом  истинному  высказыванию  или  истин¬
ной  посылке  соответствует  сигнал,  равный  единице,  а  ложному
высказыванию  соответствует  нулевой  сигнал.  Физическая  приро¬
да  сигнала  может  быть  самой  различной,  например  появление
на  выходе  схемы  напряжения  или  силы  тока  определенной  вели¬
чины,  включение  лампы  или  звонка,  нажатие  кнопки,  срабатыва¬
ние  электромагнитного  реле  и  другие  изменения  в  электрической
цепи.  При  этом  существенно,  чтобы  имелось  два  резко  отличных
состояния  физических  величин,  моделирующих  истинность  или
ложность  логических  высказываний.  Например,  есть  два  уровня
напряжения  +5  В  и  +0,4’  В,  сила  тока  равна  20  мА  и  1  мА,
лампа  горит  или  нет,  кнопка  нажата  или  нет  и  т.  д.  Этим  двум
резко  отличным  состояниям  можно  сопоставить  наличие  или  от¬
сутствие  сигнала,  который  принимает  два  значения  «1»  и  «0».
Например,  можно  условно  принять,  что  появление  на  выходе
электрической  цепи  напряжения  в  пределах  от  2,4  В  до  5  В  соот¬
ветствует  появлению  единичного  сигнала,  если  же  напряжение
не  превышает,  допустим,  0,4  В,  то  сигнал  отсутствует  или  он
равен  нулю.  В  дальнейшем  станет  ясно,  что  приведенные  зна¬
чения  напряжения  выбраны  не  случайно.
 Логические  элементы,  осуществляющие  преобразование  сигна¬
лов,  широко  применяют  в  автоматике  и  вычислительной  технике.
Так,  например,  при  кодах  01,  10  и  11,  соответствующих  простейшим
комбинациям  низкого  и  высокого  напряжений,  должны  включать¬
ся  какие-либо  три  различные  электрические  цепи.  В  цифровых
вычислительных  машинах  все  числа  и  команды  также  представ¬
ляются  в  виде  двоичных  кодов,  с  основными  правилами  преоб¬
разования  которых  мы  познакомимся  при  рассмотрении  эле¬
ментарных  логических  элементов  И,  ИЛИ  и  НЕ.
 Логические  элементы  могут  состоять  из  самых  различных  де¬
талей,  например  из  электромагнитных  реле,  полупроводниковых
диодов,  транзисторов,  электронных  и  неоновых  ламп.  Наибольшее
распространение  получили  полупроводниковые  логические  элемен¬
ты,  изготовленные  по  интегральной  технологии.
 Логический  элемент  ИЛИ  моделирует  операцию  логического
сложения,  или,  как  ее  еще  называют,  операцию  дизъюнкции.  Ал¬
гебраически  эта  операция  записывается  следующим  образом:
 119

А-\-В  =  С  или  А\/В  =  С.  Буквами  А  и  В  обозначены  простые
высказывания,  или  двоичные  переменные,  буквой  С  —  сложное  вы¬
сказывание,  или  переключательная  функция.  Последнее  название
показывает,  что  функция  зависит  от  переключений  переменных
А  и  В.  Если  простые  высказывания  соединены  союзом  «или»,  то
сложное  высказывание  истинно,  если  истинно  хотя  бы  одно  из
простых  высказываний.  Соответственно,  С  должно  равняться  1,
если  А  или  В  равны  1  по  отдельности  или  одновременно.  Зави¬
симость  между  двоичными  переменными  Л  и  В  и  переключатель¬
ной  функцией  С  может  быть  задана  в  виде  таблицы  истинности,
в  ней  написаны  условия  истинности  сложного  высказывания  в
зависимости  от  истинности  простых  высказываний.
 ЛВС
 ООО
 0 	1  1
 1 	о  1
 1  1  1
 Электрическая  цепь,  реализующая  эту  функцию,  должна  иметь
сигнал  на  выходе,  если  имеется  сигнал  хотя  бы  на  одном  из  вхо¬
дов.  Проще  всего  ее  получить,  соединив  параллельно  замы¬
кающие  контакты  кнопок  или  электромагнитных  реле,  через  ко¬
торые  включается  сигнальная  лампа  (рис.  117).  Очевидно,  что
при  нажатии  на  любую  из  кнопок  А  и  В  загорится  лампочка  С.
 Если  параллельно  включить  дополнительные  контакты,  то
можно  получить  элемент  ИЛИ  на  любое  число  входов.
 Приведем  пример  практического  использования  элемента
ИЛИ.  Допустим,  нужно  составить  схему  пожарной  сигнализации.
На  каждом  этаже  здания  ставится  кнопка,  при  нажатии  на  кото¬
рую  подается  сигнал  тревоги  —  звенит  звонок  и  загорается  крас¬
ная  сигнальная  лампа  в  помещении  пожарной  охраны.  Очевидно,
что  кнопки  должны  соединяться  параллельно.  Интересно  заметить,
 что  даже  в  таком  простом  слу¬
чае  можно  внести  в  схему  что-то
свое.  Один  из  школьников  со¬
ставил  такую  схему  не  из  кно¬
пок,  как  предлагалось  в  зада¬
нии,  а  из  выключателей  (тумб¬
леров).  На  вопрос  руководи¬
теля  о  причинах  замены  он
резонно  заметил:  «Когда  по¬
жар,  нужно  включить  тумблер
и  бежать».
 Рис.  117.  Логический  элемент  ИЛИ  из
двух  кнопок
 120

Рис.  118.  Диодный  логический  элемент  ИЛИ  на  два
входа
 Рис.  119.  Условное  обозначение  элемента  ИЛИ
 Рис.  120.  Схема  для  изучения  логического  элемента
ИЛИ
 Диодный  элемент  ИЛИ  на  два  входа  показан  на  рисунке  118.
Очевидно,  что  если  на  любом  из  двух  входов  появится  напря¬
жение,  соответствующее  единичному  сигналу,  то  этот  же  сигнал
будет  на  выходе.
 Условное  графическое  обозначение  элемента  ИЛИ  состоит  из
прямоугольника,  внутри  которого  ставится  цифра  1  (рис.  119).
Число  входов  показывается  линиями,  расположенными  слева  от
прямоугольника,  выход  расположен  справа.  Такой  способ  обозна¬
чения,  не  зависящий  от  типа  используемых  деталей,  удобен  тем,
что  сильно  упрощается  электрическая  схема.  Это  позволяет  лучше
понять  главное  —  правила  и  логику  преобразования  входных
сигналов.
 Логический  элемент  ИЛИ  можно  выполнить  в  виде  учебно¬
наглядного  пособия,  использовав  для  подачи  напряжения  на  вхо¬
ды  кнопки  и  для  индикации  выходного  сигнала  лампы  накали¬
вания  или  светодиоды  (рис.  120).
 При  использовании  одного  элемента  ИЛИ  с  подачей  сигна¬
лов  кнопками  диоды  не  нужны.  Если  же  в  схеме  нескольдо  ло¬
гических  элементов,  то,  как  будет  показано  в  §  32,  без  диодов
не  обойтись.
 Логический  элемент  И  выполняет  операцию  логического  умно¬
жения,  или  конъюнкции.  Алгебраически  эта  операция  записывает¬
ся  следующим  образом:  С=А*В  или  С=А/\ВУ  при  этом  С=1
только  в  том  случае,  если  А  и  В  одновременно  равны  1.  Эти  пра¬
вила  можно  записать  в  виде  следующей  таблицы:
 121

Сравнив  таблицы  истинности  логических  элементов  И  и  ИЛИ,
легко  заметить,  что  из  одной  таблицы  легко  получить  другую,
если  заменить  единицы  нулями  и  нули  единицами.  Подобная
взаимосвязь  имеется  и  в  сложных  высказываниях,  образованных
логическими  союзами  И  и  ИЛИ,  она  была  показана  в  примере  об
условиях  загорания  электрической  лампочки:  «Лампочка  горит,
если  выполняются  оба  условия  одновременно  —  есть  источник  то¬
ка  И  цепь  замкнута»  и  «Лампочка  НЕ  горит,  если  нарушено  хотя
бы  одно  условие,  ИЛИ  одно,  ИЛИ  другое».
 Электрическая  цепь,  соответствующая  логической  операции  И,
должна  иметь  сигнал  на  выходе  только  в  том  случае,  если  имеются
сигналы  одновременно  на  всех  входах.  Проще  всего  эта  логиче¬
ская  операция  моделируется  при  последовательном  соединении
кнопок  с  размыкающимися  контактами  (рис.  121).  Очевидно,  что
лампа  С  загорится  только  в  том  случае,  если  одновременно  на¬
жаты  кнопки  А  и  В.
 Примером  практического  использования  элемента  И  может
служить  электрическая  цепь,  моделирующая  подачу  сигнала  при
отправлении  поезда.  Проводник  каждого  вагона  при  готовности
к  отправлению  включает  «свой»  тумблер.  Очевидно,  что  зеленая
лцмпочка,  сигнализирующая  готовность  к  отправлению,  зажжет¬
ся  у  машиниста  только  в  том  случае,  если  включены  все  тумбле¬
ры,  соединенные  последовательно.  Спрашивается,  если  все  так
просто,  то  зачем  проводникам  с  флажками  выходить  на  площад¬
ку  в  любую  погоду  и  в  любое  время  дня  и  ночи?  Ответ,  как  вы,  на¬
верное,  уже  догадались,  простой  —  нужна  высокая  надежность
для  обеспечения  безопасности  движения.
 Диодный  логический  эле¬
мент  И  на  два  входа  и  его  услов¬
ное  графическое  обозначение
показаны  на  рисунке  122,  а,  б.
Учебно-наглядное  пособие  для
изучения  работы  этого  логиче¬
ского  элемента  показано  на  ри¬
сунке  123.  Появление  выходно¬
го  сигнала  определяется  по  за-
Рис.  121.  Элемент  И  из  двух  кнопок  ГОранИЮ  СВетОДИОДа.  Он  Светит-
 122

Рис.  122.  Диодный  логический  элемент  И  (а)  и  его
условное  обозначение  (б)
 Рис.  123.  Схема  для  изучения  логического  элемен¬
та  И
 ся  только  в  том  случае,  если  одновременно  нажаты  обе
кнопки  Л  и  В,  т.  е.  на  оба  входа  подаются  единичные  сигналы.
Если  же  хотя  бы  одна  кнопка  не  нажата,  то  на  соответствующий
вход  будет  подано  нулевое  напряжение  и  светодиод  не  загорится,
так  как  параллельно  ему  подключается  диод,  находящийся  в
открытом  состоянии.
 Логический  элемент  НЕ  выполняет  операцию  отрицания,  или
инверсии,  алгебраически  она  записывается  следующим  образом:
С=АУ  при  этом  на  выходе  будет  сигнал  1,  если  на  входе  имеется
сигнал  0  и,  наоборот,  выходной  сигнал  равен  0  при  входном  сигна¬
ле  1.  Работа  элемента  НЕ  записывается  в  виде  Следующей  таб¬
лицы:
 Электрическая  цепь,  моделирующая  логическую  операцию  НЕ,
и  условное  обозначение  соответствующего  логического  элемента
показаны  на  рисунках  124,  125.  Если  кнопка  не  нажата,  что  соот¬
ветствует  нулевому  входному  сигналу,  то  лампа  С  горит,  и  наобо¬
рот,  при  нажатии  кнопки  цепь  питания  сигнальной  лампы  разры¬
вается.  В  электрических  цепях  эта  операция  реализуется  только  с
помощью  активных  элементов,  усиливающих  сигнал,  например
транзисторов.  Из  одних  полупроводниковых  диодов  ее  составить
нельзя.  Обычный  однокаскадный  транзисторный  усилитель  можно
использовать  для  моделирования  логической  операции  НЕ,  так
 123

Рис.  124.  Транзисторный  элемент  НЕ
 Рис.  125.  Условное  обозна¬
чение  элемента  НЕ
 как  возрастание  напряжения  на  его  входе  вызывает  уменьшение
выходного  напряжения,  снимаемого  с  коллектора,  и  наоборот.
 Работу  трех  основных  логических  элементов  И,  ИЛИ  и  НЕ  луч¬
ше  всего  понять,  изготовив  учебно-наглядные  пособия  для  уроков
информатики  и  вычислительной  техники.
 1. 	Начертите  контактные  и  диодные  логические  элементы  И  и  ИЛИ
на  три  и  четыре  входа.
 2. 	Соберите  диодный  логический  элемент  ИЛИ  на  два  входа  (см.
рис.  120).
 При  выборе  деталей  используйте  следующие  рекомендации.  В  качестве
источника  тока  можно  выбрать  батарею  от  карманного  фонаря  или  вы¬
прямитель  ВУ-4,  а  для  индикации  выходного  сигнала  —  лампочку  от  кар¬
манного  фонаря  или  светодиод.  Диоды  выбирают  с  учетом  номинальных
токов  и  напряжений  индикаторов.  В  цепи  с  лампой  накаливания  типа
МН  3,5—0,26,  рассчитанной  на  силу  тока  260  мА,  подойдут  диоды  широ¬
кого  применения  типа  Д7  или  Д226,  максимально  допустимая  сила  тока
которых  равна  300  мА.  Светодиод,  работающий  при  гораздо  меньших
токах  —  5—20  мА,  можно  включать  практически  через  любые  диоды,  на¬
пример  через  диоды  типа  Д9.  В  схеме  используется  источник  низкого
постоянного  напряжения,  поэтому  диоды  выбирают  только  по  величине
рабочего  тока.  Напомним,  что  для  ограничения  тока  через  светодиод  после¬
довательно  с  ним  включают  резистор  с  сопротивлением  300—500  Ом.  Для
подачи  входных  сигналов  используются  кнопки  с  переключающими  кон¬
тактами  или  самодельный  переключатель,  состоящий  из  гнезд  и  вилок
(рис.  126,  127).
 Эти  элементы  электрической  цепи  используются  и  при  сборке  моделей
других  логических  схем.
 3. 	Соберите  диодный  логический  элемент  И  на  два  входа  (см.
рис.  123).
 4. 	Соберите  транзисторный  логический  элемент  НЕ  и  проверьте  пра¬
вила  его  работы  (см.  рис.  124).  В  схеме  используются  светодиоды  и
любой  транзистор  малой  мощности  типа  п—р—п.
 5. 	Начертите  схему  из  двух  последовательно  соединенных  логиче¬
ских  элементов  И  и  НЕ  и  составьте  ее  таблицу  истинности.
 124

Рис.  126.  Кнопочный  переключатель  Рис.  127.  Переключатель  самодельный
 из  гнезд  и  вилки
 6. 	Начертите  схему  из  двух  последовательно  соединенных  логических
элементов  ИЛИ  и  НЕ  и  составьте  ее  таблицу  истинности.
 1. 	Приведите  примеры  использования  логических  союзов  И,  ИЛИ  и  НЕ
для  образования  сложного  высказывания.  2.  Покажите,  как  меняется
сложное  высказывание,  если  союз  И  заменить  на  союз  ИЛИ  и  наоборот.
 3. 	Какими  способами  можно  описать  правила  выполнения  логических  опе¬
раций?  4.  Составьте  таблицы  истинности  логических  операций  И,  ИЛИ  и
НЕ  с  тремя  переменными.  5.  От  чего  зависит  число  входов  логических
схем?  6.  Как  работают  диодные  логические  элементы  И  и  ИЛИ?  Объяс¬
ните  назначение  диодов  в  схемах.  7.  Как  работает  транзисторный  логи¬
ческий  элемент  НЕ?  Начертите  его  схему.  8.  Какие  правила  работы  у
схемы,  состоящей  из  двух  последовательно  соединенных  логических
элементов  НЕ?
 29. 	Триггеры
 Триггеры,  наряду  с  логическими  элементами,  являются  основ¬
ными  элементами  цифровой  техники,  их  широко  используют  в  ка¬
честве  запоминающих  ячеек  автоматических  и  вычислительных
устройств.
 Название  триггер  происходит  от  английского  слова  trigger,
означающего  «защелка»  или  «спусковой  крючок».  Иногда  триггер
называют  спусковой  схемой  или  бистабильной  ячейкой,  так  как  он
имеет  два  устойчивых  состояния,  в  каждом  из  которых  может  на¬
ходиться  до  тех  пор,  пока  под  действием  внешнего  сигнала  не
будет  переведен  в  другое  устойчивое  состояние.  Механическим
аналогом  триггера  является  обычный  выключатель  или  тумблер,
котррый  может  находиться  только  в  двух  положениях  —  включен¬
ном  и  выключенном.  Попробуйте  медленно  перемещать  его  ручку.
Начиная  с  некоторого  момента  она  резко,  с  характерным  щелч-
 125

