Автор: Галкин В.И.
Теги: электротехника общая радиотехника микроэлектроника
ISBN: 5-345-00029-8
Год: 1989
Текст
В. И. ГАЛКИН
НАЧИНАЮЩЕМУ
jnor|
ГАДИО-
БИТЕЛЮ
/
ББК 32.84
Г16
УДК 621.396.6
Галкин В. И.
Г16 Начинающему радиолюбителю.— 2-е изд., перераб. и
доп.— Мн.: Полымя, 1989.— 304 с.: ил.
ISBN 5-345-00029-8
Изла1аются сведения о развитии радио, электротехники, радиотехники; о радиоприеме,
усилителях, генераторах, измерительных приборах и источниках питания радиоэлектронной
аппаратуры. Приводится описание практических конструкций приборов. Даются справочные
материалы и советы по пайке, монтажу, проверке, настройке электронных конструкций.
Для широкого круга радиолюбителей.
2302020500 — 100
1 М 306(03)—89 *-
ISBN 5-345-00029-8
ББК 32.&1
© Издательство «Беларусь», 1983.
© Издательство «Полымя», 1989,
с изменениями и дополнениями.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Из различных увлечений, пожалуй, наиболее распространенным яв-
ляется радиолюбительство. Многие еще в школе пытаются собрать
простейший радиоприемник, усилитель для прослушивания грамзаписи
или к электрогитаре, электромузыкальный звонок, цветомузыкальную
приставку и т. п., не утрачивая интереса к этому и в дальнейшем.
В магазинах по продаже радиоаппаратуры всегда многолюдно. Здесь
можно встретить и школьника младших классов, и людей, убеленных
сединой.
В чем же секрет массовости, популярности и притягательной силы
радиолюбительства? Хотя однозначно и с полной определенностью от-
ветить па этот вопрос трудно, все же, думается, что основная причина
во все более широком внедрении радиоэлектроники в самые различные
сферы нашей жизни. В связи с этим увеличивается количество книг по
радиоэлектронике, советы начинающим радиолюбителям систематически
публикуются в журнале «Радио». Однако книг, в которых наиболее
полно излагался бы материал по различным вопросам радиолюбитель-
ского творчества, все еще недостаточно. Это приводит к тому, что начи-
нающие радиолюбители порой не могут справиться даже с элементар-
ными конструкциями, нс говоря уже о более сложных.
В предлагаемой книге основное внимание уделено назначению и
принципам работы устройств, из которых состоят радиоприемники и дру-
гая радиоэлектронная аппаратура. Во втором издании увеличено коли-
чество описаний различных радиолюбительских конструкций: электрон-
ных пробников и измерительных приборов, усилителей и генераторов,
имитаторов звуковых сигналов и электронных звонков. Расширены све-
дения о построении радиоэлектронной аппаратуры с использованием
интегральных микросхем, введена глава, посвященная применению
электроники для обслуживания автомобилей.
Изложение материала ведется от простого к сложному, от известного
к менее известному. Хотелось бы, чтобы эту последовательность соблю-
дал в своей практике и начинающий радиолюбитель. Не нужно пренеб-
ршагь изучением теоретического материала: не зная принципов работы
составных элементов радиоэлектронных устройств, нельзя стать грамот-
ным радиолюбителем-конструктором.
3
НАША СТРАНА — РОДИНА РАДИО
С древних времен человечество искало и совершенствовало средства
обмена информацией. На малые расстояния сообщения передавались
жестами и речью, на большие с помощью костров, находящихся друг
от друга в пределах прямой видимости. Иногда между пунктами выстраи-
валась цепочка людей и новости передавались голосом по этой цепочке
от одного пункта до другого. В Центральной Африке для связи между
племенами широко использовались барабаны тамтам.
Позднее, в конце XVIII в., появился оптический телеграф. Общение
в светлое время суток осуществлялось с помощью подвижных планок,
окрашенных в различные цвета, а в темное время — подвешенных к ним
фонарей.
Открытие электромагнетизма привело к появлению электромагнитного
телеграфа, первый тип которого был создан в 1828 г. выдающимся
русским ученым П. Л. Шиллингом. Спустя четыре года с помощью усо-
вершенствованного телеграфа Шиллинга была налажена связь между
Зимним дворцом и Министерством путей сообщений.
Ценой больших усилий и затрат во второй половине XIX в. был про-
ложен телеграфный кабель вначале между Англией и Францией, Англией
и Ирландией, Англией и Голландией, Корсикой и Италией, а затем между
Англией и США через Атлантический океан. Однако необходимость
прокладки проводов для передачи сообщений по электромагнитному те-
леграфу препятствовала связи между странами, разделенными морями и
океанами. К тому же, электромагнитный проволочный телеграф того вре-
мени не мог обеспечить передачу все увеличивающегося потока инфор-
мации.
Вслед за электромагнитным телеграфом был изобретен телефон. Пер-
вая телефонная станция появилась в США в 1878 г., в России — в
1882—1883 гг. В наше время трудно представить жизнь без телефона.
Для телефонной связи также нужны провода, поэтому она, как и теле-
графная связь, затруднена между объектами, расстояние между которыми
непрерывно изменяется: между кораблями и портом, между отдельными
кораблями, между самолетами и т. п. Для этих целей необхоцимл такое
< Эе ц -
. коюром передача еиоощении осуществлялась оы оез
проводов. Таким средством явилось радио, изобретенное русским ученым
Александром Степановичем Поповым. 7 мая 1895 г. А. С. Попов на заседа-
4
нии Русского физико-химического общества продемонстрировал прибор,
который «отвечал» на возникающие при грозовых электрических разрядах
электромагнитные колебания электрическим звонком, и назвал его гро-
зоотметчиком. В заключение своего выступления А. С. Попов сказал, что
созданный им прибор при дальнейшем усовершенствовании может быть
применен для передачи сигналов на расстояние.
В 1896 г. А. С. Попов осуществил передачу и прием сигналов на
расстояние 250 м, а в 1897 г. приборы А. С. Попова были установлены
на крейсерах «Россия» и «Африка». Дальность передачи составляла
5 км.
В 1900 г. вблизи острова Гогланд в Балтийском море сел на камни
броненосец «Генерал-адмирал Апраксин». В ходе спасательных работ
А. С. Попов установил радиосвязь между этим островом и окрестностями
города Котки в Финляндии на расстоянии 47 км, за что получил благо-
дарность и поздравление с достигнутым успехом известного русского
флотоводца адмирала Макарова.
Спустя несколько лет появились первые радиостанции, которые связы-
вали столицу России с ее отдельными провинциями.
С первых дней Советской власти В И. Ленин уделял большое внима-
ние развитию радио в стране. 19 мая 1918 г. им был подписан декрет
«О централизации радиотехнического дела». Согласно декрету все мощ-
ные радиостанции передавались в ведение Народного Комиссариата
почт и телеграфов
Успешное развитие радиосвязи требовало сосредоточения сил и
средств, а также научных кадров. С этой целью в декабре 1918 года
была создана радиолаборатория в Нижнем Новгороде. На лабораторию
возлагались задачи совершенствования беспроводной связи, увеличения
дальности ее действия, разработки и производства радиотехнических
приборов. Директором Нижегородской радиолаборатории был назначен
Михаил Александрович Бонч-Бруевич. Для увеличения дальности дейст-
вия радиостанций требовались мощные радиолампы. М. А. Бонч-Бруе-
вич разработал теорию трехэлектродных радиоламп, а затем и конст-
рукцию мощных триодов. В 1920 г. им был построен радиопередатчик,
с помощью которого удалось осуществить радиосвязь между Нижним
Новгородом и Москвой В. И Ленин, внимательно следивший за иссле-
дованиями Нижегородской радиолаборатории, писал в феврале 1920 г.
М. А. Бонч-Бруевичу: «Михаил Александрович!.. Пользуюсь случаем,
чтобы выразить Вам глубокую благодарность и сочувствие по поводу
большой работы... которую Вы делаете. Газета без бумаги и «без рас-
стояний», которую Вы создаете, будет великим делом. Всяческое и все-
мерное содействие обещаю Вам оказывать этой и подобной работам.»
Осенью 1920 г. Нижегородская радиолаборатория установила радио-
связь между Москвой и Берлином. В 1921 г. в Москве началось строи-
тельство Центральной радиотелефонной станции. Монтаж радиостанции
был закончен летом 1922 г., а 17 сентября 1922 г. эта радиостанция
передала первый концерт, который слушали во многих городах нашей
страны. Впоследствии Центральная радиотелефонная станция стала на-
зываться «Радиостанция имени Коминтерна». В марте 1927 г. в Москве
начала работать самая мощная для того времени в Европе радиостанция
5
«Новый Коминтерн» с передатчиком мощностью 40 кВт. Передачи этой
радиостанции можно бы*о принимать в Тбилиси.
В начале 30-х годов в нашей стране были проведены первые экспе-
рименты по передаче изображения на расстояние, а 10 марта 1939 г.
началось регулярное телевещание из Московского телецентра. Одновре-
менно разрабатывалось цветное телевидение. В 1929 г. советский инже-
нер Ю С. Волков создал систему цветного телевидения, явившуюся
прообразом современного.
Сегодня радио и телевидение вошли в каждый дом. По радио управ-
ляются различные летательные аппараты, осуществляется связь с ис-
кусственными спутниками Земли. Благодаря телевидению была получена
фотография обратной стороны Луны и т. п.
В развитие и совершенствование радио и телевидения наряду с
крупными учеными и специалистами немалый вклад вносят радиолю-
бители, и нет сомнений, что для многих начинающих радиолюбителей се-
годняшнее увлечение станет профессией, делом всей жизни.
1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ
ЭЛЕКТРО- И РАДИОТЕХНИКИ
1.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ
И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Электризация тел
Первые сведения о некоторых электрических явлениях относятся
к глубокой древности. Еще за 600 лет до и. э. была описана способность
янтаря, потертого о шерсть, притягивать легкие тела По-гречески ян-
тарь «электрон», поэтому явления, возникающие при трении тел, полу-
чили название электрических.
В дальнейшем было обнаружено, что такой способностью обладает
не только янтарь, но и многие другие вещества.
Свойство, заключающееся в передаче телу электрического заряда,
было названо электризацией. Сообщить телу электрический заряд
можно не только путем трения, но и при соприкосновении его с дру-
гим, наэлектризованным телом.
На основании опытов установлено, что существуют два вида элек-
трических зарядов — положительные и отрицательные
Заряд, полученный при трении стеклянной палочки о бумагу (или
шелк), назвали положительным, а полученный при трении эбонитовой
палочки о шерсть — отрицательным.
Взаимодействие наэлектризованных тел
Наэлектризованные тела взаимодействуют между собой с помощью
электрических полей. Электрическое поле является особой формой дви-
жения материи. Оно может воздействовать на находящееся в его пре-
делах наэлектризованное тело.
Электрическое поле существует вокруг каждого наэлектризованного
тела. Вблизи такого тела электрическое поле действует сильнее, чем
при удалении от него. Тела, имеющие электрические заряды одного
знака, отталкиваются, а тела с зарядами противоположных знаков
притягиваются. Следовательно, направление электрических сил зависит
от знака заряда тела, вокруг которого существует электрическое поле.
Графически это направление принято изображать линиями напряженно-
сти, показывающими, как двигались бы точечные положительные элек-
трические запяпы Если телу, заряженному положительно, сообщить
такой же по величине отрицательный заряд, ю ранее создаваемое этим
телом электрическое поле исчезает. Таким образом, заряды различных
знаков компенсируют друг друга. Этот факт привел к мысли о том, что
7
в незаряженных телах также есть положительные и отрицательные
заряды, находящиеся в равновесии. Во время электризации трением
заряды с одного тела переходят на другое, равновесное соотношение
между зарядами нарушается, в результате чего одно из тел оказывается
заряженным положительно, а другое — отрицательно.
Строение атома
Наименьшим отрицательным зарядом обладает электрон, входящий
в состав атома. Атом состоит из ядра, образованного незаряженными
(нейтронами) и положительно заряженными (протонами) частицами,
и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Ядро
имеет диаметр 10-12... 10~13 см. И хотя оно составляет ничтожно ма-
лую часть объема всего атома, почти вся масса атома заключена в ядре.
Например, масса ядра атома водорода, состоящего всего лишь из одного
протона, в 1840 раз больше массы вращающегося вокруг ядра электрона.
Электроны не падают на положительно заряженное ядро потому, что они
вращаются вокруг него с большой скоростью. Чем ближе орбита элек-
трона находится к яд)эу, тем сильнее связь электрона с атомом. Элек-
троны, вращающиеся на внешних, наиболее удаленных от ядра орбитах,
слабо связаны с атомом и при сообщении им некоторой энергии (на-
пример, при нагреве) отрываются от ядра и становятся свободными.
В атомах, потерявших по одному электрону, положительный заряд
ядра оказывается больше отрицательного заряда оставшихся электро-
нов. Такие атомы называют положительными ионами.
1.2. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Природа электрического тока
Если в теле, в котором содержатся свободные электроны, создать
электрическое поле, то под влиянием электрических сил они начнут пере-
мещаться в направлении действия поля.
Упорядоченное движение заряженных частиц называют электри
ческим током.
Вещества, в которых имеются свободные носители заряда, способные
перемещаться под действием электрического поля, называют про-
водниками электрического тока. К проводникам относятся
все металлы и некоторые вещества.
В ряде веществ электроны настолько тесно связаны с атомами,
что даже при сообщении им довольно большой дополнительной энер-
гии не могут оторваться от атомов и стать свободными. Поэтому если в
таких веществах создать электрическое поле, то в них электрические за-
ряды перемещаться не будут, т. е. не будет протекать электрический
ток. Такие вещества называют изоляторами, или диэлектри-
кам и.
Чтобы электрический ток протекал в проводнике длительное время,
•необходимо в нем поддерживать электрическое поле. Для этого исполь-
8
зуют.ся специальные источники электрического тока. Они могут быть
самыми различными, но общим для них является ю, что в каждом проис-
ходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц.
Положительные и отрицательные заряды накапливаются в определен-
ных местах, называемых полюсами источника тока, при этом один
полюс оказывается заряженным положительно, другой — отрицательно.
Между полюсами образуется электрическое поле. Если полюсы соеди-
нить проводником, электрическое поле возникнет и в проводнике и по
нему потечет электрический ток.
Электрический ток в металлах — это упорядоченное движение элек-
тронов под действием электрического поля источника тока в направле-
нии от отрицательного полюса к положительному. Электрическое поле
в проводнике распространяется со скоростью света в вакууме
(300 000 км/с) С такой же скоростью в проводнике течет электриче-
ский ток.
За единицу силы тока принят 1 ампер (А). Одна тысячная доля
ампера называется миллиампером (мА), а одна миллионная — микроам-
пером (мкА)
1 А=103 мА—106 мкА; 1 мА=103 мкА.
Силу электрического тока обозначают латинской буквой /.
Электрический ток. протекая через проводник, нагревает его, т. е. со-
вершает работу. Однако для характеристики этой работы недостаточно
знания одной лишь силы тока.
Токи, протекающие через лампочку карманного фонаря и освети-
тельную лампу, примерно одинаковы, но осветительная лампа дает
больше тепла и света. Значит, и работа, совершаемая электрическим
током, в данном случае больше. Объясняется это тем, что напряже-
ние в осветительной лампе во много раз выше, чем в лампочке карман-
ного фонаря.
За единицу напряжения принят 1 вольт (В). На практике приме-
няют и другие единицы напряжения: 1 милливольт (мВ) = 0,001 В; 1 ки-
ловольт (кВ)=1000 В.
Обозначают напряжение латинской буквой U.
Сопротивление проводников
Электроны, двигаясь в проводнике под действием электрического
поля, сталкиваются с неподвижными ионами, образующими кристалли-
ческую решетку проводника. При этом электроны испытывают сопро-
тивление своему движению, которое отчасти можно сравнить с трением,
замедляющим скорость движущегося объекта
За единицу сопротивления (/?) принят ом (Ом), т. е. сопротивление
такого проводника, через который протекает ток силой 1 ампер при
напряжении на концах проводника в 1 вольт. Применяются и произ-
водные от него единицы: 1 кОм (килоом)=103 Ом; 1 МОм (мегаом) =
10,: Ом
Чем длиннее прово тик, тем больше столкновений с неподвижными
ионами испытывают движущиеся по нему электроны и тем большим со-
противлением он обладает. С увеличением толщины проводника его со-
9
противление, наоборот, уменьшается. Таким образом, сопротивление
(/?) прямо пропорционально длине проводника (Z), обратно пропорци-
онально площади поперечного сечения (S) и зависит от материала
проводника. Материал проводника характеризует его удельное сопро-
тивление (р), т. е. сопротивление проводника длиной 1 м и площадью
поперечного сечения 1 мм2. Сопротивление проводника можно рассчитать
по формуле:
/? = р(//5).
Наилучшими проводниками электрического тока (т. е. обладающими
наименьшими удельными сопротивлениями) являются медь и серебро.
Вот почему в электрических цепях чаще всего применяются медные
провода (серебро значительно дороже меди).
Закон Ома для участка цепи
Если электрическую лампочку напряжением 2,5 В подключить к галь
ваническому элементу, у которого напряжение 1,5 В, нить лампочки
едва покраснеет. При добавлении к одному гальваническому элементу
второго (соединяют его положительный полюс с отрицательным полюсом
первого) общее напряжение станет равным 3 В и лампочка будет гореть
ярко. Если же последовательно со светящейся лампочкой включить
вторую такую же лампочку, яркость свечения обеих лампочек умень-
шится.
Последовательное включение лампочек вызвало увеличение сопротив
ления цепи, подключенной к гальваническим элементам. Уменьшение
яркости свечения лампочек происходило вследствие уменьшения тока в
цепи. Так как напряжение в цепи оставалось постоянным ((7=3 В),
ток уменьшился за счет увеличения сопротивления.
Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и
сопротивления этого участка впервые была установлена немецким уче-
ным Георгом Омом в 1827 г. и получила название «закон Ома», кото-
рый гласит: «Сила тока в участке цепи пропорциональна напряжению
на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивле-
нию». Математически закон Ома записывают так:
/= U/R.
Работа и мощность постоянного электрического тока
Благодаря тому, что электрический ток способен совершать работу,
он используется для освещения помещений и улиц, приведения в действие
электрических двигателей трамваев и троллейбусов, обогрева помещений
и т. д.
Работа электрического тока (Д) может быть определена по формуле;
A=UIt.
Работу, совершенную в единицу времени, называют мощностью.
Уравнение для мощности легко полечить из уравнения для работы,
разделив обе его части на время /. Тогда, обозначив мощность бук-
вой Р, получим:
P=^A/t=UIt/t=UI, т. е. P=UL
10
Если напряжение измерено в вольтах, а сила гока в амперах, мощ-
ность будет измеряться в ваттах (Вт). Таким образом, 1 ватт= 1 вольтХ
XI ампер, или 1 Вт — 1 В • А.
Один ватт сравнительно небольшая мощность. Примерно такая мощ-
ность расходуется на разогрев нити лампочки карманного фонаря. Поэто-
му на практике применяются и другие единицы мощности, являющиеся
производными от ватта; 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт=102 Вт; 1 кВт
(киловатт) = 1000 Вт=103 Вт; 1 МВт (мегаватт) =1 000 000 Вт = 10' Вт.
Воспользовавшись законом Ома, можно определять мощность и по
другим формулам. Так как в соответствии с этим законом I—UR, то,
подставив данное значение тока в формулу для мощности, получим:
P = U(U/R) = lR/R.
Согласно закону Ома, также U = IR. Поэтому
Эти формулы используются для определения мощности на участке
цепи с заданным сопротивлением R, если на участке известно напря-
жение или протекающий ток. Для получения мощности в ваттах в приве-
денные формулы необходимо подставлять напряжение в вольтах, ток —
в амперах, сопротивление — в омах.
1.3. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Магнитное поле проводника с током
Магнитное поле и магнитные силы были открыты гораздо раньше
электрических. Одним из первых магнитных приборов был компас с маг-
нитной стрелкой. Взаимодействие магнитных полей стрелки и Земли
приводило к строгой ориентации оси стрелки: один конец ее указывал
на север, а другой — на юг.
Электрический ток также обладает магнитными свойствами, в чем
легко убедиться.
Если расположить над магнитной стрелкой провод, замыкающий
электрическую цепь, составленную из батарейки для карманного фонаря
и электрической лампочки, то, пока цепь разомкнута, один конец стрелки
будет направлен на юг, а другой — на север. Но стоит замкнуть цепь —
и стрелка повернется, займет другое положение. Если изменить направ-
ление тока, то и стрелка повернется в противоположную сторону. Словом,
стрелка ведет себя так, как если бы к ней подносили постоянный
магнит. А это значит, что вокруг проводника с протекающим через
него электрическим током образуется магнитное поле.
Магнитное поле графически можно изобразить в виде силовых линий
(рис. I.l), которые всегда должны быть замкнутыми. Считают, что сило-
вые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный.
Силовые линии магнитного поля, возникшего вокруг проводника
с iipoivKdivuAHM через нею током, представляют собой концентриче-
ские окружности (рис. 1.2).
Если проводник выполнен в виде спирали или намотан на каркас
(соленоид), то ток, протекающий по виткам проводника, называют
II
круговым током (рис. 1.3, а). При сравнении магнитного поля
постоянного магнита (см. рис 1.1, а) с магнитным полем соленоида
(рис. 1.3, б) легко заметить их сходство. А это означает, что катушка
с током обладает магнитными свойствами и так же, как и постоянный
магнит, имеет два полюса. На данном свойстве основано действие электро
магнита и электромагнитного реле.
Рис. 1.1 Силовые линии ноля постоянного магнита
а — стержневой формы; б — подковообразной формы
Рис. 1.3 Магнитное поле кругового тока (а) и соленоида (б)
12
Взаимодействие магнитного поля
с электрическим током
Если подвесить между полюсами подковообразного постоянного маг-
нита медный провод таким образом, чтобы он мог свободно качаться
(рис. 1.4), включить в электрическую цепь, т. е. пропустить через него
электрический ток, ю провод переместится между полюсами магнита.
При изменении направления тока в проводе изменится и направление
его перемещения Следовательно, магнитное поле действует па проводник
с током с некоторой силой. Направление ее можно определить по правилу
левой руки: если левую руку расположив таким образом, чтобы маг-
нитные силовые линии входили в ее ладонь, а вытянутые четыре пальца
совпадали с направлением тока в проводнике, то отогнутый на 90° боль-
шой палец покажет направление действия на проводник магнитной
силы.
Если проводнику придать вид рамки, расположив ее между полю-
сами постоянного магнита, и по рамке пропустить электрический ток,
как показано на рис. 1.5, а, то на участке АВ и CD рамки будут дей-
ствовать равные и противоположно направленные силы F, заставляющие
рамку вращаться до тех пор, пока ее плоскость не установится пер-
пендикулярно магнитным силовым линиям (рис. 1 5, б) В этом случае
силы магнитного поля, действующие на участки АВ и CD, будут находить-
ся в одной плоскости, направлены навстречу друг другу и скомпенси-
Рис. 1.4. Взаимодействие проводив
ка с током с магнитным полем
13
рованы. На самом же деле рамка, начав движение, как показано на
рис. 1.5, а, в силу инерции пройдет состояние равновесия (рис. 1.5, о) и
займет такое положение, как на рис. 1.5, в. Если в это время изме-
нить направление тока в участках АВ и CD, магнитные силы, дей-
ствующие в них, поддержат вращение рамки в первоначальном направ-
лении, и она повернется на 180°. Если в этот момент снова изменить на
правление тока в рамке, она продолжит вращение. Таким образом, изме-
няя через каждые 180° направление тока в рамке, придают ей
непрерывное вращение. По этому принципу работает электрический
двигатель постоянного тока. Для периодического изменения направле-
ния тока в рамках служит устройство, называемое коллектором.
Первый электрический двигатель, получивший практическое приме-
нение, был изобретен русским академиком Б С. Якоби в 1834 г
На взаимодействии магнитного поля и проводника с током основан
принцип действия электроизмерительных приборов магнитоэлектриче-
ского типа. В таких приборах на ось рамки, соединенной со спираль-
ной пружиной, крепится стрелка. При пропускании тока через рамку она
поворачивается на угол, пропорциональный величине тока, и одновре-
менно вращает стрелку, конец которой движется вдоль шкалы прибора.
Электромагнитная индукция
Как уже известно, если в проводнике протекает электрический юк,
вокруг проводника создается магнитное поле. А нельзя ли с помощью
магнитного поля получить электрический ток? Впервые эту задачу по-
ставил перед собой в 1821 г. английский физик Майкл Фарадей. С по-
мощью многочисленных опытов он доказал, что если проводник движется
в магнитном поле, пересекая магнитные силовые линии, то в провод
нике наводится (индуцируется) электродвижущая сила (ЭДС), а если
проводник образует замкнутый .контур, в нем возникает электрический
ток. Если проводник в магнитном поле неподвижен или движется вдоль
силовых линий, электрический ток в нем не индуцируется (рис. 1.6)
Электрический ток в проводнике возникает и в случае, если проводник
неподвижен, но перемещается магнит, между полюсами которого он
находится.
Таким образом, для возникновения в замкнутом проводнике электри-
ческого тока необходимо, чтобы проводник пересекал силовые линии
магнитного поля. Это явление получило название электромагнит-
ной индукции.
Индуцирование ЭДС в разомкнутом проводнике или электрического
тока в замкнутом проводнике происходит и в случае, если проводник
Рис. 1.6. Определение электро-
магнитной индукции
14
и магнитное поле неподвижны, но изменяется величина магнитного поля
Направление индуцированных ЭДС или токов при этом таково, что они
противодействуют изменениям магнитного поля.
Данное свойство широко используется в трансформаторах для пре-
образования переменного напряжения (или тока) одного значения в
другое.
1.4. ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Основные параметры переменного тока
На практике переменным электрическим током обычно
считают ток, сила и направление которого периодически изменяются
Именно такой ток образуется в витках рамки, вращающейся в магнит-
ном поле, или при работе ламповых, транзисторных и других генера-
торов. Графически переменный гок изображен на рис. 1.7, а. Перемен-
ный ток. изменяющийся по этому закону, называют с и ну сои дал ь-
н ы м, или гармоническим, током.
Основными параметрами, определяющими характер изменения пере-
менного тока, являются период, частота и амплитуда.
Под периодом (7) понимают время, в течение которого происхо-
дит полный цикл изменений переменного тока или одно полное его ко-
лебание. Число таких изменений за 1 секунду называют частотой
(/) переменного тока, или частотой колебаний. Период
и частота связаны между собой такой зависимостью:
7—1// или /'-1/7.
Период измеряется в секундах или их долях — миллисекундах (мс),
микросекундах (мкс), наносекундах (нс), пикосекундах (пс). Причем
1 с—103 мс—106 мкс— I09 нс—1012 пс.
Частота измеряется в герцах (Гц), килогерцах (кГц), мегагерцах
(МГц) и гигагерцах (ГГц). Эти единицы измерения частоты связаны
между собой следующим образом: 1 кГц—1000 Гц (103 Гц); 1 МГц=
= 1000 кГц-1000 000 Гц (106 Гц); 1 ГГц-1000 МГц-1000000
кГц-1 000 000 000 Гц (109 Гц).
Частота в 1 Гц соответствует одному полному колебанию в секунду.
Если за одну секунду происходит 10 полных колебаний, частота такого
тока равна 10 Гц, а период 7—0,1 с. Переменный ток, применяемый в
промышленности, имеет частоту /'—50 Гц, что соответствует периоду
7=0,02 с—20 мс, и называется т о ко м промышленной частоты
Кроме того, по частоте колебаний различают переменные токи низкой
(звуковой), средней и высокой частоты.
Переменные токи низкой (звуковой) частоты имеют частоту колеба-
ний от 16 Гц до 20 кГц, высокой частоты—от сотен килогерц до де-
сятков мегагерц Переменные токи, частоты которых находятся между
tnua”” »изких и высоких частот, называют токами средних частот, а
с частотами от 30U МГц и более — токами сверхвысоких частот (СВЧ)
Амплитудой переменного тока (/„) называют наибольшее
его отклонение от нулевого значения. За один период переменный ток
15
Рис. 1.7. Графические изображения
переменного электрического
тока (а) и напряжения (б)
дважды достигает своего амплитудного значения (рис. 1.7, а) - втечение
положительного и отрицательного полупериодов.
Кроме амплитудного переменный ток имеет мгновенное и действующее,
или эффективное значения.
Мгновенное значение переменного тока — это его зна-
чение в любой момент времени. Оно обозначается буквой i. Мгновенное
значение синусоидального переменного тока можно выразить через его
амплитуду и угловую скорость о>:
i — Im sin <о/.
Угловая скорость ш свя-
зана с частотой f и периодом Т
зависимостью:
w = 2nf = 2л/7.
Коэффициент л соответствует
180°, т. е. половине длины окруж-
ности.
Под действующим (эф-
фективным) значением
переменного тока понима-
ют величину, равную силе постоян-
ного тока, при протекании которого
через проводник в нем выделяется
такое же количество тепла, которое
выделяет переменный ток за то
же самое время. Это значение
переменного тока обозначают бук-
вой /. Оно меньше амплитудного значения и связано с ним соотношениями:
1т = д/27 = 1,41 /; / = 0,707/„, = 1п^
Активное сопротивление в цепи переменного тока
Сопротивление проводника постоянному току иногда называют оми-
ческим. Оно зависит лишь от материала и размеров проводника.
При протекании переменного тока через проводник в последнем
создается переменное напряжение. Если ток равен нулю, напряжение
в проводнике также равно нулю, а при максимальном токе в проводнике
создается максимальное напряжение (рис. 1.7,6). Стедовательно, если
электрическая цепь обладает только активным сопротивлением, то пере
менный ток, протекающий в ней, и возникающее переменное напряже-
ние изменяются по одинаковому закону, или, как говорят в этом случае,
совпадают по фазе. Для переменного тока в такой цепи оказывается
справедливым закон Ома, устанавливающий связь между активным
сопротивлением, током и напряжением:
i — u/R
Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока
Электрический ток, протекающий в проводнике, выполненном в виде
катушки, создает в ней магнитное поле (см. рис. 1.3, б). При изменении
16
силы тока изменяется и магнитное поле катушки. Но, как уже известно,
изменение магнитного поля наводит в проводнике, помещенном в это
поле, ЭДС. Следовательно, в катушке, включенной в цепь переменного
тока, под влиянием изменения ее собственного магнитного поля будет
индуцироваться электродвижущая сила, получившая название ЭДС
самоиндукции. Согласно закону Ленца, направление данной ЭДС
таково, что она всегда препятствует изменению магнитного поля; под-
Рис. 1.8. Графики изменения переменно-
го тока (а) и напряжения (б) в элек-
трической цепи с чисто индуктивным со-
противлением
держивает его при уменьшении электрического тока и ослабляет при
увеличении тока.
Величина ЭДС самоиндукции зависит от числа витков катушки,
материала, из которого она выполнена, ее конструкции и характери-
зуется параметром, называемым индуктивностью (£). Единица из-
мерения индуктивности получила название генри (Гн).
На практике применяются и другие единицы измерения индуктив-
ности: миллигенри (мГн), микрогенри (мкГн), наногенри (нГн), причем
1 Гн=103 мГн—10(’ мкГн=109 нГн.
Индуктивность цепи обусловливает появление в ней ЭДС самоин-
дукции, препятствующей изменениям тока, и дополнительного сопро-
тивления переменному току. Это дополнительное сопротивление полу-
чило название индуктивного сопротивления. В отличие от
активного индуктивное сопротивление обозначают символом Х^. Чем
больше индуктивность цепи L, тем сильнее она препятствует изменению
тока и тем больше индуктивное сопротивление. При увеличении часто-
ты переменного тока увеличиваются скорость его изменения и скорость
изменения магнитного поля. Это вызывает увеличение ЭДС самоиндук-
ции, что, в свою очередь, приводит к дальнейшему увеличению индук-
тивного сопротивления. Таким образом, индуктивное сопротивление ока-
зывается прямо пропорциональным частоте переменного тока и индук-
тивности цепи и рассчитывается по формуле:
Xi = 2jifL = o)L.
Для получения в омах необходимо в эту формулу частоту подстав-
лять в герцах, а индуктивность в генри.
Появление в индуктивности ЭДС самоиндукции приводит к тому, что
амплитудные значения переменного тока i и создаваемого им переменно-
го напряжения и не совпадают во времени. В этом можно убедиться,
оценив скорости изменения тока на различных участках. Из рис. 1.8 вид-
но, что в моменты времени Л, h и /5 (точки А, С и Е) скорость изменения
17
тока равна нулю Следовательно, напряжение на катушке индуктив-
ности в эти моменты времени также должно равняться нулю. В моменты
времени /о, /2 и /4 (точки О, В и D) скорость изменения переменного тока
оказывается наибольшей, поэтому напряжение в эти моменты времени
должно быть также максимальным. В течение времени /|.../3 ток убывает,
а во время /з—/5 — возрастает. Убывание тока соответствует отрица-
тельной скорости его изменения, а нарастание — положительной. Вслед-
ствие этого полярность напряжения, определяемая направлением ЭДС
самоиндукции, в указанные временные интервалы оказывается противопо-
ложной, и кривая изменения напряжения как бы «сдвигается» относи-
тельно кривой изменения тока на четверть периода, или на 90° (полный
период изменения синусоидальной величины соответствует 360°
или 2л)
Из рис. 1.8 видно, что когда значение переменного тока равно нулю
(точка 0), напряжение имеет максимальное значение. Ток достигает мак-
симального значения (точка Д) лишь через четверть периода, соответ-
ствующего 90°. Поэтому говорят, что в индуктивности напряжение
опережает ток на 90° (или ток отстает от напряжения на 90°).
Конденсатор в цепи постоянного и переменного тока
Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин,
расположенных на некотором расстоянии параллельно друг другу. Меж-
ду пластинами может находиться воздушная прослойка или твердый
диэлектрик. Пластины называют обкладками конденсатора.
Чем больше площадь обкладок и чем меньше расстояние между ними, тем
больше электрическая емкость конденсатора.
Если к обкладкам конденсатора подключить источник постоянного
тока (рис. 1.9, а), то вследствие разности напряжений между источником
тока и конденсатором заряды от источника тока будут переходить на
конденсатор, и по цепи потечет ток зарядки конденсатора (рис. 1.9,6).
По мере увеличения заряда на конденсаторе на нем увеличится и на-
пряжение и с, а разность напряжений между источником тока и конден
сатором будет уменьшаться, что приведет к уменьшению зарядного тока
Когда напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС источника
(ис = £), разность напряжений между источником и конденсатором будет
равна нулю и зарядный ток исчезнет (с момента /1).
Таким образом, накопление заряда на конденсаторе сопровождается
ростом его сопротивления электрическому току, и конденсатор, заряжен-
ный до напряжения источника питания, превращается в бесконечно
большое сопротивление (разрыв) в цепи постоянного тока.
Подключим теперь конденсатор к источнику переменного напряже-
ния е (рис. 1.10,а). В момент подключения заряд на конденсаторе отсут-
ствовал, следовательно, он не оказывал противодействия (сопротив-
ления) току запятки поэтому ток зарядки конденсатора в момент под-
ключения к источнику напряжения будет максимальным. По мере зарядки
конденсатора напряжение на нем увеличивается, а ток зарядки умень-
шается. Когда напряжение источника достигнет максимального значе-
18
ния — точка А (рис. 1.10, б), до такого же напряжения зарядится и
конденсатор, и ток в цепи прекратится.
В следующую четверть периода (Л.../2) напряжение источника начи-
нает уменьшаться и электрические заряды станут переходить с конденса-
тора в источник. В цепи потечет ток разрядки конденсатора в направ-
лении, противоположном направлению тока зарядки. Максимального
значения ток разрядки достигнет тогда, когда напряжение источника
уменьшится до нуля.
Рис. 1.9. Подключение конденсатора
к источнику постоянного тока:
а — схема; б — графики токов
и напряжений
Рис. 1.10. Подключение
конденсатора к источнику
переменного тока:
а — схема; б — графики токов и напряжений
В третью четверть периода (tz-.-tj) напряжение источника снова
начинает возрастать, но приобретает противоположную полярность.
Процессы, происходящие в цепи в этой четверти периода, аналогичны
процессам, происходящим в первой четверти, с той лишь разницей, что
теперь положительно заряжается не верхняя обкладка конденсатора,
а нижняя. Такой процесс называют перезарядкой конденсатора. Направ-
ление тока перезарядки совпадает с направлением тока разрядки.
К концу третьей четверти периода напряжение на конденсаторе достиг-
нет максимального отрицательного значения, а ток перезарядки станет
равным нулю.
В последнюю, четвертую, четверть периода (/3-./4) напряжение источ-
ника снова начнет уменьшаться (по абсолютному значению), заряды
с конденсатора возвращаются в источник и в цепи происходят процессы,
аналогичные процессам во второй четверти периода.
Таким образом, через конденсатор, включенный в цепь переменного
электрического тока, протекает также переменный электрический ток,
который является током зарядки (перезарядки) и разрядки конденсатора
(из рис. 1.10, б видно, что переменный ток через конденсатор опережает
по фазе напряжение на 90°). Следовательно, конденсатор в цепи пере-
менного тока можно рассматривать как некоторое сопротивление за счет
того, что при зарядке и перезарядке конденсатора на нем образуется
напряжение, направленное навстречу напряжению источника. Это
дополнительное сопротивление, вносимое конденсатором в электрическую
цепь, называется емкостным и обозначается Хс. Величина емкост-
ного сопротивления зависит от емкости конденсаюра и частоты перемен
ного тока и определяется по формуле:
Xc=l/2nfC=l/(oC.
19
Если частота f измерена в герцах, емкость С в фарадах, то емкост-
ное сопротивление Хс выражается в омах. Из формулы видно, что с
увеличением частоты переменного тока и емкости конденсатора емкостное
сопротивление уменьшается.
Мощность переменного тока
По аналогии с определением мощности постоянного тока мощность
переменного тока можно определить как произведение напряжения на
ток. Так как значения переменного тока и напряжения в каждый момент
времени изменяются, то для определения средней мощности за период
необходимо суммировать мгновенные значения мощностей за период
и полученную сумму разделить на длительность периода. Удобней всего
это сделать графически, как показано на рис. 1.11.
Если сопротивление цепи чисто активное, то ток и напряжение совпа-
дают по фазе и их произведение всегда положительно (рис. 1.11, а).
Это означает, что мощность в такой цепи расходуется как в положитель-
ный, так и в отрицательный полупериоды. Средняя мощность равна произ-
ведению действующих значений напряжения и тока, то есть P=U1. Эта
мощность называется активной и определяет работу, которую совершает
переменный ток в единицу времени. Активная мощность измеряется
в ваттах (Вт).
Если сопротивление цепи имеет чисто индуктивный характер
(рис. 1 11,6), то мощность в течение одного периода дважды принимает
как положительное, так и отрицательное значения, и средняя мощность
за период оказывается равной нулю. Следовательно, такая цепь не
потребляет энергию от источника переменного тока: в первую и третью
четверти периода энергия переменного тока идет на создание магнит-
ного поля катушки, а во вторую и четвертую четверти периода магнитное
поле катушки отдает запасенную энергию обратно в источник перемен-
ного тока. Аналогичная картина наблюдается и в случае, если сопротив-
ление цепи имеет чисто емкостный характер (рис. 1.11, в). В такой цепи
происходит периодический обмен энергией между источником перемен
ного тока и электрическим полем конденсатора.
Мощность, отдаваемая источником переменного тока в течение одной
части периода и возвращаемая в него в течение другой части периода,
называется реактивной или кажущейся и измеряется в вольт-
амперах (ВА).
Рис. 1.11. Графическое определение мощности переменного тока в цепи
с активным (а), индуктивным (б) и емкостным (в) сопротивлениями
20
2. ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ (РЭА)
2.1. РЕЗИСТОРЫ
Общие сведения об элементах РЭА
Любое радиоэлектронное устройство состоит из отдельных элементов,
соединенных между собой в определенной последовательности. Число
элементов и их вид зависят от назначения устройства, места его исполь-
зования и сложности.
Все элементы РЭА, или радиодетали, можно разделить на две группы:
активные и пассивные. К активным относятся элементы, осуществляю-
щие преобразование электрических сигналов с одновременным увеличе-
нием их мощности. Это биполярные и полевые транзисторы, тиристоры,
электронно-управляемые лампы и некоторые другие. В пассивных элемен-
тах преобразование сигналов происходит без увеличения или даже с час-
тичной потерей их мощности. В зависимости от выполняемых функций
пассивные элементы подразделяются на следующие группы: резисторы,
конденсаторы, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, пере-
ключатели, соединители и т. д.
Классификация и основные параметры резисторов
Резисторы относятся к наиболее распространенным деталям радио-
электронной аппаратуры. На их долю приходится от 20 до 50%, т. е. до
половины общего количества радиодеталей в устройстве. Основным
параметром резисторов является их номинальное сопротивление, изме-
ряемое в омах (Ом), килоомах (кОм) или мегаомах (МОм). Номиналь-
ные значения сопротивлений указываются на корпусе резисторов, одна-
ко действительная величина сопротивления может отличаться от номи-
нальной. Эти отклонения нормированы и определяются классом точности,
устанавливающим величину производственной погрешности. Широко
используются три класса точности: I — допускающий отклонение сопро-
тивления от номинального значения на ±5 %, II — на ±10 % и III —
на ±20 %. В современной РЭА часто требуются резисторы с повышен-
ной точностью сопротивления. Это так называемые прецизионные ре-
зисторы, они выпускаются с допусками ±2; ±1; ±0,5; ±0,2; ±0,1;
±0,05; ±0,02 и даже ±0,01%.