Рис.  129.  Условное  обо¬
значение  RS-триггера
 ком  перебросится  в  другое  положение.  Быстрое  переключение
контактов  уменьшает  их  искрение.
 Простейший  триггер  состоит  из  двух  элементов  НЕ,  входы  и
выходы  которых  соединены  кольцом:  выход  первого  со  входом
второго  и  выход  второго  со  входом  первого  (рис.  128).  При  этом
получается  электронная  система  с  двумя  устойчивыми  состоя¬
ниями.
 Перебрасывание  триггера  из  одного  устойчивого  состояния  в
другое  осуществляется  под  действием  управляющих  сигналов,  по¬
даваемых  на  базы  транзисторов.
 Триггер  является  элементарной  ячейкой,  «запоминающей»  по¬
ступление  на  ее  вход  единичного  сигнала.  С  его  помощью  можно
моделировать  один  разряд  двоичного  числа.  Очевидно,  что  для  за¬
писи  п  разрядного  двоичного  числа  нужно  п  триггеров.  Напри¬
мер,  с  помощью  четырех  триггеров  можно  записать  числа  от  0  до
15.  Для  этих  же  целей  могут  быть  также  использованы  четыре
тумблера  или  электромагнитных  реле.
 В  цифровой  технике  используются  триггеры,  принципиальные
схемы  которых  существенно  отличаются  от  принципиальных  схем
простейшего  триггера.  В  них  вводятся  дополнительные  цепи  и
детали  для  повышения  надежности  работы,  быстродействия  и
других  характеристик.  Кроме  того,  используются  различные  ло¬
гические  схемы,  обеспечивающие  нужные  правила  запуска
триггера.
 В  настоящее  время  в  цифровой  технике  используются  только
триггеры  в  интегральном  исполнении.
 Рассмотрим  работу  двух  типов  триггеров:  /?5-триггера  и
Г-триггера,  имеющих  широкое  применение.
 RS-триггер  имеет  два  информационных  входа,  на  которые
поступают  входные  сигналы.  Один  вход  обозначается  буквой  S  от
английского  слова  set,  означающего  «установка»,  а  другой  —  бук-
 126

вой  R  от  английского  слова
reset  —  «предустановка»  или
«сброс».  Выходы  триггера  обо¬
значаются  буквами  Q  и  Q.  Схе¬
ма  простейшего  /?5-триггера
показана  на  рисунке  128.  Если
на  вход  S  поступает  сигнал  1,
то  на  выходе  Q,  он  называется
прямым,  появляется  сигнал  1.
 Такое  состояние  триггера  ус¬
ловно  считается  единичным.
 Для  перевода  триггера  в  нуле¬
вое  состояние  нужно  подать  единичный  сигнал  на  вход  Я,  тогда
на  прямом  выходе  Q  будет  нулевой  сигнал,  а  на  выходе  Q,  кото¬
рый  называется  инверсным,  появится  единичный  сигнал.
/?5-триггеры  используются  для  запоминания  двоичных  сигналов,
их  условное  обозначение  показано  на  рисунке  129.
 Г-триггер  получил  название  от  английского  слова  tumble  —
«опрокидываться»,  или  «кувыркаться»,  от  этого  же  слова  происхо¬
дит  название  «тумблер».  Г-триггер  называют  также  счетным
триггером,  так  как  он  используется  для  счета  импульсов.  Триггер
имеет  один  счетный  вход,  обозначаемый  буквой  Г,  и  два  выхода  —
прямой  Q  и  инверсный  Q.  Под  действием  сигналов,  поступающих
на  счетный  вход,  триггер  меняет  свое  состояние  с  нулевого  на  еди¬
ничное  и  наоборот.  Число  перебрасываний  точно  соответствует
числу  поступивших  сигналов.  Г-триггер  образуется  из  /?5-триггера
с  помощью  специальной  схемы  управления  (рис.  130).  Если  после¬
довательно  соединить  несколько  Г-триггеров,  то  получится  элект¬
ронный  счетчик.  Его  работу  мы  рассмотрим  в  §  35.
 1. 	Соберите  схему  /^S-триггера  (см.  рис.  128),  используя  те  же  детали,
что  и  в  схеме  НЕ.
 Проверьте  работу  ^S-триггера.  Один  из  транзисторов  должен  быть
открыт,  и  светодиод,  включенный  в  его  коллектор,  при  этом  должен  све¬
титься,  другой  же  транзистор  должен  быть  закрыт,  и  светодиод  не  све¬
тится.  Для  перебрасывания  триггера  в  другое  устойчивое  состояние  нужно
запереть  открытый  транзистор  или  открыть  запертый  транзистор.  Проще
осуществить  первый  вариант,  для  этого  базу  открытого  транзистора  сое¬
диняют  проводником,  можно,  например,  использовать  пинцет,  с  эмиттером.
При  этом  должен  открыться  другой  транзистор  и  загореться  его  светодиод.
Выполнять  операцию  по  перебрасыванию  триггера  нужно  внимательно,
так  как  если  перепутать  эмиттер  с  коллектором,  то  легко  сжечь  транзистор.
 2. 	Проверьте,  как  изменится  напряжение  на  коллекторах  транзисто¬
ров  при  изменении  состояния  триггера.  Для  этого  подсоедините  вольтметры
школьного  авометра  к  выходам  триггера.  Запишите  полученные  по¬
казания.
 Рис.  130.  Структурная  схема  счетного
триггера,  Т-триггера

1. 	Из  каких  элементов  состоит  простейший  триггер  и  как  он  работает?
 2. 	Каково  назначение  триггеров  в  цифровых  устройствах?  3.  Какие  типы
триггеров  вам  известны  и  как  обозначаются  их  входы  и  выходы?  4.  Как
изменяются  напряжения  на  выходах  триггера  при  переходе  его  из  одного
устойчивого  состояния  в  другое?
 30. 	Цифровые  интегральные
микросхемы
 Интегральные  микросхемы  являются  элементной  базой  совре¬
менной  радиоэлектроники,  автоматики  и  электронно-вычислитель¬
ной  техники.  Они,  как  уже  говорилось,  могут  быть  двух  типов  —
аналоговыми  и  цифровыми.  С  первыми,  типичными  представи¬
телями  которых  являются  операционные  усилители,  мы  уже  знако¬
мились  в  первой  части  книги  (см.  §  17).  Цифровые  микросхемы
используются  в  современных  ЭВМ,  выполняющих  миллионы  опе¬
раций  в  секунду,  в  разнообразной  бытовой  радиоэлектронной
аппаратуре,  в  системах  космической  связи  и  во  многих  других
микроэлектронных  устройствах.  Интегральные  микросхемы  нельзя
представлять  как  обычные  схемы,  уменьшенные  в  тысячи  раз,
они  имеют  принципиальное  отличие  в  способах  изготовления
и  монтажа  радиоэлементов,  осуществляемых  по  интегральной
технологии,  которая  может  быть  различной.
 В  зависимости  от  технологии  изготовления  интегральные  ми¬
кросхемы  могут  быть  полупроводниковыми,  пленочными  и  гиб¬
ридными.
 В  полупроводниковой  микросхеме  все  элементы  и  межэлемент-
ные  соединения  выполнены  на  одном  кристалле  полупроводника.
На  пластинке  площадью  в  1  мм2  по  единой  технологии  изготов¬
ляются  транзисторы,  диоды  и  резисторы.
 В  пленочных  интегральных  микросхемах  элементы  выполнены
в  виде  различных  пленок,  нанесенных  на  изолирующую  пластин¬
ку.  Подобным  образом  получают  резисторы,  конденсаторы  и  ка¬
тушки  индуктивности,  т.  е.  пассивные  элементы,  не  усиливающие
сигналов.  Пленочные  интегральные  микросхемы  применяют  зна¬
чительно  реже,  чем  полупроводниковые.
 Гибридные  интегральные  микросхемы  состоят  из  пленочных  ре¬
зисторов  и  конденсаторов,  а  также  соединительных  проводников  и
контактных  площадок,  к  которым  припаивают  миниатюрные
радиодетали,  например  бескорпусные  диоды  и  транзисторы.  Вся
схема  помещается  в  пластмассовый  корпус.  Габаритные  размеры
этих  микросхем  больше  полупроводниковых  и  пленочных.
 Цифровые  интегральные  микросхемы  предназначены  для  пре¬
образования  дискретных  или  импульсных  сигналов.  Основу  их
 128

составляют  транзисторные  ключи,  которые,  подобно  механиче¬
ским  контактам,  могут  находиться  в  двух  крайних  состояниях  —
открытом  и  закрытом.
 Напомним,  что  интегральные  микросхемы  имеют  особые
обозначения,  состоящие  из  набора  букв  и  цифр,  по  которым  мож¬
но,  пользуясь  справочником,  узнать  их  назначение  и  все  электри¬
ческие  характеристики.  В  качестве  примера  приведем  следующие
условные  обозначения:  К155ЛАЗ,  К155ЛА7,  KJ55TB1,  К155ТМ2
и  др.  Все  перечисленные  микросхемы  относятся  к  серии  155  ши¬
рокого  применения,  буква  Л  показывает,  что  микросхема  пред¬
назначена  для  выполнения  логических  операций,  а  фуква  Т  по¬
казывает,  что  микросхема  является  триггером.  Вторые  буквы  ис¬
пользуют  для  обозначения  вида  выполняемой  функции,  например
семейство  триггеров  различного  назначения  обозначают  индек¬
сами:  ТВ,  TP,  ТТ,  ТД  и  др.
 Интегральные  микросхемы  настолько  сложны,  что  в  условных
обозначениях  невозможно  отобразить  их  внутреннее  устройство,
структуру  или  внешний  вид,  как  это  делается,  например,  при
обозначении  резистора,  конденсатора,  трансформатора  или  тран¬
зистора.  Условные  обозначения  логических  элементов  были  по¬
казаны  на  рисунках  119,  122,  б  и  125.
 В  «чистом  виде»  логические  элементы  не  изготавливаются.'
Практическое  применение  получили  различные  их  сочетания,  на¬
пример:  И-НЕ,  ИЛИ-HE,  И-ИЛИ-НЕ  и  др.  Их  условные  обозна¬
чения  состоят  из  условных  обозначений  составляющих  элементов.
Условные  обозначения  элементов  2И-НЕ  и  2ИЛИ-НЕ,  логику  ра¬
боты  которых  уже  предлагалось  определить  в  самостоятельной
работе  (§  28,  задания  5,  6),  показаны  на  рисунках  131,  132.
 Корпуса  интегральных  микросхем  могут  иметь  различную  кон¬
струкцию.  Внешний  вид  наиболее  распространенных  цифровых
микросхем  серии  К155  такой  же,  как  и  у  многих  аналоговых  микро¬
схем,  например,  у  операционного  усилителя  КР140УД1Б  (был
показан  на  рисунке  48).  Они  имеют  прямоугольный  пластмассо¬
вый  или  керамический  корпус  с  выводами,  изогнутыми  под  пря¬
мым  углом.  Обычно  число  выводов  14,  по  семь  с  каждой  стороны.
Номера  выводов  отсчитываются  от  метки,  расположенной  на
корпусе,  против  часовой  стрелки.
 В  практических  работах  мы  будем  использовать  цифровые  ин¬
тегральные  микросхемы  серии  К155,  которые  являются  основной
элементной  базой  широко  распространенных  универсальных  вы¬
числительных  машин  серии  ЕС  и  СМ.  Эти  схемы  состоят  из
биополярных  транзисторов,  за  нулевой  уровень  сигнала  приме¬
няют  напряжение,  меньшее  или  равное  0,4  В,  и  за  единичный
сигнал  —  напряжение  от  2,4  В  до  5  В.  Напряжение  питания  в  них
 129

Рис.  131.  Условное  обозначение  элемента  И-НЕ
 Рис.  132.  Условное  обозначение  элемента  ИЛИ-НЕ
Рис.  133.  Микросхема  K155J1A3:
 а  —  номера  выводов;  б  —  условное  обозначение
 равно  5  В  с  допустимым  отклонением  ±5%.  Выводы,  пред¬
назначенные  для  подачи  напряжения  питания,  определяют  по
справочникам,  на  условных  обозначениях  они  не  показываются.
Во  многих  логических  схемах,  например  K155JIA3,  К155ЛА8,
К155ЛР1  и  других,  вывод  7  подключается  к  общему  проводу
источника,  а  на  вывод  14  подается  напряжение  +5  В.  Боль¬
шинство  логических  схем  серии  К155  надежно  работает  от  «све¬
жей»  батарейки  карманного  фонаря,  напряжение  на  зажимах
которой  равно  4,5  В,  т.  е.  на  10%  ниже  номинального.  Для
определения  состояния  микросхем  используют  светодиоды,  спе¬
циальные  миниатюрные  лампы  накаливания  и  жидкие  кристаллы,
т.  е.  индикаторы,  работающие  при  низких  напряжениях  (еди¬
ницы  вольт)  и  малых  токах  (5—20  мА).
 Базовый  элемент  интегральных  микросхем  является  основой
для  построения  различных  логических  схем  и  триггеров,  в  ка¬
честве  него  используется  логический  элемент  И-НЕ  или  ИЛИ-НЕ.
Например,  микросхемы  К155ЛАЗ  и  К155ЛА8  содержат  четыре  эле¬
мента  И-НЕ  на  два  входа  каждый  (рис.  133).  Если,  например,
на  входы  1,  2  или  4,  5  подаются  единичные  сигналы,  то  с  выходов  3
или  6  снимается  нулевой  сигнал,  при  других  комбинациях  входных
сигналов  на  выходе  будет  сигнал  логической  единицы.  Аналогично
работают  три  остальные  схемы  логического  элемента  И-НЕ.  От¬
личие  этих  микросхем  состоит  в  том,  что  интегральная  микро¬
схема  К155ЛА8  рассчитана  на  большие  токи  нагрузки,  необ¬
ходимые  для  надежной  работы  индикаторов.  Подключение  не¬
посредственно  к  выходам  микросхемы  К155ЛАЗ  светодиодов  и
 130

миниатюрных  ламп  накаливания  не  рекомендуется,  хотя  это
иногда  делается  в  радиолюбительских  конструкциях.  Микросхе¬
мы  серии  К155  имеют  одну  важную  особенность:  если  на  входы
не  подается  сигнал,  то  это  равносильно  подаче  на  них  единичного
сигнала.  Нуль  на  входе  воспринимается  микросхемой  только  в  том
случае,  когда  он  соединен  с  источником  низкого  напряжения.
Соответственно,  на  выходах  микросхем  К155ЛАЗ  и  К155ЛА8
должны  быть  сигналы  логического  0,  если  на  входы  не  подаются
сигналы.
 1. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  корпусов  интегральных  микросхем
серии  К155  Определите  назначение  выводов
 2. 	Подготовьте  микросхемы  К155ЛАЗ  и  К155ЛА8  для  макетирования,
т.  е  сборки  временных  цепей  на  монтажной  плате.  Для  этого  к  их  вы¬
водам  припаяйте  проводники  длиной  примерно  в  1—2,5  см  так,  чтобы  их
удобно  было  припаивать  к  монтажным  лепесткам  (см  рис  84).  Напом¬
ним,  что  пайку  проводят  паяльником  малой  мощности  (до  40  Вт),
питающимся  от  напряжения  42  В.  Предварительно  его  жало  затачивают
так,  чтобы  было  удобно  паять  мелкие  детали.
 3. 	Проверьте  работу  базового  логического  элемента  И-НЕ  интеграль¬
ных  микросхем  К155ЛАЗ  или  К155ЛА8  Припаяйте  выводы  подготовлен¬
ной  микросхемы  к  лепесткам  монтажной  платы  Подайте  напряжение  пи¬
тания,  соединив  вывод  7  с  «минусом»  батареи  от  карманного  фонаря,  а
вывод  14  —  с  ее  «плюсом».  В  качестве  источника  можно  использовать
также  школьный  стабилизированный  выпрямитель  типа  ИЭПП-2,  на
выходе  которого  устанавливается  напряжение  -f5  В  Входные  сигналы
подаются  путем  соединения  входов  /,  2,  4,  5,  9,  10,  12  и  13  с  «минусом»  или
«плюсом»  источника,  т.  е.  подачей  логических  0  и  1.  Выходные  сигналы
определяются  по  показаниям  вольтметра  школьного  авометра,  подключае¬
мого  к  выводам  3,6,8  и  11
 Правила  работы  микросхемы  К155ЛАЗ  запишите  в  таблице,  в  ко¬
торой  входные  сигналы  обозначены  буквой  А  с  соответствующим  индек¬
сом,  а  выходные  сигналы  —  буквой  С  с  индексами  3,  6,  8,  11.
 А1  А2  СЗ  А4  А5  С6  А9  А10  С8  А12  А13  СИ
 00100  00  00
 0 	1110 	10 	0  1
 10  10  1 	0  1 	10
 110  11 	11 	11
 4. 	Составьте  элемент  НЕ  из  логического  элемента  И-НЕ  и  начертите  его
в  тетради  Соберите  элемент  НЕ  из  микросхемы  К155ЛАЗ,  соединив  для
этого  два  входа,  например  1  и  2
 5. 	Составьте  элемент  И  на  два  входа  из  двух  логических  элементов
И-НЕ  и  начертите  его  в  тетради  Соберите  его  из  микросхемы  К155ЛАЗ,
закоротив  выводы  4  и  5  и  соединив  их  с  выходом  3.  Проверьте  работу
схемы
 131

Рис.  134.  Элемент  ИЛИ  из  элементов  И-НЕ  микросхемы  K155J1A3
 6. 	Соберите  элемент  ИЛИ  из  трех  логических  элементов  И-НЕ
(рис.  134).  Два  верхних  элемента  с  объединенными  входами  выполняют
роль  инвертеров,  сигналы  с  которых  поступают  на  входы  9  и  10  третьего
элемента  И-НЕ.  Таблица  преобразования  входных  сигналов  имеет  сле¬
дующий  вид:
 А1,2
 А4,5
 СЗ(А9)
 С6(А10)
 С8
 0
 0
 1
 1
 0
 0
 1
 1
 0
 1
 1
 0
 0
 1
 1
 1
 1
 0
 0
 1
 Очевидно,  что  правила  появления  выходного  сигнала  (С8)  соответ¬
ствуют  элементу  ИЛИ  на  два  входа.
 7. 	Соберите  схему  /^S-триггера  из  двух  логических  элементов  И-НЕ
(рис.  135,  б).  Для  определения  состояния  триггера  используйте  свето-
 Рис.  135.  RS-триггер  из  микросхемы  К155ЛА8  (а)  и  схема  для  проверки  его  ра¬
боты  (б)

диоды.  В  данной  схеме  они  светятся  при  нулевом  сигнале  на  выходе.
Убедитесь  в  изменении  состояния  триггера  при  подаче  на  его
инверсные  входы  1  и  5  сигналов  логического  0.  Название  входов  «ин¬
версные»  означает,  что  управление  осуществляется  не  1,  а  0.  Собрав
триггер,  проверьте  его  работу.  При  подаче  на  инверсный  вход  S  сигна¬
ла  0  на  прямом  выходе  Q  должен  появиться  сигнал  1.  Установка  тригге¬
ра  в  нулевое  состояние,  при  котором  Q  равно  1,  осуществляется  подачей
логического  0  на  вход  R.
 Задание  на  изготовление  учебно-наглядного  пособия.  Изуче¬
ние  базового  элемента  интегральных  микросхем  удобно  прово¬
дить  с  помощью  специальной  монтажной  панели,  на  которой  раз¬
мещаются  микросхема,  светодиоды  и  гнезда  для  выполнения
соединений  без  паек.  Подобная  монтажная  плата,  которую  мож¬
но  назвать  испытательным  стендом,  показана  на  рисунке  136.
Для  монтажа  удобно  использовать  фольгированный  стеклотек¬
столит,  вырезав  или  вытравив  на  нем  нужные  дорожки.  Гнезда
и  вилки  удобно  изготовить  из  штыревых  радиоразъемов  или  выто¬
чить  на  токарном  станке.  Необходимые  размеры  гнезд  и  вилок
выберите  сами.  В  случае,  если  к  одному  гнезду  должно  подхо¬
дить  несколько  проводов,  то,  кроме  соединительных  проводников
с  двумя  вилками  на  концах,  используют  также  проводники,  на
концах  которых  делают  колечки.  С  помощью  такого  стенда  можно
быстро  выполнить  все  перечисленные  задания.
 1. 	Каковы  основные  достоинства  интегральных  микросхем?  2.  Назовите
основные  типы  интегральных  микросхем.  3.  Чем  отличаются  аналоговые
 Рис.  136.  Панель  для  изучения  микросхемы
К155ЛАЗ
 \
 133
 Рис.  137.  Пример  соединения
нескольких  проводников  с
одним  гнездом:
 1— 	провод;  2—  вилка;  3—
гнездо;  4—  провод  с  петлей

микросхемы  от  цифровых?  4.  Приведите  примеры  маркировки  цифровых
микросхем  и  объясните,  что  они  означают.  5.  Начертите  условное  обозна¬
чение  базового  логического  элемента  И-НЕ.  6.  Начертите  основные  логи¬
ческие  схемы  И,  ИЛИ  и  НЕ,  полученные  из  базовых  логических  элемен¬
тов  И-НЕ  и  ИЛИ-НЕ.  7.  Из  каких  элементов  состоит  микросхема
К155ЛАЗ  и  как  она  включается  в  цепь?  8.  Какие  значения  Напряжения
соответствуют  логическому  0  и  логической  1  в  микросхемах  серии  К155?
 9. 	Какие  входы  и  выходы  микросхем  называются  прямыми  и  инверсными?
 10. 	Назовите  правила  работы  /^S-триггера,  собранного  на  микросхеме
К155ЛАЗ.
 31. 	Индикаторные  приборы
 С  назначением  индикаторов  в  электронных  схемах,  а  также  с
основными  требованиями  к  ним  мы  уже  познакомились  в  про¬
цессе  выполнения  практических  работ  с  использованием  светодио¬
дов.  Существует  много  различных  типов  индикаторов,  отличаю¬
щихся  друг  от  друга  принципом  действия,  электрическими  харак¬
теристиками,  конструкцией  и  областями  применения.  Мы  рассмот¬
рим  только  те  из  них,  которые  наиболее  часто  применяются  в
радиолюбительской  практике.  Все  индикаторы  можно  разделить
на  две  большие  группы  —  активные  и  пассивные  индикаторы.
В  активных  индикаторах  происходит  преобразование  электри¬
ческой  энергии  в  световую,  поэтому  они  могут  работать  в  полной
темноте.  К  активным  индикаторам  относятся  миниатюрные  лампы
накаливания,  полупроводниковые  светодиоды  и  цифровые  неоно¬
вые  лампы.  В  пассивных  индикаторах  под  действием  электрических
сигналов  происходит  изменение  их  оптических  свойств.  Например,
широко  распространенные  индикаторы  на  жидких  кристаллах
меняют  свою  прозрачность  под  действием  напряжения,  соответ¬
ственно  меняется  световой  поток,  проходящий  через  жидкие
кристаллы  или  отражающийся  от  их  поверхности.  Такие  инди¬
каторы  могут  работать  только  при  наличии  внешних  источников
света.  Для  того  чтобы,  например,  в  темноте  были  видны  пока¬
зания  жидкокристаллического  табло  наручных  часов,  включают
миниатюрную  лампочку  внутри  их  корпуса.  Отличительной  особен¬
ностью  жидкокристаллических  индикаторов  является  очень  малое
потребление  энергии,  а  также  то,  что  они  могут  работать  от  на¬
пряжения  1,5  В  при  токе  в  несколько  микроампер.  Благодаря  их
высокой  экономичности  одного  аккумулятора  в  наручных  часах
достаточно  на  год  непрерывной  работы.
 Изображение  в  индикаторах  получают  различными  спосо¬
бами,  например  из  отдельных  световых  полосок  в  сегментных
индикаторах  или  из  светящихся  точек  в  матричных  индикаторах.
На  рисунке  138  показан  семисегментный  индикатор,  с  помощью
 134

Рис.  138.  Семисегментный  индикатор
 Рис.  139.  Схема  соединения  диодов  семисегмент¬
ного  индикатора
 которого  можно  получить  цифры  от  0  до  9.  Каждая  светящаяся
полоска  является  светодиодом.  Схема  их  соединения  показана
на  рисунке  139.  Существуют  также  шестнадцатисегментные  ин¬
дикаторы,  с  помощью  которых  можно  получить  не  только  деся¬
тичные  числа,  но  и  буквы  русского  и  латинского  алфавитов.  Для
включения  сегментов  светодиодных  индикаторов  применяют  на¬
боры  полупроводниковых  диодов,  которые  иногда  объединяют  в
специальные  микросхемы.
 1. 	Ознакомьтесь  с  конструкцией  семисегментного  светодиодного  инди¬
катора  АЛ305А-Г.  Начертите  в  тетради  расположение  его  выводов.
 2. 	Подготовьте  индикатор  для  макетирования,  аккуратно  подпаяв
к  его  выводам  проводники  длиной  примерно  2  см
 3. 	Соберите  на  монтажной  плате  схему  включения  каждого  элемента
индикатора  в  отдельности.
 4. 	Составьте  схему,  включения  какой-либо  цифры  от  0  до  9,  начер¬
тите  ее  в  тетради  и  покажите  для  проверки  учителю.  Соберите  цепь  по
составленной  вами  схеме.
 1. 	Какие  требования  предъявляются  к  электрическим  характеристикам  ин¬
дикаторов  в  полупроводниковых  цепях?  2.  На  какие  две  группы  делятся
индикаторы  и  в  чем  особенности  их  применения?  3.  Начертите  схему
подключения  элементов  индикатора  для  получения  цифры  5.
 Интегральные  триггеры.  Рассмотрим  работу  триггеров  в  ин¬
тегральном  исполнении.  Наиболее  простой  по  логике  работы  тип
триггера  —  RS-триггер  —  изготовляют  только  совместно  с  други¬
ми  типами  триггеров,  например  с  триггерами  типа  D.
 135

Рис.  140.  Условное  обозначение  D-
триггера
 Рис.  141.  Условное  обозначение  мик¬
росхемы  К155ТМ2
 D-триггер  имеет  два  входа  —  информационный,  обозначаемый
буквой  D,  и  синхронизирующий  С.  Его_  выходы  обозначаются
так  же,  как  у  /^S-триггера,—  буквами  Q  и  Q.  Условное  обозначение
D-триггера  показано  на  рисунке  140.  Название  триггера  происхо¬
дит  от  английского  слова  delay—«задержка».  Он  работает  сле¬
дующим  образом:  информация  на  выходе  повторяет  информацию
на  входе  только  в  том  случае,  если  на  вход  С  поступает  синхрони¬
зирующий  (разрешающий)  сигнал  (логическая  /).  Тем  самым
осуществляется  задержка  поступающей  на  вход  D  информации  на
промежуток  времени  между  двумя  последовательными  синхро¬
низирующими  импульсами.  Примером  D-триггера  в  интегральном
исполнении  может  служить  микросхема  К155ТМ2,  в  которой  име¬
ются  два  ^S-триггера  и  два  D-триггера.  Условное  обозначение
микросхемы  К155ТМ2  показано  на  рисунке  141.  Знак  треуголь¬
ника  у  входа  С  означает,  что  осуществляется  динамическое
управление:  триггер  реагирует  на  информационный  сигнал  на
входе  только  в  момент  изменения  сигналов  с  0  на  1,  т.  е.  на  поло¬
жительный  скачок  напряжения.  Подобный  вход  называют  прямым
динамическим.  Существуют  микросхемы,  реагирующие  на  отри¬
цательный  скачок  напряжения.
 Из  D-триггера  микросхемы  К155ТМ2  можно  получить  счетный
или  Г-триггер.  Для  этого  инверсный  выход  Q  соединяют  с  ин¬
формационным  входом  D.  При  таком  соединении  триггер  будет
перебрасываться  при  поступлении  каждого  синхронизирующего
импульса.  Действительно,  допустим,  триггер  находится  в  нулевом
состоянии,  т.  е.  на  прямом  выходе  —  0,  на  инверсном  выходе—  1.
 136

Рис.  142.  Панель  для  изучения  микросхемы  К155ТМ2
 При  поступлении  синхронизирующего  импульса  на  вход  С  триггер
перейдет  в  единичное  состояние,  так  как  на  его  информационный
вход  D  по  цепи  обратной  связи  подается  1.  Теперь  на  вход  D  будет
подаваться  0  и  следующий  синхроимпульс  переведет  триггер  в
нулевое  состояние.  Далее  процессы  повторяются.
 Задание  на  изготовление  учебно-наглядного  пособия  для  изу¬
чения  интегральных  триггеров.  Изучение  работы  интегральных
триггеров  на  основе  микросхемы  К155ТМ2  удобно  проводить  с  по¬
мощью  специальной  монтажной  панели,  на  которой  размещена
микросхема  с  гнездами  для  подключения  входных  и  выходных
сигналов  (рис.  142).  Управляющие  (нулевые)  сигналы  подаются
от  источника  питания  (батареи  3336)  с  помощью  микропереклю¬
чателей,  выходные  сигналы  определяются  по  загоранию  свето¬
диодов.
 С  помощью  такой  учебной  панели  легко  выполнить  все  практи¬
ческие  задания  по  изучению  интегральных  триггеров.
 1. 	Проверьте  работу  К155ТМ2  в  режиме  /^S-триггера.  Обратите  вни¬
мание,  что  входы  инверсные,  т.  е.  управление  осуществляется  подачей  на
вход  нулевых  сигналов.
 2. 	Проверьте  работу  D-триггера  микросхемы  K155TM2.  Если,  напри¬
мер,  предварительно  на  вход  D  подается  1  и  триггер  находится  в  нулевом
состоянии,  то  при  нажатии  на  кнопку  С  возникает  положительный  им¬
пульс,  по  которому  триггер  перейдет  в  единичное  состояние.
 3. 	Соедините  инверсный  выход  микросхемы  K155TM2  с  информацион¬
ным  входом  и  проверьте  работу  D-триггера  в  режиме  счетного  Г-триггера.
Он  должен  перебрасываться  при  каждом  нажатии  на  кнопку,  соединен¬
ную  со  входом  С.
 137

1. 	Как  называются  входы  D-триггера?  2.  При  каком  условии  происходит
смена  состояния  D-триггера,  находящегося  в  нулевом  положении?  3.  В  ка¬
ких  режимах  могут  работать  триггеры  микросхемы  К155ТМ2?  4.  При  каком
условии  D-триггер  может  работать  в  режиме  Т  -триггера?
 32. 	Шифраторы  и  дешифраторы
 В  схемах  автоматического  управления  и  вычислительной  тех¬
ники  часто  возникает  задача,  когда  по  одному  сигналу  нужно
включить  соответствующую  совокупность  элементов.  Например,
в  схеме  управления  работой  семисегментного  индикатора  при
поступлении  сигнала,  соответствующего  цифре  3,  должны  вклю¬
читься  пять  светодиодов:  а,  Ьу  с,  d,  g\  при  поступлении  сигнала,
соответствующего  цифре  4,  должны  включиться  четыре  свето¬
диода:  Ь,  с,  f  и  g  и  т.  д.  (см.  рис.  138).  При  этом  три  светодиода  —
Ь,  с  и  d  —  являются  общими  для  этих  двух  схем.  Логическая  опе¬
рация  по  выбору  нужного  набора  элементов,  соответствующих
управляющему  сигналу,  осуществляется  схемой  шифратора  или
кодера.  Эта  схема  используется  также  для  перевода  десятичных
чисел  в  двоичные,  например  по  сигналу  3  должен  появиться
двоичный  код  011,  по  сигналу  4  —  двоичный  код  100  и  т.  д.  Обрат¬
ную  логическую  операцию  осуществляет  схема  дешифратора  или
декодера.  Шифратор  и  дешифратор  являются  типовыми  узлами
ЭВМ.  В  дешифраторе  определенной  комбинации  двоичных  сигна¬
лов,  поступающих  на  вход,  соответствует  определенный  сигнал  на
выходе.  Логика  работы  этих  типовых  узлов  определяется  пра¬
вилами  перевода  десятичных  чисел  в  двоичные  и  обратно.  Для
примера  возьмем  трехразрядные  двоичные  числа.
 Десятичное  число 	Двоичное  число
 На  основании  этих  правил,  которые  мы  подробно  рассматрива¬
ли  в  §  27,  можно  установить,  из  каких  элементов  должна  состоять
электрическая  схема  шифратора.  Для  ввода  десятичных  чисел  бу¬
дем  использовать  кнопки  или  выключатели,  а  для  индикации
двоичных  чисел  на  выходе  применим  лампы  накаливания.  Число
кнопок  определяется  числом  сигнальных  ламп.  Для  трехзначного
 138