В табл. 2.1 приведены ряды номинальных значений сопротивлений
резисторов для I, II и III классов точности. По данным таблицы видно,
что ряд номинальных значений сопротивлений с 5%-ным допуском содер-
жит 24 числа, с 10%-ным — 12 и с 20%-ным — 6 чисел. Поэтому эти ряды
иногда называют соответственно рядами Е24, Е12 и Е6.
Из таблицы следует, например, что выпускаются резисторы I класса
точности с номинальными сопротивлениями 1,3, 13, 130 Ом; 1,3, 13,
130 кОм; 1,3 МОм, в то время как резисторы II и III классов точности
с такими номинальными сопротивлениями не выпускаются. Резисторы
21
2.1. Ряды номинальных значений сопротивлений резисторов
и емкостей конденсаторов (единицы, десятки, сотни, тысячи, десятки тысяч,
сотни тысяч и т. д.)
±5% (ряд Е24) ±10% (ряд Е12) ±20% (РЯД Е6) ±5% (ряд Е24) ±ю% (ряд EI2) ±20% (РЯД Е6) ±5 % (РЯД Е24) ±ю% (ряд Е12) ±20% (ряд Е6)
1 1,0 1,0 1,0 2,2 2,2 2,2 4,7 4,7 4,7
1,1 — — 2,4 — — 5,4 — —
1,2 1,2 — 2,7 2,7 — 5,6 5,6 —
1,3 — — 3,0 — — 6,2 — —
1,5 1,5 1,5 3,3 3,3 3,3 6,8 6,8 6,8
1,6 — — 3,6 — — 7,5 — —
1.8 1,8 — 3,9 3,9 —• 8,2 8,2 —
2,0 — — 4,3 — — 9,1 — —
с номинальными сопротивлениями, равными, например, 1,5, 15, 150 Ом;
1,5, 15, 150 кОм, 1,5 МОм, выпускаются всех трех классов, а с номи-
нальными сопротивлениями 1,4, 14, 140 Ом; 1,4, 14, 140 кОм; 1,4 МОм
таких классов вообще не выпускаются.
Помимо сопротивления резисторы характеризуются предельным рабо-
чим напряжением, температурным коэффициентом сопротивления и но-
минальной мощностью рассеяния.
Предельным рабочим напряжением называют макси-
мально допустимое напряжение, приложенное к выводам резистора, при
котором он надежно работает. Температурный коэффициент
сопротивления (ТКС) отражает относительное изменение величины
сопротивления резистора при колебании температуры окружающей сре-
ды на 1 °C. В зависимости от материала, из которого изготовлен ре-
зистор, его сопротивление с увеличением температуры может возрастать
либо уменьшаться В первом случае ТКС оказывается положительным,
а во втором — отрицательным.
Под номинальной мощностью рассеяния понимают ту
наибольшую мощность, создаваемую протекающим через резистор током,
при которой он может длительное время надежно работать. Мощность
рассеяния (Р) можно рассчитать по формулам:
P=U1 = 1R1 = 12R или P=UI=U(U/R) = U2/R,
где I — ток, протекающий через резистор; U — напряжение на резисто-
ре R, создаваемое протекающим через него током /.
Если на резисторе выделяется большая мощность, чем предусмотре-
но, его температура будет повышаться, и он даже может перегореть.
В большинстве устройств РЭА применяются резисторы с номинальной
мощностью рассеяния от 0,125 до 2 Вт.
Номинальное значение сопротивления и допускаемое отклонение ука-
зываются ил резисторе с помощью специальных кодов, согласно которым
единицы измерения сопротивления Ом, кОм, МОм обозначают соот-
ветственно буквами Е, К и М. Буква Е проставляется на резисторах
с номинальными сопротивлениями от 1 до 99 Ом, К — от 0,1 до 99 кОм
22
2.2. Кодированные обозначения допустимых отклонений
сопротивлений резисторов от номинальных значений
Допуск, % ±20 ±10 ±5 ±2 ±1 ±0,5 ±0,2 ±0,1
Код ВСИЛРДУЖ
и М — от 0,1 до 99 МОм. Если номинальное сопротивление представ-
ляет собой целое число с дробью, то буквы Е, К и М ставятся на месте за-
пятой, разделяя целую и дробную части.
Примерами обозначений номинальных сопротивлений резисторов мо-
гут служить следующие: 27Е — 27 Ом; 4Е7 — 4,7 Ом; К680 — 680 Ом;
1К5 —1,5 кОм; 43К—43 кОм; М51—510 кОм; 2М4—2,4 МОм; ЗМ—
3 МОм.
Допустимое отклонение (допуск) действительного сопротивления ре-
зистора от номинального указывается на резисторах в процентах или бук-
вой в соответствии с табл 2.2 после обозначения номинального сопротив
ления. С учетом этой таблицы кодированное обозначение 4КЗИ соответ-
ствует резистору, сопротивление которого отличается от номинального
не более чем на ±5%.
Виды резисторов и их условные обозначения
на электрических схемах
Различают два основных вида резисторов: нерегулируемые (постоян-
ные) и регулируемые (переменные и подстроечные). Особую группу со-
ставляют полупроводниковые резисторы.
Постоянные резисторы могут быть проволочными и непро-
волочными. Проволочные резисторы представляют собой стержень с на-
мотанной на него проволокой из металла, обладающего большим удель-
ным сопротивлением. Первыми элементами обозначения таких резисторов
являются буквы: ПЭ, ПЭВ, ПЭВ-Р, ПЭВТ. Из наиболее широко приме-
няемых непроволочных резисторов можно назвать углеродистые (типа
ВС, ВСЕ), металлизированные, лакированные эмалью, теплостойкие
(МЛТ, ОМЛТ, МТ, МТЕ и др.) и композиционные (КИМ, ТВО и др.),
имеющие стеклянное основание, на которое наносится токопроводящий
материал — смесь (композиция) нескольких веществ. Внешний вид не-
которых постоянных резисторов показан на рис 2.1.
На электрических схемах постоянные резисторы, независимо от их
типа, изображаются в виде прямоугольников, выводы от концов рези-
сторов— линиями, проведенными от середин меньших сторон (рис. 2 2).
Допустимая рассеиваемая мощность резистора указывается внутри пря-
моугольника. Рядом с условным графическим обозначением (УГО) поме-
щают латинскую букву /? и порядковый номер резистора в схеме, а также
его номинальное сопротивление. При этом для сопротивления от 0 до
999 Ом единицу измерения нс указывают (на рис. 2.2 R\ имеет но-
минальное сопротивление 6,8 Ом, a R2 и R7—10 Ом), для сопро-
тивления от 1 килоома до 999 и от 1 мегаома и выше к числовому его
значению добавляют обозначения единиц измерения — соответственно
23
к и М (на рис. 2.2 R3 имеет номинальное сопротивление 2 4 кОм. R5 —
3 кОм, R4 — 1,3 МОм).
Если сопротивление резистора на схеме указано ориентировочно и в
процессе настройки может быть изменено, к условному обозначению
резистора добавляется звездочка (резистор R6 на рис. 2.2).
При необходимости подчеркнуть, что данный резистор должен обяза-
тельно быть проволочным, рядом с символом R делается надпись «пров»
(резистор R2 на рис. 2.2).
Регулируемые, или переменные, резисторы являются
радиоэлементами, сопротивления которых можно изменять от нуля до
номинального значения. Как и постоянные, регулируемые резисторы
могут быть проволочными и непроволочными. Регулируемый непрово-
лочный резистор представляет собой токопроводящее покрытие, нане-
сенное на диэлектрическую пластинку в виде дуги (рис. 2.3, а), по ко-
торому перемещается пружинящий контакт (движок), скрепленный
с осью. От этого контакта и от краев токопроводящего покрытия сде-
ланы выводы. Иногда регулируемые резисторы могут иметь и допол-
нительные выводы от токопроводящего слоя (например, от середины).
Выпускаются также регулируемые резисторы, конструктивно объединен
ные с одним или двумя выключателями, и сдвоенные, имеющие общую
ось. По виду зависимости сопротивления между начальным выводом
токопроводящей части и движком от угла поворота оси а (рис. 2.3, б)
различают резисторы типов А (линейная зависимость), Б (логарифми-
ческая) и В (показательная зависимость)
Рис. 2.1. Постоянные резисторы типов:
а — ВС; б — УЛМ; в - МЛ Г; г — ПЭВ. ПЭВ-Р
3— 0,125 Вт-rzy^np°B> 0,25Вт
«4 /?7|
1,ЗМ\] Зк П 110 Й ю Й
1Вт 2Вт 58т 10Вт
Рис. 2.2. Условные графические обозначения постоянных резисторов с ука-
занием величины допустимой мощности рассеяния
24
Для регулировки стереобаланса двухканальных усилителей исполь-
зуются регулируемые резисторы с функциональными характеристиками
типа Е и И (рис. 2.3, в).
Разновидностью регулируемых резисторов являются подстроеч-
ные резисторы, которые не имеют выступающей оси, скрепленной
с движком. Изменять положение движка и, следовательно, сопротивле-
ние между ним и одним из концов токопроводящего слоя в подстроеч-
ном резисторе можно только с помощью отвертки.
Внешний вид некоторых типов регулируемых резисторов показан на
рис. 2.4.
Принцип действия полупроводниковых резисторов основан на свой-
ствах полупроводниковых материалов изменять свое сопротивление под
воздействием внешних факторов: температуры, электрического нап-
ряжения, освещения и др. Исходя из вида внешнего воздействия полу-
проводниковые резисторы делятся на три группы: терморезисторы, ва-
ристоры и фоторезисторы.
Терморезисторы — это полупроводниковые резисторы, сопро-
тивление которых зависит от температуры: увеличивается при уменьшении
Рис. 2.3. Устройство (а) и функциональные характеристики (б, в) регу-
лируемого резистора:
/- вывод щетки; 2—концевые выводы; 3—пластмассовый корпус; 4—заклепка; 5—кон-
тактная щетка; 6 - дужка с токопроводящим слоем; 7 — ось; 8 — серебрение
Рис. 2.4. Внешний вид некоторых регулируемых и подстроечных
резисторов
25
температуры и уменьшается при ее увеличении. Температурный коэф-
фициент сопротивления (ТКС) таких резисторов отрицательный. Имеют-
ся терморезисторы с положительным ТКС — позисторы. С повышением
температуры сопротивление у них также увеличивается и с пониже-
нием — уменьшается.
Наибольшее распространение получили терморезисторы, выполнен-
ные на основе медно-марганцевых (ММТ и СТ2), кобальто-марганце-
вых (КМТ и СТ1) и медно-кобальто-марганцевых (СТЗ) оксидных
ММТ-13 а
ФСК-1
КМТ~Ча, ММТ~Ча
КМТ-ЧЕ, ММТ-46
Рис. 2.5. Внешний вид некоторых типов полупроводниковых рези-
сторов
СН1-2,СН1-6,СН1-10 СФ2-8, СФЗ-8
полупроводников с отрицательным ТКС. В качестве позисторов приме-
няются титано-бариевые терморезисторы (СТ5 и СТ6).
Варисторами называют полупроводниковые резисторы, в которых
используется эффект уменьшения сопротивления полупроводникового
материала при увеличении приложенного напряжения.
Система обозначений варисторов включает буквы СН (сопротив-
ление нелинейное) и цифры. Первая из цифр обозначает материал
(1 — карбид кремния; 2 — селен), вторая — конструкцию (1,8 — стерж-
невая; 2, 10 —дисковая; 3 — микромодульная), третья — порядковый
номер разработки. Последний элемент обозначения указывает на клас-
сификационное напряжение в вольтах (например, СН-1-2-1-100).
Варисторы применяют для защиты от перенапряжений контактов,
приборов и элементов радиоэлектронных устройств, высоковольтных
линий и линий связи, для стабилизации и регулирования электриче-
ских величин и т. д.
Фоторезисторами называют полупроводниковые резисторы,
сопротивление которых изменяется от светового или проникающего
электромагнитного излучения. Более широко используются фоторезис-
торы с положительным фотоэффектом.
Благодаря высокой чувствительности, простоте конструкции, малым
габаритам фоторезисторы применяются в фотореле различного назна-
чения, счетчиках изделий в промышленности, системах контроля раз-
26
меров и формы деталей, устройствах регулирования различных величин,
телеуправлении и телеконтроле, датчиках различных величин и др.
Система обозначений фоторезисторов ранних выпусков содержит
гри буквы и цифру. Первые две буквы -— ФС (фотосопротивление), за
ними следует буква, обозначающая материал светочувствительного
элемента: А - сернистый свинец, К — сернистый кадмий, Д — селе-
нистый кадмий. Затем идет цифра, указывающая на вид конструкции
(например, ФСК-1).
Рис. 2.6. Условные графические обозначения регулируемых, под-
строечных и полупроводниковых резисторов:
А?1 — без дополнительных отводов; R2- - с двумя дополнительными отводами; R3 и
R4, R5 и R6—сдвоенные переменные; R7—совмещенный с выключателем; R8 и
RSI подстроечные; /?10 и /?П - терморезисторы, или термисторы; 2 и /?13—
варисторы; /?14 - фоторезистор
В новой системе обозначений первые две буквы СФ (сопротивление
фоточувствительное). Следующая за ними цифра указывает на материал
чувствительного элемента, а последняя цифра означает порядковый
номер разработки (например, СФ2-1).
Внешний вид некоторых типов полупроводниковых резисторов по-
казан на рис. 2.5. На рис. 2.6 показаны применяемые на электрических
схемах условные графические обозначения регулируемых, подстроеч-
ных и полупроводниковых резисторов.
Последовательное и параллельное соединения
резисторов
Если при конструировании какого-то устройства вдруг оказывает-
ся, что нет резистора с требуемым сопротивлением, но есть резисторы
с другими сопротивлениями, то, соединяя их параллельно или последо-
вательно, почти всегда можно получить необходимое сопротивление.
Для этого нужно произвести следующий расчет. Если резисторы R\ и R2
соединяются последовательно (рис. 2.7), общее сопротивление R^,u
Рис. 2.7. Последовательное (а)
и параллельное (б) соединения
резисторов
27
полученной цепи равно сумме сопротивлений соединяемых резисторов.
Это правило справедливо для любого числа резисторов, т. е.
Яобш. поел. = RJ + R2 + R3 + ... + Rn
Если резисторы соединяются параллельно, то складываются не со-
противления, а электрические проводимости (величины, обратные со-
противлениям, т. е. \/R):
-.1 ..- = J_+_L.+ _L+ +J_
/?общ.пар Rf R2 R3 Rn
Если параллельно включены два резистора с сопротивлениями R1 и R2,
то в соответствии с этой формулой получим:
1______1_ . 1 D _ R1R2
Rnap2 Rl + R2 R1R2 ’ 0ТКуда R™»2 ~ Rj + R2
При параллельном включении трех резисторов
1 = 1 1 1 = R2R3 + R/R3 + RIR2
Rnap3 Rl ' R2 ' R3 R1R2R3
_ R1R2R3
1 е’ К,,ар R2R3 + R1R3 + R1R2 И Т' Д‘
Из этих примеров видно, что если необходим резистор с большим
сопротивлением, применяется последовательное соединение, а если с мень-
шим — параллельное. Например, если есть два резистора с сопротив-
лениями Rl = R2 — 2 кОм, то при их последовательном соединении
/?,10СЯ=4 кОм, а при параллельном /?пар= 1 кОм.
2.2. КОНДЕНСАТОРЫ
Параметры конденсаторов
Конденсаторы — это радиодетали, основным параметром которых
является электрическая емкость, характеризующая их способность на-
капливать электрические заряды. Единицей измерения емкости являет-
ся фарада (Ф). Но это очень большая величина, и на практике емкость
выражают в долях фарады: микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ)
и пикофарадах (пФ), которые связаны с фарадой следующими соотно-
шениями: 1 Ф=106 мкФ—109 нФ= 1012 пФ.
Номинальная емкость указывается на корпусе конденсатора. Для
сокращения записи применяется специальное кодирование: пикофарады
обозначаются буквой П, тысяча пикофарад (одна нанофарада) — Н,
миллион пикофарад, или 1 микрофарада,— М. Ниже в качестве при-
мера приводятся кодированные обозначения конденсаторов и дается
их расшифровка:
51П — 51 пФ; 5П1 — 5,1 пФ; Н1 — 100 пФ, 1Н — 1000 пФ; 1Н2 —
1200 пФ; 68Н —68 000 пФ=0,068 мкФ; 100 Н—100 000 пФ=0,1 мкФ;
М3 —300 000 пФ=0,3 мкФ ЗМЗ -3,3 мкФ; 10 М — 10 мкФ.
Допустимые отклонения емкости конденсатора от номинального
значения указаны в стандартах и определяют класс его точности. Для
конденсаторов, как и для резисторов, чаще всего используются три
класса точности I (Е24), II (Е12) и III (Е6), соответствующие допускам
±5 %, ± 10 % и ±20 % (см. табл. 2.1 на с. 22).
28
По характеру изменения емкости конденсаторы бывают постоянной
емкости (нерегулируемые), переменной (переменные и полупеременные,
или подстроечные) и саморегулируемые.
Параметром конденсаторов является также номинальное напряже-
ние, превышение которого уменьшает срок службы или вызывает элект-
рический пробой между обкладками, приводящий к выходу конденсатора
из строя.
Конденсаторы постоянной емкости
Конденсаторы постоянной емкости подразделяются на высокочастот-
ные и низкочастотные. Диапазоном рабочих частот и назначением кон-
денсаторов определяются их конструкции и материал, из которого они
изготовлены.
Высокочастотные конденсаторы имеют большую стабильность, заклю-
чающуюся в незначительном изменении емкости при изменении темпе-
ратуры, малые допустимые отклонения емкости от номинального зна-
чения, небольшие размеры и вес. Они бывают керамическими типов КЛГ
(литой герметизированный), КЛС (литой секционированный), КМ (мо-
нолитный), КД (дисковый), КДУ (дисковый ультравысокочастотный),
КТ (трубчатый); слюдяными типов КСО (слюдяной опрессованный),
КСГ (слюдяной герметизированный), СГМ (слюдяной герметизирован-
ный малогабаритный); стеклокерамическими — СКМ; стеклоэмале-
выми — КС и стеклянными - К21У. Внешний вид некоторых типов этих
конденсаторов показан на рис. 2.8.
Высокочастотные конденсаторы применяются в генераторах и усили-
телях высокой и промежуточной частоты. Они изготовляются с номи-
нальными емкостями от единиц пикофарад до десятков — сотен тысяч
пикофарад.
Рис. 2.8 Внешний нип высокочастотных кон/тенсаторов постоянной
емкости:
а _ КД-1, КД-2, КДС; б - КДУ; в — опорные КДО-1. КДО-2; г - КЛС; д труб-
чатые КТ-1. КТ-2; е опорные КО-1. КО-2; ж проходной КТП; i слюдя-
ной КСО
29
Для цепей постоянного, переменного и пульсирующего токов низкой
частоты требуются конденсаторы с большими емкостями, измеряемыми
тысячами микрофарад. В связи с этим выпускаются бумажные (типов
БМ, КБГ), металлобумажные (МБГ, МБМ), оксидные, называвшиеся
ранее электролитическими (КЭ, ЭГЦ, ЭТО, К50, К52, К53 и др.), и пле-
ночные (ПМ, ПО, К73, К74, К76) конденсаторы. Внешний вид некоторых
типов конденсаторов показан на рис. 2.9.
Рис. 2.9. Внешний вид бумажных и оксидных (электролитических)
конденсаторов:
/ - ревиновый изолятор; 2 — корпус; 3 — вывод; 4 — стеклянный изолятор;
5 — контактный лепесток; 6 — эпоксидный компаунд
Конструкции конденсаторов постоянной емкости разнообразны. Так,
слюдяные, стеклоэмалевые, стеклокерамические и отдельные типы кера-
мических конденсаторов имеют пакетную конструкцию. В них обкладки,
выполненные из металлической фольги или в виде металлических пленок,
чередуются с пластинами из диэлектрика (например, слюды) (рис. 2.10).
Для получения значительной емкости формируют пакет из большого
числа таких элементарных конденсаторов. Электрически соединяют меж-
ду собой все верхние обкладки и отдельно — нижние. К местам соеди-
нений припаивают проводники, служащие выводами конденсатора. Затем
пакет спрессовывают и помещают в корпус.
На рис. 2.11 изображен трубчатый керамический конденсатор. На
внутреннюю и внешнюю стороны керамической трубки нанесены метал-
лические пленки (обычно серебряные), которые являются обкладками
конденсатора, а трубка служит диэлектриком.
Применяется и дисковая конструкция керамических конденсаторов.
Роль обкладок в них выполняют металлические пленки, нанесенные на
обе стороны керамического диска.
Бумажные конденсаторы часто имеют рулонную конструкцию
(рис. 2.12). Полосы алюминиевой фольги, разделенные бумажными лен-
тами с высокими амэлежтрическими свой<гвами, свертываются в рулон.
Для получения большой емкости рулоны соединяют друг с другом и
помещают в герметичный корпус.
30
В оксидных конденсаторах диэлектрик представляет собой тонкую
оксидную пленку, нанесенную на алюминиевую или танталовую пластин-
ку, являющуюся одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка —
электролит (рис. 2.13). Металлический стержень (анод) должен подклю-
чаться к точке с более высоким потенциалом, чем соединенный с элек-
тролитом корпус конденсатора (катод). При невыполнении этого усло-
вия сопротивление оксидной пленки резко уменьшается, что приводит
Рис. 2.10. Устройство слюдяного
конденсатора:
а - схема сборки; б — собранный пакет
(/ —слюдяные пластины; 2— фольга, 3—
выводы)
Рис. 2.12. Конструкция
бумажного конденса-
тора
Рис. 2.11. Устройство труб-
чатого керамического кон-
денсатора:
1 — наружная обкладка; 2 —эма-
левое покрытие; 3 — пайка; 4 —
керамическая трубка; 5 — внут-
ренняя обкладка; 6 — проволоч-
ный вывод
Рис. 2.13. Устройство ок-
сидного (электролитиче-
ского) конденсатора:
/— резиновое уплотнение; 2 —
анод; 3 — электролит; 4 — катод
(корпус)
к увеличению тока; проходящего через конденсатор, и может вызвать
его разрушение.
Такую конструкцию имеют оксидные конденсаторы типа КЭ Выпус-
каются также оксидные конденсаторы с твердым электролитом (типа
К50).
Особую группу конденсаторов постоянной емкости составляют проход-
ные и опорные конденсаторы, используемые для развязки цепей питания
высокочастотных устройств по переменному току. Проходные конден-
саторы (см. рис. 2.8, з) имеют три вывода: два от внутренней обкладки,
представляющие «вход» и «выход», и один от наружной — в виде метал-
лического винта, с помощью которого эта обкладка соединяется с шасси
(корпусом) или экраном. У опорных конденсаторов (см. рис. 2.8, в) два
вывода.
31
Конденсаторы переменной емкости
Площадь перекрытия пластин или расстояние между ними у конден-
саторов переменной емкости можно изменять различными способами.
При этом меняется и емкость конденсатора. Одна из возможных конст-
рукций конденсатора переменной емкости (КПЕ) изображена на
рис. 2.14. Здесь емкость изменяется путем различного расположения
роторных (подвижных) пластин относительно статорных (неподвижных).
Зависимость изменения емкости от угла поворота определяется конфи-
Рис. 2.14. Блок конденса-
торов переменной емкости:
1 -статорные (неподвижные)
пластины; 2— роторные (под-
вижные) пластины
Рис. 2.15. Подстроечные конден-
саторы
гурацией пластин. Величина минимальной и максимальной емкос«и зави-
сит от площади пластин и расстояния между ними. Обычно минимальная
емкость СМ11Н, измеряемая при полностью выведенных роторных власти
нах, составляет единицы (до 10...20) пикофарад, а максимальная ем
кость Смакс, измеряемая при полностью введенных роторных пластинах,
сотни пикофарад.
В радиоаппаратуре широко применяются блоки КПЕ, состоящие из
двух, трех и более конденсаторов переменной емкости, механически
связанных друг с другом. Благодаря блокам КПЕ можно изменять одно-
временно и на одинаковую величину емкость различных цепей устройства
Разновидностью КПЕ являются подстроечные конденсато-
р ы Их емкость так же, как и сопротивление подстроечных резисторов,
изменяют лишь с помощью отвертки. В качестве диэлектрика в таких
конденсаторах могут использоваться воздух или керамика. Внешний вид
некоторых подстроечных конденсаторов показан на рис. 2.15.
Емкость конденсатора может изменяться не только механическим
способом, но и под действием других внешних факторов. Конденсаторы,
емкость которых зависит от приложенного к их обкладкам напряжения,
называют варикоидами. Изменение емкости в варикондах связано с
изменением относительной диэлектрической проницаемости специального
диэлектрика, разделяющего обкладки. Вариконды применяют в колеба-
тельных контурах для перестройки последних по частоте электрическим
способом. Для этих же целей применяют и варикапы — специальные
по«п унроводникиьыс диоды, у которых исполкз ye I ся о<а виси мое 11> заряд-
ной емкости от значения обратного напряжения. Более подробно об
этом см. в главе 3.
32
Конденсаторы, емкость которых значительно изменяется с изменением
температуры, называют термоконденсаторами Они применяются
в электронных наручных часах.
Условные обозначения конденсаторов
На электрических схемах конденсаторы постоянной емкости обознача-
ются двумя параллельными отрезками, символизирующими обкладки
конденсатора, с выводами от их середин. Рядом указывают условное
01^130 СЗиООЗмк
II —~|| — _[С5
- С2*\\9>} ~0,5ж*750В
С6 ^ООмк*50В
07 ^Юмк*25В
; 012
~1~С77
Св 15В
Рис. 2.16. Условные графические обозначения конденсаторов постоянной
емкости
буквенное обозначение конденсатора — букву С (от латинского слова ca-
pacitor — конденсатор).
После буквы С ставится порядковый номер конденсатора в данной
схеме и рядом через небольшой интервал пишется число, указывающее
на номинальное значение емкости (рис. 2.16).
Емкость конденсаторов от 0 до 9999 пФ указывают без обозначения
единицы. Измерения (Cl, С2) от 104 нФ до9999Х Ю6 пФ — в микрофара-
дах, с обозначением единицы строчными буквами — мк (СЗ, С4). Если не-
обходимо отметить, что емкость конденсатора указана на схеме ориенти-
ровочно и уточняется в процессе настройки, то порядковый номер (пози-
ционное обозначение) такого конденсатора помечают звездочкой (С2).
Номинальное напряжение конденсаторов (кроме оксидных) указыва-
ется только при их работе в цепях с высоким напряжением. Напряжение
в таком случае приводится после обозначения номинальной емкости (С5).
Большинство оксидных конденсаторов являются полярными и требуют
обязательного соблюдения полярности при их включении в электриче-
скую цепь. На схемах положительная обкладка (анод) такого конденса-
тора помечается знаком «ф-» (С6) либо изображается в виде узкого
прямоугольника (С7). У неполярных оксидных конденсаторов такими
прямоугольниками обозначают обе обкладки (С8).
В одном корпусе могут находиться два оксидных конденсатора, у
которых обычно имеется три вывода: один вывод общий (С9).
Внутреннюю обкладку проходных конденсаторов обозначают длинным
огоезком. а наружную— копоткой дугой (СЮ), одним (СП) или двумя
(СП) короткими отрезками.
У опорных конденсаторов обкладку, соединяемую с шасси, отмечают
гремя наклонными линиями, символизирующими «заземление» (С13).
2. Галкин В.И
33
Конденсаторы переменной емкости (КПЕ) обозначают двумя парал-
лельными отрезками, пересекаемыми наклонной стрелкой (рис. 2.17).
Если необходимо отметить, что к данной точке схемы должны подключать-
ся именно роторные (подвижные) пластины, то на схеме их изображают
короткой дугой (С2). Рядом указывают минимальное и максимальное
значения емкости. Конденсаторы переменной емкости, входящие в блок
КПЕ, объединяют штриховой линией, соединяющей знаки регулирования
(СЗ и С4).
Рис 2.17. Условные графические обозначения конденсаторов
переменной емкости
В обозначениях подстроечных конденсаторов вместо наклонной стрел
ки используется наклонная линия со штрихом на конце (С5). При не
обходимости ротор подстроечного конденсатора обозначают короткой
дугой (С6).
Вариконды имеют буквенный код CU, который пишется рядом с УГО
типового символа конденсатора, перечеркнутого знаком нелинейного
саморегулирования с латинской буквой U (CU\) В обозначении термо-
конденсаторов у знака нелинейного регулирования ставится символ
/°, а их буквенным кодом являются буквы СК (СК1)-
Последовательное и параллельное соединения
конденсаторов
Конденсаторы, как и резисторы, можно соединять последовательно
и параллельно (рис. 2.18). При параллельном соединении общая емкость
будет равна сумме емкостей соединяемых конденсаторов, т. е.
СОбщ. пар.= С1 -\-C2-\- Co +-..-j-Cn.
Например, при параллельном соединении двух конденсаторов С1 =
= 110 пФ иС2=220 пФ их общая емкость:
Собщ. пар.= С1 + С2= 110+220=330 пФ.
Если конденсаторы соединены последовательно, их общая емкость
рассчитывается по формуле:
Рис. 2 18. Параллельное (о) и последовательное (б) соединения
конденсаторов
34
Так, общая емкость двух последовательно включенных конденсаторов
67=110 пФ и 62=220 пФ составит приблизительно 73 пФ.
60бщ.посл Cl С2 С1С2
r С1С2 110X220
от уда 6,б1Ц11осд - С/+С2 - и0 + 220 ~ 73‘
Значит, параллельное включение конденсаторов следует применять в
том случае, когда необходимо увеличить емкость, а последовательное
когда ее нужно уменьшить.
2.3. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ
Катушкой индуктивности называют радиодеталь, имеющую
спиральную обмотку и способную концентрировать переменное магнит-
ное поле. В отличие от резисторов и конденсаторов катушки индуктивности
являются нестандартными деталями, и их конструкция определяется
назначением конкретного устройства.
Основными параметрами катушек являются: индуктивность, доброт-
ность, собственная емкость и температурная стабильность, или темпера-
турный коэффициент индуктивности. Величина индуктивности прямо про-
порциональна размерам катушки и числу витков. Кроме того, индуктив-
ность зависит также от материала введенного в катушку сердечника и
наличия экрана.
При введении в катушку сердечника из магнитных материалов
(феррит, альсифер, карбонильное железо, магнетит) ее индуктивность
увеличивается. Это свойство позволяет уменьшить число витков в катушке
тля получения требуемой индуктивности, что особенно важно при при-
менении ее в длинноволновом и средневолновом диапазонах, когда нужна
большая индуктивность. Погружая сердечник в катушку на разную глу-
бину, изменяют ее индуктивность.
В диапазоне КВ и УКВ применяются катушки с малой индуктив-
ностью. В них используются латунные или алюминиевые сердечники,
позволяющие регулировать индуктивность в пределах ±5 %.
Влиять на индуктивность катушки можно и при отсутствии в ней под-
вижного сердечника. В этом случае одну из двух последовательно соеди-
ненных катушек помещают внутри другой и, меняя ее положение, увели-
чивают или уменьшают индуктивность (рис. 2.19). Такую конструкцию
катушек называют вариометром.
Качество работы катушки индуктивности в цепях переменного тока
характеризуется добротностью. Добротность Q катушки определяют как
отношение ее индуктивного сопротивления XL= L к активному R
при рабочей частоте f:Q = wL/R — 2nfL/R Активное сопротивление
включает сопротивление провода обмотки катушки и сопротивление, обу-
словленное потерями электрической энергии в каркасе, сердечнике, экра-
•»' и изо. 1мш<и. Чем меньше акт ивнос сопротшпечие, тем выше добротность
катушки и ее качество.
Витки катушки, разделенные слоем изоляции, образуют элементарный
конденсатор. В многослойных катушках емкость возникает между отдель-
35
ними слоями. Таким образом, катушка обладает не только индуктивными,
но и емкостными свойствами. В большинстве случаев собственная
емкость катушки является вредной, и ее стремятся уменьшить. Для этого
применяются специальные формы каркаса катушки и способы намотки
провода.
Для намотки катушки используют обычно медный провод в эмалевой
или эмалево-шелковой изоляции. Так, для катушек длинноволнового (ДВ)
и средневолнового (СВ) диапазонов применяют одножильные провода
Рис. 2.19. Устройство Рис. 2.20. Катушки индуктивности и дроссели
вариометра
типов ПЭЛШО, ПЭЛШД, ПЭЛ, ПЭТ и др. Увеличения добротности
можно достичь с помощью провода типа «литцендрат», состоящего из
нескольких тонких проволок с волнистой шелковой изоляцией (ЛЭШО)
Катушки коротковолнового (КВ) и ультракоротковолнового диапазо-
нов (УКВ) наматывают обычно одножильными медными проводами в
эмалевой изоляции (типов ПЭЛ, ПЭЛУ, ПЭТ и др.).
Существует несколько способов намотки. Наибольшее распростране-
ние получили такие, как однослойная сплошная или с шагом (рис. 2.20, а),
внавал (рис. 2.20,6), «универсаль» (рис. 2.20, в). Однослойная намотка
применяется для изготовления катушек, работающих в диапазоне корот-
ких и ультракоротких волн. Индуктивность таких катушек составляет от
нескольких десятков до 500 микрогенри. Каркас имеет цилиндрическую
форму и изготовляется из различных диэлектрических материалов.
Если необходимо получить большую индуктивность катушки (более
500 мкГ) при малых ее габаритах, делают многослойную намотку. Эта
намотка может быть «рядовой», виток к витку. Но такие катушки облада-
ют большой собственной емкостью. Для ее уменьшения используется
намотка внавал или типа «универсаль».
2.4. ДРОССЕЛИ
Дросселем называют катушку индуктивности, включаемую в цепь
переменного тока для увеличения сопротивления цепи. Индуктивное
сопротивление катушки XL, определяемое по формуле:
XL = toL—2n,fL,
возрастаете увеличением частоты переменного тока в цепи. Поэтому один
и тот же дроссель будет оказывать различное сопротивление переменному
• у “ысок*-; .• ню..;' ;ашоты.
В радиоаппаратуре применяются дроссели высокой и низкой частоты.
Дроссели высокой частоты оказывают значительное сопротивление
36
токам высокой частоты и очень малое — токам звуковой частоты и по-
стоянному току. Их выполняют однослойном намоткой на любом каркасе
(например, на непроволочном резисторе) либо в виде катушек с намоткой
типа «универсаль» (см. рис. 2.20). Для уменьшения собственной емкости
дросселя применяется секционная намотка с разным числом витков в
секции. Чтобы уменьшить габариты дросселей высокой частоты, в них
иногда помещают магнитодиэлектрический сердечник. Но при этом не-
сколько увеличивается собственная емкость дросселя.
Рис. 2.21. Условные графические обозначения катушек индук-
тивности и дросселей:
без отводов //.I); с отводами (L2); с ферритовым и ферромагнитным сердеч-
ником (Z.3); с медным сердечником (7 4); с магнитодиэлектрическим сердеч
ником (L5); с ферромагнитным сердечником с зазором ZZ6); с регулируемой
индуктивностью путем изменения положения магнитопровода вариометра
без сердечника (18.1, /.8.2); вариометра с перемещающимся сердечником
(Т.9.1. /.9.2)
Дроссели низкой частоты в большинстве случаев предназначены
для улучшения фильтрации выпрямленного напряжения в радиоприемни-
ках, телевизорах, передатчиках и других устройствах. Для увеличения
индуктивности в них применяются сердечники из листовой электротехни-
ческой стали.
Независимо от конструкции катушки индуктивности дроссели изо-
бражают на схемах так, как показано на рис. 2.21. Число полуокружно-
стей в УГО обычно берут равным четырем. Если катушка имеет отводы,
то их показывают линиями, проведенными к местам соединения полу-
окружностей или к их серединам. Рядом с УГО катушки или дросселя
ставят прописную латинскую букву L. Если в схеме несколько катушек
или дросселей, то после буквы L пишут еще и цифру, указывающую на
порядковый номер (позицию) катушки в схеме (L/, L2). Иногда после
такого буквенно-цифрового кода указывают и основной параметр катушек
и дросселей — их индуктивность.
Сердечник, или магнитопровод, катушки или дросселя из феррита или
ферромагнитного материала (электротехническая сталь, пермалой) обо-
значают на схеме сплошной линией с наружной стороны полуокруж-
ностей (L3). Если сердечник выполнен из немагнитных материалов (медь,
алюминий и др.), то рядом с отрезком прямой линии указывают хими-
ческий символ этого элемента (L4\ Сердечники из магнитодиэлектриче-
ских материалов (альешрер, карбонильное желеои, нзиорвжвю! ujnnin-
ром (L5).
Для увеличения магнитного сопротивления ферромагнитного магнито-
37
провода в нем делают зазор, который может быть заполнен специальным
изоляционным лаком, плотной бумагой или картоном. В таких случаях
сплошную линию в УГО разрывают посредине (L6).
Возможность подстройки индуктивности обозначают знаком подстро-
ечного регулирования — прямой линией с «шляпкой» (L7), пересекающей
УГО катушки и магнитопровода под углом 45°, либо прямой со стрелкой
(L8, Г9).
2.5. ТРАНСФОРМАТОРЫ
Трансформаторы предназначены для изменения напряжения перемен
ного тока, согласования электрических цепей и осуществления связей
между отдельными каскадами.
Трансформатор в большинстве случаев состоит из замкнутого магни-
гопровода (сердечника) с расположенными на нем обмотками (рис. 2.22).
Число обмоток может быть произвольным. Одна из них подключается
к источнику переменной ЭДС и называется первичной. Все остальные
обмотки называются вторичными.
Переменный ток, протекая через витки первичной обмотки, наводиi
в ней и сердечнике переменное магнитное поле. Это магнитное поле пере-
секает витки вторичных обмоток и индуцирует (наводит) в них перемен-
ные ЭДС. Величины индуцированных ЭДС вторичных обмоток прямо
пропорциональны числу витков в этих обмотках. Поэтому основным
параметром трансформатора является коэффициент трансформации п:
п= W2/W\ или n=U2/Ult
где W1 и Ui — соответственно число витков и напряжение первичной
обмотки; W2 и U2 — число витков и напряжение вторичной обмотки.
Если во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной, пере-
менное напряжение вторичной обмотки будет больше переменного на-
пряжения первичной обмотки. Такие трансформаторы называются повы-
шающими, если же наоборот — понижающими.
В. * * 2 22 Т; -* * > ( ' 11 * р t,
а — низкочастотный с броневым наборным сердечником; б - низ-
кочастотный с тороидальным сердечником; в низкочастотный
с ленточным разрезным сердечником; г — промежуточной частоты
с сердечником: д — высокочастотный без сердечника
38
Грансформагоры, предназначенные для питания радиоаппаратуры
электрической энергией, называют силовыми. Чтобы уменьшить влия-
ние помех электрической сети на устройство, первичная обмотка часто
экранируется от вторичных. В качестве экрана обычно используют
один слой тонкого провода или незамкнутый виток из полосы (по высоте
катушки) металлической фольги.
Магнитопроводы силовых трансформаторов выполняют в виде набора
тонких пластин из специальной электротехнической стали или железо-
67
Рис. 2.23. Условные графические обозначения
низкочастотных трансформаторов
никелевых сплавов (обычно пермаллоя). Такие трансформаторы явля
ются низкочастотными. На схемах они обозначаются буквами Т, а их
обмотки — римскими цифрами (рис. 2.23). Вместо римских цифр для
обозначения обмоток иногда используют условную нумерацию их выво-
дов. Экран между первичной и вторичной обмотками на схемах изобра-
жают штриховой линией.
На практике кроме трансформаторов применяются также авто-
трансформаторы, позволяющие плавно или небольшими скачками (дис-
кретно) изменять выходное напряжение. Они содержат всего лишь одну
обмотку с большим количеством отводов, или выводов, от ее витков.
Если автотрансформатор подключен к электрической сети переменного
напряжения крайними выводами, то напряжение между одним крайним
и любым промежуточным выводами будет меньше напряжения сети. Это
напряжение можно изменять переключением промежуточных выводов.
При таком включении автотрансформатор оказывается понижающим.
Если же автотрансформатор включить в сеть одним крайним и одним
из промежуточных выводов, то напряжение на крайних выводах будет
больше, чем напряжение сети. Автотрансформатор в данном случае
будет повышающим.
Вместо отводов от витков катушки в автотрансформаторах часто
используют подвижный контакт, перемещающийся по виткам катушки,
с которых предварительно снимается изоляция.
Автотрансформаторы используются для питания электроприборов
от нестабильной электрической сети.
В идеальном трансформаторе (КПД =100 %) мощность, потреоляе-
мая первичной обмоткой, равна сумме мощностей, потребляемых всеми
вторичными обмотками. Так как P — U1, увеличение напряжения во
39
вторичных обмотках сопровождается пропорциональным уменьшением
протекающих через них токов
Высокочастотные трансформаторы могут быть без сердечника и
с сердечником. Их обмотки (катушки) располагаются на одном или
разных каркасах, но очень близко друг к другу (см. рис. 2.22, г, д).