двоичного  кода  кнопок  должно  быть  восемь,  при  четырех  лам¬
почках—  шестнадцать  и  т.д.,  в  соответствии  с  формулой:
N  =  2",  где  п  —  число  двоичных  разрядов,  N  —  десятичное  число.
 Установим  правила  включения  сигнальных  ламп,  обозначим
их  HL1,  HL2  и  HL3,  при  нажатии  кнопок,  которые  обозначим
SB0,  SB1,  SB7.  Кнопку  SB0  не  нужно  включать  в  цепь,  так  как
при  ее  нажатии  не  загорается  ни  одна  из  ламп.  При  нажатии  кноп¬
ки  SB1  должна  загореться  только  одна  лампа  HL1,  соответствую¬
щая  младшему  разряду  двоичного  числа.  Эта  лампа  должна
включаться  и  при  нажатии  каждой,  из  кнопок  SB3,  SB5  и  SB7,  со¬
ответствующих  нечетным  десятичным  числам.  Условия  включения
лампы  HL1  такие  же,  как  в  логическом  элементе  ИЛИ  на  четыре
входа  (рис.  143,  а).  Лампа  HL2  включается  при  нажатии  каждой
из  кнопок  SB2,  SB3,  SB6  или  SB7  (рис.  143,  в).  Аналогично
составляется  схема  включения  лампы  HL3  при  нажатии  кнопок
SB4,  SB5,  SB6  или  SB7  (рис.  143,  б—г).  Нетрудно  заметить,  что
схемы  включения  каждой  из  ламп  моделируют  логическую  опе¬
рацию  ИЛИ  на  четыре  входа.
 '  Полная  схема  шифратора  получается  путем  объединения  трех
схем  (рис.  143,  а—в).  Пример  подобного  объединения  схем  для
включения  ламп  HL1  и  HL2  показан  на  рисунке  143,  д.  На  этой
схеме  легко  показать  назначение  диодов  (подобный  вопрос  воз¬
никал  в  §  28).  При  нажатии,  например,  на  кнопку  SB1  должна
загореться  только  лампа  HL1\  если  бы  не  было  диода  VD2  или
если  он  пробит,  то  одновременно  с  ней  включилась  бы  и  лампа
HL2.  Полная  схема  шифратора  на  три  двоичных  разряда  в  более
удобном  для  чтения  виде  показана  на  рисунке  144.  По  такому  же
принципу  составляются  схемы  шифраторов  для  большого  числа
двоичных  разрядов,  а  также  шифраторы  для  включения  эле¬
ментов  сегментных  индикаторов.
 В  дешифраторе  или  декодере  для  ввода  двоичных  чисел  удоб¬
но  использовать  переключатели,  одно  положение  которых  условно
принимается  за  нулевое,  а  другое  —  за  единичное.  Для  индикации
десятичных  чисел  применим  лампы  накаливания  или  светодиоды.
Правила  включения  индикаторов  устанавливаются  так  же,  как  и
в  ранее  рассмотренном  примере.  В  трехразрядном  дешифраторе
должно  быть  три  переключателя  ввода  двоичных  чисел  и  восемь
индикаторов.
 Принцип  действия  дешифратора  удобно  показать  на  примере
электрической  схемы,  основной  частью  которой  являются  много¬
контактные  переключатели  (рис.  145).  Когда  все  три  переключа¬
теля  находятся  в  исходном  положении,  принимаемом  за  нулевое,
то  загорается  лампа  с  индексом  0.  Перевод  переключателя  SA1
первого,  младшего  разряда  в  единичное  положение  приводит  к
 139

Рис.  143.  Диодный  элемент  ИЛИ  на
четыре  входа  (а),  схема  включения
лампы  НL1(6),  схема  включения  лам¬
пы  HL2(b),  схема  включения  лампы
HL3(r),  объединенная  схема  включения
ламп  шифратора  (д)
 Рис.  144.  Полная  схема  шифратора

Рис.  145.  Дешифратор  на  переключа¬
телях
 Рис.  146.  Часть  схемы  диодного  де¬
шифратора,  предназначенная*  для
включения  светодиодов  VD1—VD3
 загоранию  лампы  с  индексом  1.  Цепи  питания  других  ламп  при
этом  разорваны.  Перевод  в  единичное  состояние  только  второго
переключателя  вызовет  включение  лампы  с  индексом  2,  только
третьего  —  лампы  HL4,  всех  трех  переключателей  —  лампы  HL7
и  т.  д.  При  изготовлении  этого  устройства  может  встретиться
одна  трудность  —  отсутствие  многоконтактных  переключателей.
Вместо  них  можно  использовать  контактные  группы  электро¬
магнитных  реле.
 Рассмотрим  теперь,  как  работает  электронный  дешифратор.
Определим,  например,  каково  условие  включения  индикатора,
соответствующего  десятичной  цифре  1.  Светодиод  VD1  загорится
только  в  том  случае,  если  переключатель  SA1  находится  в  по¬
ложении  1,  а  переключатель  SA2  и  переключатель  SA3—  в  нуле¬
вых  положениях,  что  соответствует  двоичному  коду  001.  Очевид¬
но,  что  условие  включения  светодиода  VD1  реализуется  диодным
логическим  элементом  И  на  три  входа.  Аналогично  составляются
схемы  включения  других  индикаторов  (рис.  146).
 В  настоящее  время  шифраторы  и  дешифраторы  изготовляют
в  виде  интегральных  микросхем.  Примером  может  служить
микросхема  К155ИДЗ,  предназначенная  для  преобразования  че¬
тырехразрядных  двоичных  чисел  в  десятичные.  Она  имеет  четыре
входа  для  подачи  двоичных  чисел  и  шестнадцать  выходов  для
индикации  десятичных  чисел.  Условное  обозначение  и  внешний
 141

Рис.  147.  Условное  обозначение  (а)
и  внешний  вид  микросхемы  К155ИДЗ
(б)
 вид  этой  микросхемы  показаны  на  рисунке  147,  а,  б.  Входы  А1  и
А2  используются  для  подачи  разрешающих  сигналов,  которые
также  называются  стробирующими.  Разрешающие  сигналы  имеют
нулевой  уровень,  если  сигнал  1  подается  хотя  бы  на  один  из  этих
входов,  то  дешифрование  прекращается.
 Существуют  микросхемы,  в  которых  шифратор  и  дешифратор
объединены.  Например,  микросхема  К514ИД2  предназначена  для
включения  десятичных  цифр  семисегментного  индикатора
АЛ305А-Г  по  двоичному  коду,  поступающему  на  ее  входы.  Она
имеет  четыре  входа  дешифратора  и  семь  выходов  шифратора,  к
которым  подключаются  катоды  светодиодов.  Конструкция  корпуса
и  условное  изображение  микросхемы  показаны  на  рисунке
148,  а,  б.  Вход  1  используется  для  подачи  единичного  разрешаю¬
щего  сигнала.  При  нулевом  сигнале  индикация  гасится.
 Микросхемы  К155ИДЗ  и  К514ИД2  могут  быть  использованы
также  и  для  изготовления  учебно-наглядных  пособий  по  информа¬
тике  и  вычислительной  технике.
 □ 	}•  Соберите  схему  шифратора  для  перевода  десятичных  чисел  от  О
 до  7  в  двоичные.  Конструктивно  выполните  ее  в  виде  учебно-наглядного
пособия  Для  подачи  входных  сигналов  —  десятичных  цифр  используйте
кнопки  с  замыкающими  контактами,  для  индикации  двоичных  чисел  —
лампы  от  карманного  фонаря.  В  схеме  используются  выпрямительные
диоды  Д7  или  Д226,  питание  осуществляется  от  трех  батарей  для  карман¬
ного  фонаря,  соединенных  параллельно,  или  от  выпрямителя  ВУ-4  (см.
рис.  144).
 2. 	Составьте  схему  шифратора  для  включения  светодиодов  семисег-
 142

ментного  индикатора  АЛ305А-Г.  Для  примера  схема  включения  цифры  О
показана  на  рисунке  149.  Соберите  шифратор  в  виде  учебно-наглядного
пособия  (рис.  150).
 Монтажную  плату  изготовляют  из  фольгированного  изоляционного
материала.  Выводы  индикатора  подключают  к  восьми  горизонтальным
проводникам,  к  ним  же  припаивают  ограничительные  резисторы.  К  семи
другим  горизонтальным  проводникам,  расположенным  ниже  индикатора,
припаиваются  диоды.  При  монтаже  нужно  внимательно  следить  за  тем,  что¬
бы  светодиоды  обязательно  включались  через  ограничительные  резисто¬
ры,  так  как  при  неправильном  включении  они  выгорают.
 3. 	Составьте  схему  трехразрядного  дешифратора,  закончив  схему,  по¬
казанную  на  рисунке  146.  Соберите  эту  схему,  используя  точечные  диоды,
например  типа  Д9,  светодиоды  любого  типа  и  ограничительные  резисторы
сопротивлением  200—500  Ом.  Для  подключения  входных  сигналов  можно
использовать  гнезда  и  проводники  с  вилками  (см.  рис.  137).
 4. 	Изготовьте  учебное  пособие  на  микросхеме  К155ИДЗ  для  демон¬
страции  правил  перевода  двоичных  чисел  в  десятичные  (рис.  151).
 5. 	Изготовьте  монтажную  плату  для  включения  микросхемы  К514ИД2
и  семисегментного  индикатора  АЛ305А  (рис.  152).  Изготовьте  учебно-на¬
глядное  пособие  для  демонстрации  и  изучения  правил  перевода  двоичных
чисел  в  десятичные.  Гнезда  для  подачи  единичных  сигналов  можно  не  ста¬
вить,  так  как  если  входы  этой  микросхемы  не  включены  в  цепь,  то  это  равно¬
сильно  поступлению  на  них  сигналов  логической  1.
 1.  Каково  назначение  шифраторов  и  дешифраторов?  2.  Из  каких  логиче¬
ских  элементов  состоит  шифратор  и  каково  в  них  назначение  диодов?
 Рис.  148.  Условное  обозначение  (а)  и
внешний  вид  микросхемы  К514ИД2  (б)
 Рис.  149.  Схема  включения  цифры  0
семисегментного  индикатора

Рис.  150.  Учебная  модель  шифратора  для  семисегметного  индикатора
 3. 	Из  каких  логических  элементов  состоит  дешифратор  и  каково  назначе¬
ние  диодов  в  его  схеме?  4.  Сколько  диодов  используется  в  схеме  управ¬
ления  семисегментного  светодиодного  индикатора?  5.  Сколько  диодов
нужно  для  включения  цифры  7  семисегментного  светодиодного  индика¬
тора?  6.  Почему  для  включения  точки  семисегментного  индикатора  не
нужны  диоды?  7.  Каково  назначение  микросхем  К155ИДЗ  и  К514ИД2?
 Рис.  151.  Учебная  модель  дешифратора  на  основе  микросхемы  К155ИДЗ

Рис.  152.  Учебная  модель  на  микросхеме  К514ИД2
 8. 	При  каких  выходных  сигналах  светятся  светодиоды  в  схеме,  показан¬
ной  на  рисунках  151?
 33. 	Сумматоры
 Основной  арифметической  операцией  является  суммирование,
на  ее  основе  выполняется  умножение,  деление  и  вычитание.  Сум¬
мирование  двух  одноразрядных  двоичных  чисел  осуществляется
схемой  полусумматора  по  правилам:
 0  +  0  —  0
0+1  =  1
1+0-1
 1  +  1—0  и  1  переноса  в  следующий  разряд.
 Составим  алгебраические  выражения  или  переключательные
функции  для  суммы  S  и  для  переноса  Р,  чтобы  по  ним  получить
электрические  схемы,  моделирующие  операцию  сложения.  Сумма
равна  1  только  в  двух  случаях:  когда  равно  единице  первое  сла¬
гаемое  А  и  второе  слагаемое  В  равно  нулю  или  когда  равно  нулю
первое  слагаемое  и  равно  единице  второе  слагаемое.  Это  условие
алгебраически  можно  записать  следующим  образом: 	S  —
 А-В\/АВ.
 Условие  появления  единицы  переноса  при  А  и  В,  рав¬
ных  1,  записывается  следующей  формулой:  Р  =  Л*В.  Используя
введенные  обозначения,  эти  правила  суммирования  можно  за¬
писать  в  виде  таблицы:
 6  Зак  2359  A  H  Богатырёв
 145

По  этой  таблице  и  по  формулам  для  функций  5  и  Р  можно
составить  электрическую  схему,  моделирующую  сложение  двоич¬
ных  чисел.  Схема,  составленная  непосредственно  по  формуле  для
двоичной  функции  S,  показана  на  рисунке  153.  Переменным  А  и
В  соответствуют  замыкающие  контакты,  а  переменным  А  и  В  —
размыкающие  контакты.
 Упрощенная  схема  с  переключающими  контактами  показана  на
рисунке  154.  Схема,  моделирующая  образование  суммы  5  и  пере¬
носа  Р,  называется  полусумматором  (рис.  155).  Она,  в  соответст¬
вии  с  формулой  для  суммы  5,  состоит  из  двух  элементов  НЕ,
двух  элементов  И  и  элемента  ИЛИ.  Элемент  НЕ  инвертирует  сла¬
гаемые,  т.  е.  меняет  их  код  на  противоположный.  На  элементы  И
поступают  слагаемые,  представленные  в  прямом  и  обратном  кодах,
т.  е.  А  и  В,  А  и  В,  выходные  сигналы  подаются  на  элемент  ИЛИ.
Для  получения  единицы  переноса  служит  элемент  И,  на  который
непосредственно  подаются  слагаемые  А  и  В.  Упрощенный  вариант
этой  структурной  схемы  показан  на  рисунке  156.  Условное  обозна¬
чение  полусумматора  показано  на  рисунке  157.
 Сложение  многоразрядных  чисел  осуществляется  с  помощью
полных  сумматоров,  в  которых  суммируются  не  только  слагаемые,
но  и  единицы  переноса  из  предыдущих  разрядов,  если  они  образу¬
ются  при  сложении.  Полный  одноразрядный  сумматор  состоит  из
двух  полусумматоров.  Структурная  схема  и  условное  обозначение
одноразрядного  сумматора  показаны  на  рисунках  158  и  159.
 Сумматоры,  являющиеся  типовым  узлом  ЭВМ,  применяются
не  только  в  арифметических  устройствах  вычислительных  ма-
 Рис.  153.  Схема  суммирующего  уст¬
ройства,  составленная  по  формуле
 Рис.  154.  Схема  суммирующего  уст¬
ройства  с  использованием  переклю¬
чающих  контактов
 146

Рис.  155.  Полусумматор  на  логиче¬
ских  элементах
 Рис.  156.  Упрощенный  вариант  по¬
лусумматора
 Рис.  157.  Условное  обозначение
полусумматора
 Рис.  158.  Структурная  схема  полного  Рис.  159.  Условное  обозначение  пол¬
сумматора 	ного  сумматора
 шин,  но  и  во  многих  других  цифровых  схемах  различных
устройств.
 Интегральные  микросхемы  сумматоров  бывают  одноразрядные
и  многоразрядные,  например  микросхема  К155ИМ1  является  од¬
норазрядным  сумматором,  К155ИМ2  —  двухразрядным  суммато¬
ром  и  К155ИМЗ  —  четырехразрядным  сумматором.  Последнюю
микросхему  мы  будем  использовать  при  выполнении  самостоя¬
тельной  работы  по  сборке  модели  суммирующего  устройства,
складывающего  числа  от  0  {0000)  до  15  (1111).
 Соберите  модель  четырехразрядного  сумматора  на  микро¬
схеме  К155ИМЗ  для  демонстрации  правил  сложения  двоичных
чисел  (рис.  160).  Выполнить  работу  помогут  следующие  поясне¬
ния  и  рекомендации.
 Двоичные  слагаемые  четырехразрядных  чисел  подаются  на
входы  Л/,  А2,  АЗ  и  А4  (первое  число)  и  В1,  В2,  ВЗ  и  В4  (второе

Рис.  160.  Учебная  модель  для  сложения  чисел  с  использованием  микросхемы
К155ИМЗ
 число).  В  каждом  разряде  образуется  сумма  5/,  S2,  S3,  S4  и  сиг¬
нал  переноса  в  следующий  разряд  Р4.  В  схеме  сумматора  имеет¬
ся  возможность  учитывать  сигнал  переноса  из  предыдущего,  млад¬
шего  разряда  (вход  РО).  В  нашем  случае  А1  и  В1  являются
младшими  разрядами  слагаемых  чисел,  поэтому  на  вход  РО  дол¬
жен  подаваться  нулевой  сигнал,  который  в  схеме  соединяется  с
общим  проводом  источника.  Двоичные  числа  на  вход  подаются
с  помощью  переключателей,  как  и  в  схеме  интегрального  дешиф¬
ратора.  Схема  включения  индикаторных  диодов  другая  по  сравне¬
нию  с  дешифратором  К155ИДЗ,  так  как  у  микросхемы  К155ИМЗ
выходы  прямые,  т.  е.  если  сумма  равна  единице,  то  на  выходе
 Рис.  161.  Схема  расположения  переключателей  и  индикаторов  на  учебной  мо¬
дели