При появлении переменного тока высокой частоты в одной из катушек
вокруг нее возникает высокочастотное магнитное поле. Это поле охваты-
вает и вторую катушку и индуцирует в ней такой же частоты переменное
Рис. 2.24. Карбонильные и ферритовые сердечники:
а - цилиндрический карбонильный с резьбой (подстроечник) СЦР; б —ци-
линдрический стержневой карбонильный или ферритовый гладкий СЦГ; в —
трубчатый карбонильный или ферритовый; г — кольцевой; д — броневой замк
нутый карбонильный сердечник типа СБ-а; е — броневой незамкнутый кар-
бонильный сердечник типа СБ-б; ж — броневой замкнутый ферритовый сер-
дечник (без подстроенника)
Рис. 2.25. Условные графические обозначения высо-
кочастотных трансформаторов
напряжение, значение которого зависит от соотношения числа витков в
катушках.
Для усиления связи между катушками в качестве магнитопроводов
применяют магнитодиэлектрические (чаще всего ферритовые) стержни
или кольца (рис. 2.24). Они не только усиливают связь между катушками,
но и повышают их индуктивность. Если магнитопровод является об-
щим для всех обмоток, то его на схемах изображают прерывистой лини-
ей между катушками (рис. 2.25, а). Если же каждая из катушек имеет
свой магнитопровод, то его изображают над катушками (рис. 2.25,6).
Возможность подстройки индуктивности катушек изменением положения
магнитопровода отображают знаком подстроечного регулирования, ко-
торый пересекает символы обмоток (рис. 2.25, в) или УГО магнитопро-
водов (рис. 2.25,6). Чтобы показать индуктивную регулируемую связь
между катушками, их символы пересекают знаком регулирования
(рис. 2.25, г, д).
Работа некоторых устройств, содержащих трансформаторы, в прин-
ципе невозможна, если неправильно подключены концы обмотки. Для
ИСКЛЮЧ4ИШ1 ,ГчЦ> IUJ* СШМИ Н.Ч.'Ю к Ц \ ЖНЫ. МОТОп. ЭЛеКГ-
рических схемах начало обмоток обозначают точками, которые ставят
у соответствующего вывода (например, как на рис. 2.25, а).
40
Высокочастотные трансформаторы применяются для получения необ-
ходимого напряжения на входе усилителя и согласования входного со-
противления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала
(входные, или согласующие, трансформаторы), а также для получения
необходимого напряжения (тока) на выходе усилителя и согласования
выходного сопротивления усилителя с нагрузкой (выходные транс-
форматоры) .
2.6. ВЫКЛЮЧАТЕЛИ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ
Выключатели и переключатели используются в электрических цепях
для обеспечения нужного режима работы.
В конструкцию выключателей и переключателей входят одна или
несколько контактных пар и механизм, замыкающий и размыкающий
контакты. В зависимости от способа замыкания и размыкания контак-
тов выключатели делятся на перекидные, нажимные (кнопочные и кла
вишные) и галетные.
Перекидные выключатели, или тумблеры (рис. 2.26, а),
имеют два фиксированных рабочих положения: «включено» и «выклю-
чено». Одно из этих положений является исходным. Если исходное
положение соответствует разомкнутым контактам, на электрических
схемах выключатель обозначают так, как показано на рис. 2.26, б. Такие
контакты называют нормально разомкнутыми. Если же в исходном по-
ложении контакты были замкнуты (нормально замкнутые контакты),
а при переключении происходит их размыкание, такой выключатель
на схемах обозначают, как на рис. 2.26, в. Рядом с условным графиче-
ским обозначением ставится латинская буква S (символ выключателя)
и одна из букв А, В или F. Буква В применяется для обозначения кнопоч-
ных выключателей и переключателей, буква F — для обозначения автома-
тических выключателей и переключателей и буква А — для обозначе-
ния всех остальных.
Если выключатель имеет не одну, а несколько пар контактов, его
изображают на схеме с соответствующим числом нормально замкнутых
и нормально разомкнутых контактов. Если контакты на схеме распо-
ложены рядом, для отображения механической связи их перечеркивают
двумя тонкими параллельными линиями (рис. 2.26, г, д). В случае, если
контакты расположены в разных частях схемы, механическую связь не
показывают, а около каждой пары контактов рядом с условным обозна-
чением выключателя через точку указывают номер контактной группы.
Например, на рис. 2.26, е изображены первая, вторая и третья контактные
группы выключателя S5.
Выключатели, конструктивно объединенные с перемеными резисто-
рами, на схемах выглядят так, как на рис. 2.26, ж. Механическая связь
здесь отображается тонкой штриховой линией, соединяющей выключа-
re.iv и ре пастор. Если выключат» ль и резистор находятся в пазных частях
схемы, линия механической связи показывается частично (рис. 2.26, з).
Кроме перекидных применяют кнопочные выключатели
(рис. 2.27, а). На схемах они обозначаются условным знаком кнопки,
41
соединенной двумя тонкими параллельными линиями, отображающими
механическую связь с подвижным контакюм ^рис. 2.2/, б).
На этом рисунке контакты изображены в исходном положении.
При нажатии на кнопку состояние контактов изменяется на противо-
положное (замкнутые контакты размыкаются, разомкнутые — замыка-
ются), а при ее отпускании контакты переходят в первоначальное по-
ложение. Если при отпускании кнопки контакты фиксируются в новом
положении, на символе неподвижного контакта ставят небольшой кру-
Рис. 2.26. Выключатели (тумблеры) и их условные графические обозначе-
ния
Рис. 2.27. Кнопочные выключатели и их условные графические обозна-
чения
жок (рис. 2.27, в). Возвращаются контакты в исходное положение
при вытягивании кнопки.
Однако в большинстве кнопочных выключателей контакты возвра-
щаются в первоначальное положение при повторном нажатии на кнопку.
Для обозначения таких выключателей на схемах между подвижным
контактом и кнопкой в разрыве штриховой линии механической связи
ставят символ Д (рис. 2.27, г).
В отличие от выключателей, служащих для отключения или подклю-
чения идгяой либо цепей, переключи гели используются для
одновременного отключения от отдельных участков устройства одних
цепей и подключения к ним других. В состав простейшего переклю-
42
ча1еля {рис 2.28, а) входит одна группа контактов, включающая два
неподвижных и один подвижный контакт. На схемах такой переклю-
чатель может быть показан двумя способами (рис. 2.28,6).
Если переключатель имеет несколько групп контактов, расположен-
ных близко друг от друга, то на схеме они объединяются двумя тонкими
линиями, отображающими механическую связь (рис. 2.28, в). При опре-
делении групп контактов в разных частях схемы используются их пози-
ционное обозначение и номера групп (рис. 2.28, г).
Рис. 2.28. Двухпозиционные переключатели и их условные графические
обозначения
Рис. 2.29. Кнопочные переключатели и их условные графические обозначения
Кнопочные переключатели на электрических схемах изображают
так же, как и кнопочные выключатели. На рис. 2.29 нанесены условные
графические обозначения кнопочных переключателей с одной группой
контактов без фиксации (рис. 2.29, б) и с фиксацией (рис. 2.29, в), когда
исходное положение переключателя восстанавливается путем вытяги-
вания кнопки.
Если исходное положение контактов переключателя восстанавлива
ется повторным нажатием кнопки, такой переключатель показывают
на схемах так, как на рис. 2.29, г, д. Если же контакты переключаются
в первоначальное положение нажатием другой кнопки, на схемах пере-
ктю’щте^ь излбпажяют так как на пис. 2.29, е.
Имеются переключатели, у которых подвижные контакты фиксиру
ются как в крайних, так и среднем (нейтральном) положениях
(рис. 2.29, ж). Точки на рисунке поставлены на подвижных контактах.
43
Если переключатель фиксируется в среднем и одном из крайних поло-
жений, на неподвижном контакте изображают небольшой треугольник
(рис. 2.29, з), если же только в одном среднем положении — такие
треугольники проставляются на обоих неподвижных контактах
(рис. 2.29, и).
В радиоаппаратуре широко применяются многопозиционные пере-
ключатели. Одним из них является галетный переключатель.
Каждая группа контактов в нем состоит из одного подвижного и не-
Рис. 2.30. Многопозиционные переключатели и их условные графические
обозначения
скольких неподвижных контактов. Причем в одном переключателе
может быть несколько таких групп (рис. 2.30, а). Количество подвижных
контактов определяет число направлений (Н), а неподвижных — число
положений (П) переключателя. Если, например, переключатель имеет
два подвижных контакта, каждый из которых может замыкаться с 11
неподвижными, его обозначают 11П2Н.
Многопозиционный переключатель на электрических схемах изобра-
жается, как на рис. 2.30, б.
Бывают многопозиционные переключатели, в которых контакты за-
мыкаются в зависимости от положения ручки. На схемах символы не-
подвижных контактов таких переключателей располагают в ряд по вер-
тикали, а коммутацию (подключение или переключение) их обозначают
вертикальными отрезками с точками на концах. Так, в переключателе,
условное графическое обозначение которого приведено на рис. 2.30, в,
в положении 1 замкнуты между собой контакты А и Б; 2 — Б, В и Г, Д;
3 — А и Г; 4 — А, В и Г, Д;5 — Б и Г; 6 — А, Б и В Д.
2.7. РАЗЪЕМНЫЕ И РАЗБОРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Кроме выключателей, переключателей для коммутации электрических
"епей б "оков и уз пор широко применяются различные разъемные
соединения (разъемы). С помощью таких соединении подключа-
ют, например, внешние акустические системы к выходу усилителя низкой
частоты (УНЧ), микрофон, электрогитару — ко входу УНЧ и т. д.
44
Разъемы могут быть самых различных видов. Их конструкция опре-
деляется числом одновременно коммутируемых электрических цепей и
частот сигнала в коммутируемых цепях. Для коммутации цепей с низко-
частотными электрическими сигналами применяются штепсельные разъ-
емы (ШР), а цепей с высокочастотными сигналами — коаксиальные
разъемы.
Элементарный разъем состоит из штыря и гнезда. При этом штырь
на схемах изображают стрелкой с углом раствора 90°, а гнездо — в виде
«рогатки». Рядом пишут латинскую букву X и порядковый номер разъема
(рис. 2.31, а). Состыкованный разъем показан на рис. 2.31,6. Если кон-
такты штырей (вилок) и гнезд (розеток) находятся в разных частях
схемы, то к позиционному обозначению штырей добавляется буква
Р(ХР1), а к позиционному обозначению гнезд—буква S(XSl)—
рис. 2.31, в.
Если группы штырей и гнезд принадлежат одному многоконтактному
соединителю, то на схемах эти группы объединяют линиями механи-
ческой связи и нумеруют в соответствии с нумерацией самих соедините-
лей (рис. 2.31, г). При размещении контактов, принадлежащих одному
соединителю, но расположенных в различных участках схемы, к УГО со-
единителя добавляют порядковый номер контакта, например: XS1.1
первое гнездо розетки XS1; АД 1.1 первый штырь вилки ATI и т. д.
Для упрощения графических работ при обозначении многоконтакт-
ных соединителей допускается заменять УГО контактов розеток и вилок
небольшими прямоугольниками. Внутри прямоугольников помещаются
цифры, соответствующие номерам контактов, а над каждой группой
прямоугольников указывается соответствующий символ штыря или гнез-
да (рис. 2.31, д).
Если разъемы соединителя на схемах обозначаются в состыкован-
ном виде, то независимо от числа контактов они обозначаются одной
буквой X и порядковым номером (рис. 2.31, а, е, ж).
Для коммутации первичных обмоток трансформаторов питания (такая
необходимость возникает при подключении электрического прибора к
электрической сети с другим напряжением), делителей напряжения с
подбираемыми резисторами и других, редко переключаемых цепей, при-
меняют перемычки и вставки. Перемычки используются для замыкания
или размыкания электрических цепей при настройке, например, отдель-
ных каскадов или узлов радиоэлектронной аппаратуры. На схемах их
обозначают отрезками линий с символами разъемных соединений на
концах (рис. 2.31, ж). Если на перемычке имеется контрольное гнездо
или штырь, то к УГО перемычки добавляется УГО гнезда или штыря
(рис. 2.31, и). Перемычку, используемую для переключения электри-
ческих цепей, обозначают П-образной скобой (рис. 2.31, к).
В ряде случаев для коммутации электрических цепей применяются
вставки — переключатели, представляющие собой колодки с находящи-
мися в них контактами в виде штырей и гнезд. Эти переключатели обозна-
чаю! так *1 каг и многопозинионные переключатели (рис. 2.31. л).
Если в таком переключателе вставка вставлена в розетку в положении
/, то замкнутыми оказываются контакты / и 3. В положении 2 замыкаются
контакты 1 и 2, 3 и 4, а в положении 3 — контакты 1 и 4
45
В телефонной и бытовой радиоаппаратуре применяю юн соедини
тел и, выполняющие одновременно роль выключателей или переключа-
телей и представляющие собой гнездо с находящейся рядом с ним кон-
тактной группой (рис. 2.31, м). Штекер (вилку) такого соединителя
на схемах обозначают утолщенными отрезками линий разной длины
число которых равно числу соединений (ХР11, ХР12). Гнездо изобража-
ют в виде прямоугольника с зачерченными краями и примыкающими к
нему контактами (XS11, XS12). При включении штекера (вилки) в гнез-
ХР2
м
Рис. 2 31. Условные графические обозначения разьемных и разборных
соединений
<
3
до контакт вилки, обозначенный самым коротким отрезком, соединяется
с гнездом, а следующие — с контактами, примыкающими к гнезду.
При этом подвижные контакты, обозначенные жирными точками, соеди-
няются с штекерами и отгибаются (ХР11 и XS 11, ХР12 и Х512). Если
контактная группа содержит подвижные и неподвижные контакты, как
XS13, то при состыковке штекера с гнездом кроме соединения одних
контактов происходит разъединение других. Так, если штырь ХР13
в гнеэдр XS13 то он щ «а изгиб подвижного контакта
3, перемещает его вверх вместе с механически связанным с ним кон-
тактом 2. При этом контакты 3 и 4 размыкаются, а контакты 1 и 2 —
замыкаются.
46
2,8 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ
Особую группу переключателей, используемых в радиоаппаратуре,
составляют электромагнитные реле. Ранее уже говорилось о том, что
если через катушку пропустить электрический ток, то вокруг нее обра-
зуется магнитное поле и она приобретет способность притягивать желез-
ные и стальные предметы. Если около такой катушки расположить одну
или несколько контактных групп и их подвижные контакты жестко со-
Рис. 2.32. Электромагнитные реле:
а — устройство, б — контактные группы и их условные графические обозначения
(1 — сердечник с обмоткой; 2 якорь; 3 — контактные пружины; 4 — ярмо)
единить со стальной пластинкой, расположенной под одним из концов
катушки и называемой якорем, то получится электромагнитное реле
(рис. 2.32.). Якорь крепится к металлической пластинке (ярму), соеди-
ненной с сердечником катушки, таким образом, что может поворачиваться
на оси крепления. При прохождении через катушку реле электрического
тока якорь притягивается к катушке и перемещает подвижные контакты
вызывая их переключение. Чтобы контакты реле вернулись в первона-
чальное состояние, необходимо разорвать цепь питания катушки.
По конструкции контакты реле могут быть нормально разомкнутыми
(НРК), нормально замкнутыми (НЗК) или перекидными (ПК). При от-
сутствии тока в катушке НЗК находятся в замкнутом состоянии, а НРК —
в разомкнутом. У перекидных контактов при обесточенной катушке сред-
ний контакт, связанный с якорем, замкнут с одним из крайних контак-
тов. При срабатывании реле средний контакт под действием якоря пере-
мещается в сторону другого крайнего контакта и замыкается с ним, одно-
временно разрывая связь с первым крайним контактом.
Контактных групп у электромагнитных реле может быть несколь
ко. Это позволяет осуществлять одновременное управление несколькими
электрическими цепями.
На электрических схемах катушка электромагнитного реле изобража-
ется Ч РИПР прах'ОХ'гппьрыка рывПЦН катмшки — прямыми линиями
проведенными к серединам больших сторон прямоугольников. Допуска-
ется оба вывода делать or одной стороны прямоугольника. Контакты
реле изображают так же, как и контакты выключателей и переклю
47
ч а гелей (рис. 2.33, а) Если контакты расположены на схеме рядом с
катушкой (обмоткой), их соединяют штриховой линией, если в разных
местах — то около прямоугольника, обозначающего обмотку катушки
реле, ставят букву /< и порядковый номер реле, а около контактов реле —
такое же буквенно-цифровое обозначение, затем точку и номер контакт-
ной группы (рис. 2.33,6).
Свойства обычных электромагнитных реле не зависят от полярности
напряжения, приложенного к концам катушки. Но есть реле, для которых
Рис 2.33. Условные графические обозначения электромагнитных реле
соблюдение полярности обязательно. Такие реле называют поляризо-
ванными При подаче на обмотку данного реле напряжения одной
полярности замыкаются одни контакты, и они могут фиксироваться
в этом положении даже при снятии напряжения с обмотки. Чтобы пере-
вести контакты в другое положение, необходимо поменять полярность
напряжения на обмотке.
УГО поляризованного реле дано на рис. 2.33, в. Кружок у неподвиж-
ного контакта означает, что в этом положении состояние контактов фикси-
руется при срабатывании реле. Точки у одного конца обмотки и у одного
неподвижного контакта свидетельствуют о том, что для замыкания по-
движного контакта с неподвижным, помеченным точкой, вывод обмотки,
также обозначенный точкой, должен соединяться с положительным по-
люсом источника, подключаемого к обмотке. Латинская буква Р в прямо-
угольнике указывает на то, что реле поляризованное.
Кроме рассмотренных электромагнитных реле в настоящее время ши-
роко используются электромагнитные реле с герметизированными кон-
тактами— герконы. У герконов нет якоря, и магнитное поле катушки
воздействует непосредственно на магнитоуправляемые контакты. На
схемах контакты таких реле заключаются в окружность (рис. 2.33, г).
2.9. ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Радиоэлектронная аппаратура рассчитана на определенную силу
потребляемого ею тока. Если сила этого тока значительно возрастает,
это означает, что в аппаратуре возникла неиеппявность Ппищию...,
. величсния тока мотут служить одновременное подключение к сети не-
скольких мощных потребителей тока или так называемое короткое
замыкание — соединение концов участка сети, например гнезд электриче-
48
ской розетки, проводником, обладающим очень малым сопротивлением.
Такое явление возможно при ремонте электропроводки, находящейся
под током, чего ни в коем случае делать нельзя.
Для защиты от перегрузок и коротких замыканий в сеть и цепи пи-
тания радиоэлектронной аппаратуры включают плавкие предохра
ни тел и. На рис. 2.34, а показано устройство плавкого предохранителя,
применяемого в квартирной электропроводке. Если предохранитель
П не вставлен в патрон Р, цепь для электрического тока оказывается
Рис 2.34 Предохранители
F1A
разомкнутой. При вкручивании предохранителя в патрон электрическая
цепь замыкается через находящуюся в предохранителе свинцовую
проволоку С. Толщина этой проволоки рассчитана на определенную
силу тока. Если сила тока в цепи окажется большей, проволока распла-
вится и цепь разомкнется. На рис. 2.34, б изображен плавкий предохрани
тель, применяемый в радиоаппаратуре. Он представляет собой стеклянную
трубку, по оси которой натянута тонкая проволока, припаянная к метал-
лическим колпачкам, надетым на концы трубки. Предохранитель встав-
ляется в специальный держатель. Провод питания подводится к одному
зажиму держателя, а затем подсоединяется к устройству через предохра-
нитель и другой зажим держателя.
Условное графическое обозначение плавкого предохранителя показано
на рис. 2.34, в. Рядом с буквой F часто указывают номинальный ток.
3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
3.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Структура и энергетические диаграммы
чистого полупроводника
К полупроводниковым относят вещества, которые по своему удель
ному сопротивлению занимают промежуточное положение между провод-
никами и диэлектриками. Характерной чертой полупроводников, отли-
ц?.С!..рй uv at nnyruv рршргтр является сильная зависимость их сопро-
тивления ог температуры и концентрации нримесеи.
В производстве полупроводниковых приборов наибольшее распро-
странение получили такие материалы, как германий и кремний. Они имеют
49
кристаллическую структуру и расположены в IV группе таблицы Мен
целеена.
Все вещества состоят из атомов. Атом включает положительно
заряженное ядро и электроны, вращающиеся вокруг него по орбитам
с определенными радиусами.
Энергию электронов атома можно представить в виде диаграммы
(рис. 3.1, а) Как видно из рисунка, электроны в атоме могут обладать
IV
шч
WJ--
W2"
W1-
Рис. 3.1. Энергетические
диаграммы чистого полу-
проводника:
В3 - валентная зона, 33 - зап-
рещенная зона; 31! — зона про
водимост и
лишь значениями энергий, равными IF1, U72, U73, W4, и не могут иметь
промежуточных уровней.
Электроны, вращающиеся на внешних оболочках, называются ва-
лентными. Установлено, что в атоме любого вещества одинаковая энергия
может быть не более чем у двух электронов. Иными словами, на одном
энергетическом уровне может находиться не более двух электронов.
Поскольку в веществе содержится большое количество атомов, вслед-
ствие их взаимодействия энергетические уровни электронов, вращающих-
ся по одинаковым орбитам, смещаются относительно энергетических
уровней этих же электронов в отдельном «изолированном» атоме. В ре-
зультате образуются целые энергетические зоны, состоящие из близко
расположенных энергетических уровней. Энергетические уровни, образо-
ванные валентными электронами, называют валентной зоной
(рис. 3.1, б).
Образование свободных электронов и дырок
в полупроводнике
При абсолютном нуле (абсолютный нуль — наиболее низкая возмож-
ная температура —273,16 °C; в настоящее время достигнуты температу-
ры, отличающиеся от абсолютного нуля на ничтожные доли градуса)
все валентные электроны находятся на орбитах и прочно связаны с ато-
мами. Поэтому в гаком полупроводнике нет свободных электронов и он
представляет собой идеальный изолятор (диэлектрик). С ростом темпе-
ратуры валентные электроны получают дополнительную энергию и мо-
гут оторваться от атома. Оторвавшийся электрон становится «свобод-
*);•<:?(, f.-H . р tjicB о и и)
проводимости, расположенную над валентной зоной и отделенную
от нее запрещенной зоной шириной AU7 (рис. 3.1, е).
50
Свободные электроны могут перемещаться по полупроводнику и уча-
ствовать таким образом в образовании электрического тока. Чем больше
свободных электронов в единице объема вещества, тем меньше его
сопротивление.
Между атомами в кристалле полупроводника существуют ковалент-
ные связи. Ковалентная связь образуется за счет вращения двух электро-
нов, принадлежащих двум рядом расположенным атомам, по одной об-
щей орбите (рис. 3.2, а). Германий и кремний являются четырехва-
лентными элементами, и их атомы имеют по 4 валентных электрона
В результате образования парных ковалентных связей все атомы гер-
мания и кремния оказываются взаимосвязанными. Плоские модели
кристаллических решеток чистого германия Ge и кремния Si изображены
на рис. 3.2, б. На этом рисунке парные ковалентные связи показаны двумя
параллельными линиями, соединяющими два соседних атома, а электро-
ны, образующие эти связи,— в виде черных точек.
При сообщении электрону дополнительной энергии ковалентная
связь может нарушиться и он станет свободным.
Место на внешней орбите атома, где ранее находился электрон, на-
зывают дыркой. На энергетической диаграмме дырке соответствует
свободный энергетический уровень в валентной зоне, с которого электрон
перешел в зону проводимости (рис. 3.2, г).
Образование свободных электронов в зоне проводимости и дырок в
валентной зоне называют генерацией подвижных носителей заряда,
или генерацией пар электрон — дырка, поскольку появление свободного
электрона в зоне проводимости обязательно сопровождается появлением
дырки в валентной зоне.
Свободный электрон может, теряя часть своей энергии, из зоны про-
водимости перейти в валентную зону, заполнив собой одну из имеющихся
в ней дырок. При этом восстанавливается ковалентная связь. Этот
процесс называют рекомбинацией. Таким образом, рекомбинация всегда
сопровождается потерей пары электрон — дырка.
Электронный и дырочный токи в полупроводниках
При заданной температуре н полупроводнике всегда имеются разо
рванные ковалентные связи, т. е. некоторое количество свободных элек-
тронов и соответствующее им число дырок. Если к такому полупровод-
5)
нику подключить источник напряжения, свободные электроны под дей
ствием образовавшегося электрического поля будут двигаться в сторону
положительного полюса, создавая электрический ток. Кроме того, элек-
троны могут покидать одни ковалентные связи и восстанавливать дру-
гие — разрушенные. При этом в одном месте дырка исчезает, а в другом,
откуда ушел электрон, появляется. Следовательно, в полупроводнике
могут перемещаться не только электроны, но и дырки, и электрический
ток включает две составляющие, электронную, образуемую путем пере-
мещения свободных электронов, и дырочную, создаваемую при переме-
щении дырок. Дырке условно соответствует положительный единичный
заряд, равный заряду электрона.
Полупроводники, которые состоят только из атомов германия или
кремния, называют чистыми, или собственными, а электропро-
водность (способность проводить электрический ток), обусловленную
наличием свободных электронов и дырок,— собственной электро-
п роводностью.
Примесные полупроводники п-типа
Для придания полупроводниковым приборам необходимых свойств
в полупроводники добавляют примеси других элементов. В качестве
таковых используются пяти- и трехвалентные элементы, расположенные
в V и III группах таблицы Менделеева
При внесении в германий или кремний пятивалентных элементов
(фосфора Р, мышьяка As, сурьмы Sb и др.) четыре валентных электро-
на примесных атомов образуют устойчивые ковалентные связи с атомами
основного вещества. Пятые валентные электроны примесных атомов ока-
зываются как бы лишними, они слабо связаны с атомами, и достаточно
тепловой энергии, сообщаемой им при комнатной температуре, чтобы они
смогли оторваться от атомов и стать свободными. При этом примесный
атом превращается в положительный ион.
Появление свободных электронов не сопровождается дополнительны-
ми разрушениями ковалентных связей, а наоборот, некоторые дырки
«исчезают», рекомбинируя (восстанавливая связь) со свободными элек-
тронами. Следовательно, в таких полупроводниках свободных электронов
значительно больше, чем дырок, и протекание тока через полупроводник
будет в основном определяться движением электронов и в очень
малой степени — движением дырок. Это полупроводники п-типа (от ла-
тинского слова negative — отрицательный), примеси же называют до-
норами. Энергетическая диаграмма полупроводника n-типа приведена
на рис. 3.3, а.
Примесные полупроводники р-типа
Если в германии или кремний ввести трехвалентные атомы бооа В
1 зэ In, а-ииманкй А1, .а-лнА! Go п др., iu Iри валентных электрона
примесных атомов образуют устойчивые ковалентные связи с тремя ря-
дом расположенными атомами основного вещества. Для образования
четвертой ковалентной связи примесным атомам не хватает по одному
52
электрону Эти электроны они получают вследствие разрыва ковалент-
ных связей между атомами основного вещества. Причем на месте ушед-
шего электрона образуется дырка, а примесные атомы, принявшие по
электрону, превращаются в отрицательные ионы. Таким образом,
в полупроводнике образуется дополнительное количество дырок, а число
свободных электронов не увеличивается. Электрический ток в таком
полупроводнике создается главным образом за счет перемещения дырок
в валентной зоне и в незначительной степени — при движении свободных
Рис. 3.3. Энергетические диаграммы
примесных полупроводников:
а—n-типа; б—р-типа.
электронов в зоне проводимости. Эго полупроводники p-типа (от латин
ского positive — положительный). Примеси называют акцепторами.
Энергетическая диаграмма примесного полупроводника p-типа приве-
дена на рис. 3.3, б.
Подвижные носители электрического заряда, которые преобладают
в полупроводнике данного типа, называются основными, остальные —
неосновными. В полупроводнике n-типа основными носителями за-
ряда являются электроны, а неосновными — дырки, в полупроводнике
p-типа, наоборот, дырки — основные носители, а электроны — не-
основные.
3.2. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД
Контакт двух полупроводников р и л-типов.
Диффузия основных носителей
Принцип действия большинства полупроводниковых приборов осно-
ван на явлениях, происходящих на границе двух полупроводников с раз-
личными типами электропроводности.
Рассмотрим структуру, состоящую из полупроводниковых областей
р- и n-типа (рис. 3 4, а). В состоянии равновесия отрицательный заряд
ионов-акцепторов скомпенсирован положительным зарядом дырок, а по-
ложительный заряд ионов-доноров — отрицательным зарядом свободных
электронов, и каждая из областей полупроводника является электриче-
ски нейтральной.
Концентрацию основных носителей — дырок в р-области,— устяно
вившуюся при некоторой температуре, обозначим через рро, а неосновных
носителей — электронов — через про. Концентрацию основных носите-
лей — электронов — и неосновных носителей — дырок в п-области —
53
обозначим соответственно через «„о и рпо. Будем счи!агь, что конценгрн-
ции основных и неосновных носителей р-обласги соответственно равны
концентрациям основных и неосновных носителей «-области, т. е. рро
— Ппо И РпО —- Про-
Предположим, что р- и «-области соединены друг с другом (рис. 3.4, б).
Так как в p-области дырок значительно больше, чем в «-области, будет
происходить их диффузия из p-области в «-область. Этот процесс анало-
гичен диффузии подвижных частиц в жидкости и воздухе.
р п р Jhp П
Вследствие разности концентраций электронов в р- и «-областях будет
происходить их диффузия из n-области в p-область Диффузия основ-
ных носителей через границу между р- и «-областями создает электри-
ческий ток. Этот ток называют диффузионным. Он содержит элек-
тронную и дырочную составляющие и направлен из p-области в «-область
Образование потенциального барьера.
Контактная разность потенциалов
При уходе дырок из p-области в «-область в p-области остаются
отрицательные ионы акцепторов, а при уходе электронов из «-области
в p-область в «-области остаются положительные ионы доноров. Поло-
жительные и отрицательные ионы примесных атомов прочно связаны с
атомами основного полупроводника (германия или кремния) и не могут
перемещат!?ся. Поэтому в p-области на границе с «-областью создается
отрицательный заряд, а в «-области на границе с р-областью —
положительный заряд. Наличие зарядов противоположных знаков на гра-
нице между р- и «-областями приволит к появлению между этими
областями так называемой контактной разности потенциалов и
электрического поля. Это поле названо диффузионным Оно характе-
ризуется напряженностью £ДИф, направленной из «-области в р-область.
54
Диффузионное ноле, возникшее между р и п облашями, Оказывается
тормозящим для дырок p-области и электронов n-области, г. е. на гра-
нице между р- и «-областями возникает потенциальный барьер, препят-
ствующий диффузии основных носителей.
Дрейф неосновных носителей.
Образование электронно-дырочного перехода
Помимо основных в полупроводнике имеется небольшая концентрация
неосновных носителей — электронов в p-области и дырок в «-области
Неосновные носители хаотически движутся в полупроводнике. При попа
дании дырок «-области и электронов p-области в пределы диффузионного
поля они захватываются этим полем и перебрасываются в прогиво
положные области. Следовательно, кроме электрического тока, образо-
ванного в результате диффузии основных носителей через границу
р- и «-областей, через нее протекает также ток, образованный движе-
нием неосновных носителей. Такой ток тоже содержит две составляю
щие—электронную и дырочную — и называется дрейфовым, или
током проводимости. Дрейфовый ток направлен из «-области в
p-область, т. е. навстречу диффузионному току. Если к р- и « областям
не подключен внешний источник напряжения и они не подвергаются
никаким другим энергетическим воздействиям, потенциальный барьер
между р- и «-областями достигает такой величины, при которой диф
фузионный ток полностью компенсируется дрейфовым током и резуль
тирующий ток равен нулю.
Область вблизи места контакта содержит объемные заряды, обра-
зованные отрицательными и положительными ионами примесных атомов,
но в ней практически нет подвижных носителей зарядов — электронов
и дырок. Вследствие этого сопротивление данной области оказывается
очень большим, и ее называют запирающим слоем, или областью объем
ного заряда, а чаще всею — электронно-дырочным переходом (ЭДП)
или р-«-переходом.
Прямое включение электронно-дырочного перехода
Если к р- и «-областям подключить внешний источник напряжения
плюсом к p-области, а минусом к «-области (рис. 3.5, а), диффузионное
поле р-«-перехода будет частично скомпенсировано полем внешнего
источника. Потенциальный барьер р-«-перехода уменьшится и увели-
чится количество электронов и дырок, проникающих в противополож-
ные области. Ток диффузии станет преобладать над током дрейфа, и
через р-«-переход будет протекать результирующий ток. Этот ток зави-
сит от концентрации примесей в р- и «-областях и направлен из р-области
в « область. Т..мл гюдкл»зи«'.'шг " «-переходи к внешнему источнику
напряжения называется прямым, а протекающий через него ток—
прямым током. Прямой ток тем больше, чем больше приложенное
к р-«-переходу прямое напряжение (рис. 3.5,6).
55
Обратное включение электронно-дырочного перехода
Если источник внешнего напряжения переключить плюсом к п-обла-
сги и минусом к p-области (рис. 3.5, в), внешнее напряжение увеличит
потенциальный барьер р-п-перехода. Диффузионный ток станет меньше
тока дрейфа. Результирующий ток, протекающий через р-л-переход,
в этом случае будет определяться дрейфовым током, т. е. его значение
и направление такие же, как и у дрейфового тока. Это включение р-л-пере-
Рис 3.5. Прямое и обратное включения р-п-перехода
хода называют обратным, а протекающий через него ток — обрат-
ным током. Так как обратный ток образован неосновными подвиж-
ными носителями заряда р- и «-областей, концентрация которых очень
мала по сравнению с концентрацией основных носителей, то обратный
ток оказывается значительно меньше прямого тока и очень мало зависит
от обратного напряжения (рис. 3.5, г). При некотором значении обрат-
ного напряжения происходит пробой р-п-перехода, вследствие кото-
рого резко увеличивается обратный ток. Пробой может быть тепло-
вым (кривая /) или электрическим (кривая 2). При тепловом пробое
разрушается кристалл и свойства р-п-перехода теряются. Электрический
пробой, не перешедший в тепловой, является обратимым, т. е. свойства
р-п-перехода восстанавливаются при снятии обратного напряжения
Вольт-амперная характеристика
электронно-дырочного перехода
Графики, приведенные на рис. 3.5, б и 3.5, г, отображают вольт-ампер-
ные характеристики ЭДП для прямого и обратного включения, или
прямую и обратную ветви вольт-амперной характеристики. Обычно
прямая и обратная ветви этой характеристики строятся на совмещенном
гпрфтхмп о 6) На этом рИСуНке вольт-амперная характеристика
(ВАХ) р-п-перехода, образованного в германиевом полупроводнике
(Ge), показана сплошной линией, а ВАХ р-л-перехода, созданного
в кремниевом полупроводнике (Si),— штриховой. Сравнивая эти харак-
56
теристики, можно сделать вывод, чю в р-я-переходих в кремниевом полу-
проводнике прямой и обратный токи меньше, чем в германиевом, при
одинаковых значениях напряжений на переходах. Это связано с тем. что
у кремния больше ширина запрещенной зоны и для перехода электронов
из валентной зоны в зону проводимости им необходимо сообщить боль-
шую дополнительную энергию.
Ход вольт-амперной характеристики зависит от температуры. При ее
повышении увеличивается число свободных электронов в зоне проводи-
Рис 3.6. Вольг-амперная характе-
ристика р-п-перехода
Рис. 3.7. Зависимость волы
амперной характеристики
р-л-перехода от температуры
мосги и дырок в валентной зоне, чю приводит к увеличению прямою
и обратного токов при тех же значениях напряжения на р-п-переходе
(рис. 3.7).
Емкостные свойства электронно-дырочного
перехода
В тонком слое, образующемся на границе двух полупроводников с
различными типами электропроводности, содержатся ионизированные
неподвижные атомы примеси и почти нет подвижных носителей за-
рядов — электронов и дырок Вследствие этого такой слой обладает
свойствами диэлектрика, и ЭДП можно рассматривать как плоский кон-
денсатор, обкладками которого являются нейтральные р- и п-области
Если к р- и n-областям приложить обратное напряжение, толщина
р-п-перехода и расстояние между «пластинами» конденсатора увеличат-
ся, а его емкость уменьшится.
Эта емкость р-ц-перехода получила название зарядной, или
барьерной, так как ее наличие обусловлено существованием поло
жительных и отрицательных зарядов, или потенциального барьера на
границе р- и ц-областей. Барьерная емкость возникает в основном при
обратных напряжениях на р-л-переходе.
Емкостные свойства р-п-перехода используются в попмпровоцниковых
диодах, называемых варикапами. В варикапах величину зарядной
емкости изменяют путем изменения приложенного к нему обратного
напряжения.
57
3.3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ диоды
Устройство, принцип работы и условные графические обозначения
полупроводниковых диодов
Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с
одним электронно-дырочным переходом (основная часть) и двумя вы-
водами. Из приведенных на рис. 3.6 ВАХ р-«-перехода видно, что
Рис. 3.9. Условные графические обозначения
полупроводниковых диодов:
а — выпрямительные, импульсные и универсальные; б
стабилитроны и стабисторы; в — туннельные, г — обра
темные; д— варикапы
Рис. 3.8. Устройство плоскостно-
го диода:
1 вывод р-области; 2 - вывод « области
сила протекающего через него тока зависит от полярности приложенного
напряжения. При прямом напряжении, когда «плюс» прикладывается к
p-области, а «минус» — к «-области, ток большой, а при обратном на-
пряжении («плюс» прикладывается к «-области, а «минус» — к р-обла-
сти) — в сотни и даже тысячи раз меньше. Другими словами, электри-
ческий ток, протекающий через р-«-переход диода в одном направ-
лении (из p-области в «-область), значительно превышает ток, текущий
в обратном направлении: из «-области в p-область. На этом свойстве
ЭДП, получившем название односторонней электрической проводимости,
и основана работа полупроводниковых диодов.
По конструкции полупроводниковые диоды могут быть плоскостны-
ми или точечными. Устройство плоскостного диода показано на рис. 3.8, а.
К металлическому основанию, называемому кристаллодержателем, при-
паивается пластинка полупроводника «-типа. Сверху в нее вплавляется
капля трехвалентного металла, обычно индия. Атомы индия диффунди-
руют (проникают) в полупроводниковую пластинку и образуют у ее по-
верхности слой p-типа. Между слоями р- и «-типов образуется ЭДП.
К кристаллодержателю и индию привариваются проводники, которые
служат выводами диода. Для предохранения диода от механических
повреждений, попадания на полупроводник света пыли и влаги его поме
тают в герметичный корпус (рис. 3.8,6).
Точечный полупроводниковый диод состоит из пластинки полупро-
водника «-типа и заостренной пружинки из вольфрама или фосфористой
38
бронзы диаметром около 0 1 мм Через прижатую к полупроводниковой
пластинке пружинку пропускают электрический ток большой силы, в ре-
зультате чего металлическая пружинка сваривается с полупроводниковой
пластинкой, образуя под своим острием p-область. Между р-областью
и полупроводником n-типа возникает электронно-дырочный переход.
Чем больше площадь ЭДП, тем больший ток может через него про-
текать и тем больше его емкость. Поэтому плоскостные полупроводни-
ковые диоды применяются в электрических цепях, в которых протекают
большие токи и когда емкостные свойства не оказывают заметного влия-
ния на работу диода. Точечные диоды применяются в цепях с малыми то-
ками и в высокочастотных устройствах, когда требуются малые емкости
ЭДП.
Изображают полупроводниковые диоды на электрических схемах
в виде треугольника и отрезка, проведенного через одну из его вершин
параллельно противолежащей стороне. В зависимости от назначения
диода его обозначение может содержать дополнительные символы
(рис. 3.9). В любом случае острая вершина треугольника указывает на
направление протекания прямого тока через диод. Треугольник соответ-
ствует p-области и называется иногда анодом, или эмиттером, а прямо-
линейный отрезок — n-области и называется катодом, или базой.
Выпрямительные диоды
Выпрямительными называют полупроводниковые диоды, предназна-
ченные для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямле-
ние переменного тока с помощью полупроводникового диода основано на
его односторонней электропроводности. Она заключается в том, что
т,иод оказывает очень малое сопротивление току, протекающему в одном
(прямом) направлении и очень большое сопротивление току, протекаю-
щему в другом (обратном) направлении.
В выпрямительных полупроводниковых диодах используются пло-
скостные р-/г-переходы.
Плоскостной р-п-переход получают, вводя в полупроводник р- или
/i-типа примеси, создающие в нем область с противоположным типом
электропроводности. Примеси можно вводить путем сплавления или
диффузии.
Диоды с использованием р-п-переходов, полученных методом сплав
ления, называются сплавными, а методом диффузии — диффузи-
онными.
Выпрямление переменного напряжения (тока) с помощью диода иллю-
стрирует рис. 3.10. 4
Р|| • ‘HI 1 , ' .1 J I J' I,. < l.-H..; . I
однополупериодного выпря-
мителя (а) и графики напря-
жения на его входе и выхо-
де (б)
59
В течение положительного полупериода входною напряжения U\
диод VD включен в прямом направлении, сопротивление его мало и на
нагрузке R„ напряжение Сб практически равно входному напряжению.
При отрицательном полупериоде входного напряжения диод включен
в обратном направлении, его сопротивление оказывается значительно
больше, чем сопротивление нагрузки, и почти все входное напряжение
падает на диоде, а напряжение на нагрузке близко к нулю В данной
схеме для получения выпрямленного напряжения используется лишь
один полупериод входного напряжения, поэтому такой выпрямитель
называется однополупериодным.
Стабилитроны, стабисторы и варикапы
Полупроводниковые диоды, используемые для стабилизации постоян-
ного напряжения на нагрузке, называют стабилитронами. В ста-
билитронах используется участок обратной ветви вольт-амперной ха-
рактеристики в области электрического пробоя (рис. 3.11, а). В этом слу-
чае при изменении тока, протекающего через стабилитрон, от /ст мин до
Л1. макс напряжение на нем почти не изменяется. Если нагрузка Rn под-
ключена параллельно стабилитрону (рис. 3.11, б), напряжение на ней
также будет оставаться постоянным в указанных пределах изменения
тока, протекающего через стабилитрон.
С помощью этих диодов стабилизируют напряжения примерно от
3,5 В и выше. Для стабилизации напряжения порядка I В применяют
стабисторы. У стабисторов используется не обратная, а прямая ветвь
вольт-амперной характеристики (рис. 3.12, о). Поэтому их включают не
в обратном, как стабилитроны, а в прямом направлении.
Стабилитроны и стабисторы изготовляются, как правило, из кремния.
Полупроводниковые диоды, в которых используется зависимость
емкости от значения приложенного обратного напряжения и которые
предназначены для применения в качестве элементов с электрически
управляемой емкостью, называют варикапами.
Основной характеристикой варикапа является вольт-фарадная харак-
теристика (рис. 3.12,6).
Unp
Рис. 3.11. Вольт-амперная харак-
теристика стабилитрона (а) и
схема простейшего стабилиза-
тора напряжения (б)
60
Основными параметрами варикапов являются:
номинальная емкость Св, измеренная при заданном обратном напря-
жении иобр,
коэффициент перекрытия емкости /<с, определяемый отношением
емкостей варикапа при двух значениях обратного напряжения;
максимально допустимое обратное напряжение Uo6p_ макс;
I ч Се
Рис. 3.12. Вольт-амперная характе-
ристика стабистора (а) и вольт-
фарадная характеристика варика-
па (б)
добротность QB, определяемая как отношение реактивного сопротив-
ления варикапа к сопротивлению потерь.
Условное графическое изображение варикапа показано на рис. 3.9, д.
3.4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Устройство и принцип действия биполярного транзистора
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый при-
бор, имеющий два электронно-дырочных перехода, образованных в одном
монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупровод-
нике три области с различными типами электропроводности. Одна край-
няя область называется эмиттером (Э), другая — коллектором (К),
средняя — базой (Б). К каждой области припаивают металлические
выводы для включения транзистора в электрическую цепь.
Электропроводность эмиттера и коллектора противоположна электро-
проводности базы. В зависимости от порядка чередования р- и п-обла-
стей различают транзисторы со структурой р-п-р (рис. 3.13, а) и п-р-п
(рис. 3.13,6). Условные графические обозначения транзисторов р-п-р и
п-р-п отличаются лишь направлением стрелки у электрода, обозна-
чающего эмиттер. Принцип работы транзисторов р-п-р и п-р-п одина-
Рис. 3.13. Структуры и условные графические обозначения биполярных тран-
зисторов типа р-п-р (а) и п-р-п (б)
61
ков, поэтому в дальнейшем будем рассматривать лишь pa6oiy транзи-
стора со структурой р-п-р.
Электронно-дырочный переход, образованный эмиттером и базой,
называется эмиттер ным, а коллектором и базой — кол ле кто р-
н ы м. Расстояние между переходами очень мало: у высокочастотных
транзисторов оно менее 10 микрометров (1 мкм = 0.001 мм), а у низко-
частотных не превышает 50 мкм.
Режимы работы биполярного транзистора
В зависимости от способа подключения р-п-переходов транзистора
к внешним источникам питания он может работать в режиме отсечки,
насыщения или активном режиме.
Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттер-
ный и коллекторный р-п-переходы подключены к внешним источникам
в обратном направлении (рис. 3.14, а). В этом случае через оба р-и-пере-
хода протекают очень малые обратные токи эмиттера (/эво) и коллекто-
ра (/кбо)- Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа
транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у крем-
ниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых
транзисторов).
Если эмиттсрный и коллекторный р-п-переходы подключить к внешним
источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в
режиме насыщения (рис. 3.14,6). Диффузионное электрическое
поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослаблять-
ся электрическим полем, создаваемым внешними источниками и'
В^кв- В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший
диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (ин-
жекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер
и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения
эмиттера (/э. нас) и коллектора (/д. нас)-
Режимы отсечки и насыщения используются при работе транзисторов
в импульсных схемах и в режиме переключения. Для усиления сигналов
применяется активный режим работы транзистора.
При работе транзистора в активном режиме его эмиттерный пере-
ход включается в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях
(рис. 3.15). Нод действием прямого напряжения (7эв происходит инжек-
ция дырок из эмиттера в базу. Попав в базу «-типа, дырки становятся
в ней неосновными носителями заряда и под действием сил диффузии
движутся (диффундируют) к коллекторному р-п-переходу. Часть дырок
в базе заполняется (рекомбинирует) имеющимися в ней свободными
электронами. Однако ширина базы небольшая — от нескольких единиц
до 10 мкм. Поэтому основная часть дырок достигает коллекторного
р-и-перехода и его электрическим нолем перебрасывается в коллектор.
Очевидно, что ток коллектора не может быть больше тока эмиттера,
так как г , рек • .. .. 'tv.iuhj
Кр ~ ^21бАэ-
Величина называется статическим коэффициентом передачи гока
эмиттера Для современных транзисторов /i^ib = 0,90...0,998.
62
Так как коллекторный переход включен в обратном направлении
(часто говорят — смещен в обратном направлении), через него проте-
кает также обратный ток /кбо, образованный неосновными носителями
базы (дырками) и коллектора (электронами). Поэтому полный ток кол-
лектора транзистора, включенного по схеме, приведенной на рис. 3.15,
/к = /^21б/э + /кбо-
Дырки, не дошедшие до коллекторного перехода и прорекомбини
ровавшие (заполнившиеся) в базе, сообщают ей положи тельный заряд
/Г
в режимах отсечки (а) и насыпи
а
Рис. 3.14. Токопрохождение в транзисторе
ния (б)
Рис. 3.15. Включение транзистора в активном режиме работы по схеме с общей
базой
Для восстановления электрической нейтральности базы в нее из внешней
цепи поступает такое же количество электронов. Движение электронов
из внешней цепи в базу создает в ней рекомбинационный ток /вРек- Поми
мо рекомбинационного через базу протекает обратный ток коллектора
в противоположном направлении и полный ток базы
/б == /б рек /КБО-
В активном режиме ток базы в десятки и сотни раз меньше тока кол-
лектора и тока эмиттера.
Схемы включения биполярного транзистора
В схеме, приведенной па рис 3.15 электрическая цепь, образованная
источником (?эБ, эмиттером и базой транзистора, называется входной,
а цепь, образованная источником t/кв, коллектором и базой этого же
транзистора,— выходной. База является общим электродом транзи-
63
стора для входной и выходной цепей, поэтому такое ею включение на-
зывают схемой с общей базой, или сокращенно «схемой ОБ».
На рис. 3.16 изображена схема, в которой общим электродом для
входной и выходной цепей является эмиттер. Это схема включения
с общим эмиттером, или сокращенно «схема ОЭ». В ней выходным то-
ком, как и в схеме ОБ, является ток коллектора I к, незначительно
отличающийся от тока эмиттера /э, а входным — ток базы /Б, значи-
Рис. 3.16. Включение тран-
зистора по схеме с общим
эмиттером
Рис. 3.17. Включение тран-
зистора по схеме с общим
коллектором
гельно меньший, чем коллекторный ток. Связь между токами /Б и /к в схе-
ме ОЭ определяется уравнением:
/к = 1121е/б + /кэо
Коэффициент пропорциональности A>2iE называют статическим
коэффициентом передачи тока базы. Его можно выразить через стати-
ческий коэффициент передачи тока эмиттера Агщ'
^21Е ~ ^21б/ ( I — ^21б)-
Если Zi2iB находится в пределах 0,9...0,998, соответствующие значе-
ния А21Е будут в пределах 9...499.
Составляющая /кэо называется обратным током коллектора в»схеме
ОЭ. Ее значение в 1 +А21Е раз больше, чем /кбо, т. е.
I кэо = (1 + ^21 е) / кбо-
Обратные токи /кбо и /кэо не зависят от входных напряжений //эб и
СБЭ и вследствие этого называются неуправляемыми составляющими
коллекторного тока. Эти токи сильно зависят от температуры окружаю
щей среды и определяют температурные свойства транзистора. Уста-
новлено, что значение обратного тока /кбо удваивается при повышении
температуры на 10 °C для германиевых и на 8 °C для кремниевых тран-
зисторов. В схеме ОЭ температурные изменения неуправляемого обрат-
ного тока /кэо могут в десятки и сотни раз превысить температурные
изменения неуправляемого обратного тока /кбо и полностью нарушить
работу транзистора. Поэтому в транзисторных схемах применяются
специальные меры термостабилизации транзисторных каскадов, способ
ствующие уменьшению влияния температурных изменений токов на
работу транзистора.
На практике часто встречаются схемы, в которых общим электродом
для входной и выходной цепей транзистора является коллектор
(рис 3.17) Это схема включения с общим коллектором, или «схема ОК»
Независимо от схемы включения транзистора для него всегда справед-
ливо уравнение, связывающее токи его электродов:
/э = /к + /б-
64
Статические характеристики биполярного
транзистора
Эти характеристики показывают графическую зависимость между то
ками и напряжениями транзистора и могут применяться для определения
некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем.
Наибольшее применение получили статические входные и выходные ха-
рактеристики.
Рис. 3.18. Входные характеристики германиевого транзистора
типа р-п-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)
Входные статические характеристики представляют со
бой вольт-амперные характеристики эмиттерного электронно-дырочного
перехода. Если транзистор включен по схеме с общей базой (см. рис. 3.15),
го это будет зависимость тока эмиттера /д от напряжения на эмиттерном
переходе иЭь (рис. 3.18, а). При отсутствии коллекторного напряжения
((/КБ = 0) входная характеристика представляет собой прямую ветвь
вольт-амперной характеристики эмиттерного ЭДП, такой же, как ВАХ
диода. Если на коллектор подать некоторое напряжение, смещающее его
в обратном направлении, то коллекторный ЭДП расширится и толщина
базы вследствие этого уменьшится. В результате уменьшится и сопро-
тивление базы эмиттерному току, что приведет к увеличению эмиттерного
тока, то есть характеристика пройдет выше.
При включении транзистора по схеме с общим эмиттером (см
рис. 3.16) входной характеристикой будет графическая зависимость
тока базы /б от напряжения на эмиттерном переходе ^бэ- Так как эмит-
герный переход и при таком включении остается смещенным в прямом
направлении, то входная характеристика будет также подобна прямой
ветви вольт-амперной характеристики эмиттерного ЭДП (рис. 3.18, б).
Выходные > тати чес кие характеристики биполярного
транзистора—это вольт-амперные характеристики коллекторного элск
тронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Их
вид также зависит от способа включения транзистора и очень сильно
3 Галкин В.И
65
от состояния, а точнее — режима работы, в котором находится эмит-
терный ЭДИ.
Если транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и /э — 0, то есть
цепь эмиттера оборвана, то ^ииттерный ЭДП не оказывает влияния
на коллекторный переход. Так как на коллекторный ЭДП подано обрат-
ное напряжение, то выходная характеристика, представляющая собой
зависимость тока коллектора /к от напряжения между коллектором и
базой 67кб, будет подобна обратной ветви ВАХ диода (нижняя кривая
на рис. 3.19, а). Если же на эмиттерный ЭДП подать прямое напряже-
Рис. 3.19. Выходные характеристики германиевого транзистора типа
р-п-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)
Рис. 3.20. Зависимость выходных статических характеристик
транзистора от температуры:
а — в схеме с ОБ, б — в схеме с ОЭ
66
ние. го появится гок эмиттера /э, который создаст почти такой же кол-
лекторный ток /к. Чем больше прямое напряжение на эмиттерно.м ЭДП,
тем больше значения эмиттерного и коллекторного токов и тем выше рас-
полагается выходная характеристика.
Сказанное справедливо и при включении биполярного транзистора
по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в том, что в этом
случае выходные характеристики снимают не при постоянных значениях
гока эмиттера, а при постоянных значениях тока базы /Б (рис. 3.19, б),
и идут они более круто, чем выходные характеристики в схеме с ОБ.
При чрезмерном увеличении коллекторного напряжения происходит
пробой коллекторного ЭДП, сопровождающийся резким увеличением
коллекторного тока, разогревом транзистора и выходом его из строя. Для
большинства транзисторов напряжение пробоя коллекторного перехода
лежит в пределах от 20 до 30 В. Это важно знать при выборе транзистора
для заданного напряжения источника питания или при определении
необходимого напряжения источника питания для имеющихся тран-
зисторов.
Увеличение температуры вызывает возрастание токов транзистора и
v мешение его характеристик. Особенно сильно влияет температура на
выходные характеристики в схеме ОЭ (рис. 3.20).
Параметры биполярного транзистора
Все описанное выше касалось работы транзистора при постоянных
напряжениях и токах его электродов. При работе транзисторов в уси-
лительных схемах важную роль играют переменные сигналы с малыми
амплитудами. Свойства транзистора в этом случае определяются так
называемыми малосигнальными параметрами.
На практике наибольшее применение получили малосигнальные
h параметры (читается: аш-параметры). Их называют также гибридны-
ми, или смешанными, из-за того, что одни из них имеют размерность
проводимости, другие -— сопротивления, а третьи — вообще без-
размерные.
Всего Л-параметров четыре: Ли (аш-один-один), Л>2 (аш-одип-два),
л,| (аш-два-один) и Л22 (аш-два-два) и определяются они следующими
выражениями:
Ли = при (7В,„ = const
** вх
Запись const является сокращением слова constanta, то есть посто-
янная величина. В данном случае это означает, что при определении
параметра Ли приращения входного напряжения Л(7их и входного тока
\/цХ выбираются при неизменном (постоянном) значении выходного
напряжения б/вых. Параметр Ли характеризует входное сопротивление
биполярного транзистора и измеряется « омах. Более кратко выражение
для определения параметра Ли записывают в виде:
/2 _ I
\/вх рвых = const
67
Параметры h\2, h>\ и h-2-z определяются следующими выражениями:
/? _ Аб'вх I коэффициен! обратной связи ио на-
АОВЫХ |/„х = const пряжению, безразмерная величина;
ft2| __ I — коэффициент прямой передачи по
Х/вх 1^вых = const току, безразмерная величина;
/г22 = I — выходная проводимость, измеряется
вых! вх —const в сименсах (См).
Знак А означает небольшое изменение напряжения U или тока /
относительно их значений в статическом режиме.
Все /г-параметры можно определить по статическим характеристи-
кам. При этом параметры h\\ и /г(2 определяются по входным, a h>\ и
ha — по выходным характеристикам. Необходимо только иметь в виду,
что значения /г-нараметров зависят от схемы включения транзистора.
Для указания схемы включения к цифровым индексам Л-параметров до-
бавляется буквенный индекс: б — если транзистор включен по схеме ОБ,
или э — если транзистор включен по схеме ОЭ. Кроме того, приращения
входных и выходных токов и напряжений нужно заменить приращениями
напряжений и токов соответствующих электродов транзистора с учетом
конкретной схемы включения (рис. 3.21).
Значения /г-парамстров зависят от режима работы транзистора, т. е.
иг напряжений и токов его электродов. Режим работы транзистора опре-
вх~^БЭ
о-
о-----
1вых
о
ивых~икэ
-о
ивХ~иЭБ
о-
1-Вых h
UEblX-UK6
о
6
hx ~^э
о------
а
5
Рис. 3.21. Токи и напряжения транзистора в схемах с ОЭ (а) и ОБ (б)
Рис. 3.22. Определение статических //-параметров транзистора по его стати-
ческим характеристикам
68
Является на характеристиках положением рабочей точки, которую
будем обозначать в дальнейшем буквой А. Если указано положение
рабочей точки А на семействе статических вхотных характеристик
транзистора, включенного по схеме ОЭ (рис. 3.22, а), параметры Л11э и
/?]2э определяются следующим образом:
Д6'бэ I,, . ^бэ— ^бэ .
-~-ркэ = const =
«_\/5 | *b 1Б
123
А (7 бэ
= const —
— 1У'бэ
5-0
Параметры /г2|э и /г22э определяются в рабочей точке А по выходным
характеристикам (рис. 3.22, б) в соответствии с формулами:
\1К I
/1213 = -ГГ~ и*э = const =
-Л/ Б I
. v'x
Л2и-хид
к
'б 'б
/в = const =
о КЗ — о КЗ
Аналогично рассчитываются /z-парамстры для схемы ОБ.
При расчете параметров //|2 и h?i надо токи и напряжения подстав-
!ять в формулы в основных единицах измерения.
Параметр/i9i6 называют к о э ф ф и ц и е н т о м передачи тока в
схеме ОБ, а /121э — коэффициентом передачи тока в схе-
ме ОЭ. В отличие от статических коэффициентов передачи /г21Б и /?21Е,
рассчитываемых как отношение выходного тока к входному в схемах ОБ
и ОЭ, параметры /z2j6 и /?21э определяются как отношения изменений вы-
ходных токов к вызвавшим их изменениям входных токов. Иными сло-
вами, параметры /г2|б и /г2ь характеризуют усилительные свойства тран-
зистора по току для переменных сигналов.
Частотные свойства биполярного транзистора
Параметры транзистора зависят от режима работы и частоты уси-
ливаемых сигналов. Так, с увеличением частоты уменьшается абсолют-
ная величина, или модуль, коэффициента передачи тока базы h2l3. Мо-
дуль коэффициента /г21э обозначают |/г21э1- Частота, па которой |/г2|Э1
уменьшается в д 2 = 0,707 раз по сравнению с его значением на низкой
частоте, называется предельной частотой передачи тока
базы fh2i3- Частота, на которой |/i2iJ уменьшается до 1, называется
граничной /гр (или /т).
При работе транзистора на частота^, превышающих //г21Э, его усили-
1ельные свойства уменьшаются вплоть до /гр- На частотах, превышающих
/гр, транзистор вообще не усиливает. Поэтому величины /иц или /гр по-
зволяют судигь о возможности работы транзистора в заданном тиапа-
зоне частот. По значению граничной частоты все транзисторы подраз-
деляются на низкочастотные (/гр 3 МГц), средней частоты (3 MI ц
/гр 30 МГц) и высокочастотные (/гр>30 МГц). Транзисторы, у ко-
юрых /Гр^300 МГц. называют сверхвысокочастотными.
В справочниках по полупроводниковым приборам для транзисторов
обычно указываются модуль коэффициента передачи тока базы |/г2|Э I и
частота /, на ни горим онределшл е< . • и ’ тзчны.'л "ггкю
хстановить граничную частоту: /|р =/1^21э1 Например, для транзистора
типа ГТ320Б |/г21э| = 6 на частоте / = 2() МГц. Следовательно, граничная
частота этого транзистора /гр = 20-6= 120 МГц.
69
3.5 ТИРИСТОРЫ
Двухэлектродные тиристоры — динисторы
Итак, мы познакомились с двумя типами полупроводниковых при
боров: диодами, содержащими один электронно дырочный переход, и би-
полярными транзисторами, имеющими два ЭДП. Особую группу состав-
1яют полупроводниковые приборы с тремя и более ЭДП, используемые
в качестве электронных переключателей. В зависимости от числа на-
Рис. 3.23. Структура (а), условное обозначение (б) и вольт-амперная
характеристика (н) динистора
рижных выводов различают двухэлектродный тиристор, или динистор,
и трехэлектродный — тринистор.
Структура и УГО динистора приведены на рис. 3.23, а, б. Прибор
содержит четыре полупроводниковые области с чередующимися типами
электрической проводимости: р-п-р-п. Крайняя p-область называется
анодом, а крайняя « область — катодом. Так как между двумя прилегаю-
щими друг к другу областями с различными типами электропровод-
ности образуется электронно-дырочный переход, то в динисторе таких
переходов оказывается три: /, 2 и 3.
Если динистор подключен к источнику напряжения так, что «минус»
подается па анод, а «плюс» — на катод, то крайние р-п-переходы оказы-
ваются включенными в обратном направлении и через динистор про-
текает небольшой обратный ток (участок ОГ) — рис. 3.23, б.
При изменении полярности источника внешнего напряжения перехо-
ды 1 и 3 включаются в прямом направлении, а средний переход 2 —
в обратном. Сопротивление между анодом и катодом динистора в этом
случае также велико (сотни килоом), и через него протекает небольшой
ток Лкр, измеряемый при напряжении Ппр. зкр. макс, которое называют
максимально допустимым постоянным прямым напряжением на закрытом
тиристоре.
При некотором значении прямого напряжения, называемого напря-
жением включения (7ВКЛ, средний переход открывается, сопротивление
между анодом и катодом уменьшается до десятых долей ома. Такое со-
стояние динистора называют открытым. Паление напряжения на qtkdi^-
|,) ’ Д’.горе составляет всего 1...2 В (участок БВ) и мало зависит
от величины тока, протекающего через динистор. В справочных данных
обычно указывается значение напряжения открытого транзистора
Поткр при максимально допустимом ПОСТОЯННОМ токе /ОТкр макс-
70
Напряжение включения для динисторов составляет, как правило,
согни вольт. В открытом состоянии динистор находится до гех пор, пока
через него протекает ток, не меньший, чем ток удержания /уд. Для пере-
вода динистора из открытого состояния в закрытое следует уменьшить
напряжение внешнего источника примерно до 1 В или вовсе отключить его.
Трехэлектродные тиристоры — тринисторы
Тринистор отличается от динистора наличием третьего вывода от
одной из средних областей. Благодаря третьему — управляющему
электроду тринистор можно открывать при напряжениях, меньших, чем
Двкл и даже Д„р. зкр. макс- Для этого нужно на управляющий электрод
трннисгора подать короткий (длительностью в несколько микросекунд)
справляющий импульс положительной (если управляющий вывод элект-
рода сделан от p-базы) или отрицательной (при выводе от п-базы)
полярности (рис. 3.24).
Для перевода гринистора из открытого состояния в закрытое необ-
ходимо уменьшить основной ток до значения, меньшего, чем /уЛ. В цепях
постоянного тока это осуществляется пропусканием через открытый
тринистор короткого импульса обратного тока, превышающего прямой,
для чего используется специальное коммутирующее устройство.
Тринистор. работающий в цепях переменного тока, запирается авто-
матически в момент окончания положительной полуволны основного
тока. Этим объясняется широкое применение тринисторов в устройствах
переменного тока для управления электродвигателями переменного
тока, в выпрямителях и инверторах, импульсных схемах, устройствах
автоматики и др.
Рис. 3.24. Структура (а), условные обозначения (б) и вольт-амперные
характеристики (в) тринистора
КУ101 КУ 105 КУ201, КУ202, КУ 200, КУ208
Рис 3.25. Внешний вид тринисторов малой (о) и средней (б) мощности
71
3.1. Основные элеюрические параметры гринисторов
1ин прибора / откр. макс, мА | 1 U пр. зкр. макс, В 1 / зкр, мА сс о I уд, мА 1 1 U обр. макс, В Р ср. макс. Вт
/ обр. мА / у. от, мА
КУ101А 75 50 0,3 0,05...7,5 2,5 0,5...25 10 0,15
КУ101Б 75 50 0,3 0,3 0,05...7,5 2,5 0,5.,.25 50 0,15
КУЮ1Г 75 80 0,3 0,3 0,05...7,5 2,5 0.5...25 80 0,15
КУ201А 2000 25 5 80 2 100 4
КУ201Б 2000 25 5 5 80 2 100 25 4
КУ201В 2000 50 5 — 80 2 100 — 4
КУ201Г 2000 50 5 5 80 2 100 50 4
КУ201Д 2000 100 5 — 80 2 100 4
КУ201Е 2000 100 5 5 80 2 100 100 4
КУ201Ж 2000 200 5 — 80 2 100 — 4
К У 201И 2000 200 5 5 80 2 100 200 4
К У 201 К 2000 300 5 — 80 2 100 — 4
КУ201Л 2000 300 5 5 80 2 100 300 4
КУ208А 5000 100 5 160 2 150 — 10
КУ208Б 5000 200 5 — 160 2 150 — 10
КУ208В 5000 300 5 160 2 150 10
КУ208Г 5000 400 5 160 2 150 — 10
Ток и напряжение цепи управления небольшие, а основной ток может
составлять единицы, десятки и сотни ампер при анодных напряжениях
от десятков-сотен вольт до нескольких тысяч вольт. Поэтому коэффициент
усиления по мощности у тринисторов достигает 104...105. •
В радиолюбительской практике чаще всего применяются тринисторы
малой (тина КУ101) и средней мощности (КУ201, КУ202) с различ-
ными буквенными индексами. Эквивалентами тринисторов КУ201 и
КУ202 являются ранее выпускавшиеся Д235 и Д238.
Основные электрические параметры гринисторов КУ 101 и КУ201 при-
ведены в табл. 3.1, а их внешний вид и расположение выводов — на
рис. 3.25.
t ° &
Рис. 3.26. Структура, условное обозначение (а) и вольт-амперные ха-
рактеристики (б) симистора
72
Симметричные тиристоры
Динисторы и тринисгоры пропускают рабочий (основной) ток только
в одном направлении. Для того чтобы основной ток протекал в обоих
направлениях, можно использовать встречно-параллельное включение
двух тиристоров. Эту же задачу можно решить и более простым спо-
собом, применив двухсторонние полупроводниковые ключи типа р-п-р-п-р.
Такой прибор называют симметричным тиристором, симистором, или три-
аком. Его структуру и условное графическое обозначение см. на
рис. 3.26, а, а вольт-амперную характеристику — на рис. 3.26, б.
Параметры одного из симисторов (типа КУ208), выпускаемых оте-
чественной промышленностью, приведены в табл. 3.1, а его внешний вид
и расположение выводов показаны па рис. 3.25,6.
3.6. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
В последние годы в радиолюбительской практике широкое распро-
странение получили полевые транзисторы (ПТ). В них в отличие от
биполярных транзисторов управление выходным током осуществляется
не входным током, а электрическим полем, создаваемым входным на-
пряжением.
Устройство одного из типов ПТ показано на рис. 3.27. Его основу
составляет полупроводник «-типа, с противоположной стороны которого
методом диффузии образована область p-типа. На границе р- и «-об-
ластей образуется р-п-переход, обладающий большим сопротивлением.
Слой полупроводника n-типа, лежащий справа от р-«-перехода, назы-
вается каналом. Если между р- и «-областями включить источник
напряжения U-w так, как показано на рис. 3.27, а, то р-«-персход ока-
жется включенным в обратном направлении и его толщина увеличится,
что приведет к уменьшению толщины канала. Но чем тоньше канал, тем
меньше его поперечное сечение и тем больше сопротивление. Значит,
изменяя обратное напряжение между р- и «-областями, можно управлять
сопротивлением канала. Поэтому p-область называют управляющим
электродом, или затвором полевого транзистора.
Если к каналу подключить второй источник напряжения Деи
(рис. 3.27, 6), то через канал потечет ток, созданный движением элек-
тронов от нижней к верхней части «-области. Участок «-области, от ко-
торого начинают движение основные носители заряда, называют исто-
ком, а участок этой области, к которому они движутся,— стоком
Ток, протекающий через канал полевого транзистора, зависит от его
сопротивления, которое, в свою очередь, определяется толщиной канала.
Следовательно, при изменении напряжения затвора Дзи изменяется
и ток, протекающий через канал.
Транзистор, структура которого представлена на рис 3.27, называет-
ся полевым транзистором с управляющим р-«-переходом и каналом
«-типа. Если в качестве исходного материала взять полупроводник р-ти-
па, получим полевой транзистор с управляющим р-«-переходом и ка-
налом p-типа. У такого транзистора затвор будет образован «-областью,
щгщрности ленточников питания Дздт и Дс;и должны быть противопо-
ложны тем, которые показаны на рис. <3.2/.
Основными характеристиками полевого транзистора с управляющим
р «-переходом являются сток-затворные и стоковые (или выходные)
характеристики (рис. 3.28).
73
При некотором напряжении затвора канал полностью перекрывался,
и 1ок, протекающий через нею, становиюя близким к нулю. Это напря-
жение затвора называют напряжением отсечки £/зи. ОТс-
Кроме ПТ с управляющим р-п-переходом (их еще называют поле-
выми транзисторами с р-п-затвором) имеются полевые транзисторы с
изолированным затвором. Области истока, стока и канала у них создают-
ся в объеме полупроводника, а затвор выполняется в виде тонкой метал-
лической пленки, расположенной на поверхности полупроводника и от-
деленной от него диэлектрической пленкой. Таким образом, ПТ с изолиро-
ванным затвором имеют структуру металл — диэлектрик — полупровод-
ник, и их называют МДП-транзисторами. В качестве диэлектрической
пленки часто используется пленка из оксида кремния, полученная при
Рис. 3.27. Структура полевого транзистора с управляющим
р-п-псреходом и каналом п-типа
Рис. 3.28 Статические стоковые (aj и сток-затворные (б) характе-
ристики полевого транзистора с управляющим р-п-переходом
74
окислении поверхности полупроводника Такие транзисторы называю!
также МОП-транзисторами.
МДП-, или МОП-транзисторы могут быть с индуцированным и со
встроенным каналами.
Структура МДП-транзистора с индуцированным каналом показана
на рис. 3.29, а. В нем p-области стока и истока отделены друг от друга
/г-областью подложки и образуют с ней два встречно включенных р-я-пере
хода. Поэтому независимо от полярности напряжения t/си один из
р-га-переходов всегда оказывается закрытым, т. е. смешенным в обрат-
ном направлении, и ток в цепи сток — исток практически равен нулю.
Для того чтобы в этой цепи стал протекать ток, необходимо на затвор
подать отрицательное напряжение. Под действием электрического поля
возникшего в подложке у поверхности под затвором, свободные элек
троны начинают двигаться в глубь подложки. При некотором значении
отрицательного напряжения t/3M у поверхности подложки дырок будет
больше, чем оставшихся электронов. Произойдет инверсия типа
электропроводности приповерхностного слоя под затвором, т. е. в припо
верхностном слое образуется область с электропроводностью р-гипа,
называемая каналом (рис. 3.29,6), соединяющая сток и исток. Толщина
качала зависит от величины напряжения t/зи- Изменяя t/зи, приложен
ное к затвору, можно регулировать толщину канала, т. е. сопротивление
участка между стоком и истоком, и ток в цепи источника t/си-
Сток-затворные и стоковые характеристики МДП-транзистора с ин-
дуцированным каналом p-типа даны на рис. 3.30.
Рис. 3.29. Струюура и
с индуцированным каналом
схема подключения МДП-транзистора
Рис 3.30 Статические шоковые (и) и сгок-Затворные (б) харак-
теристики МДП-транзистора с индуцированным каналом
Напряжение затвора, при котором возникает инверсия электропро-
водности в приповсрхнис!ном слое подложки (появляется канал между
стоком и истоком), называют пороговым i/зи. пор- Стоковые (выход-
ные) характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом су-
ществуют ТОЛЬКО При (>зи > ДзИ. пор-
МДП-транзистор со встроенным каналом в отличие от МДП-тран-
зистора с индуцированным каналом имеет тонкий канал, соединяющий
области стока и истока при (Ди = 0. Подавая на затвор напряжение
той или иной полярности, можно увеличивать или уменьшать толщину
Рис. 3.31. Статические стоковые (а) и сток-затворные (б) характеристики
МДП-транзистора со встроенным каналом
этого канала, регулируя тем самым силу тока, протекающего через канал
(ток стока). Сток-затворные и стоковые (выходные) характеристики
МДП-транзистора со встроенным каналом н-типа приведены на рис. 3.31.
Усилительные свойства полевого транзистора зависят от его мало-
сигнальных параметров, к которым относятся:
крутизна S, определяемая как отношение изменения тока стока
к изменению напряжения на затворе при постоянном напряжении сток —
исток (в мА/В);
5 = -т..с- I (Ди = const;
*<>зи I
внутреннее (дифференциальное) сопротивление пе-
ременному tokv, определяемое как отношение изменения папря-
тсния сток — исток к изменению тока стока при постоянном напряже-
нии затвора (в Ом):
г> = | Сзи = const;
76
статический коэффициент усиления, рассчитываемый по формуле:
р = Sr,
Условные графические обозначения полевых транзисторов приведены
на рис. 3.32.
Система обозначений полупроводниковых приборов
Система обозначений полупроводниковых приборов в соответствии с
ГОСТ 10862—72 состоит из шести элементов.
Рис 3.32. Условные графические обозначения полевых транзисторов:
а - с управляющим переходом и каналом р типа; б с управляющим переходом и каналом п-тнпа;
в — с индуцированным каналом p-типа; г — с индуцированным каналом п-типа; д - со встроенным
каналом р-тина; е со встроенным каналом п-типа
Первый элемент обозначения — буква или цифра, указывающая
на материал, из которого изготовлен полупроводниковый прибор: Г или
I — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — галлий и его соединения.
Второй элемент — буква, обозначающая тип полупроводникового
прибора: Т — биполярные транзисторы; П — полевые транзисторы; Д
выпрямительные, универсальные и импульсные диоды; Ц — выпрями
гельные столбы и блоки; С — стабилитроны; Н — динисторы (неуправ-
ляемые диодные тиристоры); У — триписторы (управляемые триодные
тиристоры) и т. д.
Третий элемент обозначения — цифра (от 1 до 9), определяющая
основное назначение полупроводникового прибора: для биполярных (по-
левых) транзисторов — граничную (максимальную) частоту и мощность
рассеиваемую транзистором (согласно табл. 3.2), а для стабилитронов
и стабисторов—рассеиваемую мощность и диапазон напряжений ста-
билизации (табл. 3.3).
3.2. Третий элемент обозначения полевых и биполярных транзисторов
Мощность. Вт Низкой /гр С частоты 13 МГц Средней частоты — .3 МГц</грС30 МГц Высокой частоты - frp>30 МГц
Малая PC 0,3 1 2 3
Средняя 0,3<РС1,5 4 5 6
Большая 7 8 9
Р > 1,5
3.3. Третий элемент обозначения стабилитронов и стабисторов
Мощность, Вт Ьст<10 В 10 BS ft Г/СТ< С 99 В 100В S - О’ст< 199 В
1><Z :о,з 1 2 3
0.3 <Р<5 4 5 6
5 РС25 7 8 9
Четвертый и пятый элемешы—эго порядковый номер разработки
полупроводникового прибора (числа от 01 до 99). Эти элементы для
стабилитронов и стабисторов означают номинальное напряжение стаби-
лизации.
Шестой элемент обозначения буквы — от А до Я — указывает на по-
следовательность разработки или группу прибора данного типа.
Примерами обозначений могут служить следующие: ГТ108А — гер-
маниевый биполярный транзистор малой мощности низкой частоты,
номер разработки 08, группа А; КП 102А- • кремниевый полевой тран-
зистор малой мощности низкой частоты, номер разработки 02, группа А;
2У201К — кремниевый управляемый тиристор (тринистор) средней
мощности, номер разработки 01, группа К; КС133А — кремниевый ста-
билитрон мощностью не более 0,3 Вт с напряжением стабилизации
3,3 В, последовательность разработки А.
Полупроводниковые приборы, выпускаемые до 1964 г., обозначались
по-другому. Так, например, в обозначении биполярных транзисторов на
первом месте стояли буквы П или МП, за которыми следовало одно-,
двух- или трехзначное число, определяющее главное назначение тран-
зистора. После числа ставилась буква, обозначающая разновидность
прибора этого типа.
Ниже приводятся основные данные некоторых типов транзисторов.
В квадратных скобках помещена ссылка на цоколевку в соответствии
с рис. 3.33. Разница между транзисторами старых типов, обозначения
которых начинаются с букв П или МП, заключается в их конструк-
тивном исполнении. Параметры транзисторов, отличающихся лишь пер-
выми буквами в обозначении, одинаковы.
Германиевые р-п-р транзисторы
(МП) П20, П21 [3]: ДКэ — 20 (П21 все — 35, кроме Г, Д —30);
/к —300 (П21, П21А —500); /z2IF — 50...150 (П20Б. П21Д —60...200);
/кбо—50: [- 1...1.5; Рк — 150.
(МП) П25, П26[3]: Пкэ — 40 (П26 все —70); /к — 400; Рк — 200;
/г21Е—Ю...25 (А — 20...50, Б —30...80); /Кбо—150; [ — 0,2...0,5.
(МП) П39. П40, П41, П42 [3]: ДКэ — 30 (П40А-30, П42 все—
15); /к— 150; Рк— 150 (П42 все —200); /z21E — 20...60 (П39—12,
П42Б —50...100); /Кбо — 15 (П42 все —25); [ —0.5...1.
П201, П202, Г1203[6]: ДКэ — 30 (П202, П203—55); /к — 1,5А (П202,
П203 — 2А); Рк — 10/1 Вт; Л21Е — 20. 40; /Кьо — 400; [ — 0,1
П213, П214, П215[6]: ДКэ — 45 (П214 все — 60, П215 —80); /к —
5А; Рк — Ю/1,5 Вт; /г2|Е — 20...150 (П213Б, П214Б — 20...150, П214А -
50...150); /кбо— 150...300 (П213А, П214В — 1.1,5 мА); [ — 0,15.
П401, П402, П403[8]: Дкэ — Ю; /к — 20; Рк — 100; /121Е — 16...250;
/кбо — 5; [ — 30 (П402 —60, П403, П403А — 120).
П601, П602 [7]: Дкэ —25; /к — 1А; Рк — 3/0,5 Вт; /г21Е — 40... 100
(АП — 40...250, П601 — 20); /кбо — 100...200; [ — 30.
ГТ108|11]: ДКэ— Ю; /к — 50; Рк — 75; /г2|Е — 25...60 (В — 60...
130, Г — 110...250); /Кбо — 10; [ — 0,5.. 1.
ГТЗПЯ ГО); jo- /к 50' Рк 150; Л21Е --2O...75 (Б 50...
120, В —80...200), /кбо —5. / —120 (А —90).
ГТ320 [9]: Дкэ —9 (Б— 11, А—12); /к — 150; Рк — 200; /i2lE-
80...250 (Б — 50...160, А — 20...80); /Кбо — Ю; [—120 (Б — 190,
В — 250).
78
ГГ322 [14). (/Кэ—Ю (Б -6); /к 5, Рк 50, h2lt 20. 70
(Б, Г, Е—50... 120), /КБО—4; / — 25.
ГТ402 [4]: (7Кэ — 25 (Ж, И—40); /к —500; Рк — 600; /г21Е — 30.
80 (Ж И— 60...150); /кбо-25; f- 1.
ГТ403 [15]; L/кэ — 45 (А, Б — 30, Ж, И — о0); /к — ],25 А; Рц —
4/0 65 Вт; /г2]Е — 20...60 (Б, Г, Д, И — 50... 150); /кбо — 50; / — 0,008.
ГТ806 [5]: (7Кэ — 75 (Г — 50, Б — 100, В— 120, Д—140); /к —
15. А; Рк— 30/2; /i2ie — 10... 100; /Кбо — 15 мА; /— 10.
Германиевые п-р-п транзисторы
(МП) П35, П36, Г137, П38 [3] икэ—\5 (П37А —30); /к — 20,
Рк—150; /i21E—15...45 (П35 - 10...125, П38А — 45...100); /Кбо — 30,
1 — 0,5...! (П38А —2).
ГТ404 [4]: РКэ — 25 (В, Г — 40): /к — 0,5 А; Рк — 0,6 Вт; Л21 г- -
30...80 (Б, Г — 60...150); /кбо — 25; f — 1
nW3
п-р-п
®
Б К 3
р-п-р
КТ 361
ГТ 313
ГТ 328
п-р-п
ГТ311
П 922,0923
П-р-П
ГТ 323
р-п-р \±J
КТ395, КТ350А
КТ351, КТ352
КТ363, КТ3107
при
КТ69Э
I P~Tt~P
V КТ639, КТ8Р1
ТТГПГЛ75/6; КТ817
) КТ973
п-р-п
КГЫ71, пТ(Мч
и и КТ696, КТ805
ЭК Б КТВ16, КТ972
р-п-р
ГТ802
' п-р-п
МП20.МП21,М112&>-^ ГТАОЧ р-п-
П210 Лл
ГТ701 ,w
ГТ703КБ
ГТ 80 6
® ь ®¥цм\ 1ЦМ
корпус
р-п-р
П201,
П213-П217
р-п-р
ГТ108
ГТ115
п-р-п
КТ 801
П609
ГТ905 /I Л
|л-р-л|цМ/(® • ®1
П701 V К J
п-р-п'"' \ к
- КТ802, I \
KT803,KT806,l I \
/3 К\КТ9О2,КТ903/Б
1® Б *) КТ908 I® 3 *
п-р-п
КТ602
КТ 6 03
КТ 609
/г зкктбоз
f о J \
I® к ®)
Р-П'Р ___________,
\ № ГТ322,ГТ337, I,
1 11 ГТ396,КТ397, Вт
1ТГ ктзч9,ктзбо, л „ п
/\\кТ351,КТ363,КТ203 « Р’П'Р
/II 'п-р.п /Ш ГТ903
<®> КТ201
£ 0 ^\КТ325,КТЗЩ® Б .)