сигнал  единица.  Вывод  12  микросхемы  соединяется  с  общим  за¬
жимом  источника,  а  к  выводу  5  подается  напряжение  +4,5
или  +5  В.
 Для  наглядности  переключатели  (тумблеры)  и  светодиоды
можно  расположить,  как  при  сложении  «столбиком»  (рис.  161,  а).
Еще  лучше  использовать  светодиоды  и  для  индикации  входных
сигналов,  как  это  было  в  схеме  дешифратора  (см.  рис.  151).
Необходимые  изменения  в  схему  модели  суммирующего  устрой¬
ства  внесите  сами.  В  этом  случае  светодиоды  складываемых  разря¬
дов  и  суммы  располагают,  как  показано  на  рисунке  161,  б.  Модель
будет  более  привлекательна,  если  использовать  светодиоды  раз¬
ного  цвета.
 1. 	В  чем  состоит  отличие  полусумматора  от  полного  сумматора?  2.  Из  ка¬
ких  логических  элементов  состоят  схемы,  моделирующие  функции  S  и  Р?
 3. 	Начертите  условные  обозначения  полусумматора  и  сумматора  4.  При
сложении  каких  чисел  появляется  сигнал  на  выходе  РА  микросхемы
К155ИМЗ?  5.  В  каких  случаях  используется  вход  РО  микросхемы
К155ИМЗ?  6.  Можно  ли  использовать  микросхему  К155ИМЗ  для  сложения
пятиразрядных  чисел?
 34. 	Регистры
 Регистры,  подобно  шифраторам,  дешифраторам  и  суммато¬
рам,  являются  типовыми  функциональными  узлами  электронно-
вычислительной  техники.  Они  используются  во  многих  занима¬
тельных  устройствах,  некоторые  из  которых  мы  рассмотрим  в
главе  8.
 Регистром  называют  устройство,  состоящее  из  триггеров  и
предназначенное  для  записи,  хранения  и  выдачи  информации.
Каждый  триггер  регистра  может  хранить  информацию  одного
двоичного  разряда.  Следовательно,  для  записи,  например,  двоич¬
ных  чисел,  от  0  до  7,  представляемых  двоичными  кодами  от  ООО  до
111,  нужно  иметь  трехразрядный  регистр.  Для  записи  чисел  от  О
до  15,  занимающих  четыре  двоичных  разряда,  нужен,  соответ¬
ственно,  четырехразрядный  регистр  и  т.  д.
 Регистры  бывают  параллельные  и  последовательные.  Парал¬
лельный  регистр  состоит  из  триггеров,  каждый  из  которых  имеет
свой  информационный  вход  и  два  выхода.  Подобные  регистры
используются  для  создания  оперативной  памяти  в  цифровых
системах.  В  последовательных  регистрах  имеется  один  вход  для
последовательной  передачи  информации  от  одного  триггера  к  дру¬
гому  (рис.  162).  Запись  информации  осуществляется  путем  сдви¬
га  двоичных  кодов,  поступающих  на  первый  триггер  регистра.
 149

Рис.  162.  Последовательный  регистр  сдвига
 поэтому  его  также  называют  регистром  сдвига.  Сдвиг  может  про¬
ходить  вправо  и  влево.  Например,  начальный  код  регистра  1011
при  последовательном  сдвиге  вправо  будет  меняться  следующим
образом:  0101,  0010,  0001  и  0000;  а  код  1000—0100,  0010,  0001  и
0000.  Если  первый  и  последний  триггеры  регистра  соединить,
то  получится  кольцевой  регистр  сдвига,  единица  в  последнем
примере  будет  «бегать  по  кругу».  Интересный  эффект  получится
также  при  сдвиге  кодов  с  последовательной  сменой  нулей  и  еди¬
ниц,  например  0101.  В  кольцевом  регистре  сдвига  нули  и  еди¬
ницы  будут  совершать  «возвратно-поступательное  движение»:
1010,  0101,  1010  и  т.д.
 Учебная  модель  четырехразрядного  регистра  сдвига  пока¬
зана  на  рисунке  163.  В  нее  входят  уже  знакомые  микросхемы
К155ТМ2  и  К155ЛА8.  В  модели  используется  три  микросхемы
 Рис.  163.  Учебная  модель  регистра  сдвига
 150

К155ТМ2  (микроэлектронное  изделие
называют  также  «корпусом»).  Один  из
триггеров  первого  корпуса  предназначен
для  получения  импульсов  сдвига.  При
поочередном  соединении  кнопкой  «сдвиг»
его  входов  S  и  R  с  нулевым  полюсом  ис¬
точника  на  выходе  получают  перепад
уровней  напряжения,  соответствующий
сигналам  0  и  1.  Более  простую  схему
подачи  управляющих  импульсов,  состоя¬
щую  из  переключателя  и  источника  пита¬
ния,  использовать  нельзя.  В  момент  пере¬
ключения  из-за  плохого  контакта  может  возникнуть  несколько
импульсов,  или,  как  говорят,  появляется  «дребезг».  Использова¬
ние  триггера  приводит  к  тому,  что  по  первому  же  отрицательному
импульсу  триггер  перебрасывается  и  на  выходе  возникает  перепад
напряжения  (рис.  164).  Триггеры  первого,  второго  и  третьего  кор¬
пусов  образуют  четырехразрядный  последовательный  регистр.
 —Прямой  выход  каждого  предыдущего  триггера  соединен  с  инфор¬
мационным  входом  последующего  триггера.  При  кольцевом  ре¬
жиме  работы  выход  последнего  триггера  соединяют  с  входом
первого  триггера  (соединение  показано  пунктирной  линией).  Все
входы  С  триггеров  соединяются  вместе.  Входы  R  всех  триггеров
объединены  для  установки  регистра  в  нулевое  состояние  путем
подачи  нулевого  сигнала  (входы  R  и  S  инверсные).  Имеется  воз¬
можность  установить  первый  триггер  в  единичное  состояние  по¬
дачей  0  на  вход  S.
 В  качестве  примера  рассмотрим,  как  осуществляется  продви¬
жение  1  «по  кругу».  Сначала  регистр  устанавливается  в  нулевое
состояние  кнопкой  «Уст.  О»,  затем  в  первый  триггер  кнопкой
«Уст.  1»  записывается  1.  При  нажатии  кнопки  «Сдвиг»  на  все
входы  С  будет  подан  синхронизирующий  импульс,  который  при¬
ведет  к  повторению  на  выходе  сигналов,  имеющихся  на  входах  D.
В  результате  первый  триггер  перейдет  в  нулевое  состояние  (по
цепи  обратной  связи  с  выхода  регистра  подается  0  на  вход  «12»),
второй  триггер  перейдет  в  единичное  состояние,  так  как  на  его
вход  подавалась  1  с  выхода  первого  триггера,  третий  и  четвертый
триггеры  останутся  в  нулевом  состоянии.  Под  действием  первого
синхроимпульса  код  регистра  изменится  с  1000  на  0100.  Второй
синхроимпульс  оставит  первый  триггер  в  нулевом  состоянии,  вто¬
рой  триггер  возвратит  в  нулевое  состояние,  третий  триггер  пе¬
реведет  в  единичное  состояние  и  оставит  состояние  четвертого
триггера  без  изменения.  В  результате  светодиоды  покажут  код
0010.  Изменение  состояний  триггеров  кольцевого  регистра  сдвига
 151
 Рис.  164.  Скачки  напря¬
жения  из-за  «дребезга»
контактов

Рис.  165.  Узел  индикации
 под  действием  следующих  синхроимпульсов  происходит  анало¬
гично.  Заметим,  что  в  этой  модели  светодиоды  светятся  при
появлении  на  прямых  выходах  триггеров  сигнала  1.  Интересные
световые  эффекты  получаются  при  кольцевом  сдвиге  различных
кодов.
 Существуют  универсальные  регистры,  осуществляющие  сдвиг
двоичного  кода  не  только  вправо,  но  и  влево.  Их  изготавливают
в  виде  одной  микросхемы.  Например,  микросхема  К155ИР13  яв¬
ляется  универсальным  восьмиразрядным  сдвиговым  регистром.
Использование  таких  микросхем  избавляет  от  сложных  монтаж¬
ных  работ.
 1.* 	Соберите  учебную  модель  четырехразрядного  регистра  сдвига  на
трех  микросхемах  К155ТМ2  (см.  рис.  163)  При  сборке  можно  исполь¬
зовать  монтажные  панели,  показанные  на  рисунке  142.  Светодиодные
индикаторы  подключаются  к  выходам  триггеров  через  микросхему  К155ЛА8
(рис.  165)
 2. 	Проверьте  работу  регистра  без  обратной  связи  и  работу  в  кольце¬
вом  режиме
 1. 	Для  каких  целей  используется  регистр  сдвига?  2.  Чем  отличается
параллельный  регистр  от  последовательного?  3.  Сколько  триггеров  нужно
для  записи  числа  9  в  двоичном  коде?  4.  Почему  для  получения  управ¬
ляющих  импульсов  используется  flS-триггер?  5.  Сколько  микросхем
К155ТМ2  необходимо  для  изготовления  восьмиразрядного  регистра?
 35. 	Счетчики  электрических
импульсов
 Счетчики  импульсов,  как  и  регистры,  строят  на  основе  триг¬
геров.  Они  используются  в  электронно-вычислительной  технике
для  счета  команд,  счета  импульсов  в  электронных  часах,  счета

числа  оборотов  двигателя,  счета  импульсов  датчиков  радиоак¬
тивного  излучения  и  во  многих  других  промышленных  и  люби¬
тельских  устройствах.
 Понять  принцип  действия  электронного  счетчика  импульсов
поможет  механическая  аналогия.  О  счетчике  с  вращающимися
дисками  или  колесами  мы  уже  говорили.  Каждое  колесо  имеет
десять  цифр  и  соответствует  одному  десятичному  разряду.  Для
измерения  расхода  электроэнергии,  например,  используют  пяти¬
разрядный  счетчик.  Младший  разряд,  расположенный  справа,
показывает  десятые  доли  киловатт-часов,  следующие,  соответ¬
ственно,  единицы,  десятки,  сотни  и  тысячи  киловатт-часов.  Между
ними  существует  механическая  связь,  благодаря  которой  колесо
младшего  разряда,  совершив  полный  оборот,  поворачивает  на
одну  десятую  оборота  колесо  следующего,  старшего  разряда.
Очевидно,  что  наибольшее  показание  пятиразрядного  десятичного
счетчика  будет  равно  9999,9  киловатт-часов.  После  этого  произой¬
дет  автоматический  сброс  показаний  и  отсчет  электроэнергии
будет  проходить  от  нулевого  значения  —  0000,0.
 В  электронном  счетчике  разрядность  определяется  числом
используемых  триггеров.  Таким  образом,  колесо,  имеющее  десять
фиксированных  положений,  моделирует  один  разряд  десятичного
числа,  а  триггер,  имеющий  два  устойчивых  состояния,  моде¬
лирует  один  разряд  двоичного  числа.  Например,  из  двух  микро¬
схем  К155ТМ2  можно  собрать  четырехразрядный  счетчик.  Счет
ведется  в  двоичной  системе,  так  как  входные  сигналы  пред¬
ставляют  собой  логические  0  и  1  и  каждый  из  разрядов  счетчика
может  находиться  в  двух  состояниях  —  нулевом  и  единичном.
Емкость  четырехразрядного  счетчика,  т.  е.  максимальное  число
двоичных  кодов,  которые  могут  быть  зафиксированы  в  нем,  рав¬
на  16,  что  соответствует  записи  двоичных  кодов  от  0000  до  1111.
 Функциональная  схема  четырехразрядного  двоичного  счетчика
показана  на  рисунке  166.  Она  может  быть  использована  для  из¬
готовления  наглядного  пособия  по  вычислительной  технике.  Вхо¬
ды  R  объединены,,  они  служат  для  установки  триггеров  в  нулевое
 Рис.  166.  Функциональная  схема  четырехразрядного  счетчика  на  D-триггерах

положение.  Выходы  дг-го  триггера  соединяются  со  счетным  входом
п-\-  1  триггера,  они  последовательно  переводят  триггеры  счетчика
в  следующие  состояния:  1000,  0100,  1100,  0010  и  т.  д.  до  кода  1111.
Этим  двоичным  цифрам  соответствуют  числа  от  0  до  15.  Заметим,
что  младший  разряд  двоичных  чисел  находится  слева,  что  соот¬
ветствует  расположению  слева  первого  триггера  счетчика.  После
поступления  15  импульсов  устанавливается  двоичный  код  1111,
который  16-м  импульсом  заменяется  на  код  0000,  т.  е.  счетчик
возвращается  в  нулевое  состояние.  Двоичный  счетчик,  кроме
своей  основной  функции,  выполняет  также  деление  частоты  счет¬
ных  импульсов.  На  выходе  первого  триггера  сигналы  появляются
в  2  раза  реже,  чем  на  его  входе,  на  выходе  второго  триггера
в  4  раза  реже  и  т.  д.  Четырехразрядный  счетчик  делит  частоту  в
16  (24)  раз.  Счетчики  могут  вести  прямой  счет,  в  этом  случае  осу¬
ществляется  сложение  импульсов,  и  обратный  счет,  при  котором
происходит  вычитание  импульсов.  Счетчики,  в  которых  может  ме¬
няться  направление  счета,  называются  реверсивными.
 Кроме  двоичных  счетчиков,  существуют  двоично-десятичные
счетчики,  в  которых  десятый  входной  импульс  устанавливает
триггеры  счетчика  в  нулевое  состояние.  Подобный  счетчик  соот¬
ветствует  одному  десятичному  разряду,  он  составляется  из  четы¬
рех  триггеров.  В  двоично-десятичном  счетчике  вводятся  дополни¬
тельные  связи  между  триггерами  и,  благодаря  этому,  изменя¬
ются  двоичные  коды  десятичных  цифр  начиная  с  цифры  8.  Она
записывается  как  0111  вместо  кода  0001  (младший  разряд
 Рис.  167.  Принципиальная  схема  двоичного  четырехразрядного  счетчика

слева).  В  результате  девятый  и  десятый  импульсы  переводят
счетчик  в  состояния  1111  и  0000.  Подобные  цифровые  устройства
используются  в  школьных  счетчиках-секундомерах.  Вводя  допол¬
нительные  связи  между  триггерами,  можно  построить  счетчик  с
любым  коэффициентом  пересчета.
 Принципиальная  схема  двоичного  четырехразрядного  счетчика
на  двух  микросхемах  К155ТМ2  показана  на  рисунке  167.  Счетные
импульсы  подаются  с  PS-триггера,  собранного  на  микросхеме
К155ЛАЗ,  для  индикации  используется  микросхема  К155ЛА8.
Светодиоды  светятся  при  появлении  на  прямых  выходах  триггеров
логических  1.
 Существуют  специальные  микросхемы  различных  счетчиков,
например  К155ИЕ2  —  двоично-десятичный  счетчик,  К155ИЕ6  —
двоично-десятичный  реверсивный  счетчик,  К176ИЕ12  —  счетчик
для  часов  с  устройствами  управления.  Для  часов  нужны  счетчики
с  различным  основанием  счета  —  б  (десятки  минут),  24  (часы),
7  (дни  недели)  и  др.  Интегральные  счетчики  мы  будем  исполь¬
зовать  при  изготовлении  моделей  в  §  37.
 1. 	Соберите  схему  двоичного  четырехразрядного  счетчика  на  микро¬
схемах  K155TM2  (рис.  167).  Для  индикации  состояний  счетчика  исполь¬
зуйте  светодиоды,  подключаемые  к  выходам  триггеров  с  помощью  микро¬
схемы  К155ЛА8.
 2. 	Соберите  /?5-триггер  из  микросхемы  К155ЛАЗ  для  подачи  управляю-
iitnx  импульсов  на  вход  счетчика.  Проверьте  его  работу.
 3. 	Проверьте  работу  счетчика  без  обратной  связи  и  в  кольцевом  ре¬
жиме.
 1. 	Что  называют  емкостью  двоичного  счетчика  и  как  она  зависит  от
числа  используемых  триггеров?  2.  Как  изменяется  код  двоичного  четырех¬
разрядного  счетчика  при  последовательном  поступлении  на  его  вход
управляющих  импульсов,  если  первоначально  он  находился  в  нулевом
состоянии?  3.  Почему  для  получения  управляющих  импульсов  в  счетчике
(см.  рис.  167)  и  в  регистре  (см.  рис.  163)  используются  специальные
электронные  схемы?  4.  Можно  ли  использовать  в  качестве  источника
управляющих  импульсов  в  счетчике  и  регистре  (см.  рис.  163  и  167)  одну
и  ту  же  схему?
 155