корлусД? К JKT616,КТ617,\3 kJ
КТ618
наимззэзяя
иинаынзади
i'-ис. 3.33. Внешни» в-еь
ложение выводов некоторых ти-
пов биполярных и полевых тран-
зисторов
79
Кремниевые р-п-р транзисторы
КТ203 |14]: (Дэ - 15 (Б 30, А 60);/к— 10;Рк 150; /г21Е —
30...200 (А — 9); /кбо — 1; / — 5.
КТ326, КТ337, КТ347, КТ349, КТ350, KT35I, КТ363 [14J: (/Кэ —
15 (КТ347Б-9, КТ347В-6); /к — 30; Рк - 150; Л21Е — 30...400
(КТ326, КТ337, КТ363 -20...160); /КБо — 1; f— 100 (КТ326 —400,
КТ363А - 1200; КТ363Б - 1500).
КТ361 [19]: <УКЭ—35 (А — 25, Б — 20, В, Д — 40); Z>K — 150; Л21 f—
20 .90 (Б, Г, Е — 50...350); /КБ0 — I; f — 250.
Кремниевые п-р-п транзисторы
КТ201 [14]: UK3 — Ю (А, Б - 20); /к — 20; Рк - 150; ft21E — 20...90
(Г -70...210); /КБ0 - 1; f- 10.
КТ315 [19]: ДКэ 15 (А — 20, Г — 25, В — 30);/к - 100; Рк—150;
//2IE — 20...90 (Б, Г, Е -50...350); /КБ0 — 1; f — 100.
КТ602 [10]: £/кЭ —80 (А, Б — 120); /к — 75; Рк — 2,8/0,8 Вт; Л2|Е-
15 ..80; /КБО— 70; f —50.
КТ604, КТ605, КТ611 [10]: (7Кэ — 250 (КТ611 — 150); /к — 200; /\ —
3/0,8 Вт (КТ605 — 0,4 Вт); /i21F — 10...40 (Б — 20...120); /КБО — 100;
/ — 20 (КТ611 — 60).
КТ801 [16]: (Дэ —60 (А-80); /к — 2 А; />к - 5/0,5 Вт; Л21Е —
13 ..50 (Б — 20...100) ; /кбо — 10 мА; f — 5.
КТ803 [17]: Дкэ — 60; Д - - ЮА;РК 60/4Вг;й21Е - 10...70, Дбо —
оО мА; F — 5.
КТ805 [17]: (Укэ— 80; /к—5 А; Рк— 30/2 Вт; й21Е— 15; /кво
100 мА; / — 5.
КТ808 [17]: /Дэ — 120; /к- 10 А; Рк - 50/4 Вт; Л21Е — 15; Дбо -
3 мА; f — 5.
КТ809 [17]: икэ — 400; Д — 3 А; Рк — 40/3 Вт; Л21Е — 15...100;
/кбо — 6 мА: F — 5.
Примечание. Символами (7K3, Д, РЕ обозначены допустимые значения
напряжения коллектора в вольтах, коллекторного тока в миллиамперах (если
гок в амперах, рядом с цифрой стоит буква А), .мощности, рассеиваемой на
коллекторе с радиатором (в числителе) и без него (в знаменателе) — в милли-
ваттах Если мощность измеряется в ваттах, имеются буквы Вт. Рядом с данными,
характерными для всей группы, в скобках указаны отклонения для отдельных
транзисторов. Например, (Дэ— 20 (А, Б — 30) означает, что для всех приборов
этой группы с любыми буквами в конце обозначения UK3 MdKc = 20 В. кроме
приборов с последними буквами А и Б, для которых (Дэ. макс = 30 В. Символ f
указывает на максимальную рабочую частоту в мегагерцах, на которой транзистор
работает нормально.
Полевые транзисторы с каналом р-типа
КП . [20]: ( U1 10; Рс - 120; /с нач - 0Д..4 (Л, М — 2,7 .12,
К — 1 ..5), S — 0,4 .3 (К — 1...3. Л, М — 1.2. 4,4).
КП301 [20] £/си — 20; (Ди — 30; Д — 15; Рс 200; 5—1.
КП304 [20] (Уси — 25; (Ди - 30; Д 30; Рс 200 5 — 4.
80
Полевые транзисторы с каналом п-типа
КП302 [20]; ПСи —20; £/зи — Ю; /с — 24 (Б, В 43); Рс 300;
S — 5-7.
КПЗОЗ [20|: Пси —25; С/зи — 30; /с — 20; Рс — 200; S 1-4 (В
Д, И-2...6).
КП305 [20]: Uc„—15; Пзи —15; /с —15; Рс -150; S — 4...10.
КП306 [20]: Пси—20; Пзи —25; /с - 20; Рс — 150; S — 3...8.
КП350 [20]: Дси —15; Дзи —15; 1С — 30; Рс-150; S — 2...10.
Примечание. Символами UCh, Сзи, 1с и Рс обозначены допустимые
напряжения стока и затвора относительно истока в вольтах, тока стока — в мил-
лиамперах и мощности, рассеиваемой на стоке — в ваттах. Символы S и /с нач обо-
значают соответственно крутизну и начальный ток стока, измеряемые в мил
лиамперах на вольт (мА/B) и миллиамперах (мА) соответственно.
При работе с полевыми транзисторами необходимо помнить, что они
очень чувствительны к статическому электричеству и могут выйти из
строя при прикосновении к их электродам пальцами, инструментом
или отеждой. Поэтому на время монтажа выводы электродов полевого
транзистора следует закоротить, обмотав их тонкой (без изоляции)
медной проволокой или полоской алюминиевой фольги.
3.7. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ
Элементная база электроники
Элементную базу электроники составляют резисторы, конденсаторы,
электронные лампы, диоды, транзисторы и т. п.
Можно назвать четыре поколения элементов этой базы.
В первом поколении роль активных элементов выполняли различ
ные электровакуумные приборы, а пассивных - резисторы, конденсато-
ры, катушки индуктивности, трансформаторы, переключатели и другие
дискретные детали. Активные и пассивные элементы укреплялись на
специальных панелях (монтажных платах) и соединялись между собой
путем пайки или сварки. Позже были разработаны печатные платы,
па которых электрические соединения между большинством деталей
осуществлялись с помощью печатного монтажа.
Второе поколение появилось с изобретением в 1948 г. транзистора
Большинство электровакуумных приборов было заменено более экономим
ными, надежными и менее габаритными полупроводниковыми приборами.
Пассивные элементы второго поколения совершенствовались также
в направлении улучшения их параметров и уменьшения габаритов
Это способствовало переходу на уплотненный печатный монтаж и созда-
нию малогабаритной радиоэлектронной аппаратуры.
Третье поколение связано с разработкой и внедрением в производ-
ство интегральных микросхем. В одной интегральной схеме, способной
ВЫПОЛНИ ГЬ фуНкЦИЮ ЦеЛОГО УСТРОЙСТВ. (УСИ 1ИТС 1Ь, < '• r’Vp ЛгМцо»!
ный калькулятор), может содержаться от единиц до нескольких тысяч
и даже десятков тысяч пассивных и активных элементов. Сама инте-
гральная микросхема имеет небольшие размеры, а число выводов может
81
быть значительно меньше количества содержащихся в ней элементов.
Основу четвертою поколения сосювляе! функциональная микро-
электроника, В функциональных устройствах нельзя выделить элементы,
которые выполняли бы роль резисторов, конденсаторов, диодов, транзи-
сторов и т. п. В то же время такое устройство может осуществлять ка-
кую-то вполне определенную операцию: генерировать высокостабильные
колебания, преобразовывать тепловую энергию в электрическую и др.
Интегральная микроэлектроника, составляющая элементную базу
третьего поколения, — сегодняшний день микроэлектроники. Функци-
ональная же микроэлектроника лишь начинает развиваться.
Классификация интегральных микросхем (ИМС)
По своему назначению интегральные микросхемы подразделяются
на аналоговые (линейно-импульсные) и цифровые (логические).
Аналоговыми называют ИМС, предназначенные для преобразова-
ния и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функ-
ции (усиление, генерирование, преобразование электрических сигналов
в радио- и телевизионной аппаратуре).
Цифровыми называют ИМС, используемые для преобразования
и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции,
г е. скачками, от некоторого нижнего (например, от нуля) до какого-
то верхнего уровня, и наоборот. Одним из видов цифровых ИМС явля-
ются логические интегральные микросхемы, применяемые в электрон-
ных вычислительных машинах (ЭВМ), устройствах автоматики, при-
борах с цифровым отсчетом результатов измерений (например, цифровых
вольтметрах).
По конструктивно-технологическому признаку ИМС делят на три
группы: полупроводниковые, гибридные и прочие (пленочные, вакуумные,
керамические и др.).
Полупроводниковой является ИМС, в которой все элементы
и междуэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности
полупроводника. Активные элементы полупроводниковой ИМС (диоды и
транзисторы) изготовляются в едином технологическом процессе с пас-
сивными элементами. Элементы схемы отделяются друг от друга р-п-пере-
ходами или диэлектрическими пленками.
Для изготовления полупроводниковых ИМС используется метод пла-
нарной технологии. Сущность его состоит в том, что в пластине (кри-
сталле) полупроводника п- или p-типа создаются так называемые тран-
зисторные структуры, представляющие собой чередующиеся области
п-р-п или р-п-р. Если сделать выводы от каждой из областей, полу-
ченная структура может служить интегральным биполярным транзи-
стором, если только от двух примыкающих друг к другу р- и и-обла-
стей — интегральным диодом или зарядной (барьерной) емкостью, если
от краев одной области — интегральным резистором.
На рис. 3 ♦ пр.шсдеии ринци ъ .v ьная сд<ма простейшего усили-
теля на биполярном транзисторе (а) и вариант его конструкции в инте-
гральном исполнении (б). Транзистор выполнен на основе первой тран-
зисторной структуры. Верхняя n-область этой структуры, соединенная
82
внешним проводником с корпусом, является эмиттером транзисюра
Средняя р-область— это база БТ На нее подается входное напряжение
UBX. Роль коллектора выполняет нижняя, глубинная п-область. В качестве
резистора используется базовая p-область второй транзисторной структу
ры. С помощью металлической пленки, нанесенной на окисленную по-
верхность полупроводника, эта p-область соединяется с нижней п-об-
ластью первой транзисторной структуры, то есть подключается к коллек
Рис. 3.34. Элементы полупроводниковых ИМС на базе транзисторной
структуры
юру транзистора. Второй конец p-области (то есть резистора) подклю-
чается к плюсу источника питания.
Гибридными называют ИМС, в которых пассивные элементы
(резисторы, конденсаторы и индуктивности) и междуэлементные соеди
нения выполнены методами пленочной технологии, а в качестве активных
элементов используются дискретные диоды, транзисторы или бескор
пусные полупроводниковые ИМС.
Резисторы гибридных ИМС получают напылением через специаль-
ные трафареты па поверхность диэлектрика (подложку) тонкой пленки
высокоомного материала (тантал, нихром, сплав МЛТ) соответствующей
конфигурации (рис. 3.35, а). На концы полученного резисторного эле
мента напыляются пленочные контактные площадки, являющиеся
частью междуэлементных соединений.
Конденсаторы гибридных ИМС — небольшой емкости (до 500
1000 пФ). Они выполняются на диэлектрической подложке путем по-
следовательного нанесения трех слоев: металл — диэлектрик — металл
(рис. 3.35, б). Металлические слои, образующие обкладки конденсатора,
делают, как правило, из алюминия, а диэлектрик — чаще всего из окиси
кремния или окиси алюминия
В гибридных ИМС индуктивностями являются либо дискретные ми
кроминиатюрные катушки, либо пленочные катушки. Пленочные катушки
имеют вид однослойных (рис. 3.35, в) или многослойных спиралей, на-
матываемых на диэлектрическую подложку. Индуктивность таких кату-
шек не превышает 20 мкГ при добротности не более 50.
ЗлсМсшы ТИбрйДНЫК Hhl'ci ра.ЧЬНЫА ' iKp-< <• мсЛИНЯЮТСЯ
мощью пленок из металлов, обладающих высокой электропроводностью
(алюминий, серебро, золото), наносимых на диэлектрическую подложку
Для соединения пленочного проводника с пленочным пассивным элемен
83
том часть такого проводника наносится на пленку образующую пас-
сивный элемент. Пленочные проводники соединяются с выводами ди-
скретных элементов сваркой.
Для характеристики сложности ИМС введен специальный термин
«степень интеграции интегральной схемы», отображающий число элемен-
тов в одной ИМС.
В зависимости от числа элементов ИМС подразделяются на пять
Рис. 3.35. Пленочные элементы ИМС:
и резисторы; б конденсатор; в индуктивности
степеней: I — от 1 до 10; II —от И до 100; III —от 101 до 1000; IV —
от 1001 до 10 000; V — от 10 001 до 100 000.
ИМС I и II степени интеграции называют микросхемами малого
уровня интеграции, III степени и выше — повышенного уровня интегра-
ции. ИМС IV и V уровней интеграции известны в литературе также
под названием «большие интегральные схемы» (БИС).
Обозначения интегральных микросхем
Все выпускаемые интегральные микросхемы делятся на ИМС широ-
кого применения,- которые можно купить в специализированных мага-
зинах, и ИМС специального назначения. Код ИМС широкого применения
начинается с буквы К- Затем идет цифра от 1 до 9, характеризующая
конструктивно-технологическое исполнение. Если такой цифрой явля-
ется 1, 5, 6, 7 или 9, то это полупроводниковая ИМС. Гибридные ИМС обо-
значаюся цифрой 2 после буквы К. пленочные — цифрой 3.
Следующим элементом обозначения является двух- или трехзначное
число, определяющее порядковый номер разработки серии. Все эти эле-
менты образуют серию ИМС. После номера серии ИМС следуют две
буквы, определяющие подгруппу ИМС по ее функциональному назна-
чению (табл. 3 4)
Наконец, последним элементом обозначения является число, характе-
, г зу ЮЩсс уСЛч/БпЫИ Ьм’йср paSpdbvT rlAiC d Серии ни функциональному
признаку. Иногда после этого числа добавляется буква, которая опреде-
ляет разброс электрических параметров или различия в напряжениях
питания ИМС данного типономинала
«4
3 4. Подгруппы ИМС различною функциональною назначения
Функционааъное назначение ИМС
I Буквенное обозначение
1______________________
Генератор гармонических сигналов ГС
Генератор сигналов прямоугольной формы ГГ
Усилитель высокой частоты УВ
Усилитель промежуточной частоты УР
Усилитель напряжения или мощности низкой частоты УН
Операционный или дифференциальный усилитель УД
Логический элемент И НЕ ЛА
Логический элемент ИЛИ— НЕ ЛЕ
Аналоговые многофункциональные ИМС (выполняющие ХА
одновременно несколько функций)
Цифровые многофункциональные ИМС ХЛ
Вот примеры обозначения некоторых ИМС и их расшифровка.
КИ8УН1А — полупроводниковая ИМС широкого применения серии
К118, представляющая собой усилитель низкой частоты, номер разработ-
ки в серии по функциональному признаку I, разновидность А;
К265УВ1 —гибридная ИМС широкого применения серии К265, яв
ляющаяся усилителем высокой частоты, номер разработки в серии по
функциональному признаку 1.
Логические элементы
Базой большинства цифровых ИМС являются логические элементы
(ЛЭ), в основу работы которых положена двоичная система счисления,
состоящая из двух цифр — нуля (0) и единицы (1). Эти две цифры по
зволяют выразить в двоичной системе любое число. Например, десятич-
ное число 23, записанное в двоичной системе счисления, будет выгля
деть так: 10111. Цифры 0 и 1 представляются в ЛЭ уровнями напряже-
ния. Если напряжение некоторого сигнала равно нулю или не превышает
нескольких десятых долей вольта, то в двоичной системе счисления такой
сигнал соответствует логическому 0. Сигнал с более высоким уровнем
напряжения принимают за логическую 1.
Каждый ЛЭ выполняет вполне определенную логическую операцию,
основными из которых являются:
логическое отрицание НЕ (инверсия);
логическое сложение ИЛИ (дизъюнкция);
логическое умножение И (конъюнкция).
Логический элемент, выполняющий функцию логического отрицания,
называют ЛЭ НЕ. Его УГО показано на рис. 3.36, а. Работа ЛЭ НЕ за-
ключается в том, что если на его входе действует сигнал низкого уровня
(логический 0). то на выходе возникает сигнал высокого уровня (логи
iCCftdh if к iiaOvupOi. СьЯЗЬ МСАД) 1 •' 1 I . • it ТЭ
представленную в форме таблицы (рис. 3.36,6), называют таблицей
состояний, или таблицей истинности ЛЭ.
Для выполнения операции логического сложения применяется
«5
ЛЭ ИЛИ (рис 3 37, а) 1аблица состояний такою элемента (рис. 3.3/ б)
свидетельствует о том, что сигнал логической I появляется на выходе
ЛЭ ИЛИ в том случае, если аналогичные сигналы подаются на один
или оба входа. Напряжение логического нуля на выходе ЛЭ ИЛИ возни-
кает лишь в том случае, если логический 0 действует на всех входах этого
элемента.
Операция логического умножения И выполняется ЛЭ И (рис. 3,38, а).
Логика работы такого элемента (рис. 3.38, б) состоит в том, что высокий
Рис. 3.37. Условное графи-
ческое обозначение (а) и
таблица состояний (б) ЛЭ
ИЛИ
Pm. 3.38. Условное графи
ческое обозначение (а) и
таблица состояний (б)
ЛЭ И
Рис 3.36. Условное
графическое обозначе-
ние (а) и таблица со-
стояний (б) ЛЭ НЕ
Рис. 3.39. Условное графи-
ческое обозначение (а) и
таблица состояний (б) ЛЭ
ИЛИ-НЕ
Рис. 3.40. Условное графи-
ческое обозначение (а) и
таблица состояний (б) ЛЭ
И НЕ
уровень (логическая 1) выходного напряжения будет только в том случае,
есчи на всех входах ЛЭ И будут действовать высокие уровни напряжения.
На основе логических операций НЕ, ИЛИ, И строятся и более сложные
логические операции: ИЛИ — НЕ, И — НЕ и др., являющиеся комби-
нациями простых операций ИЛИ и НЕ, И и НЕ и т. д.
Для выполнения операции ИЛИ — НЕ служит ЛЭ ИЛИ — НЕ, УГО
которого (рис. 3.39, а) отличается от У1 О логического элемента ИЛИ
небольшим кружком в начале линии связи выходного сигнала. Из таблицы
состояний ЛЭ ИЛИ — НЕ (рис. 3.39, б) следует, что сигнал, соответ-
ствующий логической 1, на выходе элемента будет лишь в том случае,
если на всех еГо входах будут действовать сигналы низкого уровня,
соответствующие логическому 0.
1 • ЭЛ , . .. ит.|л1Ц** .1— ЦЬ
(рис. 3.40, а), называют ЛЭ И — НЕ. Логика работы этого элемента
(рис. 3 40,о) заключается в том, чю выходной сигнал будет иметь на
пряжение низкого уровня (логический 0) только в том случае, если на
86
всех входах одновременно действую! анналы высокою уровня (доги
ческие 1). При любых дру«их комбинациях входных сигналов на выходе
ЛЭ будет поддерживаться высокий уровень напряжения (логическая 1)
4. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПЕРЕДАЧИ
И ПРИЕМА РАДИОВОЛН
4.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ
Параллельный колебательный контур
Электрические колебания играют очень важную роль в радиотехнике
Именно благодаря им можно передавать сообщения по радио и телевиде
нию, управлять полетами ракет. Для получения электрических колебаний
используется колебательный контур. Он представляет собой электриче-
скую цепь, состоящую из катушки индуктивности L, конденсатора С и
соединительных проводов (рис. 4.1).
Если зарядить конденсатор от батареи (рис. 4.1, а), поставив переклю
чатель S в положение /, затем перевести переключатель в положение 2,
то конденсатор начнет разряжаться через катушку и по цепи колебатель-
ного контура потечет ток. Так как катушка обладает индуктивным
сопротивлением, ток в цепи нарастает постепенно. Вокруг катушки обра-
зуется магнитное поле, которое усиливается по мере увеличения тока
Когда конденсатор полностью разрядится, магнитное поле и ток в катушке
достигнут наибольшего значения (момент t\ на рис. 4.1, 6). За счет
энергии, накопленной в магнитном поле катушки, ток будет продолжать
течь в том же направлении, постепенно уменьшаясь по величине. При
этом происходит перезарядка конденсатора, и нижняя пластина приобре-
тает положительное напряжение. В некоторый момент /2 вся энергия
магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля
конденсатора, причем ток в цепи уменьшается до нуля. Но в это же время
конденсатор снова начнет разряжаться, и в контуре опять потечет ток,
но уже в обратном направлении: от нижней пластины конденсатора через
катушку к верхней пластине. В момент полной разрядки конденсатора /з он
возрастет до максимального значения, а энергия электрического поля
конденсатора полностью превратится в энергию магнитного поля катушки.
После этого начнется новая зарядка конденсатора, сопровождающаяся
уменьшением тока в цепи до нуля.
Описанный цикл составляет одно полное колебание. После этого коле-
бательный процесс повторяется.
Таким образом, в цепи, состоящей из катушки индуктивности L
и конденсатора С, происходят повторяющиеся через определенные про-
межутки времени изменения токов и напряжений. Эти изменения вызваны
процессами перехода энергии электрического поля заряженного конденса-
.; з в +НС, «ю мшийтнио ><">> ют шки и обратного перехода энергии
магнитного поля катушки в энергию электрического поля конденсатора.
Следовательно, конденсатор является накопителем энергии электрическо-
го поля, а катушка индуктивности — накопителем энергии магнитного
87
поля, и колебательный процесс, то есть периодические изменения тока
и напряжения в контуре, является результатом обмена энергией между
катушкой и конденсатором.
Чем больше емкость конденсатора, входящего в колебательный контур,
1ем больший заряд он может накопить и тем длительнее его перезарядка.
С другой стороны, увеличение числа витков катушки и ее диаметра
вызывает рост индуктивности колебательного контура и усиление на-
Рис. 4.1. Колебательный контур LC (а) и графики напряжения иг на
конденсаторе и тока iL в катушке (б)
капливаемого в ней магнитного поля. Сильное магнитное поле способно
долго поддерживать ток перезарядки конденсатора. Таким образом, уве-
личение емкости конденсатора или индуктивности катушки, входящих
в параллельный колебательный контур, приводит к увеличению периода
полного колебания электрического тока в этом контуре, или, иными
словами, уменьшению частоты электрических колебаний в контуре. Сле-
довательно, в колебательных контурах с различными емкостями конденса-
торов и индуктивностями кагушек будут создаваться электрические
колебания с разной частотой. Такая частота называется собственной
частотой колебательного контура и определяется по формуле:
2nyLC
Если значение емкости С подставлять в эту формулу в фарадах,
а индуктивности L в генри, полученная резонансная частота будет
выражаться в герцах.
Электрические колебания в контуре, происходящие только за счет
обмена энергиями между катушкой индуктивности и конденсатором,
называются свободными. Если бы потери энергии при обмене не
происходило, то свободные электрические колебания в контуре длились
бы бесконечно долго. Однако катушка индуктивности кроме индуктивного
сопротивления XL = 2nfl содержит и активное сопротивление R. которым
обладает провод ее обмотки. Для преодоления этого соппотивчрния
протекающий в контуре юк расходуй часть энергии, выделяющейся в
виде тепла. Конденсатор также не является идеальным, поскольку сопро-
тивление диэлектрика, разделяющего его обкладки, не равно бесконеч-
ности. Поэтому ток между пластинами конденсатора протекает не только
88
по проводникам внешней цени, но и часть его «просачивается» через
разделяющий обкладки диэлектрик (этот ток называют током утечки
конденсатора), на что тоже тратится некоторая энергия. Происходит
потеря энергии и в проводниках, соединяющих катушку индуктивности
и конденсатор. Поэтому с каждым новым циклом колебаний, или перио-
дом, энергия в контуре будет уменьшаться. Это приводит к уменьшению
амплитуды колебаний или их «затуханию» с течением времени (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Затухающие электриче-
ские колебания
Затухание колебаний будет происходить тем быстрее, чем больше актив-
ное сопротивление в цепи колебательного контура.
Резонанс в параллельном колебательном контуре
Чтобы не допустить затухания колебаний в колебательном контуре,
необходимо периодически пополнять его убывающую энергию. Это дости-
гается при подключении к нему внешнего источника переменного напри
жения. Возникающие при этом незатухающие колебания называются
вынужденными.
Если частота переменного напряжения внутреннего источника равна
собственной частоте колебательного контура, то амплитуда колебаний
в контуре будет максимальной и для их поддержания достаточно незначи
тельной энергии внутреннего источника. Это явление называют резонан
сом, а частоту, на которой возникает резонанс,— резонансной частотой
Она близка к собственной частоте колебаний контура.
Итак, чтобы получить незатухающие электрические колебания в
контуре на резонансной частоте, к нему необходимо подключить источник
переменного напряжения ег с частотой, примерно равной собственной
частоте контура (рис. 4.3). Контур может быть последовательным или
параллельным в зависимости от способа подключения его к источнику
внешнего переменного напряжения. Контур, показанный на рис. 4.3,
является параллельным, так как его катушка индуктивности L и конден-
сатор С подключены параллельно источнику внешнего напряжения.
Именно с такими контурами приходится наиболее часто сталкиваться
радиолюбителю.
Так как собственная частота колебательного контура, или период
колебаний, зависит от индуктивности L катушки и емкости С контура, то
I’ '' ' j J. ' ' ,1 ч. । ' v ' .! ". а К' ' 1* ' 3 ' •' я ПС. ।1 1 '
необходимых значений L и С. Этот принцип используется при настройке
радиоприемника на нужную радиостанцию, при настройке контуров на
нужную частоту и в других целях.
89
При резонансе реактивное сопротивление индуктивности становится
равным реактивному сопротивлению емкости, т. е. XL— Хс. Поскольку
напряжения на катушке и конденсаторе всегда действуют в противопо-
ложных направлениях, реактивные сопротивления Х[ и Хс оказывают
противоположное влияние на электрический ток, протекающий в колеба-
тельном контуре. Вследствие этого при резонансе общее реактивное
сопротивление контура X—XL—Хс равно нулю и сопротивление контура
4.3. Параллельный
колебательный кон-
гур
Рис. 4.4. Графики зависимоши сопротивления (а) на-
пряжения и тока (б) параллельного колебательного
контура от частоты
носит чисто активный характер. На резонансной частоте это сопротивле-
ние параллельного колебательного контура имеет наибольшее значение и
уменьшается как при увеличении, так и уменьшении частоты колебаний
ЭДС внешнего источника (рис. 4.4, а).
Напряжение на контуре с изменением частоты изменяется по тому же
закону, что и сопротивление, а ток, протекающий через контур, на частоте
резонанса имеет наименьшее значение (рис. 4.4, б).
Графики на рис. 4.4 называют резонансными кривыми или резонансны-
ми характеристиками параллельного колебательного контура.
Открытый колебательный контур
В рассмотренном колебательном контуре эликтрическое и магнитное
поля ограничены катушкой индуктивности и конденсатором. Такой колеба-
тельный контур называется замкнутым. Электромагнитные колебания,
возникшие в замкнутом контуре, в окружающее его пространство практи-
чески не излучаются.
Если раздвигать пластины конденсатора, интенсивность излучения
электромагнитных волн в окружающее пространство будет возрастать,
а замкнутый колебательный контур превратится в открытый (рис. 4.5).
Емкость открытого колебательного контура образована двумя длинными
Рис. 4.5. Превращение замкнутою
колебательного контура в открытый
90
проводами, отходящими oi концов катушки Один из них можно зарыть
в землю, поскольку она является хорошим проводником электрического
тока и может заменить одну из пластин конденсатора. Второй провод
служит антенной. При появлении в ней колебаний электрического тока
вокруг антенны будут образовываться переменные магнитное и электри-
ческое поля, создающие в совокупности электромагнитное поле. Это поле
распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Частота
колебаний электромагнитного поля соответствует частоте колебаний тока
в антенне, а дальность его излучения зависит от амплитуды переменного
тока в антенне, т. е. от мощности этектрических колебаний в антенне
4.2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
Длина волны. Длинные, средние, короткие
и ультракороткие радиоволны
Электромагнитные волны распространяются со скоростью, близкой к
скорости света (С= 300 000 км/с).
В отличие от звуковых электромагнитные волны могут распространять-
ся и в безвоздушном пространстве, например в космосе. При этом они
теряют часть своей энергии и постепенно затухают. Степень затухания
и величина расстояния, «пройденного» электромагнитными волнами, в
значительной степени зависят от дЗфны волны.
Длиной электромагнитной вол н ы X называют расстояние,
на которое она распространяется за период Т одного колебания тока
в антенне, т. е. л— СТ.
Зная длину волны, можно определить частоту колебаний тока в
антенне: f — С/Т.
На практике для перевода частот! колебаний в длину волны и длины
волны — в частоту удобно пользоваться следующими формулами:
f _ 300 1 _ 300
л ; f
При подстановке в эти соотношения длины волны в метрах частота
будет измеряться в мегагерцах.
Электромагнитные волны с частотами от 3 кГц до 3* 106 МГц назы-
ваются радиоволнами. В зависимости от особенностей распростране-
ния радиоволн различной длины (или частоты) их условно подразделяют
на несколько диапазонов: длинные (ДВ), средние (СВ), короткие (КВ)
и ультракороткие (УКВ). Длина радиоволн и их частота, используемые
в нашей стране при работе радиостанций в этих диапазонах, имеют
следующие значения:
ДВ - л = 735,3...2000 м; / = 408... 150 кГц;
СВ —Х = 186.9...571,4 м; f = 1605...525 кГц;
КВ-Х = 24,8 ..75,5 м; f = 12,1...3,95 МГц;
УКВ —л = 4,П ..4,56 м, / =73...со,б 511 ц.
Коротковолновый диапазон для удобства настройки на нужную стан-
цию в свою очередь разбивается на поддиапазоны. В нашей стране
наиболее употребительными являются поддиапазоны 25, 31, 41, 50 и 70 м.
91
Именно в этих поддиапазонах сосредоточено наибольшее количество
радиостанции, работающих в коротковолновом диапазоне.
На волне 600 м (500 кГц) средневолнового тиапазона в соответствии
с международным соглашением передается сигнал бедствия SOS.
Ультракоротковолновый диапазон используется для радиосвязи, пере-
дач телевизионных сигналов, связи с космическими объектами, для связ-
ных радиостанций, установленных на машинах специального назначения
и такси.
Особенности распространения длинных
и средних радиоволн
В однородной среде радиоволны распространяются прямолинейно.
Однако атмосфера — неоднородная среда На разных расстояниях от
передающей радиостанции давление, температура, плотность, влажность
и другие параметры атмосферы различны.
Под действием солнечных и космических излучений из атомов газов,
входящих в состав атмосферы, выделяются свободные электроны, а атомы
превращаются в положительные ионы. Этот процесс называют иониза-
цией. Больше всего ионов содержится в верхнем слое атмосферы
ионосфере, находящейся на расстоянии 50...80 км от поверхности
Земли. Скорость распространения радиоволн в средах с разными электри-
ческими свойствами неодинакова. Это приводит к тому, что при переходе
из одной среды в другую они преломляются, т. е изменяется направление
распространения радиоволн.
Радиоволны, излучаемые антенной, распространяются вдоль земной
поверхности (поверхностные волны) и под углом к горизонту (простран-
ственные волны) — рис. 4.6. Поверхностные радиоволны хорошо огибают
предметы, если размеры последних меньше длины волны. При приеме
сигналов радиостанций, работающих в длинноволновом диапазоне, в
основном используется энергия поверхностных волн. Но энергия длинных
поверхностных волн поглощается поверхностью Земли, поэтому по мере
удаления от станции громкость приема ее передач уменьшается вплоть
до полного исчезновения. Для увеличения дальности действия такой
радиостанции повышают мощность ее передатчика.
Средние волны хуже огибают различные неровности земной поверх-
ности и сильнее ею поглощаются. В связи с этим при одинаковых
мощностях передатчиков расстояние, на котором осуществляется уверен-
ный прием передач длинноволновой радиостанции, больше, чем средне-
волновой.
Основным достоинством поверхностных радиоволн является то, что
в пределах их действия обеспечивается устойчивая радиосвязь.
Не вся энергия электромагнитных волн, излучаемых антенной радио-
станции, переносится поверхностными радиоволнами, часть ее создает
пространственные радиоволны, которые, достигнув слоя ионосферы, пре-
1ЯК 'Я И »р<»иу > ‘ ЛоМЛеПЛЯ аиыкл i о, u.iu iHOcl И
ионизированных атомов газа, угла падения пространственной волны
и ее длины: чем длиннее радиоволна, тем сильнее она преломляется.
Пространственные радиоволны длинноволнового диапазона преломля-
У2
ются в нижних слоях ионосферы, и направление их распространения
в этих слоях изменяется настолько, что они снова направляются к
Земле, как бы отразившись от ионосферы. Пространственные радиоволны
могут попасть в зону, куда не доходят поверхностные радиоволны.
Благодаря этому можно слушать передачи радиостанции, работающей
в ДВ диапазоне, в районе, которого не достигают поверхностные радио-
волны. Между зонами приема поверхностных и пространственных
Рис 4.6. Распространение радиоволн
радиоволн находится зона, в которой прием сигнала работающей радио
станции отсутствует. Ес называют «мертвой» зоной, или з о н о й молча-
н и я
Пространственные радиоволны СВ диапазона глубже проникают в
ионосферу, чем длинные волны, и вследствие этого происходит их более
сильное затухание. Днем оно настолько значительное, что радиосвязь
в СВ диапазоне можно осуществлять лишь с помощью поверхностных
волн. С заходом солнца ионизация атомов газа уменьшается, ослабляется
и затухание пространственных волн. Вот почему ночью СВ диапазон
почти полностью «забит» работающими радиостанциями, а днем в этом
диапазоне слышны лишь близко расположенные или мощные радиостан
ции.
Особенности распространения коротких
и ультракоротких радиоволн
Поверхностные волны коротковолнового диапазона затухают интен-
сивнее, чем средние волны. Поэтому радиосвязь с пунктами, расположен-
ными на больших расстояниях, осуществляется на КВ с помощью
11 '' 111 III ' 1 н । • • 1 -4 ’ ' * и НПГОчра т51• • ч * <1 •
ионосфере. Проникнув в ионосферу, короткие волны могут пройти в ней
значительное расстояние без заметного затухания и вернуться обратно
на Землю за тысячи километров от радиостанции или. обогнув Землю.
быть принятыми в месте расположения радиостанции. Недостатком корот-
ких волн является наличие зон молчания. Кроме того, непостоянство
свойств ионосферы в течение суток (например, вследствие изменения
солнечной активности), времен года нс оставляет неизменной степень
преломления пространственной радиоволны. Это приводит к изменению
границ зоны приема пространственной волны и зоны молчания. При рабо-
те на КВ наблюдаются также «замирания» радиоволн: громкость радио-
Рис. 4.7. Волноводный канал
передачи уменьшается и может даже полностью исчезнуть. Через неко-
торое время она снова появляется и увеличивается до уровня нормальной.
Ультракороткие волны не отражаются от ионосферы, а проходят
через нее. Поэтому радиосвязь на УКВ возможна только с помощью
поверхностных воли
Можно считать, что УКВ вблизи земной поверхности распространяют-
ся прямолинейно, т е. в пределах прямой видимости. Однако неодно-
родность атмосферы приводит к тому, что УКВ распространяются несколь-
ко дальше прямой видимости. В некоторых случаях радиоволны, излучае-
мые под малым углом к горизонту, преломляются так, что снова попадают
на Землю, отражаются от нее, затем, отразившись от нижних слоев
атмосферы, опять попадают на Землю и т. д. (рис. 4.7). Область, в которой
происходит описанное явление, образует так называемый волновод-
ный канал. Дальность радиосвязи в таком стучае может в десятки раз
превышать дальность прямой видимости. Этим явлением объясняются
случаи сверхдальнего приема радио- и телеперадач.
Чтобы увеличить дальность радиосвязи на УКВ, необходимо увеличить
дальность прямой видимости. Для этого передающую и приемную антенны
устанавливают как можно выше. Так как УКВ более сильно затухают
в атмосфере, для увеличения расстояния их распространения следует
увеличивать мощность передатчика.
Дальность радиопередач можно значительно увеличить, используя
искусственные спутники Земли, которые принимают УКВ, усиливают их
и снова излучают на Землю.
94
4 3. П₽МЕМ И ПЕРЕДАЧ* ОдДИДОЭЛН
Радиопоиемная антенна
Для «улавливания» радиоволн используются приемные антенны. Ра-
диоволны наводят в них токи высокой частоты. Энергия электромагнитных
колебаний, принятых такой антенной, в миллионы и миллиарды раз мень-
ше энергии, излучаемой передающей антенной. Поэтому принятые элек-
тромагнитные колебания, преобразованные в токи высокой частоты,
сначала усиливаются до необходимой величины, преобразуются и только
после этого поступают в исполнительное устройство (головные телефоны-
наушники или громкоговорители).
Однако в приемной антенне высокочастотные токи наводятся электро-
магнитными радиоволнами нс одной, а очень многих одновременно рабо-
тающих радиостанций. Поэтому высокочастотные колебания из антенны
поступают прежде всего на входное устройство, обладающее избиратель-
ными свойствами.
Настройка и избирательность
Избирательность входного устройства заключается в том, чго
. его помощью из множества высокочастотных колебаний электрического
юка можно выделить колебания нужной частоты, т. е. пропустить на
вход приемника сигналы только одной радиостанции.
Роль входного избирательного устройства в приемнике выполняет
параллельный колебательный контур, который был уже рассмотрен. Он
состоит из катушки индуктивности L и конденсатора переменной емко-
. ги С (рис. 4.8 а).
Если частота колебаний контура совпадает с частотой колебаний
юка, наведенного в антенне, колебательный контур оказывается настроен-
ным в резонанс. Сопротивление контура на резонансной частоте —
наибольшее, поэтому и переменное напряжение, создаваемое в этом конту-
ре высокочастотными токами данной радиостанции, будет максимальным.
Поскольку частоты электромагнитных колебаний, создаваемых разны-
ми радиостанциями, отличаются друг от друга, то для всех других
высокочастотных колебаний, наведенных в антенне, колебательный контур
не будет находиться в состоянии резонанса. Следовательно, его сопро-
тивление токам высокой частоты этих радиостанций мало, а значит,
и напряжения сигналов радиостанций, создаваемые на колебательном
контуре, значительно меньше напряжения сигнала радиостанции, на кото-
Рис. 4.8. Колебательные контуры
с фиксированной (а) и плавной
(6, в) настройками
95
рую настроен колебательный контур. Ьлш одари этому в приемнике
усиливается лишь сигнал одной радиостанции.
В этом и состоит избирательность колебательного контура.
Если на входе приемника поставить не один, а несколько колебатель-
ных контуров с различными резонансными частотами, настроенных каж-
дый на свою радиостанцию, то, подключая к приемнику тот или иной
контур, можно слушать передачу новой радиостанции. Но такому принци-
пу работает приемник с фиксированной настройкой.
Прием нескольких радиостанций можно осуществлять и одним коле-
бательным контуром, если предусмотреть в нем возможность изменения
его резонансной частоты. Это можно осуществить путем плавного
изменения индуктивности (рис. 4.8,6) или емкости кон-
денсатора (рис. 4.8, в).
Для настройки колебательного контура в резонанс широко применяет-
ся второй способ.
Устройство радиопередатчика
Человеческое ухо способно различать колебания воздуха с частотой
примерно от 16...20 Гц до 20 кГц. Чем меньше частота (или чем больше
длина волны), тем ниже, «басистее» звук.
При передаче звука, например в телефонии, звуковые волны преобра-
зуются в колебания электрического тока, которые распространяются по
проводам со скоростью света. Такое преобразование осуществляется
специальным устройством, называемым микрофоном. На приемном
пункте электрические колебания снова превращаются в звуковые с
помощью другого устройства—телефона (или наушников).
А нельзя ли точно таким же способом осуществить радиопередачу,
усилив электрические колебания, полученные на выходе микрофона, и,
излучив их в пространство, приемной антенной направить в приемник
и воспроизвести звук? Нет, в данном случае ничего не получится. С умень-
шением частоты электромагнитных колебаний уменьшается коэффициент
полезного действия (КПД) передающей антенны Кроме того, чем меньше
частота колебаний (или чем больше длина волны), тем большие размеры
должны иметь передающая и приемная антенны.
Но и это еще не все. При низких частотах электромагнитных волн
(или, что то же самое, при больших длинах волн) значительно умень-
шается число радиостанций, работающих в длинноволновом диапазоне,
и приходится очень сильно «разносить» их рабочие частоты, чтобы
уменьшить влияние соседних радиостанций, или, пользуясь уже известны-
ми понятиями, получить хорошую избирательность.
Переменный ток, подводимый к передающей антенне, должен иметь
высокую частоту, которая в данном случае называется несущей.
Этот ток создается специальным генератором высокой частоты Но ко-
лебания с такой частотой неразличимы на слух.
Дл. 1кр<да 1 m мм
к генератору высокой частоты добавить устройство, называемое моду-
лятором.
Модулятор применяется для управления высокочастотными колебани-
ями генератора передатчика по закону изменения низкочастотных звуко-
вых колебаний, получаемых на выходе микрофона, магнитофона, электро-
фона и т. д. При этом низкочастотные звуковые колебания могут
воздействовать либо на амплитуду высокочастотных колебаний, либо на
их частоту. Соответственно получается амплитудная или частот-
ная модуляция.
В передатчике с амплитудной модуляцией (рис. 4.9) высокочастотные
колебания создаются электронным (ламповым или полупроводниковым)
задающим генератором.
Для того чтобы частоты генерируемых колебаний были высокоста-
бильными, этот генератор должен быть маломощным. Однако, если не
принять мер для усиления колебаний, радиус действия описываемой
радиостанции будет ничтожно мал. В этом случае используется усили-
тель мощности (УМ), называемый иначе генератором с независимым
возбуждением. Только после усиления колебания поступают в антенну.
Но коэффициент усиления УМ не остается постоянным, а изменяется под
действием напряжения модулятора.
Если электрические колебания на входе модулятора отсутствуют,
его выходное напряжение постоянное и коэффициент усиления УМ не
изменяется. Усилитель мощности вырабатывает высокочастотные колеба-
ния с частотой Д и постоянной амплитудой. При поступлении на вход
модулятора электрических колебаний звуковой частоты /зв на его выходе
создается усиленное переменное напряжение этой же частоты. Коэффи-
циент усиления УМ в данном случае определяется переменным напря-
жением на выходе модулятора. Например в T'e’,e<ju,:‘ гщлежлгтелщч^еп
полупериода переменного напряжения модулятора [зв коэффициент уси-
ления УМ будет увеличиваться, а в течение отрицательного — уменьшать-
ся. При этом в антенну от УМ станут поступать высокочастотные
4. Галкин В.И
97
колебания переменного тока не постоянной, а переменной амплитуды.
Причем огибающая ^тих высокочастотных колебаний имеет такой же вид,
как и переменное напряжение звуковой частоты на входе модулятора.
Иными словами, в огибающей высокочастотных промодулированных коле-
баний заключена вся информация об электрических колебаниях звуковой
частоты, полученных на выходе микрофона или другого устройства.
Устройство радиоприемника
Электромагнитные колебания, принятые антенной, наводят в ней
высокочастотные переменные токи и напряжения с частотой fH, амплитуда
которых изменяется со звуковой частотой (f3B). Форма этих колебаний
соответствует форме колебаний на выходе усилителя мощности передат-
чика. О таких колебаниях говорят, что они имеют высокочастотную
(fB4) и низкочастотную составляющие. Остается только выделить
из них колебания звуковой частоты f3B, т. е. низкочастотную составляю-
щую, а затем электрические колебания звуковой частоты преобразовать
в звуковые колебания, что можно осуществить с помощью головных
телефонов (наушников).
Низкочастотные (звуковые) колебания выделяются из высокочастот-
ных колебаний устройством, называемым детектором. Он состоит из
электронного прибора с односторонней электрической проводимостью
(например, полупроводникового диода) и конденсатора, параллельно
которому подключены головные телефоны (наушники — рис. 4.10).
Емкость конденсатора должна быть такой, чтобы она обеспечивала не-
значительное сопротивление переменному току высокой частоты и боль-
шое — переменному току низкой (звуковой) частоты. Через диод (в зави-
симости от полярности его включения) будут проходить только положи-
тельные (как показано на рис. 4.10) или отрицательные полупериоды
переменного напряжения высокой частоты, промодулированного напря-
жением звуковой частоты. Высокочастотная составляющая переменного
тока проходит через конденсатор, минуя телефоны.
Сопротивление конденсатора составляющим переменного тока звуко-
вой частоты больше, чем сопротивление телефонов, и поэтому этот ток,
проходит через них, благодаря чему мы слышим звук.
Таким образом, для радиопередачи и радиоприема необходимы мик-
Рис. 4.10. Выделение коле-
баний звуковой частоты с
помощью детектора
98
рофон, генератор высокой частоты, модулятор, передающая и приемная
антенны, детектор и телефоны. Для увеличения дальности приема и
повышения его качества требуются еще и другие, дополнительные устрой-
ства
4.4. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
Микрофоны
Микрофон, как уже отмечалось, предназначен для преобразования
звуковых колебаний в колебания переменного тока. Существует несколько
видов микрофонов, отличающихся друг от друга по принципу действия:
электродинамические, конденсаторные, пьезоэлектрические, электромаг-
нитные и угольные. Появились электронные и транзисторные микрофоны.
Первый микрофон представлял собой металлическую коробку 4, за-
полненную угольным порошком 3. В качестве крышки использовалась
гибкая металлическая пластинка /, получившая название мембраны,
которая изолировалась от корпуса с помощью диэлектрической проклад-
ки 2, но касалась угольного порошка. Между металлическим корпусом
и мембраной включалась батарея GB (рис. 4.11, а). При неподвижной
мембране, то есть пока перед микрофоном не возникают звуковые
колебания в цепи, соединяющей батарею и микрофон, протекает постоян-
ный электрический ток, значение которого определяется сопротивлением
угольного порошка. Если перед микрофоном создать звуковые колебания,
го под их действием мембрана будет то более плотно прижиматься к
корпусу, увеличивая давление на угольный порошок, то, наоборот, будет
отходить от корпуса, уменьшая давление на частицы угольного порошка.
При увеличении давления сопротивление угольного порошка уменьшает-
ся, и это приводит к увеличению тока в цепи. При уменьшении давления
мембраны на угольный порошок его сопротивление увеличивается, а ток
в цепи уменьшается. Таким образом, колеблющаяся под действием звуко-
вых колебаний мембрана преобразовывает постоянный электрический
гок в пульсирующий, который содержит постоянную /о и переменную
составляющие (рис. 4.11, б). Причем переменная составляющая
представляет собой переменный электрический ток, который изменяется
с такой же частотой и по такому же закону, что и звуковые колебания.
Если в эту электрическую цепь включить электромагнитные телефоны
(наушники), то переменный электрический ток будет преобразован в
звуковые колебания.
В настоящее время угольные микрофоны применяются редко. Наиболь-
шее применение получил электродинамический микрофон (рис. 4.12),
который состоит из магнитной системы, включающей постоянный маг-
нит /, полюсный наконечник 2, магнитопровод 3 и звуковую катушку 4,
скрепленную с диафрагмой 5. Для повышения прочности диафрагмы
ей придают куполообразную форму. Диафрагма с катушкой гофрирован-
ным подвесом 6 крепится к магнитной системе таким образом, чтобы
катушка свободно могла перемешаться в зазоре, образованном полюсным
наконечником и магнитопроводом.
Под действием звуковых колебаний диафрагма и связанная с ней
99
катушка начинают также колебаться (вибрировать) в осевом направле-
нии. При этом витки к«а1ушки пересекаю! силовые линии магнитного
поля в зазоре магнитной системы, и в них индуцируется ЭДС. Частота
индуцированной в катушке ЭДС будет равна частоте звуковых коле-
баний, а ее амплитуда пропорциональна скорости перемещения катушки,
которая зависит от амплитуды звуковых колебаний (звукового давления
на диафрагму) и конструкции подвижной системы.
Рис. 4.11. Устройство угольного микрофона
(о) и график электрических колебаний тока
в его цепи (б)
Рис. 4.12. Устройст-
во электродинами-
ческого микрофона
Рис. 4.13. Условные графические обозначения микрофонов
Рассмотренная конструкция динамического микрофона называется
катушечной. Эти микрофоны имеют малые размеры и вес и могут
работать в диапазоне частот 50... 15 000 Гц.
В ленточном микрофоне роль мембраны и проводника, колеблющегося
в магнитном поле, выполняет гофрированная металлическая лента. Такие
микрофоны более громоздки по сравнению с катушечными, но они
способны работать на частотах до 40 Гц и обладают рядом других
достоинств по сравнению с катушечными. Поэтому ленточные микрофоны
нашли применение в студиях и концертных залах.
Конденсаторные микрофоны имеют лучшие электрические параметры,
чем электродинамические. Но они дороже, в связи с чем не слишком часто
используются в радиолюбительской практике.
Общее обозначение микрофона на электрических схемах см. на
рис 4 13 д ргпи жр uvwun указа'1'1' кппипр-гиыы тип микрофон? внх,тры
кружка общего обозначения помещают специальные знаки: для электро-
динамического микрофона — знак катушки без сердечника (рис. 4.13, б);
электромагнитного — катушки с сердечником (рис. 4.13, в); конденсатор-
100
ного (электростатического) —конденсатора (рис 4.13, г); пьезоэлектри-
ческого— пьезоэлемента (рис. 4.13, <?); угольного — дополнительный
маленький кружок (рис. 4.13, е).
Кодом микрофонов служат латинские буквы ВМ.
Головные телефоны (наушники)
Головные телефоны, или наушники, используются для преобразования
колебаний электрического тока в звуковые. Но конструкции они бывают
электромагнитными, электродинамическими и пьезоэлектрическими.
Устройство электромагнитного телефона показано на
рис. 4.14, а. Он состоит из корпуса /, постоянного магнита 2 с наконечни-
ками, на которых размещены электромагнитные катушки 3, упругой
металлической мембраны 4 и крышки 5 с отверстием посередине. Между
мембраной, полюсными наконечниками и крышкой имеется воздушный
зазор.
Работают телефоны следующим образом. Под действием поля постоян
ного магнита мембрана притягивается к нему и немного прогибается
Если телефон включен в цепь переменного тока, то этот ток, протекая по
виткам электромагнитных катушек, создает вокруг них переменное маг-
нитное поле, усиливающее или ослабляющее поле постоянного магнита.
При этом изменяется сила притяжения мембраны к магниту, и она
начинает вибрировать в такт с колебаниями переменного тока, вызывая
колебание частиц воздуха, т. е. создаются звуковые колебания.
Конструкция пьезоэлектрического телефона изображена
на рис. 4.14, б. Он состоит из корпуса 1, биморфного (склеенного из
двух элементов) пьезоэлемента 2 и жестко связанной с ним мембраны 3.
Края мембраны прижаты к корпусу крышкой 4 с отверстием посередине.
У краев мембрана гофрирована, что позволяет ей совершать осевые
колебания.
Переменное напряжение подается на полоски фольги, приклеенные
к наружным сторонам пьезоэлемента, который изгибается в такт измене-
ниям подводимого к нему напряжения. При изгибах пьезоэлемента
соединенная с ним мембрана перемещается, благодаря чему появляются
звуковые колебания.
Для оценки качества телефонов используется параметр, называемый
чувствительностью. Чем слабее электрические колебания, которые теле-
фон может преобразовать в звуковые, тем выше его чувствительность.
Чувствительность электромагнитного телефона определяется качест-
вом магнита и числом витков в катушках: чем больше число витков
в катушках, тем выше чувствительность. От количества витков в катушках
щвисит и их сопротивление, поэтому телефоны подразделяются на
высокоомные и низкоомные. Для детекторных приемников, нс имеющих
каскадов усиления, следует применять высокоомные телефоны, обладаю-
щие более высокой чувствительностью. Сопротивление их катушек (теле-
фоны типов ТОН-1 и ТОН-2) составляет несколько тысяч ом. В приемни-
ках, имеющих усилители низкой частоты, применяются низкоомные
телефоны с сопротивлением катушек в несколько десятков ом.
Условное графическое обозначение телефонов показано на рис. 4.15, а.
101
Если необходимо указать конкретную конструкцию, то к УГО телефона
добавляют дополнительные знаки те же, что использую юн в УГО
микрофона (рис. 4.15, б, в, г). Код телефонов — латинские буквы BF.
Динамические головки прямого излучения. Громкоговорители
Звуковые колебания, создаваемые мембраной головных телефонов.
электромагнит-
электромагнитного типа;
в - электродинамиче-
ского типа; г — пьезо-
электрического типа
Рис. 4.14. Устройство
ного {а) и пьезоэлектрического (б) те-
лефонов
1елефонов к уху. Для получения звуковых колебаний с большой амплиту
дой, или воспроизведения звука с большой громкостью, используются
динамические головки прямого излучения, которые раньше называли
динамиками.
По конструкции динамические головки прямого излучения могут быть
электродинамическими или электромагнитными.
Динамические головки электродинамического типа (рис. 4.16, а}
состоят из магнитной системы, включающей постоянный магнит 1 и
магнитопровод 2. В зазоре между полюсом магнита и магнитопроводом
размещена звуковая катушка 3, способная совершать осевое перемеще-
ние. Для центрирования катушки в воздушном зазоре (совмещения
осей катушки и диффузора) ее размещают на гофрированной центри-
рующей шайбе 4. С катушкой жестко соединен излучатель звука —
конический диффузор 5, изготовленный из плотной (литой) бумаги. Диф
фузор с помощью гофрированного «воротника» 6 крепится к диффузоро-
держателю 7.
Катушка головки включается в выходную цепь усилителя низкой
частоты. Переменный ток, проходящий через витки катушки, создает
вокруг нее магнитное поле. В результате взаимодействия этого поля с
магнитным полем постоянного магнита возникает сила, действующая
на катушку. При одном направлении тока в катушке последняя выталки-
вается из зазора, при другом — втягивается. Перемещения катушки
передаются жестко связанному с ней диФФузопу копрбаниа которого
ii'-' дос иГични мощнвд лоуловые колебания.
Магнитная система электромагнитной головки (рис. 4.16, б) образо-
вана подковообразным постоянным магнитом /, якорем 2 и полюсным
102
наконечником 3. Один конец якоря закрепляется на постоянном магните,
а другой находится в середине зазора полюсного наконечника. На
полюсные наконечники надеты звуковые катушки 4 К якорю 2 с помощью
иглы прикрепляется диффузор. При протекании по виткам звуковой
катушки переменного тока звуковой частоты изменяется магнитное поле
в зазоре полюсного наконечника, что приводит к механическим колеба-
ниям якоря 2 и связанного с ним диффузора 6. Механические колебания
диффузора являются источником звуковых волн.
Рис. 4.16. Устройство динамических го-
ловок прямого излучения электродина-
мического (а) и электромагнитного (6)
типов
Динамические головки прямого излучения маркируются буквами ГД
Число перед этими буквами обозначает номинальную мощность головки
в ваттах, а число после букв — заводской номер, характеризующий
конструкцию динамической головки, например: 0,1 ГД-3; 0,5ГД-10;
ЗГД-1 и т. д. Номинальная мощность динамической головки определяет
максимальную мощность, потребляемую катушкой, при которой еще
гарантируется длительная работа головки. Чем больше номинальная
мощность, тем большую амплитуду может иметь переменный ток, проте-
кающий через катушку, и тем большую громкость звуковых колебаний
может обеспечить эта головка.
Кроме номинальной мощности важным параметром динамической
головки является диапазон частот воспроизводимых ею звуковых колеба-
ний. Чем шире этот диапазон, тем с меньшими искажениями будет
воспроизводиться головкой речь или музыка, звучащие перед микрофоном
Сопротивление катушек большинства динамических головок неболь-
шое— 4...10 Ом. Так как мощность пропорциональна силе тока (Р —
= I2R), то для подведения к головке большой мощности необходимо
иметь большую амплитуду тока. Это достигается применением специаль-
ных оконечных (выходных) бестрансформаторных усилителей либо согла-
\ ющих трансфер маторов Согласующий тг1яигфг>пмятпг> имеют все або-
нентские громкоговорители, подключаемые к радиотрансляционной сеч г.
(рис. 4.17). Для регулирования громкости последовательно со вторичной
обмоткой согласующего трансформатора и динамической головкой вклю-
103
чаеген переменный резистор, позволяющий измениib силу (ампли1уду;
переменного тока в катушке динамической i оливки.
Основные данные некоторых типов динамических головок прямого
излучения приведены в табл. 4.1.
4.1. Основные технические данные динамических головок
прямого излучения
Тип Номинальная мощность. В-А Электрическое сопротивление на частоте 1 кГц, Ом Номинальный диапазон воспро изводимых частот, Гц Масса,
0.025ГД-2 0,025 60 1000...3000 17
0.05ГД-1 0,05 30 + 30 700...2500 12
0.1 ГД-3 0,1 6,5 450...3150 35
0.1ГД-ЗМ 0,1 10 630...3150 25
0,1 ГД-6 0,1 10 450...3150 60
0,1 ГД-8 0,1 10 450...3150 40
0,1 ГД-9 0,1 60 450...3150 16,5
0,11 Д-12 0,1 10 450...3150 60
0,1 ГД-13 0,1 60 450...3150 17
0.25ГД-1 0,25 6,5 300...3000 70
0.25ГД-2 0,25 10 315...3550 115
0.25ГД-9 0,25 60 450...3150 16,5
0,25 ГД-10 0,25 8 315...5000 70
0.5ГД-10 0,5 4,5 150...7000 150
0.5ГД-12 0,5 6,5 200...6300 200
0,5 ГД-20 0,5 8 315...5000 130
0.5ГД-21 0,5 8 315...7000 150
0.5ГД-30 0,5 16 125... 10000 190
0.5ГД-31 0,5 16 200... 10000 190
0.5ГД-37 0,5 8 315...7100 135
1ГД-4А 1,0 8 100... 10000 300
1ГД-4Б 1,0 8 100... 10000 300
1ГД-6 1,0 6,5 100...6000 600
1ГД-9 1,0 6,5 100...7000 250
1ГД-10 1.0 6,5 100...7000 300
1 ГД-18 1,0 6,5 100... 10000 170
1 ГД-28 1,0 6,5 100... 10000 200
1 ГД-36 1,0 8,0 100... 10000 270
1 ГД-37 1,0 8,0 140... 10000 200
1ГД-39 1,0 8,0 200...6300 200
1 ГД-40 1,0 8,0 100...10000 250
2ГД-3 2,0 4,5 70...10000 400
2ГД-8 ВЭФ 2,0 4,5 80-7000 500
2ГД-40 2,0 4,0 100...10000 250
2ГД-ЗЯЕ 3,0 М 12500 ДО)
4ГД-4 4,0 8,0 60... 12000 1500
4ГД-35 4,0 8,0 63... 12500 650
4 ГД-36 4,0 4,0; 8,0 63...12500 650
104
Условные графические обозначения динамических головок прямого
излучения, так же, как и телефонов, напоминают их внешний вид (рис.
4.18, а). При необходимости указать тип головки в ее символе помещается
дополнительный знак (рис. 4.18, б, в). Рядом с символом пишется код
головок — буквы ВА, а при необходимости и позиционный номер
(BAI, ВА2 и т. д.)
Г ромкоговорителем называют совокупность одной или несколь-
ких динамических головок прямого излучения и акустического офор-
Рис. 4.18. Условные графи-
ческие обозначения динами
ческих головок прямого излу-
чения
Рис. 4.17. Подключение электродина-
мической головки к радиотрансляцион-
ной сети
мления (ящика или футляра). Качество громкоговорителя определяется
тем, насколько правильно выбрана головка и конструкция ящика. Хоро-
ший громкоговоритель может обеспечить высококачественное воспроиз-
ведение звука при работе со сравнительно простым усилителем низкой
частоты (УНЧ), в то время как плохой может свести на нет высокие
технические показатели УНЧ.
Громкоговорители характеризуются теми же параметрами, что и дина-
мические головки: номинальной мощностью, номинальным электрическим
4.2. Основные характеристики некоторых промышленных громкоговорителей
Гнп Номиналь- ная мощ- ность, Вт Рабочий диапазон частот, Гц Номиналь- ное электри- ческое сопро- тивление. Ом Число частотных полос Габаритные раз- меры, мм
4АС-4 4,0 80... 12500 4,0 1 365 X 270 X 140
6АС-9 6,0 63...20000 4,0 2 330X184X130
6МАС-4 6,0 63 .18000 4,0 2 280X190X174
6АСЛ-1 6,0 63... 18000 4,0 2 430X285X170
8АС-4 8,0 100... 10000 8,0 1 464X268X165
8АС-3 8,0 100... 10000 2,0 1 470 X 270 X 170
ЮАС-7 10,0 63. .20000 4,0 1 420X275X230
ЮАС-9 10,0 63... 18000 4,0 2 360X210X175
ЮМАС-1М 10,0 63... 18000 8,0 2 424X270X230
15АС-4 15,0 63...20000 4,0 2 420 X 250 X 190
20АС-1 20,0 63... 18000 16,0 2 440X310X280
20АС-2 20,0 30... 18000 16,0 2 630X340X250
25AC-Z 40 зопоо 4,0 3 4<гпу oqbv ово
25АС-9 25,0 40...20000 4,0 3 480X285X250
35АС-1 35,0 30...20000 4,0 3 710X360X282
35АС-208 35,0 30.. 20000 4,0 3 630X350X290
105
сопротивлением, рабочим диапазоном частот. В зависимости от назна-
чения. требуемой мощности и диапазона частот громкоговорители могут
содержать одну или несколько головок и быть однополосными, двух
полосными или трехполосными. Наиболее высоким качеством звучания
обладают готовые громкоговорители, выпускаемые промышленностью
(табл. 4.2). Их также называют акустическими системами (АС).
5. ЭЛЕКТРО- И РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
5.1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРОБНИКИ
Телефонный пробник
С,процессами измерений радиолюбителю приходится сталкиваться
очень часто Некоторые измерения можно осуществлять с помощью про
стейшнх пробников, изготовление которых под силу даже самому не-
опытному радиолюбителю. Более сложные измерения производятся изме-
рительными приборами, изготовленными радиолюбителями, уже познав-
шими основные законы электротехники и радиотехники и имеющими
некоторый опыт по сборке электронных устройств. Можно пользоваться
и заводскими измерительными приборами.
Самым простым прибором, позволяющим проверить целостность
токопроводящих дорожек на плате с печатным адштажем. определить
обрыв в электрической цепи или катушке индуктивности, а также пспра
вность конденсаторов постоянной или переменной емкости, является
пробник, состоящий из гальванического элемента или батарейки и го-
ловных телефонов. Такой пробник называют телефонным. Можно восполь
зеваться любыми гальваническими элементами и батарейками (подойдут
и отработавшие положенный срок), получше всего — плоской батарейкой
типа 3336JI, так как соединение проводников с се полюсами оеуществ.чя
ется наиболее просто. Один полюс батарейки соединяют с одним штырь-
ком телефонной вилки (рис. 5.1). Ко второму штырьку вилки и второму
(сводобному) полюсу батарейки припаивают гибкие изолированные про-
водники. Вторые концы этих проводников, называемых щупами,
зачищают от изоляции и используют для подключения пробника к
участку проверяемой цени или детали (катушке индуктивности, дрос-
селю, конденсатору и т. д.).
Если обрыва в цепи нет, то при подключении к пей пробника в теле-
фонах будет слышен довольно сильный щелчок. Такой же щелчок будет
слышен и при отключении телефонов. Если же в цепи между щупами
имеется обрыв, то щелчков при подключении и отключении пробника
не будет.
Таким же образом проверяют и конденсатор. Если конденсатор испра-
вен. то при первом касании щупами пробника выводов обкладок
копделн-атора в ..сушннках будет слышен щелчок, но более слабый,
чем при. проверке замкнутой электрической цепи. При всех последующих
подключениях пробника к выводам этого конденсатора щелчков нс будет.
Не будет щелчков и при отключении пробника. Появление щелчка в
106
наушниках при отключении свидетельствует о неисправности конд<*пса-
тора: он или пробит, или диэлектрик имеет недопустимо большие токи
утечки.
При проверке конденсаторов переменной емкости пробник подключают
к выводам статорных и роторных пластин и плавно поворачивают
роторные пластины. Если при этом в наушниках никаких щелчков или
треска не прослушивается, значит, конденсатор исправен. Наличие шелч-
Рис. 5.1. Схема
телефонного пробника
Рис. 5.2. Схема пробника для проверки
маломощных транзит к>ров
ков или треска говорит о касании статорных и роторных пластин, что
приводит к короткому замыканию между пластинами конденсатора.
Для устранения неисправности необходимо, осмотрев конденсатор, опрс
делить места касания и аккуратно топким ножом или другим твердым
предметом развести пластины.
Пробник для проверки маломощных
биполярных транзисторов
Этот пробник предложил радиолюбитель Е. Савицкий из Житомирской
области. Для его сборки кроме гальванического элемента и миниатюрного
головного телефона тина ТМ-2А потребуется одни регулируемый резистор
с сопротивлением 6...10 кОм. три нерегулируемых (два по I кОм и один па
300...360 Ом) п два разъема для подключения маломощных транзисторов.
В качестве разъемов лучше всего использоначь специальные панельки
для транзисторов, но подойдут и различные гнезда и зажимы.
Схема пробника показана на рис. 5.2. Чтобы проверить транзистор
типа р-п-р, его выводы вставляют в разъем XS1 В разъем AS2 вставляют
заведомо исправный маломощный транзистор со структурой п-р-п (напри-
мер, МП37, АП 138). Если проверяемый транзистор исправен, то при
перемещении движка регулируемого резистора R2 в головных телефонах
появится звук. Отсутствие звука в телефонах свидетельствует о неисправ-
ности проверяемого транзистора.
При проверки :рлнзисгор? ср • "рукгурой п-р-п его вставляют В рязчем
AS2, а в разъем XSI вставляют заведомо исправный транзистор со
структурой р-н р (например. MI139, MI140, МП41, МП42) и в дальнейшем
поступают так же. как и при проверке транзистора со структурой р-п-р.
107
Проверка исправности головных телефонов
и динамических головок прямого излучения
Это очень простая проверка н для ее осуществления потребуется
всего один гальванический элемент или батарейка.
Один из выводов головных телефонов или динамической головки пря-
мого излучения подключают к одному (любому) полюсу батарейки, а
другим выводом кратковременно касаются второго полюса батарейки.
Появление при касании щелчка в головных телефонах или динамической
головке свидетельствует об их исправности, отсутствие о неисправ-
ности.
5.2. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
Общие сведения об измерениях
и измерительных приборах
Практически любой самостоятельно собранный радиоприемник или
другое радиоэлектронное устройство начинает нормально работать после
окончательной отладки, или настройки. Осуществить правильную и каче-
ственную настройку, то есть измерить напряжения в различных точках,
токи в электрических цепях сопротивления цепей и отдельных элементов,
определить качество контактов, обнаружить место обрыва в цепи, прове-
рить исправность и режимы работы транзисторов, диодов, настроить
колебательные контуры на нужную частоту и т. п., можно только с по-
мощью электроизмерительных приборов: амперметров, вольтметров, ом
метров и т. д. Основой их является электроизмерительный механизм,
который преобразует электрические величины (ток или напряжение) в
механическую силу (вращающий момент), под действием которой откло-
няется подвижная часть механизма и связанная с ней стрелка. Отклонение
стрелки определяется но шкале.
Различают следующие типы электроизмерительных приборов: магии
тоэлекгричсские, ферродинамическис, электростатические, термоэлектри
ческие, тепловые, электронные.
В радиолюбительской практике наибольшее распространение получили
электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы.
Магнитоэлектрическая система
Принцип действия измерительных приборов магнитоэлектрической си
стемы основан па взаимодействии поля постоянного магнита с магнитным
полем проводника с током.
1акой прибор (рис. 5.3) состоит из сильного постоянного магнита с
полюсными наконечниками /. имеющими цилиндрические выемки Между
лаколечннками укреплен па оси стальной цилиндр Z с алюминиевой
рамкой, на которую намотана катушка 3 Концы катушки с помощью
спиральных пружин включаются в цепь измеряемого тока. С рамкой со-
единена стрелка, конец которой распола! ается над шкалой.
108
При прохождении тока через катушку вокруг рамки возникает магнит-
ное поле, которое взаимодействуете полем постоянного магнита. В реауль
тяте этого взаимодействия рамка с сердечником и стрелкой повора-
чивается па некоторый угол а, пропорциональный измеряемому току
Прот иводействующий момент создается спиральными пружинами, устана-
вливающими стрелку в исходное положение после прекращения измере-
ний. Шкала прибора равномерная, а направление поворота рамки зависит
Рис. 5.3. Устройство измери-
тельного механизма магнито-
электрической системы
(м и кроа м п ерме гры обоз в а -
от направления тока в катушке.
Так как поле постоянного магнита
очень сильное, магнитоэлектрические
системы практически не чувствительны
к внешним магнитным полям.
Основными параметрами прибора,
которые позволяют судить о возможно-
стях его использования, являются ток
полного отклонения стрелки внутрен-
нее сопротивление Ri и точность.
Внутреннее сопротивление указывает-
ся на шкале измерительного прибора,
а ток полного отклонения стрелки опре
деляется числом, стоящим у последнею
деления шкалы Например, если измери-
тельный прибор является микроамперметром
чаются буквами рА в середине шкалы) и его шкала проградуирована
в пределах от 0 до 50, то ток полного отклонения стрелки равен 50 мкА.
Именно при таком токе, протекающем через прибор, стрелка отклонится
на последнее деление шкалы При протекании через прибор большего тока
произойдет «зашкаливание» стрелки вправо и она даже может согнуться
за счет резкого удара об механический ограничитель Если протекающий
через прибор ток значительно превышает ток полного отклонения, может
перегореть катушка измерительного прибора, и прибор будет испорчен
Точность измерительного прибора опреде 1яст ту погрешность, кото-
рая отличает измеренную электрическую величину от ее истинного зпаче
пия. По степени точности измерительные приборы де 1ятся на 8 классов.
0,05, 0 I, 0,2; 0,5, 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 Цифры указывают на погрешность
измерения в процентах. Например если микроамперметр имеет класс
точности 1,5, это означает, что погрешность измерения тока таким прибо-
ром не превышает 1,5%.
На шкале измерительного прибора в виде условных знаков (рис. 5.4)
приводится его характеристика: система прибора, род тока, для которого
предназначен прибор, положение при измерении, класс точности, напря
0 _ ~ , г-1 1 2,5
а 6 6 г де ж
Рис 5 4. Условные обозначения, наносимые па шкалы
стрелочных электроизмерительных приборов
109
жение изоляции (максимальное напряжение между корпусом и измери-
тельной системой приОора). Так, например, измерительный прибор, шкала
которого изображена на рис. 5.13, имеет следующую техническую
характеристику: комбинированный прибор для измерения сопротивления,
постоянных и переменных токов и напряжений; магнитоэлектрической
системы; горизонтального положения при измерениях; класса точности
4,0; изоляция прибора испытана при напряжении 2 кВ; год выпуска 1969;
заводской номер 293105.
5.3. ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКОВ
Измерение токов
Электроизмерительные приборы, используемые для измерения силы
электрического тока, называются амперметрами, миллиамперметрами и
микроамперметрами. Они включаются непосредственно в ту электриче-
скую цепь, ток в которой нужно измерить, для чего замкнутая электриче-
ская цепь разрывается и в место разрыва включается измерительный
прибор. Электрическая цепь оказывается замкнутой через измерительный
прибор (рис. 5.5, а). При этом к общему сопротивлению электрической
цепи добавляется сопротивление измерительного прибора и ток, измерен-
ный прибором, будет меньше истинного тока. Ошибка измерения тем
меньше, чем меньше сопротивление измерительного прибора. Поэтому
микроамперметры, миллиамперметры и амперметры конструируют таким
образом, чтобы они имели возможно меньшие внутренние сопротивления.
Микроамперметром с током полного отклонения стрелки 100 мкА без
какой-либо дополнительной доработки можно измерять электрический
ток, не превышающий 100 мкА. При включении такого прибора в цепь
с током, например 1 мА, произойдет «зашкаливание» стрелки вправо, в
результате сильного броска она может согнуться, и если быстро не
отключить прибор, в нем перегорит обмотка.
Но это еще не значит, что таким прибором нельзя измерить ток
более 100 мкА. Для измерения токов, больших, чем ток полного отклонения
стрелки прибора, надо к микроамперметру параллельно обмотке рамки
подключить резистор Rlu, называемый шунтом, сопротивление которого
меньше сопротивления Ri обмотки (рис. 5.5, б). Тогда большая часть
полного тока / цепи будет протекать через этот резистор, а меньшая —
через измерительный прибор. Так, если требуется с помощью микроам-
перметра М24 с пределом измерения 100 мкА и внутренним сопротивле-
нием Ri = 670 Ом измерить ток до 1 мА, необходимо, чтобы при токе
в цепи 1 мА через измерительный прибор протекал ток 100 мкА =
= 0,1 мА, а через шунт — 0,9 мА, т. е. в 9 раз больший. В связи с этим
сопротивление шунта Rul должно быть в 9 раз меньше внутреннего
сопротивления прибора Rt (Ом), т. е. /?ш = Ri/9 — 670:9 = 74,5.
В общем - ‘и*-бу р -• • р гилекне шуя.а, .«coCaoAujhvIv
для увеличения предела измерения тока в п раз, можно использовать фор-
мулу:
RUi = RJ (и- 1).
110
В соответствии с этой формулой для измерения нашим микроампер-
метром тока силой до 10 мА {п — 10:0,1 — 100) сопротивление шунта
должно составлять 6,7 Ом, так как 670: (100— 1) «6,7.
Из приведенных примеров видно, что чем больший ток необходимо
измерить, тем меньше должно быть сопротивление шунта. Подобрать
такие шунты из готовых резисторов очень трудно, поэтому их обычно
изготавливают из высокоомной проволоки — константановой, никелино-
вой или манганиновой, наматывая ее на изоляционные каркасы. В качест-
Рис. 5.5. Схема измерения тока в электрической цепи
ве каркасов для шунтов можно использовать обычные нерегулируемые
резисторы.
На электрических схемах микроамперметры, миллиамперметры и ам-
перметры обозначают окружностью с единицей измерения силы тока (р,А,
mA или А) внутри. Рядом с окружностью пишется код этих приборов —
латинские буквы РА, после которых ставится число, обозначающее поряд-
ковый номер прибора, например, PAI, РА2 и т. д.
Измерение напряжения в цепях
постоянного тока
При измерении напряжения вольтметр (милливольтметр) включают
параллельно участку цепи (рис. 5.6, а), на котором надо измерить на-
пряжение (параллельно резистору, источнику питания и т. д.). При этом
часть тока цепи ответвляется в измерительный прибор PU, вызывая
отклонение его стрелки. Таким образом, вольтметр по существу предста-
вляет собой амперметр (миллиамперметр), шкала которого програду-
ирована в единицах напряжения (вольтах, милливольтах). Например,
микроамперметр М24 с током полного отклонения /п= 100 мкА и вну-
тренним сопротивлением R, = 670 Ом можно использовать как милли-
вольтметр с пределом измерения напряжения, равным 67 мВ,, так как
при полном отклонении стрелки падение напряжения на зажимах микро-
амперметра (т. е. на внутреннем сопротивлении) составит 0,067 В
или 67 мВ:
U\ = PR, = 100 • 10“6 • 670 = 0,067.
Чем больше внутреннее сопротивление микроамперметра, тем большее
напряжение может быть измерено с его помощью. Так как внутреннее
сопротивление определяется конструкцией прибора и «иькшпь его к м
для измерения большого напряжения последовательно с микроампермет-
ром включают добавочный резистор Rn (рис. 5.6, б).
111
В этом случае при токе полного отклонения стрелки падение напряже-
ния на резисторе R составит U2 = + /?д) и будет больше падения
напряжения на внутреннем сопротивлении микроамперметра Ui=/„Ri.
Разделив U2 на U\, получим формулу для расчета сопротивления
добавочного резистора:
п = U2/U} = UR, + Ra)/l„Ri = (Rt + RJ/Ri,
откуда Ra = (п — !)/?„
где п — число, указывающее, во сколько раз следует увеличить предел
измерения напряжения.
Например, если при измерении напряжения упомянутым выше микро-
амперметром М24 стрелка должна полностью отклоняться при напряже-
нии в 1 В, то
п = 1 В : 67 мВ = 1 : 0,067 15,
Рис. 5.6. Схема измерения напряжения
Р с. 5 Схемы многопредельных вольтметров постоянного тока
112
а сопротивление добавочного резистора Ra должно составлять 9380 Ом,
или 9,38 кОм:
Дд = (15- 1)/?( = 14-670 = 9380.
Если использовать не один, а несколько добавочных резисторов,
можно изготовить многопредельный вольтметр (рис. 5.7, а). Переключе-
ние на больший предел измерения напряжения (например, с 1 В на 10 В)
осуществляется подключением последовательно с микроамперметром до-
бавочного резистора /?ъз, имеющего большее сопротивление, чем R^.
Добавочные резисторы многопредельного вольтметра могут быть
включены так, как показано на рис. 5.7, б. Роль добавочных резисторов
в этой схеме выполняют для пределов измерения: 1 В — R4\ 10 В —
последовательно соединенные R3 и R4\ 100 В — R2, R3 и R4; 500 В —
вся цепочка из последовательно соединенных резисторов Rl, R2, R3 и R4.
Рассмотренные варианты многопредельных вольтметров позволяют
измерять лишь напряжения в цепях постоянного тока. При этом нужно
соблюдать полярность подключения вольтметра к участку электрической
цепи, в противном случае произойдет «зашкаливание» стрелки прибора
влево.
Измерение напряжений в цепях переменного тока
Часто в радиолюбительской практике возникает необходимость в
измерении напряжения в сети переменного тока или на обмотках транс-
форматора. Для этого используют вольтметры для измерения напря-
жения переменного тока. Такой вольтметр имеет выпрямительное устрой-
ство, которым может быть полупроводниковый диод, включаемый после-
довательно со стрелочным измерительным прибором (рис. 5.8, а). Так
как диод пропускает электрический ток лишь в одном (прямом) направ-
лении, то через стрелочный прибор Р ток будет протекать лишь в
положительный полупериод напряжения, действующего на входных за-
жимах 1—1 При этом стрелка прибора отклоняется вправо. Отклонение
пропорционально току, протекающему через прибор. А так как по закону
Ома / = U/R, то значение этого тока и, следовательно, отклонение стрелки
оказываются пропорциональными измеряемому напряжению.
ИЗ
В течение отрицательного полупериода переменного напряжения ток
через диод не протекает (обратным током можно пренебречь) и стрелка
начинает возвращаться к нулевой отметке шкалы. В следующий,
положительный, полупериод стрелка снова отклоняется вправо и т. д.
Вследствие инерционности, присущей измерительному механизму, при
частоте переменного напряжения в несколько десятков герц и выше
стрелка прибора не успевает достичь максимального отклонения и за
отрицательный полупериод измеряемого напряжения возвратиться на ну-
левую отметку. Она займет некоторое постоянное положение, определяе-
мое значением переменного напряжения.
В вольтметре с выпрямительным мостом (рис. 5.8, б) ток через
измерительный механизм протекает как в положительный, так и отрица-
тельный полупериоды измеряемого напряжения переменного тока:
при положительном полупериоде через диоды VD3 и VD2 (на рис. 5.8, б
сплошная линия со стрелкой), а при отрицательном — через диоды
VD4 и VD1 (пунктирная линия со стрелкой). При этом направление тока,
протекающего через измерительный механизм, включенный в диагональ
моста, образованного диодами VD1 ...VD4, остается постоянным, и стрелка
будет отклоняться в одну сторону (вправо) на величину, пропорциональ-
ную измеряемому напряжению. Вследствие нелинейности вольт-амперной
характеристики полупроводниковых диодов в области малых токов шкала
вольтметра переменного напряжения также получается неравномерной —
несколько «сжатой» на начальном участке. Более подробно работа
выпрямительного устройства излагается в параграфе 7.2
Кодом вольтметров являются латинские буквы PU. На электрических
схемах вольтметр обозначается окружностью, внутри которой пишутся
единицы измерения напряжения mV или V
Измерение сопротивления
Для определения сопротивления участка цепи можно использовать
закон Ома, если измерить ток в цепи и напряжение на этом участке
(рис. 5.9). Тогда R — U/I.
Такой метод измерения сопротивления называют косвенным. Более
удобным является непосредственное измерение сопротивления с помощью
прибора, называемого омметром.
Схема простейшего омметра изображена на рис. 5.10, а. Она вклю-
чает микроамперметр Р, гальванический элемент 332, 342 или 373,
добавочный резистор /?д и щупы — отрезки многожильного гибкого про-
вода длиной 25...40 см в полихлорвиниловой или другой изоляции
с оголенными жилами на концах. Сопротивление добавочного резисто-
ра рассчитывается по закону Ома, исходя из условия, что при за-
мкнутых накоротко входных зажимах 1, 2 (рис. 5.10, б) в цепи про-
текает ток /п, отклоняющий стрелку прибора на всю шкалу. Макси-
мальное значение этого сопротивления
Используя тот же микроамперметр, что и для измерения тока и
напряжения (/„—100 мкА, R, — 670 Ом), определим Ra. Это сопроти-
вление равно 14 330 Ом, или 14,33 кОм:
114
Кд = 1,5/(0.1-10 J) — 670 = 15 000 — 670 = i 4 330.
Если принять сопротивление щупов равным нулю, полное отклоне-
ние стрелки будет соответствовать нулевому сопротивлению участка
цепи, к которому подключаются щупы прибора. При подключении щупов
к выводам резистора (рис 5.10, в) полное сопротивление цепи увеличи
вается, а ток в ней и отклонение стрелки прибора уменьшаются.
Если сопротивление между концами щупов (щупы разомкнуты) очень
велико, ток в цепи равен нулю и стрелка находится в начале шкалы
Рис 5.9 Схема измерения сопротивления
участка электрической цепи косвенным ме-
тодом
Рис. 5.10. Схема простейшего пробника-ом-
метра
Таким омметром (его называют пробником) можно проверять нали-
чие контактов в электрической цепи, целостность обмоток трансформа
горов, катушек, дросселей, качество конденсаторов, а по углу отклонения
стрелки судить о сопротивлении резистора или участка цепи.
При уменьшении напряжения источника до 1 В ток в цепи при замы
кании щупов пробника уменьшится до значения (в мкА):
/ = U/(Ra + Rl) = 1 /(14 330 + 670) 67.