Г  лава  8.  МОДЕЛИ  ЦИФРОВЫХ
АВТОМАТОВ
 Различные  логические  элементы,  триггеры  и  типовые  функцио¬
нальные  узлы  ЭВМ  можно  использовать  не  только  для  изучения,
но  и  для  практического  использования  в  различных  моделях.
Для  этих  целей  могут  быть  использованы  многие  из  уже  знакомых
устройств  без  каких-либо  изменений.  Например,  дешифратор,
предназначенный  для  перевода  чисел  из  одной  системы  счисления
в  другую,  может  стать  «отгадывающим  автоматом»  или  устрой¬
ством,  распознающим  код  электронного  замка.  Варианты  при¬
менения  электронных  устройств  могут  быть  самыми  различными  и
довольно  неожиданными,  все  зависит  от  изобретательности  юных
конструкторов.  Одним  и  тем  же  набором  кодов  и  правилам  их
переработки  можно  придать  различное  содержание.
 По  своей  универсальности  электроника  близка  в  математике.
Например,  правила  сложения  чисел  одинаковы,  вне  зависимости
от  того,  что  они  означают  —  время,  яблоки  или  стулья.
 Для  упрощения  процесса  конструирования  мы  будем  широко
использовать  интегральные  микросхемы.  При  этом  творческий
подход  можно  проявить  на  всех  этапах  конструирования  —  от
обсуждения  правил  работы  модели  или  электронной  игры  до  рас¬
положения  их  органов  управления  и  выбора  формы  корпуса.
Соответственно  даются  описания  практических  работ.
 36. 	Игровые  автоматы  и  кодовые
замки
 Начнем  с  использования  уже  известных  схем  для  создания
самых  простых  игровых  автоматов.  Например,  счетный  триггер
можно  использовать  в  игре  по  отгадыванию  цвета  индикаторов.
Игра  состоит  в  том,  что  ее  участники  поочередно  нажимают  кноп¬
ку  «Стоп»,  прерывающую  счет  путем  остановки  мультивибратора,
или  разрывая  цепь  подачи  импульсов  на  счетный  вход  триггера.
Перед  нажатием  кнопки  называется  цвет  индикатора.  Выигрывает
тот,  кому  большее  число  раз  удалось  отгадать  цвет  индикатора.
Очевидно,  что  эта  игра  является  электронным  вариантом  игры  с
подбрасыванием  монеты.  В  схеме  используется  мультивибратор,
собранный  на  ИС  К155ЛАЗ  (рис.  168).  Он  работает  с  частотой
примерно  равной  1  кГц,  которая  подбирается  резистором  R1  и  ем¬
костью  С1  (С/=0,1  мкФ).  Естественно,  что  при  большой  ско¬
рости  переключения  триггера  указать  его  положение  в  момент
остановки  можно  только  случайно.  В  цепи  используются  свето¬
 156

диоды  АЛ102А,  АЛ307А,
 АЛ307Б,  имеющие  красное  све¬
чение,  и  типа  АЛ  102В,  АЛ307В,
имеющие  зеленое  свечение,  ко¬
торые  подключаются  к  триггеру
непосредственно  или  через  мик¬
росхему  К155ЛА8  (рис.  169,  а).
 Размещение  деталей  на  перед¬
ней  панели  показано  на  рисун¬
ке  169,  б.
 Как  уже  говорилось,  «отга¬
дывающий  автомат»  можно  по¬
строить  на  основе  дешифрато¬
ра.  Его  работа  определяется  следующими  правилами.  Каждому
имени  соответствует  определенный  двоичный  код,  который
подается  на  входы  дешифратора,  на  одном  из  его  выходов
включается  индикатор,  показывающий  выбранное  имя.  Если,
например*,  используется  четырехразрядный  дешифратор  К155ИДЗ,
то  с  его  помощью  можно  «отгадать»  15  имен,  имеющих
двоичные  коды  от  0001  до  1111.  Для  ввода  кодов  исполь¬
зуются  тумблеры  или  микропереключатели.  Имена  пишут  на
отдельных  карточках,  каждая  карточка  соответствует  двоичному
разряду.  Если,  например,  имя  записано  только  в  четвертой  кар¬
точке,  то  его  код  0001,  если  в  третьей  и  четвертой,  то  код  ООП
и  т.  д.  В  каждой  карточке  пишется  8  имен,  они  повторяются  в
 II
 HD1.1  ПИ  1.2
Л  з  &  6  '
 2  <>—’  5  <•—1
 R1  <f,7к
I 	1
 m.j
 *  8
 40
 у,
 DD1
 К155ЛАЗ
 SB1  «Стоп'
 Рис.  168.  Схема  мультивибратора
 +5В
 @
 т
 Красный
 Зеленый
 Стоп
 Вкл
 т
 6
 Рис.  169.  Игра  по  отгадыванию  цвета
индикатора,  часть  схемы  (а),  передняя
панель  (б)
 Рис.  170.  Размещение  деталей  на  лице¬
вой  панели  отгадывающего  автомата
 О
 О
 9
 %
 tluuia
 Ноля
 Витя
 Наша
 Катя
 в
 О
 т
 Ф
 Лена
 Сережа  Саша
 Пепгя
 Люда
 т
 Q
 Ира
 Таня
 Андреа
 Оля
 Тапара
 Вкл
 <§>
 %
 I
 %  #
 и  т
 %
 ДГ
 Ответ
 т
 157

разных  карточках,  поэтому  догадаться  о  кодах  имен  и  правилах
работы  автомата  трудно.
 Показ  работы  автомата  осуществляется  следующим  образом.
Зрителям  предлагается  задумать  одно  из  15  имен,  затем  последо¬
вательно  показываются  карточки  и  спрашивается,  есть  ли  на  них
это  имя.  Если  ответ  утвердительный,  то  включается  тумблер
соответствующего  разряда.  После  того  как  четырехразрядный  код
полностью  набран,  нажимается  кнопка  «Ответ»  и  загорается  све¬
тодиод,  расположенный  рядом  с  выбранным  именем.  Размещение
деталей  на  лицевой  панели  автомата  показано  на  рисунке  170.
Принципиальная  схема  автомата  такая  же,  как  у  макета  для
изучения  работы  дешифратора  на  ИС  К155ИДЗ,  в  нее  только  до¬
полнительно  вводится  кнопка  SB5  —  «Ответ»,  с  тем  чтобы  свето¬
диоды  не  загорались  по  мере  набора  двоичного  кода  (см.
рис.  151).
 Эту  же  схему  (см.  рис.  151)  с  небольшими  изменениями  можно
использовать  для  изготовления  модели  «кодового  замка».  Она
состоит  из  четырех  кнопок  для  набора  двоичного  кода,  т.  е.  ввода
«ключа»,  четырехразрядного  дешифратора  схемы  К155ИДЗ  и  двух
исполнительных  устройств  —  электромагнита  (соленоида),  пере¬
мещающего  защелку  замка  (ригеля)  при  правильном  коде,  и
сигнального  устройства,  например  звонка,  включающегося  при  не¬
верном  коде.  К  соленоиду  подходит  один  из  16  выводов  дешифра¬
тора,  все  остальные  объединяются  и  подключаются  к  сигнальному
устройству.  В  качестве  исполнительных  устройств  в  модели  ис¬
пользуются  светодиоды,  в  реальном  замке  для  включения  электро¬
магнитов  соленоида  и  звонка  нужны  транзисторные  усилители
мощности.
 Можно  значительно  расширить  список  имен,  известных  «элект¬
ронной  гадалке»,  или  повысить  «секретность»  замка,  если  увели¬
чить  число  двоичных  разрядов  кода  до  пяти,  тогда  только  одна  из
32  комбинаций  пятиразрядного  двоичного  кода  оказывается  пра¬
вильной.  С  этой  целью  два  дешифратора  схемы  К155ИДЗ  объе¬
диняют  для  совместной  работы.  Осуществить  это  можно  благо¬
даря  входам  стробирования  А1  и  А2,  которые  позволяют  от¬
ключать  дешифраторы  при  поступлении  на  них  логической  1.
При  поступлении  кодов  от  00000  до  01111  работает  дешифра¬
тор  DD1,  так  как  на  его  входы  А1  и  А2  подается  логический  0  —
на  А1  постоянно,  на  А2  до  тех  пор,  пока  в  пятом  разряде  имеется
логический  0  (рис.  172).  При  этом  дешифратор  DD2  отключен,
так  как  на  его  вход  А2  с  пятого  разряда  через  элемент  НЕ  по¬
дается  логическая  1.
 Начиная  с  кода  10000  отключается  первый  дешифратор  и  вклю¬
чается  второй.  Тем  самым  дешифраторы  последовательно  рас¬
 158

шифровывают  пятиразрядный  код.  Аналогично  получают  де¬
шифратор  на  64  выхода  из  четырех  ИС  К155ИДЗ  и  двух  ин¬
вертеров.
 37. 	Самоделки  на  основе
электронного  счетчика
 Из  типовых  функциональных  узлов  цифровой  техники  нетрудно
собрать  электронный  счетчик-секундомер,  аналогичный  тем,  кото¬
рые  выпускаются  для  школьных  физических  кабинетов.  В  этих
приборах  используется  счетно-импульсный  метод  измерения  вре¬
мени,  который  состоит  в  том,  что  измеряется  число  импульсов,
период  повторения  которых  известен.  Подобные  приборы  содер¬
жат  следующие  основные  узлы:  генератор  счетных  импульсов,
схему  управления  (в  простейшем  случае  ее  роль  выполняет  кнопка
«Пуск»),  двоично-десятичный  счетчик,  дешифраторы  и  индика¬
торы.  Последние  три  узла  образуют  пересчетную  декаду,  моде¬
лирующую  один  десятичный  разряд.  Нужно  заметить,  что  изме¬
рение  времени  счетно-импульсным  методом  сопровождается  не¬
избежной  ошибкой,  равной  единице  счета.  Связано  это  с  тем,  что
прибор  зафиксирует  одинаковое  число  импульсов  и,  следова¬
тельно,  покажет  одинаковое  время,  если  счет  прекращен  сразу
же  после  поступления  последнего  импульса  или  перед  самым  по¬
ступлением  предыдущего  импульса.  В  этом  случае  ошибка  примет
наибольшее  значение,  равное  времени  между  двумя  соседними
 159

Рис.  172.  Пересчетная  декада
 импульсами.  Если  уменьшить  период  повторения  импульсов  и
ввести  дополнительные  разряды  счетчика,  то  можно  в  нужное  чис¬
ло  раз  повысить  точность  измерения.
 Одна  декада  счетчика-секундомера  показана  на  рисунке  172.
Она  состоит  из  двоично-десятичного  счетчика  на  ИС  К155ИЕ2,
дешифратора  на  ИС  К155ИД1  и  индикатора  на  неоновой  лам¬
пе  ИН12А.  Для  питания  индикатора  нужно  высокое  напряже¬
ние  +  200  В,  поэтому  по  правилам  техники  безопасности  прибо¬
ром  должен  пользоваться  руководитель.  В  схеме  используется
дешифратор,  специально  предназначенный  для  работы  с  высоко¬
вольтным  индикатором.  Вместо  лампы  ИН12А  можно  использо¬
вать  лампы  других  типов:  ИН-8,  ИН-14,  ИН-16,  ИН-17,  рассчитан¬
ные  на  напряжение  питания  200  В  и  силу  тока  индикации  2,5  мА.
Микросхема  К155ИЕ2  состоит  из  триггера  со  счетным  входом
(вход  С1)  и  триггерного  делителя  на  5  (вход  С2).  При  соеди¬
нении  выхода  счетного  триггера  (выход  1)  с  входом  делителя
образуется  двоично-десятичный  счетчик.  Он  реагирует  на  задний
фронт  положительного  импульса  или  на  отрицательный  скачок  на¬
пряжения,  поданного  на  вход  С/.  В  условных  обозначениях  счет¬
ный  фронт  иногда  показывается  в  виде  стрелки,  направленной
к  микросхеме,  если  она  реагирует  на  положительный  скачок
напряжения,  или  стрелки,  направленной  от  микросхемы,  если  она
реагирует  на  отрицательный  перепад  напряжения.
 Для  управления  работой  счетной  декады  используется  три
кнопки  и  переключатель.  Перед  началом  счета  декада  устанавли¬

вается  в  нулевое  состояние  кнопкой  «Уст.  О»,  при  этом  на  входы
R0  и  &  —  счетчика  подается  логическая  1.  Затем  переключателем
SA1  выбирается  источник  счетных  импульсов  —  им  может  быть
или  триггер,  или  мультивибратор.  В  режиме  «счет  механических
замыканий»  при  последовательном  нажатии  и  отпускании  кнопки
SB1  происходит  двоично-десятичный  счет  и  на  индикаторе  после¬
довательно  загораются  цифры  1,  2,  3  и  т.  д.  до  цифры  9,  затем  заго¬
рается  цифра  0  и  счет  повторяется.  В  режиме  счета  импульсов  на
вход  С1  счетчика  поступают  импульсы  мультивибратора,  собран¬
ного  по  уже  известной  схеме  на  ИС  К155ЛАЗ  (см.  рис.  168).  Для
измерения  времени  в  секундах  частота  импульсов  должна  рав¬
няться  1  Гц.  Она  устанавливается  переменным  резистором  R1  и
емкостью  С/,  равной  100  мкФ.
 Для  получения  многоразрядного  двоично-десятичного  счетчи¬
ка  ИС  К155ИЕ2  включаются  последовательно,  т.  е.  выход  пер¬
вого  соединяется  со  входом  второго,  выход  второго  соединяется  со
входом  третьего  и  т.  д.  Для  установки  многоразрядного  счетчика
в  нулевое  состояние  входы  R0  и  &  объединяются  и  подключаются
к  кнопке  «Уст.  0».
 Если,  например,  прибор  предполагается  использовать  на  уро¬
ках  физики,  то  время  нужно  измерять  в  довольно  широком  диапа¬
зоне—  от  0,001  до  100  с.  Для  этого  генератор  должен  иметь  час¬
тоту  1  кГц,  а  счетчик  должен  состоять  из  пяти  десятичных  раз¬
рядов.  При  этом  показания  цифрового  индикатора  будут  иметь
следующий  вид:  00,000;  00,001;  00,002  и  т.д.  до  99,999  с.
 Область  применения  учебного  счетчика-секундомера  можно
значительно  расширить,  если  ввести  в  него  два  дополнительных
устройства  —  блок  бесконтактного  управления  и  блок  выдержек
времени.  Первый  блок  должен  обеспечивать  автоматическое  и
безинерциойное  включение  и  отключение  прибора.  Для  этого
можно  использовать  уже  известную  схему  фотореле  (рис.  76),
выбрав  нужную  чувствительность  и  согласовав  напряжения  ис¬
точников  питания.  В  схеме  управления  должно  быть  два  фото¬
датчика  —  один  используется  для  включения,  а  другой  для  выклю¬
чения  счетчика-секундомера  в  моменты  пересечения  лучей  дви¬
жущимся  телом.  Зная  расстояние  между  фотодатчиками  и  по¬
казания  секундомера,  легко  вычислить  скорость  движения  тела.
В  блоке-приставке  используются  два  усилителя  фототока.  Их
выходные  сигналы  управляют  работой  счетного  триггера,  один  из
выходов  которого  через  транзисторный  ключ  соединен  со  входом
секундомера.
 Можно  привести  также  другие  примеры  использования  элект¬
ронных  счетчиков.  Например,  автомат,  моделирующий  игру
«в  кости»,  состоит  из  уже  рассмотренной  декады  на  ИС  К155ИЕ2,
 161

ИС  К155ИД1  и  неоновой  лампы  HG1  управляемой  импульсами
мультивибратора  (см.  рис.  168,  172).  Игроки  поочередно  на¬
жимают  кнопку  SBly  прерывающую  счет.  Выигрывает  тот,  у  кого
индикатор  покажет  большее  число.  Момент  остановки  счетчика,
как  и  момент  остановки  подбрасываемого  кубика  с  точками  от  1
до  6,  определяется  случайными  причинами,  поэтому  счетная
декада  вместе  с  мультивибратором  являются  электронным  дат¬
чиком  случайных  чисел.  Приведем  еще  примеры  ее  использования
в  различных  игровых  ситуациях.
 При  проверке  скорости  реакции  игроков  резистором  R1  уста¬
навливается  определенная  частота  работы  мультивибратора  и  ско¬
рость  смены  цифр  индикатора  HG1  (см.  рис.  168  и  172).  Участни¬
кам  игры  предлагается  нажимать  на  кнопку  SB1  мультивибрато¬
ра  каждый  раз,  как  индикатор  покажет  определенную,  заранее
выбранную  цифру.  Выполнить  поставленное  условие  тем  сложнее,
чем  выше  частота  переключения.  Первыми  выбывают  из  игры
наиболее  медлительные,  победителем  становится  игрок,  обла¬
дающий  лучшей  реакцией.  В  другом,  более  сложном  варианте
игры  нужно  продолжать  нажатия  кнопки  в  установленном  судьей
темпе  после  того,  как  исчезают  показания  индикатора.  Для
этого  его  закрывают  механической  шторкой  или  отключают  кноп¬
кой  SB4.
 Счетную  декаду  вместе  с  мультивибратором  особенно  удобно
использовать  в  играх,  если  ее  питание  сделать  автономным,  т.  е.
не  связанным  с  сетью.  В  этом  случае  используют  семисегментный
светодиодный  индикатор  АЛ305А-Г,  управляемый  дешифратором
интегральной  схемы  К514ИД2.  С  этой  микросхемой  и  индикатором
мы  уже  знакомы  (рис.  150,  163).  Схемы  мультивибратора  и
счетчика  остаются  неизменными.  Схема  датчика  случайных  чисел,
работающего  от  источника  с  напряжением  5  В,  показана  на  ри¬
сунке  173.
 Примером  более  сложного  устройства,  работающего  на  основе
электрического  счетчика,  является  блок  выдержки  времени,  или
таймер.  На  рисунке  174  показана  принципиальная  схема  таймера,
позволяющего  включать  различную  нагрузку  на  время  от  0  до
999  с.  Он  состоит  из  трехразрядного  десятичного  счетчика,  собран¬
ного  на  микросхеме  К155ИЕ2,  трех  дешифраторов  на  микро¬
схеме  К155ИДЗ,  мультивибратора  и  схемы  управления  на  микро¬
схеме  К155ЛАЗ,  а  также  микросхеме  К155ЛРЗ.  Источником
счетных  импульсов  является  мультивибратор,  настроенный  на  час¬
тоту  1  Гц.  Его  импульсы  подаются  на  вход  трехразрядного  де¬
сятичного  счетчика.  Двоичные  коды  с  каждого  разряда  подаются
на  дешифраторы  DD4—DD6.  На  их  выходах  0—9  последовательно
появляются  нулевые  сигналы  по  мере  поступления  на  входы
 162