Следовательно, стрелка прибора вместо отметки «100 мкА» усга
новится на «67 мкА». В этом случае говорят, что нуль прибора сме-
стился, или «сбился». Для «установки нуля», т. е. получения полного
отклонения стрелки при меньшем напряжении гальванического элемента,
необходимо уменьшить сопротивление добавочного резистора /?д. Для это
го на практике добавочный резистор делают составным: последовательно
с постоянным резистором включают переменный (рис. 5.11, о)
При номинальном напряжении гальванического элемента (U = 1,5 В)
сопротивление цепи должно быть наибольшим, т. е. движок перемен-
ного резистора R должен находиться в крайнем правом (по схеме)
положении. По мере разрядки гальванического элемента его напряже-
ние уменьшится и для снижения сопротивления цепи (поддержания
тока полного отклонения при замкнутых щупах) движок переменного
резистора следует переместить влево.
Основной характеристикой омметра является его входное со
115
противление, т. е. сопротивление между входными .зажимами / и Z
Входное сопротивление омметра R„M состоит из внутреннего сопротпвле
пня /?, микроамперметра и добавочного резистора
| /?л = 670 + 14 330 = 15 000 Ou = 15 кОм.
Так как при разрядке гальванического элемента приходится умень-
шать сопротивление регулируемого резистора R, то это приводит к тому,
что по мере уменьшения напряжения используемого в омметре галызани-
Рис. 5.11. Схема омметра с последовательным (с) и параллельным (б)
включением резистора установки нуля
ческого элемента уменьшается и входное сопротивление омметра. Если,
например, в рассматриваемом омметре напряжение гальванического
элемента уменьшится с 1.5 до 1 В, то его входное сопротивление станет
равным не 15. а 10 кОм (/? = U/I — 1 /0.1 - 10' 3 — 10 000), то есть умень-
шится в 1.5 раза.
Более совершенным является омметр, у которого переменный резистор
R «Уст. 0» включен параллельно микроамперметру, т. с. так, как показано
на рис. 5.11, 6. При замкнутых щупах ток омметра 10к, создаваемый
гальваническим элементом (7, распределяется между микроамперметром
(/„р) и переменным резистором (/ш). Чем больше сопротивление R
по сравнению с внутренним сопротивлением R, микроамперметра, тем
меньше ток и больше /ао, протекающий через микроамперметр. Уста-
навливают нуль в омметре при замкнутых щупах регулировочным резисто-
ром R таким образом, чтобы стрелка отклонялась на последнее деление
шкалы. В период разрядки гальванического элемента необходимо увели-
чивать сопротивление R (движок перемещать влево), что приведет к
уменьшению тока, протекающего через этот резистор, и увеличению тока,
проходящего через микроамперметр. Входное сопротивление омметра рав-
но сумме сопротивлений добавочного резистора /?., и участка цепи,
образованного параллельно соединенными резистором R и рамкой микро-
амперметра. Это суммарное сопротивление во много раз меньше сопротив-
дспия добавочного резистора R . поэтому при изменении положения движ
ка переменного резистора R «Уст. О» по мере разрядки гальванического
элемента входное сопротивление омметра изменяется очень незначитель-
но, и это изменение можно не учитывать.
116
Шкалы омметров, выполненные по рассмотренным схемам, оказывают-
ся растянутыми в области измерения малых и сжатыми — для определе-
ния больших сопротивлений (соответственно правый и левый участки па
рис. 5.12). Нуль шкал соответствует полному отклонению стрелки, так
как при нулевом сопротивлении между щупами ток в цепи наибольший.
При бесконечно большом сопротивлении (например, при разомкнутых
щупах) ток в цени микроамперметра равен нулю и стрелка отклоняться
Рис 5.12. Шкала омметра
не будет. Это положение стрелки на шкале сопротивлений обозначают
символом со.
При измерениях стараются пользоваться средней, более равномерной
частью шкалы. Па краях шкал измерения отличаются большими погреш-
ностями. Диапазон измеряемых сопротивлений резисторов зависит от
внутреннего сопротивления омметра Обычно нижний предел ограни
читается сопротивлением, соответствующим 1/10 (/?х. МНн = 0.1 Я<.«).
а верхний— (О 10 Ron)- Например, простейшим омметром
(выполненным по схеме на рис. 5.10 и имеющим Rorl— 15 кОм)
можно измерять сопротивление от 1,5 до 150 кОм.
Кодом омметров являются латинские буквы PR. На схемах омметры
обозначаются окружностью, внутри которой помещается греческая
буква Q.
Промышленные электроизмерительные
комбинированные приборы
В радиолюбительской практике часто приходится производить самые
различные измерения. Иметь при этом отдельные миллиамперметр,
вольтметры постоянного и переменного гоков. омметр не совсем удобно,
да и стоит набор таких измерительных приборов дорого. Целесообразнее
универсальный прибор, позволяющий измерять токи, напряжения и сопро-
тивления. Такой прибор называется а м ие р в о л ь то м м е т р о м или
а помет р о м.
Отечественная промышленность выпускает несколько видов комбини-
рованных приборов: Ц-20, АВО-5М. Ц-4312, Ц 4313, Ц-4314, Ц-4315,
Ц-4324, Ц 4325, Ц-4341. Ц-4354, Ф-4313. Ф-4318 и др. В первых двух
выбор нужного режима измерений (постоянного или переменного тока,
напряжения и сопротивления) и пределов измерении осуществляется с
помощью использования соответствующих гнезд, соединяемых гибкими
проводниками с нежными участками электрической цепи или отдельными
элементами. В остальных приборах основная коммутация осуществляется
С помощью многопозипиоппого переключателя галетного типа.
Отличия названных приборов друг от друга в основном незначи-
тельны. Например, в приборах Ц-4312 и Ц-4315 предусмотрено измерение
117
с высокой точностью сопротивлений до 1 Ом. Таким прибором удобно
пользоваться при изготовлении шунтов к микроамперметрам. Кроме того,
прибор Ц-4315 позволяет измерять емкости конденсаторов от 100 пФ и
выше. В авометре Ц-4325 имеется дополнительная шкала, отградуиро-
ванная в децибелах. Ею удобно пользоваться при измерении уровня
передачи переменного напряжения. Используя внешний источник пита-
ния с напряжением 12 В, этим прибором можно измерять сопротивления
до 5 МОм.
Рис. 5.13. Внешний вид комбинированного из-
мерительного прибора Ц-20 (а) и его шкала (б)
а
Правила пользования всеми комбинированными приборами при изме-
рении напряжений, токов и сопротивлений примерно одинаковы. Отличия
заключаются лишь в том, что в одних приборах выбор режима и предела
измерений осуществляется установкой гибких проводников (щупов) в
соответствующие гнезда, расположенные на передней панели прибора,
а в других эти операции осуществляются с помощью многопозиционного
переключателя. В качестве примера рассмотрим порядок работы с широко
распространенным измерительным прибором типа Ц-20 (рис. 5.13, а).
Им'можно измерять напряжения постоянного и переменного токов в
пределах 0...600 В, силу постоянного тока до 750 мА и сопротивление
резисторов до 500 кОм. Прибор имеет три шкалы (рис. 5.13, б): верхняя
шкала используется при измерении сопротивления, средняя — напряже-
ния переменного тока, нижняя — напряжения и силы постоянного тока.
Для измерения сопротивления переключатель устанавливается в среднее
положение «гх», напряжения переменного тока — в крайнее правое поло-
жение «~», напряжения и силы постоянного тока — в крайнее левое поло-
жение «—». Точность измерений обеспечивается разбивкой диапазонов
измеряемых величин на несколько пределов. Пределы измерений по каж-
дому роду работы выбираются путем переключения штекера в соответ-
ствующее гнезяо на лицевой стороне прибооа Гне »,и» отмеченное
—», является общим при всех измерениях.
Порядок работы с прибором следующий.
Для измерения напряжения или силы постоянного тока необходимо
life
переключатель рода измерений установить в крайнее левое положение,
затем штекер щупа (черную вилку) вставить в гнездо, обозна-
ченное знаком «—», а штепсель второго щупа (красную вилку) — в
гнездо высшего предела измеряемой величины. Если стрелка откло-
няется незначительно, следует штепсель второго щупа переставить в гнез-
до данного ряда, но с меньшим пределом. Переставлять штепсель
необходимо до тех пор, пока не будет выбран предел измерений, на
котором стрелка отклоняется на максимальный угол, но не происходит
ее зашкаливания, т. е. отклонения за крайнюю правую отметку шкалы.
Для отсчета значения определяемой величины надо число, стоящее
возле гнезда с вилкой, разделить на количество делений нижней шкалы,
г. е. на 30. Таким образом будет определена «цена» одного деления
(г е. сколько вольт или миллиампер приходится на одно деление)
нижней шкалы на выбранном пределе измерения. Затем полученный ре-
зультат умножают на число делений, расположенных слева от отклонив-
шейся стрелки.
Если в процессе измерений стрелка отклоняется не вправо, а влево,
(ребуется поменять местами концы (штекеры) щупов.
Аналогично измеряют напряжение переменного тока, различие со-
сюит лишь в том, что переключатель должен быть установлен в крайнее
правое положение, а отсчет производится по средней шкале.
Для измерения сопротивлений резисторов переключатель устанавли-
вают в среднее положение «гЛ», щуп с черным штекером подключают к
1незду со знаком «—», а с красным — в одно из гнезд ряда «гх», со-
ответствующего выбранному пределу измерения. Перед началом изме-
рения нужно установить нуль омметра. Для этого замыкают накоротко
щупы и поворотом ручки «Уст. 0» (установка нуля) помещают стрелку
на крайнюю правую отметку верхней шкалы. Затем щупы размыкают
и подсоединяют их свободные концы к выводам измеряемого резистора.
При измерении сопротивления резистора, соединенного с другими
деталями, один из его выводов обязательно должен быть отсоединен
от этих деталей, иначе показания омметра могут быть неверными.
Если при измерении сопротивления стрелка находится справа от от-
метки «0,1» верхней шкалы, то для определения сопротивления пока-
зание прибора на этом участке шкалы следует умножить на показа-
тель выбранного предела измерения. Полученный результат выражается
в омах. Если же стрелка заняла положение левее отметки «0,1», по-
лученный после аналогичного умножения итог выражается в килоомах.
При изменении предела измерений стрелку обязательно устанавли-
вают на нулевую отметку шкалы на новом пределе измерения.
Работа с комбинированными электроизмерительными приборами дру-
1 их типов мало чем отличается от описанной для авометра Ц-20 и
кратко излагается в инструкциях, прилагаемых к этим приборам.
С помощью комбинированных измерительных приборов можно не толь-
ко измерять напряжения, токи и сопротивления, но и проверять исправ-
пм».гь полуароводиакомЫх диодов и транзисторов Измсритрдьный прибор
подготавливается к работе в режиме измерения сопротивления.
Для проверки исправности диода щуп, соединенный одним концом
с гнездом (клеммой) прибора, помеченным знаком «—» или «*», другим
119
концом подключают к катоду диода, а вюрым щупом, соединенным
со второй клеммой прибора (или гнездом, соответствующим пределу
измерения сопротивления в килоомах), касаются второго вывода диода —
анода. Если диод исправен, то стрелка прибора не отклонится (или от-
клонится очень незначительно), а если пробит, то прибор покажет малень-
кое сопротивление — несколько десятков или сотен ом. Однако стрелка
прибора не отклонится и в том случае, если в диоде имеется обрыв. По-
этому необходимо после проведения данного измерения произвести еще
одно: поменять местами выводы диода, касающиеся щупов. Диод подклю-
чается к внутреннему источнику омметра в прямом направлении и если
он исправен (то есть в нем нет обрыва), то прибор покажет небольшое
сопротивление. При наличии в диоде обрыва стрелка прибора не
отклонится.
Для проверки исправности транзисторов типа р-п-р (например, МП39,
МП40, МП41, МП42 и др.) щуп, соединенный с гнездом или клеммой,
помеченными знаками «—» или «*» (иногда вместо этих знаков
пишется сокращенное слово «Общ.»), подсоединяют к базе транзистора,
а вторым щупом поочередно касаются выводов коллектора и эмиттера
транзистора. Об исправности обоих электронно-дырочных переходов
свидетельствует неподвижность стрелки прибора или ее незначительное
отклонение.
Затем необходимо поменять местами щупы и произвести аналогичные
действия. Если при таком положении щупов прибор показывает неболь-
шое сопротивление, это означает, что оба электронно-дырочных перехода
транзистора исправны.
Чтобы проверить отсутствие пробоя между коллектором и эмиттером,
необходимо щупы прибора подключить к этим выводам транзистора. При
отсутствии пробоя прибор покажет очень большое сопротивление.
Аналогичным образом проверяется исправность транзисторов типа
п-р-п, только необходимо поменять положения щупов прибора при
каждой производимой операции по проверке исправности электронно-
дырочных переходов.
В большинстве случаев такой проверки исправности полупроводнико-
вых приборов бывает вполне достаточно. Для определения значений
некоторых параметров диодов и транзисторов применяются специальные
измерительные приборы. С некоторыми из них можно ознакомиться в
главе 13.
6. КОНСТРУИРОВАНИЕ И МОНТАЖ
РАДИОАППАРАТУРЫ
6.1. ПАЙКА
Инструменты, необходимые для пайки
Чтобы собрать простейший приемник, требуется соединить между
собой несколько деталей. Если некоторые соединения окажутся недоста-
точно прочными, в приемнике будут появляться шум, треск, радиопередача
может «пропадать».
120
Еще больше дефектов повлечет за собой плохое соединение между
деталями в сложных конструкциях, что может привести к выходу их из
строя.
Наиболее высокое качество контакта обеспечивается пайкой, которой
должен в совершенстве владеть каждый радиолюбитель.
Для пайки нужны паяльник, оловянно-свинцовый припой и флюс —
твердая или жидкая канифоль, а также вспомогательные инструменты
Рис 6.1. Электрические
паяльники
и приспособления: подставка для паяльника, пинцет, плоский мелкий
напильник, кусачки, плоскогубцы и перочинный нож.
При монтаже и ремонте радиоаппаратуры для пайки оловянно-
^вннцовыми припоями обычно применяют торцевые электрические паяль-
ники мощностью 40...50 Вт (рис. 6.1, а). Особенно удобны низковольтные
юрцевые электрические паяльники (на 6, 12, 24 или 36 В),
которые более безопасны и долговечны в работе. Такие паяльники подклю-
чаются к электрической сети через понижающий трансформатор.
Можно пользоваться и угловым паяльником (рис. 6.1, в), рассчитанным
на такую же мощность, что и торцевые. При монтаже транзисторной
аппаратуры на печатных платах во избежание перегрева малогабарит-
ных деталей и порчи печатной платы лучше пользоваться паяльником
небольшой (30...40 Вт) мощности. Иногда для этих целей используют
торцевой паяльник, на наконечник (жало) которого накручивают
медную проволоку (рис. 6.1,6). Получается дополнительный, более тон-
кий стержень, с помощью которого и осуществляется пайка.
Подготовка паяльника к работе
Прежде чем паять, необходимо паяльник (особенно если он только
что куплен в магазине) подготовить к работе, облудив его жало. Де-
лают это следующим образом. Включив паяльник в сеть (или подключив
к понижающему трансформатору), разогревают его до рабочей темпе-
ратуры и напильником зачищают конец жала (рис. 6.2, а). Зачищенный
конец жала на 1...2 с помешают в канифоль (рис. 6.2, б). Затем расплав-
ляют паяльником небольшой кусочек припоя и, быстро прикасаясь к нему
концом жала, добиваются, чтобы он покрылся тонкой блестящей пленкой
припоя (рис. 6.2, е). Если пленка получилась «рваной», операцию нужно
повторить.
В процессе работы жало паяльника выгорает, становится неров-
121
ным. на ею конце появляется окалина. Работать таким паяльником
становится неудобно! и качество пайки ухудшается. Поэтому паяльник
надо периодически очищать и облуживать.
Обычно паяльник продается со сменным наконечником. Но вынуть
старый наконечник из патрона можно лишь в том случае, если его
время от времени проворачивать плоскогубцами в патроне и очищать
от окалины. Если этого нс делать, вряд ли удастся заменить наконечник
новым
Рис. 6.2. Злдуживвнне «жала» паяльника
Припой
Детали при пайке соединяются с помощью оловянно-евннцового
припоя. Он маркируется следующим образом: после букв ПОС ставится
дефис, а затем число, указывающее на процентное содержание олова в
припое. Наиболее распространен припой ПОС-3(1. содержащий 30 % оло-
ва и 70 % свинца. Он плавится ври температуре около 250". Если процент-
ное содержание олова в припое повысить, температура его плавления
уменьшится. Например, припой ПОС-Ю плавится при температуре
210 СС, а ПОС-60 — около 190 -'С. Температура плавления припоя умень-
шается также при добавлении в него кадмия и висмута.
Учитывая хорошую теплопроводность припоя, лучше всего при пайке
пользоваться его небольшими кусочками, так как при контакте с большими
кусками температура жала паяльника снижается и трудно веять даже
маленькую каплю припоя. Особенно удобен припой в виде тонкой (днамет
ром 3 мм) трубочки, наполненной флюсом.
Флюсы
Флюсами называют вещества, которые растворяют тонкую пленку
окном, возникающую на .металлах нрн их нагревании, и предохраняют
спаиваемые поверхности от окисления при пайке. Если пленку окиси с
поверхности не удалить, припой нс будет задерживаться на поверхности
и лк же панка окажемся очс:1» непрочной Различают две имины флюсов:
химически активные (протравы) и химически пассивные. Химически ак-
тивные флюсы (соляная кислота, бура, хлористый цинк и алюминий)
растворяют пленку окнен на поверхности металла, а химически пассив-
ные только защищают спаиваемые поверхности от окисления. Пленку оки-
си при использовании химически пассивных флюсов необходимо удалять
механическим способом, зачищая спаиваемые поверхности стеклянной
шкуркой, напильником надфилем или ножом.
При использовании химически активных флюсов после пайки все
участки, которые подвергались действию флюса, нужно тщательно
промыть теплой, водой. Если этого не сделать, флюс, взаимодействуя с
металлом. будет разрушать его. Повтому при пайке элементов радио
аппаратуры пользуются химически пассивными флюсами, к которым
относятся канифоль, воск, стеарин и некоторые другие вещества.
Наибольшее применение получила канифоль, которая применяется
как в твердом, так и жидком виде. Жидкая канифоль особенно удобна
при пайке в труднодоступных местах, на которые она может быть нанесена
кисточкой. Приготовить жидкую канифоль можно самому. Для этого одну
часть размельченной канифоли надо растворить в двух-трех частях дена-
турированного. борного, винного или медицинского спирта. Хранят жид
кую канифоль в стеклянных баночках, закрываемых крышкой или
пробкой.
Если канифоль, размельченную до порошка, смешать с глицерином
до густоты сметаны, получится хорошая песта для пайки. Она сохраняет-
ся. не затвердевая, длительное время и часто заменяет жидкую канифоль.
Пасту можно хранить в любой посуде с крышкой.
Подготовка деталей к пайке
Чтобы пайка получилась прочной, спаиваемые поверхности плп выводы
радиодеталей следует вначале облудигь. Делается это так. Зачищают
вывод (поверхность) детали надфилем, напильником, наждачной бума-
гой или ножом (рис. 6.3 й) и, положив зачищенный вывод на канифоль,
прикладывают к нему горячий паяльник (рис. 6.3, б). Канифоль плавится
и покрывает зачищенный вывод. Если имеется жидкая канифоль, то после
зачистки вывода детали его нужно обмакнуть в баночку с канифолью или
покрыть ею с помощью кисточки. После этого паяльником расплавляют
кусочек припоя и опускают в него зачищенную часть вывода Новорачи-
Рис 6.3. Последовательное!ь облужниаиня выводов летажй
123
ным, на его конце появляется окалина. Работать таким паяльником
становится неудобно, и качество папки улудшаегся. Поэтому паяльник
надо периодически очищать и облуживать.
Обычно паяльник продается со сменным наконечником. Но вынуть
старый наконечник из патрона можно лишь в том случае, если его
время от времени проворачивать плоскогубцами в патроне и очищать
от окалины. Если этого не делать, вряд ли удастся заменить наконечник
новым
Рис 6.2. Залуживание «жала» паяльника
Припой
Детали при пайке соединяются с помощью оловянно-свинцового
припоя. Он маркируется следующим образом: после букв ПОС ставится
дефис, а затем число, указывающее на процентное содержание олова в
припое. Наиболее распространен припой ПОС-ЗО, содержащий 30 % оло-
ва и 70 % свинца. Он плавится при температуре около 250°. Если процент-
ное содержание олова в припое повысить, температура его плавления
уменьшится. Например, припой ПОС-40 плавится при температуре
210 °C, а ПОС-60 — около 190 °C. Температура плавления припоя умень-
шается также при добавлении в него кадмия и висмута.
Учитывая хорошую теплопроводность припоя, лучше всего при пайке
пользоваться его небольшими кусочками, так как при контакте с большими
кусками температура жала паяльника снижается и трудно взять даже
маленькую каплю припоя. Особенно удобен припой в виде тонкой (диамет-
ром 3 мм) трубочки, наполненной флюсом.
Флюсы
Флюсами называют вещества, которые растворяют тонкую пленку
окиси, возникающую на металлах при их нагревании, и предохраняют
спаиваемые поверхности от окисления при пайке Если пленку окиси с
поверхности не удалить, припой не будет задерживаться на поверхности
или же пайка окажется очень непрочной. Различают две группы флюсов:
химически активные (протравы) и химически пассивные. Химически ак-
тивные флюсы (соляная кислота, бура, хлористый цинк и алюминий)
растворяют пленку окиси на поверхности металла, а химически пассив-
122
ные только защищают спаиваемые поверхности от окисления. Пленку оки-
си при использовании химически пассивных флюсов необходимо удалять
механическим способом, зачищая спаиваемые поверхности стеклянной
шкуркой, напильником, надфилем или ножом.
При использовании химически активных флюсов после пайки все
участки, которые подвергались действию флюса, нужно тщательно
промыть теплой водой. Если этого не сделать, флюс, взаимодействуя с
металлом, будет разрушать его. Поэтому при пайке элементов радио-
аппаратуры пользуются химически пассивными флюсами, к которым
относятся канифоль, воск, стеарин и некоторые другие вещества.
Наибольшее применение получила канифоль, которая применяется
как в твердом, так и жидком виде Жидкая канифоль особенно удобна
при пайке в труднодоступных местах, на которые она может быть нанесена
кисточкой. Приготовить жидкую канифоль можно самому. Для этого одну
часть размельченной канифоли надо растворить в двух-трех частях дена-
турированного. борного, винного или медицинского спирта. Хранят жид-
кую канифоль в стеклянных баночках, закрываемых крышкой или
пробкой.
Если канифоль, размельченную до порошка, смешать с глицерином
до густоты сметаны, получится хорошая паста для пайки. Она сохраняет-
ся, не затвердевая, длительное время и часто заменяет жидкую канифоль.
Пасту можно хранить в любой посуде с крышкой.
Подготовка деталей к пайке
Чтобы пайка получилась прочной, спаиваемые поверхности или выводы
радиодеталей следует вначале облудить. Делается это так. Зачищают
вывод (поверхность) детали надфилем, напильником, наждачной бума-
гой или ножом (рис. 6.3, а) и, положив зачищенный вывод на канифоль,
прикладывают к нему горячий паяльник (рис. 6.3, б). Канифоль плавится
и покрывает зачищенный вывод. Если имеется жидкая канифоль, то после
зачистки вывода детали его нужно обмакнуть в баночку с канифолью или
покрыть ею с помощью кисточки. После этого паяльником расплавляют
кусочек припоя и опускают в него зачищенную часть вывода. Поворачи-
Рис б.З. Последовательность облуживания выводов деталей
123
вая деталь и перемещая паяльник по поверхности вывода (рис. 6.3, в),
облуживают вывод. Аналогично облуживают концы проводов. Делать это
надо очень быстро, чтобы не испортить деталь перегревом. Особенно
осторожно следует облуживать полупроводниковые диоды, транзисторы и
конденсаторы: вывод вблизи корпуса детали необходимо придерживать
пинцетом или плоскогубцами, отводящими часть тепла (рис. 6.3, г).
Процесс пайки
После облуживания деталей их соединяют механически Способы ме-
ханического соединения зависят от особенностей спаиваемых деталей.
Рис. 6.4. Виды соединений деталей перед пайкой
Некоторые варианты соединений показаны на рис. 6.4. Соединяемые
детали припаивают друг к другу следующим образом. Жало паяльника с
капелькой припоя на конце опускают в канифоль, а затем прикладывают
к месту соединения деталей. Если есть жидкая канифоль, ею с помощью
кисточки обрабатывают место соединения деталей. Для равномерного
растекания припоя, заполнения им всех зазоров между соединяемыми
поверхностями место пайки прогревают паяльником.
Количество припоя должно быть минимальным. Во избежание ожогов
во время пайки, а также для предохранения деталей от перегрева их под-
держивают пинцетом, кругло- или плоскогубцами. Продолжительность
пайки должна быть не более 5 секунд. После окончания пайки
детали нельзя трогать до полного затвердевания припоя. Остатки
канифоли с места пайки удаляют любым спиртом, деревянной палочкой
или аккуратно соскабливают ножом. Пайка должна быть чистой и бле-
стеть.
Приспособления для пайки
Для обеспечения удобства пайки можно воспользоваться следующими
практическими советами. Так, в качестве подставки для нагретого паяль-
ника пригодна простая пповоночная констручг’мя /р«е А А Оппако пр;;
зтом возникает проблема: куда класть припои и канифоль и на чем облу-
живать выводы деталей? Поэтому более удобной является подставка, изо-
браженная на рис. 6.5, б.
124
На деревянном бруске 1 укрепляют два алюминиевых кронштейна 2,
на которые кладут паяльник. Между ними делают углубление, в которое
вставляют алюминиевую ванночку 3 для хранения припоя и твердой
канифоли. Рядом с ванночкой помещают текстолитовую или гетинаксовую
пластинку 4, на которую кладут детали при облуживании.
Можно самим придумать и другие конструкции подставок для
паяльника.
Качество пайки зависит от правильного нагрева паяльника: при недо-
греве припой превращается в кашеобразную массу, а при перегреве —
не задерживается на рабочей поверхности паяльника и скатывается
с нее в виде капелек, канифоль же сгорает с выделение.м густого дыма.
Рис 6.5 Виды подставок для паяль-
ника
-220В ЮД226 К. паяль-
нику
о—-----------------------о
с
Рис. 6.6. Схемы регулято
ров температуры «жала»
паяльника:
а — диодного; б — тринисториого
Кроме того, перегрев паяльника приводит к выгоранию его жала, образо-
ванию окалины на нем, сокращению срока его службы. Поэтому паяльник
необходимЪ периодически отключать от сети. Но это не совсем удобно,
особенно при большом объеме работ, когда паяльником приходится поль-
зоваться длительное время. В таком случае удобен дежурный режим,
при котором паяльник находится в недогретом состоянии. Перед пайкой
он переводится на рабочий режим: на его спираль подается нормальное
напряжение и температура жала в короткий срок доводится до нужного
уровня. В перерывах между пайками, если они не превышают 5... 10 мин,
паяльник не выключают, а переводят на дежурный режим
Поддерживать дежурный режим можно различными способами: пере-
ключением обмото^ трансформатора, подключением к паяльнику полупро-
водникового диода или проволочного резистора.
Самый простой способ — присоединение к одному из проводов, по ко-
торым подлодится кряя nsHHKv пепеменное напряжение 220 В, выключате-
ля (тумблера). Параллельно контактам тумблера подключен полуцровод
никовый диод (рис. 6.6, а). При размыкании контактов выключателя
степень нагрева паяльника уменьшается.
125
Для плавного изменения температуры жала паяльника можно исполь-
зовать регулятор, схема которого изображена на рис. 6.6, б. Он позволяет
регулировать мощность 50-ваттного паяльника на напряжение 220 В в
пределах 25...48 Вт.
Этот регулятор пригоден и для изменения температуры жала паяльни-
ка, рассчитанного на питание от переменного напряжения 36 В. При этом в
качестве RI необходимо использовать резистор с сопротивлением 10 кОм,
a VD1 —диоды типа КД202 (кроме КД202А и КД202Б), КД206 с любым
буквенным индексом или диоды старых выпусков — Д302, ДЗОЗ. Трини-
стором VD2 могут служить тринисторы КУ201 и КУ202 со всевозмож-
ными буквенными индексами.
Ь.2. РАДИОМОНТАЖНЫЕ РАБОТЫ
Схемы радиотехнических устройств
Судить о сложности радиоприемника или любого другою радио
электронного устройства можно по принципиальной электрической схеме.
С ее помощью определяют, какие детали входят в состав устройства, как
они соединены между собой, сколько их и каково их назначение.
Принципиальная электрическая схема используется для разработки
монтажной схемы, при настройке и ремонте радиотехнического устрой-
с тва.
Монтажная схема представляет собой чертеж, на котором отображают
расположение всех электрических элементов, способы их крепления и эле-
менты крепежных соединений, используемых при монтаже. Элементы схе-
мы и крепежных соединений изображают упрощенно в виде конструктив-
ных контурных очертаний, сохраняя сходство изображения с элементом.
Около элементов даются их полные или сокращенные наименования.
Прежде чем приступить к разработке монтажной схемы, необходимо
подобрать все элементы, входящие в устройство, руководствуясь его
принципиальной схемой. Детали должны быть проверены на исправность.
Если тот или иной элемент уже использовался, следует очистить
выводы и тщательно залудить.
Виды электрического монтажа
Существуют две разновидности электрического монтажа — обычный и
печатный.
Обычный монтаж выполняют монтажными проводами на металличе-
ской, гетинаксовой или текстолитовой плате, называемой обычно шасси.
Возможны три вида обычного монтажа: планочный, без монтажных
планок и смешанный.
Планочный монтаж радиоэлементов (резисторов, конденсаторов,
1иоаов и т д.) состоит в том, что их закрепляют на монтажных планках,
которые затем крепятся к шасси. При монтаже без планок радиодетали
крепятся своими выводами к контактным лепесткам ламповых панелей
или установленным на специальных монтажных стойках выводам более
126
крупных деталей. Смешанный вид обычного монтажа радиодеталей вклю-
чает крепление как с помощью монтажных планок, так и без них. Провод-
ники, соединяющие выводы различных радиодеталей, должны быть как
можно короче. При этом достигаются минимальные паразитные емкость
и индуктивность, затрудняющие налаживание высокочастотных радио-
устройств.
Монтаж навесных радиодеталей с использованием монтажных планок
изображен на рис. 6.7.
Рис. 6.7. Крепление радиодеталей
на монтажных планках
Основным видом монтажа на заводах, производящих радиоэлектрон-
ную аппаратуру, является печатный монтаж. Он позволяет механизи-
ровать и автоматизировать производство. В печатной схеме обычные
проводники заменены тонкими полосками металла (меди), нанесенными
на электроизоляционную плату (гетинакс, текстолит).
Макетные платы
Прежде чем окончательно установить детали на монтажную или пе-
чатную плату, желательно произвести черновую сборку конструкции, то
есть проверить ее работоспособность, более точно подобрать отдельные
детали, режимы работы транзисторов. Сборка осуществляется на специ-
альной плате, называемой макетной, которая представляет собой прочную
изоляционную пластину из текстолита или гетинакса с большим коли-
чеством небольших токопроводящих площадок или лепестков, нанесенных
с одной или двух сторон пластинки. Макетные платы можно купить в ма-
газинах, торгующих радиодеталями. Внешний вид некоторых из этих плат
показан на рис. 6 8 На верхнем рисунке (а) контактные лепестки
нанесены с одной стороны. На двух нижних рисунках (б, в) вместо
контактных лепестков используются контактные дорожки, нанесенные с
двух сторон во взаимно перпендикулярных направлениях. В контактных
тепестках и дорожках имеются отверстия, в которые вставляются ра-
диодетали: резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы и т п. После
того как деталь вставлена в отверстие, ее припаивают к лепестку или
дорожке. Контактные дорожки одновременно выполняют и роль соедини-
тельных проводников.
При отсутствии макетных плат в магазине их довольно просто сделать
самому. Для этого из листового текстолита или гетинакса толщиной
1 5 2 мм (более толстый труднее обрабатывать) необходимо вырезать
пластину по размеру, примерно равную листу ученической тетради. В ка-
честве контактных лепестков, можно использовать медные пустотелые
заклепки, вставив их в предварительно просверленные на расстоянии
• 127
вмимамазиЗ
иПм2^ПмП«2и2м2«
еПмП«П«П«П«П»ПуП
и0и2м2аПм0»2м2«
оП«2^>И«2к>П«П«П»П
^2^П«П»Пу2«2у2«
о2м2«2«П&з2«П«П
Рис. 6.8. Макетные платы заводского изготовления
10...15 мм друг от друга отверстия в пластине. Диаметр отверстия равен
диаметру заклепок. Чтобы заклепки держались прочно, их с противопо-
ложной стороны платы развальцовывают (рис. 6.9, а). С лицевой стороны
платы поверхность заклепок необходимо хорошо облудить.
Вместо медных заклепок применяют куски медной луженой проволоки
диаметром 1,5...2 мм и длиной примерно в два раза больше, чем расстояния
между отверстиями. Проволоку изгибают в виде буквы П, вставляют в
два рядом расположенных отверстия пластины, а выступающие с тыльной
стороны концы плотно подгибают к пластине (рис. 6.9 б).
Удобные контактные лепестки можно изготовить из металлических
полосок, нарезанных из жести консервной банки и изогнутых в форме
заклепки (рис. 6.9, в). В таком виде их вставляют в отверстия
пластины, а выступающие с тыльной стороны концы полосок загибают
и прижимают к пластине. Жестяные полоски, изогнутые иначе — в виде
буквы П (рис. 6.9, г) — вставляют концами в два рядом расположенных
отверстия с тыльной стороны пластины. Концы полосок, выступающие
11
I
УЛШМ
Рис. 6.9. Примеры изготовления контактных лепестков
Рис. 6.10. Примерная конструкция макетной платы
$• Галкин В.И
129
на лицевой поверхности, выполняют роль контактных лепестков, к кото-
рым припаивают детали.
Вместо контактных лепестков для монтажа можно использовать кон-
тактные шпильки. Их изготовляют из луженой медной проволоки диа-
метром 1,5...2 мм. Длина шпилек должна быть такой, чтобы они выступали
с лицевой стороны пластины на 4...5 мм, а с тыльной — на 2...3 мм
(рис. 6.9, д'). Чтобы шпильки прочно держались, диаметр отверстий
следует делать несколько меньше диаметра шпилек, а шпильки надо не-
много расплющить в тех местах, которые будут находиться в отверсти-
ях. Для запрессовки шпилек в отверстия используют специальные
металлические оправки с направляющими отверстиями диаметром,
равным диаметру шпильки. Шпильку вставляют в это отверстие и легким
ударом молотка по противоположному концу оправки вбивают в пластину.
Для удобства работы макетную плату с помощью двух стоек рас-
полагают под углом к поверхности стола. На плате кроме контактных
лепестков можно укрепить зажимы для подключения батарейки. Над
контактными лепестками и под ними вдоль платы желательно закрепить
два хорошо залуженных отрезка медной проволоки или жестяные по-
лоски, которые будут выполнять роль шин питания. Вывод одного зажима
( + ) соединяется с нижней шиной питания, а вывод второго — через
тумблер с верхней шиной питания ( —). Для подключения телефонов или
динамической головки можно укрепить два гнезда, соединив их с располо-
женными рядом свободными контактами. На специальном уголке жела-
тельно укрепить регулируемые резисторы различных номиналов, напри-
мер 1 кОм, 10 кОм. 47 кОм, 150 кОм, 470 кОм. Их хорошо использовать
при отладке собранных на макетной плате устройств.
Примерный вид самодельной макетной платы показан па рис. 6.10. На
этом же рисунке приведен один из возможных вариантов сборки двухка-
скадного усилителя (см. схему на рис. 6.11).
Изготовление печатной платы
От качества печатной платы во многом зависит работа конструируе-
мого устройства. Прежде чем приступить к изготовлению печатной пла-
ты, нужно сзелатьее эисунок т1ля этого вначале подбирают необходимы^.-
детали. Затем их располагают на чистом листе бумаги в соответствии с
принципиальной схемой, карандашом отмечают контуры и места под от-
верстия для выводов деталей Около каждой детали пишут ее позицион-
130
ное обозначение на принципиальной схеме, например С18, R7, L4 и т. д.
Плотность расположения деталей обусловливает размеры печатной пла-
ты: чем больше плотность, тем меньше печатная плата.
Обозначив на бумаге детали и выводы, проводят линии, соединяющие
детали, как указано на принципиальной схеме. Необходимо следить, чтобы
соединительные линии не пересекались. При этом можно изменять
предварительное расположение деталей, придерживаясь принципа их ка-
скадного расположения (детали данного каскада должны располагаться
вблизи от него). На соединительных линиях следует предусмотреть
отверстия для подключения (впаивания) концов проводников от внешних
деталей (источника питания, антенны, громкоговорителя и т. и.). Общая
линия (шина), соединяемая с корпусом измерительной аппаратуры при
настройке, должна быть выполнена на рисунке сплошной, без разрывов.
После того как сделаны все соединения, остается убедиться в их пра-
вильности, сверив полученный рисунок с принципиальной схемой.
Обнаруженные ошибки исправляют, иногда даже изменяя располо-
жение некоторых деталей на плате.
Изготовив монтажную схему печатной платы, полученный рисунок
переносят на пластину из фольгированного гетинакса или текстолита.
Наиболее простой способ перенесения состоит в применении копироваль-
ной бумаги.
Нужно всегда помнить, что рисунок наносится только со стороны
фольги.
На полученном рисунке шилом обозначаются места отверстий под
детали и для крепления платы. Затем в намеченных точках сверлом
диаметром 0,5...0,7 мм просверливают отверстия и протравливают заго-
товку печатной платы в водном растворе хлорного железа. В результате
химической реакции между хлорным железом и медью происходит
растворение медной фольги. Чтобы фольга не растворялась на участках,
являющихся соединительными линиями между деталями, эти участки
предварительно покрывают веществами, не вступающими в химическую
реакцию с хлорным железом, например любой нитрокраской, которая
быстро просыхает. Наносят нитрокраску на фольгу стеклянным или
обычным рейсфедером. Толщина соединительных линий должна быть
порядка 1 мм. Отверстия обводят более толстой линией — 2. 4 мм. Это
требуется для того, чтобы при пайке не происходило отслоения фольги
от гетинакса или текстолита. Линии питания и общей шины делают также
более толстыми.
Водный раствор, используемый для травления, наливают в ванночку.
Плату опускают в нее рисунком вниз так, чтобы под ней не оказалось
пузырьков воздуха. В противном случае в этих местах травления не
произойдет.
Время травления определяется концентрацией раствора и его тем-
пературой: в теплом растворе травление происходит быстрее, чем в хо-
лодном. Плату можно периодически вынимать из раствора, контролируя
процесс травления. <
После травления плату необходимо тщательно промыть в воде,
просушить и затем наждачной бумагой, ацетоном или растворителем
удалить с нее нитрокраску, проверить, нет ли в соединительных линиях
131
обрывов (обрывы могут появиться при некачественном нанесении краски
на плату, что создает возможность проникновения хлорного железа под
краску). При наличии разрывов концы линий нужно соединить пайкой.
Участки фольги вокруг отверстий следует также облудить. Сами отвер-
стия при этом должны остаться свободными, чтобы в них можно было
вставлять выводы деталей.
Схема и печатная плата однокаскадного транзисторного усилителя
изображены на рис. 6.12.
Рис. 6.12. Схема однокаскадного транзисторного усилителя (а) и его
печатная плата (б)
Общие сведения по технике безопасности
Во время пайки, а также при налаживании и ремонте радиотехниче-
ских устройств нужно строго соблюдать правила техники безопасности и
следить за исправностью инструмента, измерительных приборов, шнуров
питания, соединяющих паяльник и различные радиотехнические устройст-
ва с электрической сетью. Любая небрежность или неосторожность
могут стать причиной самых различных несчастных случаев: ушибов, по-
резов, ожогов, отравлений и поражения электрическим током.
Особой осторожности требует работа с электрическим током. Тело
человека "является проводником электрического тока, и его сопротивле-
ние зависит от площади соприкосновения с токонесущими деталями,
влажности и температуры кожи и составляет от 500 Ом до 500 кОм
Ток силой 50 мА и напряжением свыше 36 В опасен для жизни.
Прикосновение к проводнику с током вызывает незначительные
судороги мышц пальцев. Если в этот момент пальцы не оторвать от
проводника, быстрое сокращение мышц уже не даст человеку возмож
ности самому сделать это. При этом сопротивление кожи электрическому
току резко уменьшается, а протекающий через организм ток резко
возрастает, парализуя дыхание.
Основные правила по технике безопасности ппи кпистпуктлпсуму
радиомонгажных работал и работах, связанных с ремонтом и налажива-
нием радиотехнических устройств, предусматривают выполнение следую-
щих требований:
132
1. Рабочее место необходимо содержать в порядке. На нем должны
находиться лишь те приборы, инструменты и приспособления, которые
требуются для выполнения данной работы.
2. Инструмент всегда должен быть в исправном состоянии.
3. При резке листового металла ножницами пальцы левой руки
располагать подальше от режущих кромок ножниц. Отгибать срезанный
кусок нужно так, чтобы не поранить правую руку заусенцами.