Рис.  173.  Пересчетная  декада  со  светодиодным  индикатором
 соответствующих  двоичных  кодов.  Установка  нужной  выдержки
времени  осуществляется  переключателями  SA1—Sy43,  соединяю¬
щими  выходы  дешифраторов  с  элементами  И-ИЛИ-НЕ  микро¬
схемы  К155ЛРЗ.  Входы  элементов  И  попарно  соединены  для
получения  элемента  ИЛИ-HE.  Переключателем  SA1  устанавлива¬
ются  единицы  секунд,  переключателем  SA2  —  десятки  секунд  и
переключателем  SA3—  сотни  секунд.  Если,  например,  переключа¬
тели  соединяются  с  выводами  2,  3  и  7  дешифраторов,  то  на  входах
элемента  ИЛИ-HE  будут  три  0  только  в  момент,  когда  счетчик
зафиксирует  237  импульсов  или  пройдет  промежуток  времени,
равный  237  секундам  с  момента  начала  счета.  При  этом  на  вы¬
ходе  элемента  ИЛИ-HE  появится  сигнал  1.  До  этого  момента
при  всех  двоичных  кодах  счетчика  на  выходе  логического  эле¬
мента  был  нулевой  сигнал.
 Схема  управления  таймера  работает  следующим  образом.
Предварительно  нажимается  кнопка  «Стоп»,  в  результате  RS-
тригге(^,  собранный  по  микросхеме  DD9,  устанавливается  в  ну¬
левое  состояние.  С  прямого  выхода  нулевой  уровень  напряжения
подается  на  транзистор  1/77,  в  эмиттерную  цепь  которого  вклю¬
чена  обмотка  электромагнитного  реле.  Транзистор  и  реле  нахо¬
дятся  в  выключенном  состоянии.  Одновременно  с  этим  на  ин¬
версном  выходе  6  появляется  высокий  уровень,  который  служит
сигналом  сброса  для  счетчика.  При  нажатии  кнопки  «Пуск»
RS-триггер  переходит  в  единичное  состояние,  на  прямом  вы¬
ходе  3  появляется  высокий  уровень  напряжения,  достаточный
для  открывания  транзистора  VT1  и  срабатывания  реле.  Его
контакты  замыкают  цепь  питания  нагрузки.  Одновременно  с  этим
 163

Рис.  174.  Принципиальная  схема  таймера

нулевой  уровень  напряжения,  снимаемый  с  инверсного  выхода
триггера,  «открывает»  счетчик.  Счетчик  работает  до  тех  пор,  пока
на  выходах  дешифратора  не  появятся  выходные  сигналы,  соот¬
ветствующие  набранному  числу.  В.  этом  случае,  как  уже  говори¬
лось,  на  выходе  ИС  К155ЛРЗ  возникает  единичный  сигнал,  ко¬
торый  через  инвертер  подается  на  вход  R  /^S-триггера.  Происхо¬
дит  его  установка  в  нулевое  состояние  и,  соответственно,  вы¬
ключение  транзистора,  электромагнитного  реле  и  нагрузки.  Счет¬
чик  устанавливается  в  нулевое  состояние.
 Таймер  будет  показывать  текущее  время  в  секундах,  если  к
выходам  дешифраторов  подключить  светодиоды.  Отсчет  времени
станет  более  удобным,  если  двоично-десятичные  коды  счетчиков
подать  на  дешифраторы  К514ИД2,  работающие  совместно  с  семи¬
сегментными  индикаторами  АЛ305  А-Г.
 38. 	Модель  «бегущие  огни»  световой
рекламы  и  новогодней  елочки
 Простейшим  электронным  устройством,  позволяющим  «гонять
по  кругу»  огоньки  светодиодов,  является  регистр  сдвига.  Его  вы
собирали  из  микросхем  К155ТМ2  (см.  §  33).  Модель  будет  зна¬
чительно  проще  изготовить,  если  имеются  микросхемы  более  вы¬
сокой  степени  интеграции.  Например,  при  увеличении  числа  двоич¬
ных  разрядов  до  8  используются  два  корпуса  ИС  К155ИР1  или
один  корпус  ИС  К155ИР13,  являющиеся,  соответственно,  четы¬
рех-  и  восьмиразрядным  универсальными  сдвиговыми  регистрами.
Микросхема  К155ИР1  имеет  несколько  управляющих  и  инфор¬
мационных  входов  (рис.  175).  Вход  С1  служит  для  сдвига  инфор¬
мации,  имеющейся  на  регистре.  На  вход  С2  подаются  положи¬
тельные  импульсы,  если  нужно  записать  информацию  на  вы¬
ходе  Dl  —  D4.  Запись  осуществляется,  если  на  дополнительном
управляющем  входе  V2  имеется  высокий  уровень  напряжения,
при  низком  уровне  разрешается  сдвиг,  т.  е.  с  помощью  входа
V2  регистр  можно  сделать  параллельным  или  последовательным.
Входы  Dl—D4  предназначены  для  параллельной  записи  кода
в  регистр  по  синхроимпульсу.  Для  последовательной  записи
служит  вход  VI,  информация  с  него  записывается  в  первый  раз¬
ряд  регистра  в  режиме  сдвига.  Если  соединить  выход  последнего
разряда  со  входом  VI,  то  получится  кольцевой  регистр  сдвига.
 Микросхема  К155ИР13  (рис.  176)  является  самой  большой  по
численности  элементов  по  сравнению  с  другими,  рассмотрен¬
ными  выше  микросхемами,  но  логика  ее  работы  более  проста,  чем,
например,  логической  микросхемы  К155ИР1.  Логическая  структу-
 165

Рис.  175.  Условное  обозначение  ре¬
гистра  сдвига  на  микросхеме  К155ИР1
 Рис.  176.  Микросхема  К155ИР13  —  уни¬
версальный  восьмиразрядный  регистр
сдвига
 ра  этого  универсального  восьмиразрядного  регистра  состоит  из
55  элементов  —  восьми  /?5-триггеров  и  47  управляющих  логиче¬
ских  элементов.  Каждый  из  них,  в  свою  очередь,  включает  один
или  несколько  базовых  элементов  И-НЕ,  схема  которого  пока¬
зана  на  рисунке  177.  Попробуйте  теперь  представить,  сколько
времени  пришлось  бы  потратить  даже  профессиональному  радио¬
монтажнику,  чтобы  собрать  без  ошибки  такую  сложную  схему  из
отдельных  резисторов,  диодов  и  транзисторов.  Кроме  того,  в  ре¬
зультате  было  бы  получено  громоздкое  и  дорогое  электронное
устройство,  в  обозначении  которого,  конечно,  не  было  бы  буквы  К
(помните,  что  она  означает?).  Для  юных  радиолюбителей  она  бы¬
ла  бы  недоступна.
 Рис.  177.  Базовый  элемент  И-НЕ
 166

Универсальный  восьмиразрядный  регистр  удобен  для  демон¬
страции  сдвига  различных  кодов  и  перемещения  в  разных  направ¬
лениях  светящихся  точек  светодиодов.  Сдвиг  вправо  и  влево
осуществляется  в  микросхеме  К155ИР13  по  тактовым  импульсам,
поступающим  на  вход  С,  при  определенном  состоянии  входов  SO  и
S1.  Для  сдвига  вправо  на  них,  соответственно,  должны  быть
логические  уровни  1  и  0,  а  при  сдвиге  влево  —  0  и  1.  Если  на  этих
входах  низкий  уровень,  т.  е.  поданы  логические  0,  то  сдвиг  за¬
прещен.  При  сдвиге  вправо  последовательная  информация  по¬
ступает  на  вход  DR,  при  сдвиге  влево  —  на  вход  DL.  Для  записи
двоичных  чисел  в  регистр  в  параллельном  коде  используются
входы  DO—D7.  Управление  работой  регистра  осуществляется
так  же,  как  и  в  случае  использования  ИС  К155ИР1.  Для  вклю¬
чения  светодиодов  используется  ИС  К155ЛА8,  источником  синх¬
ронизирующих  импульсов  является  мультивибратор.  Его  частота
подбирается  так,  чтобы  получить  наилучший  эффект  от  «бегущих
огней».
 Если  перемещается  только  один  «огонек»,  например  в  гир¬
лянде  новогодней  елочки,  то  схему  проще  всего  построить  на
основе  использования  двоично-десятичного  счетчика  К155ИЕ2,
работу  которого  мы  рассмотрели  выше.  Чем  больше  последова¬
тельно  включите  счетчиков,  тем  больший  путь  будет  «пробегать
огонек».  Структурная  схема  одной  гирлянды  показана  на  ри¬
сунке  178.  Она  включает  известные  вам  микросхемы  К155ЛАЗ,
К155ЛА8,  К155ИЕ2,  К155ИДЗ  и  светодиоды  АЛ102.  Принци¬
пиальную  схему  мы  не  приводим  специально,  так  как  составить  ее
из  известных  блоков  начинающим  радиолюбителям  вполне  под
силу.
 Итак,  путь  от  цепи  имитации  карманного  фонарика  в  начале
книги  до  структурной  схемы  цифрового  автомата  в  ее  конце
пройден.
 Рис.  178.  Структурная  схема  счетчика  импульсов

Заключение
 Путешествие  в  мир  электроники  закончено.  Оно  потребовало
от  его  участников  больших  усилий,  которые  может  затратить
добровольно  только  заинтересованный  человек.  Если  вы  сумели
дойти  до  конца,  то  цель  книги  выполнена:  она  поможет  найти
будущую  профессию,  которая  наверняка  будет  связана  с  самой
передовой  и  универсальной  областью  современной  техники  —
радиоэлектроникой.  Кроме  того,  можно  определить,  какой  этап
практической  работы  лучше  всего  получается:  разработка  правил
игры  и  составление  структурных  схем  моделей,  или  монтаж  эле¬
ментов  радиоэлектронной  аппаратуры  на  печатной  плате,  работа
с  измерительными  приборами  и  наладка  самоделок,  или...  сам
процесс  игры  с  электронным  партнером.  Эти  сведения  также  по¬
могут  выбрать  будущую  профессию.  Во  всяком  случае,  если  воз¬
ник  интерес  к  радиоэлектронному  конструированию,  то  его  нужно
удовлетворить  на  аналогичном  факультативном  курсе  в  старших
классах  школы.  Понятно,  что  с  усложнением  моделей  возрастают
возможности  их  применения,  в  частности  интереснее  становятся
правила  игры  с  электронными  автоматами.
 Что  нового  вы  сможете  узнать  в  старших  классах  по  радио¬
электронике?  Наверное,  самым  интересным  будет  постройка  ро¬
ботов,  разработке  и  практическому  применению  которых  сейчас
уделяется  особое  внимание  во  всех  развитых  странах.  Для  учеб¬
ных  целей  роботы  представляют  особый  интерес,  так  как  в  них
взаимодействуют  механические,  электрические  и  электронные
устройства.  Органами  чувств  являются  различные  датчики,  при¬
вод  к  механическим  «рукам»  или  «ногам»  осуществляется  с  по¬
мощью  электромагнитов  и  электродвигателей,  а  электронным
«мозгом»  служит  цифровое  управляющее  устройство.  Другим  лн-
тересным  направлением  развития  элекронной  техники,  с  которым
вы  сможете  практически  ознакомиться,  является  применение  ЭВМ
для  измерения,  контроля  и  управления.  Для  этих  целей  будут
использованы  широко  распространенные  программированные
микрокалькуляторы.  Интересно  также  будет  узнать  о  возмож¬
ностях  применения  микропроцессорных  устройств  в  любитель¬
ском  конструировании.  Думаю,  вы  согласитесь,  что  вряд  ли  другая
область  техники  предоставляет  такие  большие  возможности  для
совершенствования  полученных  знаний,  как  радиоэлектроника.
Желаем  вам  воспользоваться  этими  возможностями.
 О  всем  этом  можно,  конечно,  узнать  не  только  на  факульта¬
тиве.  Многое  можно  сделать  у  себя  дома,  пользуясь  описаниями
различных  занимательных  электронных  устройств  из  популярных
журналов  «Юный  техник»,  «Моделист-конструктор»  и  «Радио».
 168

Полученные  знания  и  опыт  помогут  вам  выбрать  доступную
конструкцию.  Однако  при  коллективной  работе  на  факультативе
вы  всегда  сможете  получить  помощь  руководителя  или  това¬
рищей,  кроме  того,  имеются  большие  возможности  в  использо¬
вании  комплектующих  изделий  и  измерительной  аппаратуры.
 СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ
 Борисов  В.  Г.  Кружок  радиотехнического  конструирования.—  М.:
Просвещение,  1990.
 Дробница  Н.  А.  Электронные  устройства  для  радиолюбителей.—
М.:  Радио  и  связь,  1985.
 Извозчиков  В.  А.,  Ревунов  А.  Д.  Электронно-вычислительная  тех¬
ника  на  уроках  физики  в  средней  школе.—  М.:  Просвещение,
1988.—239  с.
 Крайзмер  Л.  П.  Информатика  и  вычислительная  техника.—
Л.,  Лениздат,  1988.—  270  с.
 Мальцева  Л.  А.,  Фромберг  Э.  М.,  Ямпольский  В.  С.  Основы
цифровой  техники.—  М.:  Радио  и  связь,  1988.
 Мнеян  М.  Г.  Физические  принципы  работы  ЭВМ.—  М.:  Просве¬
щение,  1987.
 Опойцев  В.  И.  Кому  нужен  этот  компьютер?  —  М.:  Детская  ли¬
тература,  1987.
 Сворень  Р.  Электроника:  шаг  за  шагом.—  М.:  Детская  литерату¬
ра,  1986.
 Терминологичемкий  словарь  по  автоматике,  информатике  и  вычис¬
лительной  технике:  Справ,  пособие  для  СПТУ  /  В.  В.  Зотов,
Ю.  Н.  Маслов,  А.  Е.  Пядочкин  и  др.—  М.:  Высш.  шк.,  1989.—
191  с.
 Трофимов  А.  И.,  Коробейников  М.  Ю.  Учись  работать  с  ЭВМ.—
М.:  Просвещение,  1988.
 Трохименко  Я.  К-,  Любич  Ф.  Д.  Микрокалькулятор,  Ваш  ход!  —
М.:  Радио  и  связь,  1986.
 Фролов  В.  В.  Язык  радиосхем.—  М.:  Радио  и  связь,  1988.
 Широбоков  И.  И.  Подружись  с  компьютером.—  Иркутск:  Восточ-
но-Сибирское  книжное  издательство,  1988.

СЛОВАРЬ  ОСНОВНЫХ  ТЕРМИНОВ
 АВТОМАТ  —  устройство,  которое  без  непосредственного  учас¬
тия  человека  выполняет  процесс  приема,  преобразования,  ис¬
пользования  и  передачи  энергии,  материалов  или  информации  в
соответствии  с  заданной  программой.
 АНАЛОГОВАЯ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ  МАШИНА  (АВМ)  —
физическая  система,  которая  обрабатывает  информацию  в  анало¬
говой  (непрерывной)  форме.
 АМПЕРМЕТР  —  прибор  для  измерения  силы  электрического
тока.
 ВОЛЬТМЕТР  —  прибор  для  измерения  напряжения  в  электри¬
ческих  цепях.
 ВЫПРЯМИТЕЛЬ  —  устройство  для  преобразования  перемен¬
ного  электрического  тока  в  постоянный.
 ДАТЧИК—  измерительный  (входной)  преобразователь  ин¬
формации  об  измеряемой  физической  величине  в  сигнал,  удобный
для  использования  и  обработки  в  системах  автоматического
контроля  и  измерения.
 ДЕЛИТЕЛЬ  НАПРЯЖЕНИЯ  —электротехническое  устрой¬
ство,  позволяющее  снимать  (использовать)  только  часть
имеющегося  напряжения  посредством  электрической  цепи,  состоя¬
щей  из  резисторов,  конденсаторов  или  катушек  индуктивности.
 ДЕТЕКТИРОВАНИЕ  —  преобразование  электрических  коле¬
баний,  в  результате  которого  обычно  получаются  колебания
другой  (как  правило,  более  низкой)  частоты.
 ДЕШИФРАТОР  —  устройство,  устанавливающее  однозначное
соответствие  между  входным  дешифрируемым  сигналом  и  сигна¬
лом  на  соответствующем  выходе,  используется,  в  частности,  для
преобразования  двоичного  кода  в  десятичный.
 ДИОД  ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ—двухполюсный  прибор,
обладающий  резко  различной  электропроводимостью  в  зави¬
симости  от  полярности  приложенного  напряжения.
 ДИСПЛЕЙ  —  устройство  для  визуального  (зрительного)
отображения  информации  в  виде  текста,  таблицы,  чертежа  и  т.  д.,
как  правило,  на  экране  электронно-лучевой  трубки.
 ЕДИНАЯ  СИСТЕМА  ЭВМ  (ЕС  ЭВМ)  —семейство  програм¬
мно-совместимых  ЭВМ  третьего  поколения.
 170

ЗАПОМИНАЮЩЕЕ  УСТРОЙСТВО  (ЗУ)  —  устройство  для
записи,  хранения  и  выдачи  по  запросу  информации  в  электрон¬
ных  устройствах,  системах  обработки  данных.
 ИНДИКАТОР—прибор  (устройство,  элемент),  отображаю¬
щий  состояние  объекта  наблюдения  в  удобной  для  человека
форме.
 ИНФОРМАЦИЯ  —  совокупность  сведений  (данных),  воспри
нимаемых  от  окружающей  среды  (входная  информация),  вы¬
даваемых  в  окружающую  среду  (выходная  информация),  либо
сохраняемых  внутри  некоторой  системы  (внутренняя  информа¬
ция).
 КАРТА  ПЕРФОРАЦИОННАЯ  —  носитель  данных  в  виде  пря¬
моугольника  из  плотной  бумаги  или  тонкого  картона.  Запись
информации  на  перфокарту  осуществляется  пробивкой  в  опре¬
деленных  местах  системы  отверстий  (перфораций).
 КОД  —  совокупность  знаков  (символов)  и  система  опреде¬
ленных  правил,  при  помощи  которых  информация  может  быть
представлена  (закодирована)  из  таких  символов.
 КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ  КОНТУР  —  замкнутая  электрическая
цепь,  в  которой  могут  возбуждаться  собственные  колебания  с
частотой,  определяемой  параметрами  самой  цепи.  Простейший
колебательный  контур  содержит  катушку  индуктивности  и  кон¬
денсатор.  Применяется  в  качестве  резонансной  системы  генера¬
торов,  усилителей,  фильтров  и  т.  д.
 КОМАНДА  —  специальный  код,  предписывающий  ЭВМ  вы¬
полнение  отдельной  операции  или  части  программы.
 КОМПЬЮТЕР  —  англоязычное  название  ЭВМ,  широко  ис¬
пользуется  в  международной  литературе,  а  также  часто  употреб¬
ляется  в  русском  языке.
 КОНДЕНСАТОР  ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  —  элемент  электриче¬
ской  цепи,  предназначенный  для  использования  его  электрической
емкости.
 ЛОГИЧЕСКИЙ  ЭЛЕМЕНТ  —  простейшая  структурная  еди¬
ница  цифрового  устройства,  выполняющая  определенную  логи¬
ческую  операцию.
 МИКРОКАЛЬКУЛЯТОР  —  переносное  электронное  вычисли¬
тельное  устройство  с  автономным  питанием,  имеющее  карман¬
ный  размер  и  небольшую  массу  (50—300  г).
 МИКРОПРОЦЕССОР  —  арифметическое  и  логическое  устрой¬
ство,  выполненное  на  полупроводниковых  интегральных  микро¬
схемах,  часто  в  виде  одной  БИС.
 МИКРОСХЕМА  ИНТЕГРАЛЬНАЯ  (ИС)  —  микроэлектронное
изделие,  выполняющее  определенную  функцию  преобразования  и
обработки  сигналов  и  имеющее  высокую  плотность  упаковки
 171

электрически  соединенных  элементов,  которое  рассматривается
как  единое  целое.
 МИКРОСХЕМА  ИНТЕГРАЛЬНАЯ  АНАЛОГОВАЯ  —  ИС,
предназначенная  для  преобразования  и  обработки  аналоговых
сигналов.
 МИКРОСХЕМА  ИНТЕГРАЛЬНАЯ  БОЛЬШОЙ  СТЕПЕНИ
ИНТЕГРАЦИИ  (БИС)  —ИС,  содержащая  от  нескольких  сотен
до  нескольких  тысяч  элементов  и  компонентов.
 МОДУЛЯЦИЯ  —  изменение  параметров  некоторого  физиче¬
ского  процесса  (переносчика  информации)  в  соответствии  с  те¬
кущими  значениями  передаваемого  сигнала  (модулирующего  сиг¬
нала)  .
 ОММЕТР  —  прибор  для  измерения  электрического  сопротив¬
ления.
 ОСЦИЛЛОГРАФ  —  прибор,  предназначенный  для  визуально¬
го  (зрительного)  наблюдения  за  изменением  во  времени  напря¬
жения  или  силы  тока  в  электроцепях,  а  также  для  измерения  раз¬
личных  электрических  величин.
 ПАМЯТЬ  ВНЕШНЯЯ  —  память  ЭВМ,  реализуемая  внешними
запоминающими  устройствами  на  магнитных  дисках,  лентах,  ба¬
рабанах,  перфокартах,  полупроводниковых  схемах  и  других
устройствах.
 ПАМЯТЬ  ВНУТРЕННЯЯ  —  память  ЭВМ,  конструктивно
объединенная  с  центральными  устройствами  ЭВМ  и  осуществля¬
ющая  оперативное,  постоянное  и  иолупостоянное  запоминание
команд  и  данных,  необходимых  для  вычислений.
 ПЛАТА  —  пластина  из  электроизоляционного  материала,  пред¬
назначенная  для  установки,  механического  закрепления  и  электри¬
ческого  соединения  электро-  и  радиоэлементов.
 ПЕЧАТНАЯ  ПЛАТА  —  пластина  из  электроизоляционного  ма¬
териала,  на  поверхности  которой  нанесены  тонкие  электропрово¬
дящие  полосы  (печатные  проводники)  с  контактными  площадками
для  подсоединения  электро-  и  радиоэлементов.
 РЕГИСТР  —  устройство,  представляющее  собой  совокупность
запоминающих  элементов  (чаще  всего  триггеров)  и  предназна¬
ченное,  как  правило,  для  хранения  одного  информационного
слова  (числа).
 РЕГИСТР  СДВИГА  —  регистр,  преобразующий  хранящееся  в
нем  слово  (код)  перемещением  всех  значений  разрядов  на
определенное  число  разрядов  влево  или  вправо.
 РЕЗИСТОР  —  элемент  электрической  цепи,  предназначенный
для  использования  его  сопротивления
 РЕЛЕ  —  устройство,  предназначенное  для  автоматической
коммутации  электрических  цепей  по  сигналу  извне.
 172

СВЕТОДИОД,  или  светоизлучающий  диод,—  полупроводнико¬
вый  диод,  являющийся  источником  оптического  излучения.  При¬
меняется  в  индикаторных  устройствах.
 СИГНАЛ  —  процесс,  несущий  сообщение  (информацию)  о  ка-
ком-либо  событии,  явлении,  состоянии  объекта  наблюдения  либо
передающий  команды  управления.
 СУММАТОР  —  основной  узел  арифметического  устройства
ЭВМ,  осуществляющий  операцию  суммирования  двух  чисел.
 СЧЕТЧИК  —  устройство,  осуществляющее  счет  сигналов  (им¬
пульсов)  в  устройствах  автоматики,  телемеханикй,  измеритель¬
ной  и  вычислительной  техники.
 СЧИСЛЕНИЕ,  система  счисления  —  способ  выражения  и
обозначения  чисел.
 ТАЙМЕР  —  прибор,  который  по  истечении  заданного  проме¬
жутка  времени  автоматически  включает  (выключает)  машину,
аппарат,  устройство  производственного  или  бытового  назначения
либо  сигнализирует  о  наступлении  момента  их  включения  (вы¬
ключения)  .
 ТЕРМОРЕЗИСТОР  —  полупроводниковый  прибор,  в  котором
используется  зависимость  его  электрического  сопротивления  от
температуры,  применяется  как  датчик  изменения  температуры  в
различных  электронных  устройствах.
 ТРАНЗИСТОР  —  трехэлектродный  полупроводниковый  при¬
бор,  предназначенный  для  усиления,  генерирования  и  преобра¬
зования  электрических  колебаний.
 ТРИГГЕР  —  электронное  переключательное  устройство,  кото¬
рое  сколь  угодно  долго  сохраняет  одно  из  двух  своих  состояний
устойчивого  равновесия  и  скачком  переключается  из  одного  со¬
стояния  в  другое  по  сигналу  извне.
 ТРАНСФОРМАТОР  —  устройство,  преобразующее  перемен¬
ный  ток  одного  напряжения  в  переменный  ток  другого  напря¬
жения  (при  неизменной  частоте).
 УСИЛИТЕЛЬ  электронный  —  устройство,  увеличивающее
электрическую  мощность,  напряжение,  силу  тока  входного  сигнала
за  счет  энергии  источников  электрического  питания  посредством
полупроводниковых  приборов,  радиоламп  и  др.
 ФОТОРЕЗИСТОР  —  полупроводниковый  прибор,  в  котором
используется  зависимость  его  электрического  сопротивления  от
воздействия  оптического  излучения.
 ЦИФРОВАЯ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ  МАШИНА  —  вычисли¬
тельная  машина  для  переработки  информации,  представленной
в  виде  цифрового  кода.
 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ  ТРУБКА  (ЭЛТ)  —  электровакуум¬
ный  прибор,  в  котором  используется  управляемый  поток  элек¬
 173

тронов,  сфокусированный  в  узкий  пучек  (электронный  луч).  Ис¬
пользуется  для  визуального  (зрительного)  отображения  инфор¬
мации  в  осциллографах,  телевизионных  приемниках,  дисплеях
ЭВМ,  в  различных  автоматических  устройствах.
 ЭЛЕКТРОННАЯ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ  МАШИНА  (ЭВМ)  —
вычислительная  машина,  в  которой  основные  функциональные
элементы  (логические,  запоминающие,  индикационные  и  др.)
выполнены  на  электронных  приборах.  Существуют  аналоговые
(АВМ)  и  цифровые  (ЦВМ)  электронные  вычислительные  машины.
 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  ФИЛЬТР  —  устройство,  предназначенное
для  частотного  разделения  электрических  сигналов.  Из  совокуп¬
ности  сигналов  произвольных  частот,  поступающих  на  вход
электрического  фильтра,  на  его  выходе  остаются  сигналы,  содер¬
жащие  частоты,  определяемые  полосой  пропускания;  для  осталь¬
ных  частот  сигналов  создается  достаточно  большое  затухание.

ОГЛАВЛЕНИЕ
 Введение  		3
 Часть  I.  Основы  радиоэлектроники  и  автоматики 		4
 Глава  1.  Основные  радиоизмерительные  приборы
 1. 	Немного  физики 		5
 2. 	Безопасные  приемы  работы  с  электроцепями  и  электроприборами  . 	. 	8
 3. 	Монтаж  электроцепей 		10
 4. 	Универсальный  школьный  электроизмерительный  прибор 		15
 5. 	Электронные  осциллографы 		21
 6. 	Школьные  звуковые  генераторы 		26
 7. 	Источник  тока 		28
 Глава  2.  Радиоэлементы  —  составные  части  электрических  цепей  .... 	32
 8. 	Резисторы 		—
 9. 	Конденсаторы 		36
 10. 	Детали  с  катушками  индуктивности 		40
 И.  Полупроводниковые  приборы 		46
 12. 	Выключатели,  кнопки  и  переключатели 		58
 Глава  3.  Основные  электрические  цепи 		59
 13. 	Делитель  напряжения  и  мост  сопротивлений 		—
 14. 	Фильтрующие  цепи 		62
 15. 	Колебательный  контур 		65
 Глава  4.  Основные  электронные  устройства 		67
 16. 	Выпрямители 		—
 17. 	Усилители 		71
 18. 	Генераторы  электрических  колебаний 		79
 Глава  5.  Электронные  модели  и  приборы  юного  конструктора 		85
 19. 	Приемы  радиолюбительского  конструирования 		—
 20. 	Прибор  для  проверки  транзисторов 		88
 21. 	Простые  автоматы 				89
 22. 	Электронные  переговорные  и  радиоприемные  устройства  .... 	100
 23. 	Электронная  музыка 	105
 24. 	Источник  электропитания  		106
 Часть  II.  Элементы  цифровой  техники  и  ЭВМ 		107
 Глава  6.  Основные  сведения  об  аналоговой  и  цифровой  технике 		—
 175

25. 	Из  истории  развития  электронной  вычислительной  техники  . 	107
 26. 	Способы  представления  информации  в  ЭВМ 		109
 27. 	Двоичная  арифметика  и  структура 	ЭВМ 		113
 Глава  7.  Элементы  и  узлы  цифровой  техники 		118
 28. 	Логические  схемы 		—
 29. 	Триггеры  		125
 30. 	Цифровые  интегральные  микросхемы 		128
 31. 	Индикаторные  приборы 		134
 32. 	Шифраторы  и  дешифраторы 		138
 33. 	Сумматоры 		145
 34. 	Регистры  		149
 35. 	Счетчики  электрических  импульсов 		152
 Глава  8.  Модели  цифровых  автоматов 		156
 36. 	Игровые  автоматы  и  кодовые  замки 		—
 37. 	Самоделки  на  основе  электронного  счетчика 		159
 38. 	Модель  «бегущие  огни»  световой  рекламы  и  новогодней
 елочки 		165
 Заключение  		168
 Список  литературы 		169
 Словарь  основных  терминов  		170
 Учебное  издание
 Богатырев  Александр  Николаевич
 РАДИОЭЛЕКТРОНИКА,  АВТОМАТИКА
И  ЭЛЕМЕНТЫ  ЭВМ
 Учебное  пособие
 для  8—9  классов  средней
 общеобразовательной  школы
 Зав.  редакцией  Т.  С.  Дагаева
Редакторы  J1.  Н.  Шипова,  Т.  А.  Чамаева
Младший  редактор  Т.  Н.  Клюева
Художник  А.  Г.  Бессонов
Художественный  редактор  Н.  А.  Парцевская
Технический  редактор  Г.  В.  Субочева
Корректор  М.  Ю.  Сергеева
 ИБ  №  12589
 Сдано  в  набор  21.12.89.  Подписано  к  печати  23.10.90.  Формат  60Х90'/|6.  Бум.  офсетная  №  2.  Гарнит.
литературная.  Печать  офсетная.  Уел  печ.  л  11+0,25  форз.  Уел.  кр-отт.  23,31.  Уч.-изд.  л.  10,81  +
+  0,40  форз.  Тираж  349  300  экз.  Заказ  2359.  Цена  1  р.
 Ордена  Трудового  Красного  Знамени  издательство  «Просвещение»  Министерства  печати  и  массовой
информации  РСФСР.  129846,  Москва,  3-й  проезд  Марьиной  рощи,  41.
 Смоленский  полиграфкомбинат  Министерства  печати  и  массовой  информации  РСФСР.  214020,  Смо¬
ленск,  ул.  Смольянинова,  1.

Условные  обозначения  на
схемах:
 21  —  26  —  интегральные
микросхемы.
 большая  интегральная  микросхема  (БИС)

Условные  обозначения  на
схемах:
 1 	—  резистор  постоянный;
 2— 	резисторы  перемен¬
ные  и  подстроечиые;  3—
конденсатор  постоянный;
4—  конденсатор  электро¬
литический;  5—  конден¬
саторы  подстроечиые  и
переменные;  6—  электро¬
магнитное  реле;  7—  ка¬
тушка  индуктивности,
трансформатор;  8—  го¬
ловные  телефоны,  гром¬
коговоритель;  9—  термо¬
резистор,  фоторезистор;
10—  диоды,  стабилитро¬
ны,  светодиоды,  фотодио¬
ды;  11—транзисторы
структуры  п—р—п,
р—п—г,  полевой  тран¬
зистор;  12—  кнопка,  пе¬
реключатель;  13—  пере¬
ключатель  многопози¬
ционный;  14—магнитная
антенна;  15  —  миллиам¬
перметр;  16—индика¬
торная  лампа  неоновая;
17  —  электронно-лучевая
трубка;  18  —  симисег-
ментный  индикатор;  19  —
гальванический  элемент  и
батарея  гальванических
элементов;  20  —  электри¬
ческая  лампа  накалива¬
ния.
 1
 2
 6
 7
 11
 12
 16
 17

13
 18
 8
 3
 5
 10
 15
 20