4. При пропитывании деталей (например, намотанных катушек и
трансформаторов) электроизоляционными веществами следует соблюдать
правила пожарной безопасности. Нельзя пользоваться открытым огнем
при расплавлении таких веществ, как воск, парафин или церезин
5. Пайку радиоэлементов надо производить исправным паяльником, у
которого не пробита изоляция и отсутствует контакт между нагреватель-
ным элементом и металлическим корпусом или жалом. Металлический
инструмент (пинцет, кусачки, плоскогубцы) должен иметь изолированные
ручки (для этого на ^еталлические ручки можно надеть резиновые
грубки).
Во время пайки следует остерегаться ожогов, особенно в случае, если
спаиваемые детали обладают пружинящими свойствами. Невниматель-
ность может привести к разбрызгиванию горячего припоя и попаданию
его на лицо и в глаза.
В процессе пайки выделяются вредные для здоровья пары олова и
свинца Об этом нужно помнить и не наклоняться низко над местом
пайки, а также стараться не вдыхать испарения. В помещении, где про-
изводится пайка, должна быть хорошая вентиляция.
После окончания пайки обязательно вымыть руки теплой водой с
мылом.
6. При налаживании радиотехнических устройств, находящихся под
напряжением, нельзя прикасаться руками к оголенным токонесущим
элементам или проводам. Монтаж и ремонт проводятся только при обесто-
ченной аппаратуре.
7. Необходимо следить за исправностью плавких предохранителей
в электросети и аппаратуре Категорически запрещается применять вме-
сто плавких предохранителей так называемые жучки из проволоки.
8 По окончании налаживания радиосхем нужно обязательно отклю-
чать их от источников питания. Особая осторожность требуется при работе
с электролитическими конденсаторами, способными накапливать большие
электрические заряды.
9. Ни в коем случае нельзя прикасаться мокрыми или влажными
руками к корпусам включенных приборов.
10. При распаивании обмоток силового трансформатора необходимо
тщательно проверить схему соединения его обмоток. При неправильном
включении трансформатора на его повышающих обмотках может появить-
ся большое напряжение, что повлечет за собой пробой обмоток или
поражение током при неосторожном прикосновении к ним.
133
1 источники питания
ЭЛЕК ГРО н НО И АППАРАТУРЫ
7.1. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА
И НАПРЯЖЕНИЯ
Назначение и виды источников тока и напряжения
Источники питания — неотъемлемая часть каждого радиоэлектронно-
го устройства. Простейший детекторный приемник не требует внешнего
источника питания, но зато услышать передачу, принятую этим приемни-
ком, можно только с помощью головных телефонов-наушников.
На первых этапах своего творчества радиолюбители в качестве
источников тока используют одиночные гальванические элемен-
ты или батареи, состоящие из соединенных между собой отдельных
гальванических элементов. Такие источники тока называют первичными.
Они широко применяются при изготовлении переносной аппаратуры на
транзисторах и интегральных микросхемах (радиоприемников, магнито-
фонов, радиостанций и т. п.).
Для электронных устройств стационарного назначения обычно исполь-
зуют вторичные источники тока — аккумуляторы, выпрямители, стабили-
заторы.
Гальванические элементы
Любой гальванический элемент состоит из двух электродов, опущен-
ных в специальный раствор, называемый электролитом. В ре-
зультате химического взаимодействия электродов с электролитом на них
накапливаются заряды противоположных знаков, т. е. между электродами
возникает разность потенциалов. Если внешние выводы электродов
замкнуть проводником, то под действием разности потенциалов по цепи
потечет электрический ток.
В гальванических элементах химическая энергия превращается в
электрическую. В связи с этим их называют также химическими
источниками тока.
Рассмотрим устройство и работу гальванического элемента, в котором
в качестве электролита используется водный раствор кислоты или щелочи.
Теоретическим и опытным путем установлено, что молекулы кислоты или
щелочи в воде распадаются на две части. При этом одна
из них оказывается заряженной положительно (возникает положительный
ион), а другая — отрицательно (образуетсяотрицательный ион). У поло-
жительных ионов наблюдается недостаток электронов, а у отрицатель-
ных — их избыток. Положительные и отрицательные ионы свободно пере-
мещаются в растворе, вследствие чего он (электролит) является хо-
рошим проводником электрического тока. Если в электролит погрузить
металлическую пластинку, напримеп цинковую, то между цинком и элек-
1ролитом начнется химическая реакция. Аюмы цинка, оставляя но два
своих электрона, будут переходить в электролит в виде положительных
ионов. В результате электролит приобретет дополнительный положитель-
134
ный заряд, а цинковая пластина с избытком электронов окажется
заряженной отрицательно
Металлы обладают неодинаковой способностью растворяться в элек-
тролитах, поэтому, если в электролит поместить две пластины из разных
металлов, они отдадут в него различное число ионов и между
ними возникнет разность потенциалов. Эта разность не зависит от формы
и размеров пластин и является постоянной для каждой пары металлов.
Одну из пластин можно заменить угольной. Уголь не растворяется в
Рис. 7.1. Сухой гальванический
элемент:
. - устройство; б условное графнче-
.кос обозначение
Рис. 7.2. Внешний вид гальвани-
ческих элементов типа 373, 316 и
332
электролите, а приобретает его потенциал, т. е. является как бы одни.м
выводом (полюсом) электролита. Если металлическую и угольную пла-
стины соединить снаружи проводником, избыточные электроны, имеющи-
еся в цинковой пластине, потекут к угольной пластине и с нес — в
электролит, где их недостаток. Упорядоченное движение электронов
создает электрический ток, направлением которого во внешней цепи
считают движение от положительного полюса к отрицательному.
Недостатком такого гальванического элемента является образование
в процессе химической реакции побочных продуктов (в основном во-
дорода), которые затрудняют или полностью прекращают дальнейшее
растворение металла. Это явление называют поляризацией. Для
удаления водорода из электролита применяют специальные вещества —
деполяризаторы, выделяющие кислород. Кислород, соединяясь с во-
дородом, образует воду.
Наиболее широко применяются марганцово-цинковые гальванические
элементы (рис. 7.1, а). Отрицательным электродом является цинковый
стакан /, а положительным 2— диоксид марганца (МпО2), одновре-
менно выполняющий и роль деполяризатора. Выводом положительного
электрода является угольный стержень 3, вставленный в диоксид мар-
ганца. Электролитом 4 такого элемента служит 15 %-ный раствор на-
шатыря (хлористого аммония NH^Cl). Сверху элемент заливают смолой
5 и ощавляют небольшое отверстие для вывода газов, образе^азшихся в
результате химических реакций.
Условное графическое обозначение гальванических элементов дано на
рис. 7.1, б, а внешний вид некоторых из них — на рис. 7.2.
135
Параметры гальванических элементов
Основными параметрами гальванических элементов являются: элек-
тродвижущая сила (ЭДС), электрическая емкость, внутреннее сопроти-
вление и начальное напряжение.
Электродвижущей силой (ЭДС) называют напряжение меж
ду разомкнутыми положительным и отрицательным полюсами. Значение
ЭДС определяется химическими свойствами электродов и электролитов
и не зависит от размеров электродов. Для выпускаемых промышлен-
ностью гальванических элементов ЭДС составляет от 1,2 В до 1,5 В.
Электрическая емкость определяется количеством электри-
чества (в ампер-часах — А • ч), отдаваемого элементом при его разрядке,
и подсчитывается по формуле:
Q = /РЛ
где 7р — разрядный ток в амперах (A); t — время разрядки в ча-
сах (ч).
Если известна электрическая емкость гальванического элемента и сила
разрядного тока, отдаваемого им во внешнюю цепь, то, разделив
величину емкости на силу разрядного тока, можно определить, сколько
часов будет работать источник питания до наступления полной раз-
рядки. Например, емкость химического источника равна 0,6 А • ч. Это
значит, что данный источник электрической энергии может в течение
10 часов обеспечить ток в нагрузке 60 мА (0,06 А) или в течение
4 часов ток силой 150 мА (0,15 А). Чем больше разрядный ток, тем
меньше срок службы гальванического элемента.
Внутреннее сопротивление химического источника
тока определяет предельную силу тока, которую может обеспечить ис-
точник в нагрузке. Чем меньше внутреннее сопротивление источника, тем
больший ток в нагрузке может он создать
При работе гальванического элемента создаваемый им электрический
ток протекает в замкнутой цепи, образованной сопротивлением на-
грузки, подключенной к полюсам гальванического элемента, и внутренним
сопротивлением самого элемента. В результате на внутреннем сопро-
тивлении гальванического элемента образуется некоторое напряжение,
вследствие чего напряжение между полюсами оказывается меньше, чем
напряжение ЭДС. Это напряжение между полюсами нового га гьвани-
ческого элемента при подключенной к нему внешней нагрузке называют
начальным напряжением гальванического элемента.
В процессе работы гальванического элемента вследствие его разрядки
напряжение между его полюсами уменьшается. Напряжение, при котором
гальванический элемент становится неспособным обеспечить электриче-
ский ток заданной силы во внешней цепи, называют конечным на-
пряжением. Оно обычно составляет 0,9...0,8 В. Продолжительность
работы гальванического элемента, то есть время, в течение которого
напряжение между его полюсами уменьшается до конечного, зависит от
I ы (рндкоги гок; Чем больше разрядный ток гем меньше п[>
жительность работы
Основные параметры наиболее распространенных гальванических
элементов приведены в табл. 7.1.
136
7.1. Основные данные гальванических элементов и батарей
Тип Начальное на- пряжение, В Продолжитель- ность работы, ч Сопротивле- ние внешней цепи. Ом Конечное на- пряжение, В Срок хранения, мес
316 1,52 60 200 1 9
332 1,40 6 20 0,85 6
336 1,40 10 20 0,85 .6
343 1,55 12 20 0,85 18
373 1,55 40 20 0,85 18
3336Л 3,7 3 10 2,0 6
«Рубин-1» 4,1 180 100 — 9
«Рубин-2» 4,0 20 15 — 9
«Корунд» 8,5 100 900 5,4 9
Соединения гальванических элементов
Если для питания какого-то электронного устройства необходимо
получить напряжение или ток большие, чем может дать один гальва-
нический элемент, используют батарею. Возможны три способа соедине-
ния гальванических элементов в батарею: последовательное, параллель-
ное и смешанное.
Используя последовательный способ, соединяют плюс одного элемента
с минусом второго, плюс второго — с минусом третьего и т. д. При
этом ЭДС, измеренная между свободными полюсами первого и послед-
него элементов, и внутреннее сопротивление полученной батареи
оказываются равными сумме ЭДС и внутренних сопротивлений всех
последовательно соединенных элементов. Электрическая емкость батареи
при последовательном соединении остается равной емкости одного элемен-
та. Если последовательно соединяются элементы с различными элек-
трическими емкостями, то емкость всей батареи будет определяться
элементом с наименьшей электрической емкостью (рис. 7.3, а).
Примером последовательного соединения гальванических элементов
являются широко распространенные в радиолюбительской практике бата-
рейки типа 3336Л, 3336Х, 3336У (буквы Л, X и У указывают на рекомен-
дуемый температурный режим эксплуатации: Л—летняя, X — хладо-
стойкая, У — универсальная), «Рубин» и «Корунд» (выпускается вместо
снятой с производства «Кроны»). Батарейки типа 3336 состоят из трех
последовательно соединенных гальванических элементов 336 цилиндриче-
ской формы, а батарейка «Корунд» — из семи элементов галетного типа.
При параллельном способе отдельно соединяют между собой поло-
жительные полюсы всех элементов (образуется общий положительный
полюс батареи) и отрицательные (создается общий отрицательный полюс
батареи). Причем ЭДС полученной батареи равна ЭДС одного элемента,
эпритпиирсийя рмклсть увеличивается в п. раз (во столько раз, сколько
соединяется элементов/, а внутреннее сопротивление уменьшается
раз (рис. 7.3, б). Параллельное соединение элементов применяют в том
случае, если необходимо увеличить емкость источника питания и величину
разрядного тока.
137
При смешанном соединении элементы разбивают на группы. В каждой
1 рунце их соединяют последовательно, а затем группы элементов —
параллельно. ЭДС полученной батареи равна сумме ЭДС группы элемен-
тов, соединенных последовательно, а электрическая емкость равна
электрической емкости одного элемента, умноженной на число групп,
соединенных параллельно (рис. 7.3, в). Смешанное соединение элементов
применяют тогда, когда нужно от батареи получить не только большую
ЭДС, но и большой разрядный ток.
Эксплуатация гальванических элементов
и батарей
При подключении химического источника тока к электрической цепи
через нее начинает протекать электрический ток, который, как уже
отмечалось, появляется вследствие химических реакций. При этом цинко-
вый электрод, теряя положительные ионы, постепенно превращается в
окись цинка, восстановить из которой металлический цинк доступными
способами невозможно. Следовательно, по мере эксплуатации химиче-
ского источника его электроды разрушаются, и он приходит в негодность.
В радиолюбительской практике существует несколько способов, с
помощью которых можно продлить срок службы гальванических элемен-
тов и батарей.
Восстановлению подлежат только те гальванические элементы и бата-
реи, которые потеряли свои свойства вследствие высыхания электролита
или поляризации электродов. Для восстановления элемента или батареи
в случае высыхания электролита необходимо в верхней смоляной заливке
сделать два отверстия, в одно из которых залить дистиллированную
(можно дождевую) воду. Если цинковый стаканчик не был сильно разъе-
ден химической реакцией, то после восстановления элекролита гальвани-
ческий элемент или батарею можно снова использовать в качестве источ-
ника тока.
Если же гальванический элемент или батарея стали непригодными
из-за их сильной разрядки, то для восстановления необходимо осущест-
вить их зарядку от другого источника тока. Причем следует иметь в
виду, что восстановлению путем зарядки хорошо поддаются те элементы
и батареи, которые эксплуатировались интенсивно, то есть их разрядка
осуществлялась за время, значительно меньшее срока службы. Это отно-
сится прежле всего к элрмрнтям и бятарр«м для элеь"грииескиу фонаре”
магнитофонов, электрифицированных игрушек. Хуже восстанавливаются
элементы и батареи, используемые в радиоприемниках и электриче-
ских часах. В таких элементах и батареях вследствие более длительного
138
срока эксплуатации происходит значительное разрушение электродов и
высыхание электролита.
Для определения возможности восстановления гальванических эле-
ментов необходимо измерить ЭДС (то есть напряжение между полюсами
при неподключенной нагрузке) и напряжение при подключенной нагрузке.
В качестве нагрузок используются резисторы, сопротивления которых
должны находиться в пределах
70. 80 Ом для элементов типа 312, 332;
40...50 Ом для элементов типа 314, 316;
25...30 Ом для элементов типа 336, 343;
7 ..10 Ом для элементов типа 373, 374.
Если разница между напряжением ЭДС и напряжением между
полюсами под нагрузкой оказывается не более 0.2 В, то восстановление
такого гальванического элемента путем его зарядки возможно.
Для определения возможности восстановления батарей типа 3336 или
«Рубин» в качестве нагрузки, подключаемой между полюсами батарей,
необходимо использовать резистор с сопротивлением 75 ..91 Ом Восста-
новление батарей способом их зарядки возможно, если разница между
напряжением ЭДС и напряжением при подключенной нагрузке не превы-
шает 0,6...0,7 В.
Батареи типа «Корунд» восстанавливаются подзарядкой, если разница
между напряжением ЭДС и напряжением на полюсах батареи при под-
ключенной нагрузке не превышает 1,2...2 В. При этом в качестве нагрузки
используется резистор с сопротивлением 600...800 Ом.
Схема устройства для восстановления гальванических элементов пу-
тем их зарядки показана на рис. 7.4. Это — обычный однополупериодный
выпрямитель, о работе которого более подробно будет сказано в следую-
щем параграфе Для его изготовления необходимо подобрать трансфор-
матор, вторичная обмотка которого обеспечивает напряжение 3,5...4 В
Резистор R2 служит для ограничения зарядного тока: без него зарядный
ток в первоначальный момент после подключения гальванического элемен-
та был бы слишком велик. В качестве резистора R2 можно использовать
высокоомную проволоку, а лучше всего — проволочный реостат. Длину
проволоки (то есть ее сопротивление) или сопротивление реостата подби-
рают такими, чтобы напряжение на полюсах гальванического элемента
после его подключения к зарядному устройству составляло 4,5 В Через
резистор R1 происходит разрядка гальванического элемента за каждые
0,5 периода переменного напряжения, в течение которого диод VD оказы-
РууЯ—
/?
А
-------—
Рис 7.4. Схема устройства для восстановления гальва
нических элементов
139
вается закрытым. Сочетание циклов зарядки и разрядки благоприятно
сказывается на восстановлении гальванического элемента.
Восстанавливаемый элемент подключается к зажимам (или гнездам)
X положительным полюсом к резистору R2. Параллельно гальваниче-
скому элементу необходимо подключить вольтметр PU для контроля про-
цесса восстановления. Как только напряжение на гальваническом элемен-
те возрастет до значения 1,7...2,1 В, зарядку необходимо прекратить.
Обычно процесс зарядки длится не более 5...6 часов.
При подключении гальванического элемента к зарядному устройству
будьте очень внимательны: если полюса гальванического элемента под-
ключены не так, как показано на рисунке, он будет разряжаться и
окончательно выйдет из строя
При восстановлении гальванических элементов путем их зарядки элек-
троды элементов, конечно, не восстанавливаются, но происходит деполя-
ризация, приводящая к продолжению химической реакции с сохранив-
шимся цинком Однако более двух-трех таких «подзарядок» химический
источник не выдерживает, поскольку электроды к этому времени полно-
стью разрушаются.
Для продления срока службы гальванических элементов и батарей при
их эксплуатации необходимо соблюдать ряд правил Нельзя замыкать
накоротко выводы батареи, проверяя ее исправность «на искру». Возни-
кающий при этом ток большой силы может вывести ее из строя. Напря-
жение батареи следует проверять только вольтметром, и причем тогда,
когда к ней подключена нагрузка. Иначе можно ошибиться, так как
использованная батарея без нагрузки обладает даже большей ЭДС, чем
напряжение под нагрузкой у новой батареи.
Аккумуляторы
Аккумуляторы также являются химическими источниками тока, но
в отличие от гальванических элементов химические реакции, протекаю-
щие во время работы аккумуляторов, обратимы. Аккумулятору, отдав-
шему электрическую энергию (этот процесс называется разрядкой), мож-
но вновь сообщить первоначальное количество электричества путем его
зарядки. При правильной эксплуатации аккумулятор разряжают и заря-
жают до 1000 раз.
Таким образом, в отличие от гальванических элементов аккумуляторы
не вырабатывают сами электрический гок, а создают его за счет энергии,
полученной во время зарядки от другого источника, то есть являются
вторичными источниками гока.
Наиболее широко распространенными являются кислотные аккуму-
ляторы. Они применяются для питания электрооборудования автотранс-
порта, радио- и телефонной аппаратуры.
Не менее известны щелочные аккумуляторы, в которых в качестве
электролита используется щелочь (едкое кали или едкий натр). В зави-
симости ы материала злскгродъь различапл железо-никелевые и кадмие-
во-никелевые щелочные аккумуляторы.
К числу новых видов относятся серебряно-цинковые аккумуляторы,
которые по сравнению с кислотными и щелочными имеют в 4 .5
140
раз большую удельную электрическую емкость (т. е емкость, прихо-
дящуюся на единицу веса) и более высокий КПД Они способны рабо-
тать при значительном снижении атмосферного давления.
Для питания малогабаритной переносной аппаратуры, выполненной
на транзисторах и интегральных микросхемах, выпускаются герметиче-
ские дисковые (Д) и цилиндрические (ЦНК) кадмиево-никелевые акку-
муляторы.
Все дисковые аккумуляторы имеют одинаковую конструкцию и раз
личаются только по размерам (рис. 7.5). Они собраны в стальном
дисковом корпусе, состоящем из двух частей: крышки 3 и корпуса 2.
Крышка завальцовывается на корпусе, и аккумулятор является неразбор-
ным. Внутри корпуса расположены отрицательный 5 и положительный 7
электроды. Они представляют собой железные никелированные
пористые пластины. Пластина, используемая ё качестве отрицательного
электрода, заполнена активной массой из кадмия и окиси железа. В ка-
честве активной массы, заполняющей положительный электрод, исполь-
зуется гидрат окиси никеля в смеси с графитом. Пластины отделены
друг от друга изоляционным слоем — сепаратором /. С помощью пру-
жины 4 отрицательный электрод соединяется с крышкой корпуса, а по-
ложительный прижимается к основанию (дну) корпуса Чтобы не про-
изошло короткого замыкания через корпус между отрицательным и по-
ложительным электродами, крышка изолируется от корпуса герметизиру-
ющей прокладкой 6.
В циллиндрических конструкциях применяются электроды из того же
материала, что и в дисковых.
Если несколько дисковых аккумуляторных элементов поставить один
на другой и скрепить в таком состоянии, получится аккумуляторная
батарея.
Из дисковых аккумуляторов наиболее распространенными являются
аккумуляторы типа Д-0,06, Д-0,1 и Д 0,25. Числа, стоящие после буквы,
указывают на электрическую емкость аккумуляторов в ампер-часах
Электрическая емкость тем больше, чем больше размеры аккумулятора.
Обозначение аккумуляторной батареи отличается от обозначения од-
ного аккумулятора числом, стоящим перед буквой (или буквами) и
7.2. Параметры малогабаритных аккумуляторов
и аккумуляторных батарей
Элемент, батарея Напряжение, В Разрядный ток, мА Зарядный ток, мА Диаметр, мм Высота, мм Масса,
Д-0,06 1,2...!,6 6 6 15,7 6,6 4
Д-0,1 1,2... 1,6 10 10 20,1 7,4 7
Д-0,25 1,2...1,6 25 25 27,2 10,5 16
ЦН к-0,2 1,2...1,6 20 20 16 24,5 18
I1HK-0.45 1 2...1.6 45 45 14 50 23
ДНК-и.ба 1,2...1,6 85 85 14
7Д-0.1 8,4.. .11,2 10 10 24 62,2 60
2Д 0,25 2,4...3,2 25 25 27 22,5 29
5ЦНК-0.2 6...8 20 20 27,5X24 87 117
141
указывающим на количество аккумуляторов в батарее. Например, обозна-
чение 7Д-0,1 говорит о том, что это аккумуляторная батарея, составленная
из 7 аккумуляторов типа Д-0,1.
Основные параметры некоторых типов аккумуляторов и аккумуля-
торных батарей даны в табл. 7.2.
Если напряжение аккумулятора снижается до 1...0.7 В, то его необхо-
димо зарядить. Для этого аккумулятор подключают к одноименным
полюсам другого источника тока с большим напряжением, при котором
Рис. 7.5. Дисковые герметические
кадмиево-никелевые аккумуля-
торы
В13,9к R25Jk УОД226
0-----г-1 и 1-Н »» I
220В $ %0В
127В J27B
01-----о +
К
аккумулятору
Рис. 7.6. Схема устройства для зарядки
малогабаритных аккумуляторов
обеспечивается нужный ток зарядки. Обычно ток зарядки аккумулятора
не должен превышать 0,1 его емкости. Аккумулятор считается заряжен-
ным, когда напряжение на его полюсах достигнет 1,25.. 1,3 В При этом
время зарядки составляет около 15 часов.
Устройство для зарядки и подзарядки аккумуляторов несложно изго-
товить самому. Одна из возможных схем такого устройства, предна-
значенного для зарядки аккумуляторов, используемых для питания тран-
зисторных приемников, изображена на рис. 7.6 Оно представляет
собой однополупериодный выпрямитель на диоде VD. Ток зарядки опре-
деляется сопротивлениями резисторов R1 и R2. При значениях сопро-
тивлений R1 и R2, указанных на схеме, ток зарядки составляет при-
мерно 12 мА Для получения большего зарядного тока нужно уменьшить
сопротивления резисторов R1 и R2, а если требуется меньший зарядный
ток — то увеличить.
Подключать зарядное устройство к аккумулятору след ст плюсом
к положительному полюсу аккумулятора и минусом — к отрицательному
полюсу. В противном случае аккумулятор выйдет из строя.
При работе с таким выпрямителем надо помнить, что он является
бестрансформаторным, и при нечаянном касании его деталей можно
оказаться под напряжением сети 220 В! Конструкция зарядного устрой-
ства должна быть безопасной, все детали его тщательно закрыты.
7.2 ВЫПРЯМИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Принцип преобразования переменного напряжения
в постоянное
Недостатком гальванических элементов, используемых для питания
различной электронной аппаратуры, является ограниченный срок их служ-
бы и необходимость периодической замены. Такие неудобства особенно
142
ощутимы, когда нагрузка потребляет токи большой силы, например, при
питании электродвигателей постоянного тока, выходных каскадов мощно-
го усилителя и т. п. Поэтому для питания электронной аппаратуры лучше
использовать электрическую энергию промышленной сети.
Однако подключать электронное устройство, рассчитанное на питание
от батарей, непосредственно к промышленной сети нельзя. Предвари-
тельно переменное напряжение сети необходимо преобразовать в посто-
янное. Последовательность такого преобразования показана на рис. 7.7.
Рис. 7.7. Схема преобразования переменного напряжения в постоянное
Для питания транзисторной аппаратуры в большинстве случаев
используются напряжения, меньшие, чем сетевые. Это возможно при
применении трансформатора, называемого силовым. Затем переменное
напряжение надо преобразовать в постоянное. Постоянное напряжение
получают в два этапа.
На первом этапе переменное напряжение преобразуется в пульси-
рующее, отличающееся от переменного тем, что оно изменяется только
в одну сторону от нулевого значения. Устройство, осуществляющее
такое преобразование, называется выпрямителем.
Второй этап состоит в преобразовании с помощью электрического
фильтра выпрямленного (пульсирующего) напряжения в постоянное.
Однополупериодный выпрямитель
Для получения пульсирующего напряжения из переменного использу-
ют специальные элементы, обладающие односторонней электропровод-
ностью; полупроводниковые и электроваккумные диоды.
Самый простой выпрямитель можно построить на основе всего лишь
одного выпрямительного элемента, например полупроводникового диода.
Схема такого выпрямителя показана на рис. 7.8, а. При подключении
выпрямителя к источнику переменного напряжения (/вх в течение поло-
жительных полупериодов переменного напряжения диод VD оказывается
включенным в прямом направлении, сопротивление его становится очень
небольшим и через нагрузку R„ протекает ток, вызывающий на ней
падение напряжения. ,
В течение отрицательных полупериодов диод включается в обратном
направлении, его сопротивление становием очень большим, в ре
зультате чего ток, протекающий через диод и нагрузку, оказывается
весьма малым. Таким образом, благодаря полупроводниковому диоду че-
143
рез нагрузку протекает пульсирующий ток (рис. 7.9, 6). Поскольку этот
ток протекает лишь в положительные полупериоды, а при отрицательных
полупериодах очень мал, такой выпрямитель называют однополупериод-
ным. Частота пульсаций однополупериодного выпрямителя равна частоте
напряжения, подводимого к выпрямителю.
Пульсирующий ток, протекая через нагрузку, создает на ней пульсиру-
ющее напряжение (рис. 7.9, в), которое является источником сильных
помех. Если от такого источника напряжения питать, например, радио-
Рис. 7.9. Графики напряжений и токов однополупериодного выпрямителя:
и - напряжение иа входе выпрямителя, б — ток через диод и нагрузку; в—напряжение на нагрузке
при отсутствии фильтра; г — напряжение на нагрузке при наличии фильтра
приемник, будет слышен сильный неприятный гул, называемый фоном
Чтобы его уменьшить, следует «сгладить» пульсации напряжения на
выходе выпрямителя. Для этого выпрямленное напряжение подают сна-
чала на сглаживающее устройство — фильтр, а уже с фильтра — на
нагрузку.
Простейшим фильтром может служить конденсатор, подключаемой
параллельно нагрузке (рис. 7.8, б). В течение положительного полупери-
ода входного напряжения ток протекает через нагрузку Дн и конденсатор
С, заряжая его до некоторого максимального напряжения (рис. 7.8, в).
В отрицательный полупериод диод закрывается, и конденсатор начинает
разряжаться через нагрузку (рис. 7.8, г). Таким образом, через нагрузку
ток протекает как в положительный, так и в отрицательный полупериоды
входного напряжения. Источником тока, протекающего через нагрузку в
отрицательный попУлерИпд. является конденсатор. Вследствие того, что по
мере разрядки конденсатора напряжение на нем уменьшается, будет
уменьшаться и напряжение на нагрузке. Следовательно, напряжение на
нагрузке при подключении параллельно ей конденсатора остается пульси-
144
рующим, но амплитуда пульсаций Un меньшая, чем при отсутствии
конденсатора (рис. 7.9, г). Чем больше емкость конденсатора, тем
больший заряд будет накоплен им в положительный полупериод и тем
больше времени потребуется для его разрядки. А это значит, что увеличе-
ние емкости конденсатора приводит к уменьшению пульсаций.
Отношение амплитуды пульсаций напряжения Un к среднему значению
выпрямленного напряжения Uo называют коэффициентом пульса-
ций КР. Из графиков на рис. 7.9 видно, что подключение к выходу
выпрямителя конденсатора приводит к уменьшению коэффициента пуль-
саций выпрямленного напряжения.
Однополупериодный выпрямитель прост по конструкции, однако обла-
дает наименьшим по сравнению с другими видами выпрямителей коэффи-
циентом полезного действия (КПД) и повышенными пульсациями
выпрямленного напряжения. Амплитуда пульсаций значительно увеличи-
вается при возрастании тока нагрузки, так как при этом увеличивается
разрядный ток конденсатора С. Поэтому однополупериодные выпрямите-
ли с емкостным фильтром используются для питания маломощных при-
емников и других устройств с малым током потребления.
Двухполупериодные выпрямители
Для питания радиоаппаратуры чаще всего используются выпрямители,
работающие по двухполупериодной схеме. В одном из таких двухполупе-
риодных выпрямителей (рис. 7.10, а) применяется средний вывод от
вторичной обмотки трансформатора. Выпрямительные диоды VD1 и VD2
подключены к концам вторичной обмотки. Такой выпрямитель предста-
вляет собой как бы два однополупериодных выпрямителя, работающих на
общую нагрузку Дн и фильтр С.
Действительно, когда на верхнем конце вторичной обмотки возникает
положительное напряжение (положительный полупериод), на нижнем
конце вторичной обмотки образуется отрицательное напряжение
(отрицательный полупериод) (рис. 7.10, б). Поэтому диод VD1 будет от-
крыт, a VD2 закрыт, и ток нагрузки создается напряжением верхней
половины вторичной обмотки трансформатора.
В следующий полупериод напряжение на верхнем конце вторичной
обмотки трансформатора окажется отрицательным, а на нижнем — поло-
жительным. Диод VD1 будет закрыт, a VD2 — открыт, ток нагрузки
вырабатывается нижней половиной Пб вторичной обмотки трансформа-
тора (рис. 7.10, в). Таким образом, в данной схеме диоды VD1 и VD2
работают поочередно, и процесс выпрямления переменного тока идет
непрерывно.
На рис. 7.11 приведены графики напряжения и тока двухполупериод-
ного выпрямителя. Частота пульсаций на выходе такого выпрямителя
в 2 раза больше, чем в однополупериодном выпрямителе. Это приводит
к увеличению выпрямленного тока, что облегчает задачу сглаживания
пульсаций, так как уменьшается время, в течение которого происходит
разрядка конденсатора фильтра.
Коэффициент пульсаций в такой схеме оказывается в 2 раза меньше,
чем в схеме однополупериодного выпрямителя.
145
Чаще всего двухполупериодный выпрямитель выполняют но мостовой
схеме (рис. 7.12). При этом приходится использовать не два, а четыре
диода. Но зато трансформатор для такого выпрямителя изготовить проще:
не надо делать дополнительного вывода от середины вторичной обмотки,
и сама вторичная обмотка содержит в 2 раза меньшее число витков.
Когда на верхнем конце вторичной обмотки образуется положительный
иолупериод («+»), а на нижнем —отрицательный (« — »)?ток протекает
Рис 7.11 Графики напряжений и токов двухполупериодпого выпрямителя со
средней точкой:
а напряжение на обмотке а-б; б — ток через диод VDI и резистор Rlf в первый полупернод; в на-
пряжение на обмотке б-в; г — ток через диод VD2 и резистор RH во второй полупернод; д— результи-
рующее выпрямленное напряжение на резисторе RH при отключенном конденсаторе С; е — результи-
рующее выпрямленное напряжение на резисторе RH при подключенном конденсаторе С
а 5
Рис. 7.12. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя
146
через диоды VD2 VD3 и нагрузку (рис. 7.12, а). Диоды VD1 и VD4 при
з>том закрыты. В следующий полупериод переменного напряжения на
верхнем конце вторичной обмотки создается отрицательное напряжение,
а на нижнем — положительное (рис. 7.12, б), и ток протекает через диоды
VD1, VD4 и нагрузку Rn, а диоды VD2 и VD3 закрыты.
Выбор диодов для выпрямителя
Диоды для выпрямителя выбирают по двум основным параметрам
постоянному (выпрямленному) току, который должен давать выпрями-
тель, и обратному напряжению. Эти параметры выпрямительных диодов
всегда приводятся в справочниках.
Выпрямленный ток диода должен быть не меньше полного тока, потре-
бляемого нагрузкой Чтобы в процессе работы диоды меньше нагревались,
желательно применять такие из них, у которых выпрямленный ток был бы
в 2...3 раза больше, чем требуемый.
В течение отрицательного полупериода, соответствующего закрытому
состоянию диоДа, к выпрямительному диоду прикладывается обратное
напряжение. Оно складывается из напряжения, действующего на вторич-
ной обмотке, и напряжения на конденсаторе, подключенном к выходу вы-
прямителя. Так как при малых токах нагрузки конденсатор заряжается
до напряжения, почти равного амплитудному на вторичной обмотке,
можно считать, что максимальное обратное напряжение, прикладываемое
к диоду, равно удвоенному амплитудному напряжению вторичной обмот-
ки Например, если напряжение вторичной обмотки составляет 30 В, то
амплитудное напряжение д/^Г-30 —42 В. Диод, использованный в таком
выпрямителе, должен иметь допустимое обратное напряжение не менее
84 В
Конструкция силовых трансформаторов
Силовой трансформатор предназначен для преобразования перемен-
ного сетевого напряжения в переменное напряжение той же частоты
(50 Гц),.но с другой амплитудой. Он является основной частью блока
питания и состоит из сердечника, или магнитопровода, выполненного
из набора тонких пластин из специальной трансформаторной стали тол-
щиной 0,35...0,5 мм, и каркаса, на котором размещаются обмотки из мед-
ного изолированного провода.
Пластины, образующие сердечник, собираются встык без зазора и
сжимаются стальной обоймой или четырьмя винтами с гайками. Если
пластины плохо сжаты, то при работе трансформатора будет слышно
«гудение».
Сердечники могут быть броневые (рис 7.13, а), стержневые
(рис. 7.13, 6} и ленточные. Броневой сердечник изготовляется из Ш-образ-
ных плащип. 1\аркас с облшп<ами у гакии еерде лю ........... • нг
среднем стержне, называемом иногда керном Стержневые сердечники
набираются из П-образных пластин, обмотки располагаются на одном
(рис. 7.13, в) или на двух стержнях (рис. 7.13, г). Выводы обмоток
147
пропускаются через отверстия проделанные в верхней и нижней стенах
каркаса, называемых щечками. Чтобы не произошло случайного обрыва
проводов, к щечкам крепятся лепестки, к которым припаиваются выводы.
Если трансформатор предназначается для включения в электрическую
сеть с напряжением НО, 127 или 220 В, первичная (сетевая) обмотка
состоит из одной обмотки с двумя дополнительными отводами
(рис. 7.14, а) либо из двух одинаковых обмоток с одним отводом в
каждой из них (рис. 7.14, б). Во втором случае выводы от первичных
обмогок припаиваются к лепесткам октального (восьмиштырькового)
цоколя и переключаются на нужное напряжение сети с помощью фишки
(например, цоколя от радиолампы). В зависимости от положения фишки
обмотки включаются так, как показано на рис. 7.14, в.
Расчет силового трансформатора
Мощность переменного тока, которую трансформатор может передать
из первичной обмотки в нагрузку, подключенную ко вторичной
обмотке, зависит от площади поперечного сечения стержня, на котором
Рис. 7.14. Электрические схемы трансформаторов
148
располагаются обмотки Если вторичных обмоток несколько, полная,
или габаритная, мощность Рг трансформатора, измеряемая в вольт-
амперах (В- А), равна сумме мощностей, отдаваемых каждой вторич-
ной обмоткой, т. е.:
Рг= Pi~\~ Рз~1~ ^4+ 4* Рп-
Если ток вторичной обмотки протекает через нагрузку в каждый полу-
нериод (например, в выпрямителе, выполненном по мостовой схеме,
приведенной на рис. 7.12), то мощность этой обмотки определяется по
формуле (в В • А):
Р= UI,
где U—напряжение вторичной обмотки в вольтах (В); / — ток, про-
текающий через вторичную обмотку и нагрузку в амперах (А).
Если вторичная обмотка или каждая из ее половин работает в
течение одного полупериода переменного напряжения, что имеет место
в однополупериодном или двухполупериодном выпрямителе со средней
точкой, то мощность, отдаваемая в нагрузку этой обмоткой, определяют
по формуле (в В - А):
Р = l,7UI.
Установив габаритную мощность Рг (в В • А) трансформатора, мож-
но рассчитать площадь S поперечного сечения сердечника, на котором
размещается каркас с обмотками (в см2):
Из рис. 7.13, а видно, что 5 — ас. Зная площадь сечения S и ширину
стержня а, можно определить толщину набора (в см):
c—S/a.
Следует иметь в виду, что применять трансформатор с большей
площадью поперечного сечения сердечника можно, а с меньшей — нель-
зя, так как сердечник войдет в режим насыщения, индуктивное сопро-
тивление обмоток уменьшится, что приведет к увеличению протекающих
через них токов, перегреву трансформатора и выходу его из строя.
Зная площадь поперечного сечения 3 трансформатора, можно опреде-
лить число витков его обмоток. Прежде всего находят количество
витков, приходящееся на 1 В в первичной обмотке трансформатора:
Ш1 =48/5.
Число витков первичной обмотки UZi рассчитывается путем умно-
жения числа витков, приходящихся на I В, на напряжение сети U\:
Ц7, = (48/S)Ui.
После этого определяется число витков «2, приходящихся на 1 В во
вторичных обмотках трансформатора-
(о2 = K/S.
Коэффициент К в этой формуле зависит от мощности трансформа-
тора я его значения указаны в табл. 7.3.
7.3. Значения коэффициента К для трансформаторов
различной мощности
Рг. Вт 5...15 16...25 26...35 36...50 51...75 Более 75
К 60 56 55 54 52 50
149
Необходимое число витков Wz вторичной обмотки трансформатора,
обеспечивающей получение переменного напряжения Uz, определяется
по формуле:
Г2 = <о2б/2.
По этой формуле устанавливается число витков в каждой вторичной
обмотке.
Диаметр провода обмоток зависит от величины тока, протекающего
через них. Чем больший ток I (в А) потребляет нагрузка, подключенная
ко вторичной обмотке, тем более толстым проводом эта обмотка должна
быть выполнена. Приближенно диаметр провода d (в мм) можно опре-
делить по формуле:
сГ = 0,7~\/Z
Для расчета диаметра провода первичной обмотки сначала находят
ток протекающий в ней:
и по величине этого тока определяют диаметр провода.
Если обмотки выполнить проводом меньшего диаметра, они будут
сильно нагреваться и могут даже перегореть. Поэтому лучше применить
провод большего диаметра, но в этом случае на каркасе трансформатора
может разместиться меньшее число витков.
Изготовление силового трансформатора
Промышленность выпускает большое количество силовых трансформа-
торов, рассчитанных на получение самых различных напряжений во
вторичных обмотках. Однако, если не удается подобрать готовый транс-
форматор, его можно сделать самому.
Наиболее простой способ изготовления силового трансформатора за-
ключается в перемотке вторичных обмоток заводского трансформатора.
Для этого с трансформатора необходимо смотать все вторичные обмотки.
Но прежде необходимо определить число витков, приходящихся на 1 В
переменного напряжения во вторичных обмотках. С этой целью трансфор-
матор включают в электрическую сеть и измеряют вольтметром напря-
жения на концах вторичных обмоток. Если полученные напряжения
велики и составляют десятки и сотни вольт, помечают выводы вторичной
обмотки с наименьшим напряжением, а также выводы первичной обмотки.
Затем трансформатор аккуратно разбирают и освобождают катушку с об-
мотками. С освободившейся катушки снимают все вторичные обмотки.
При снятии вторичной обмотки с отмеченными выводами надо обязательно
сосчитать число ее витков. Зная число витков вторичной обмотки п2 и со-
здаваемое на ней напряжение U'z, определяют' число витков вторичной
обмотки о2, приходящихся на 1 вольт дгалряжения:
<о2 = U'z/nz-
Теперь остае^я намотать на кархас с нетронутой первичной обмоткой
вторичную, число витков которой рассчитывают по формуле:
Г = <о2(/2.
Такой способ переделки трансформатора применим лишь в том случае,
если исправна его первичная (сетевая) обмотка. В случае неисправности
150
сетевой обмотки трансформатор следует изготовить заново, используя
лишь сердечник неисправного трансформатора.
Силовой трансформатор начинают изготовлять с каркаса. Каркас
можно сделать из плотного (так называемого электролитического) кар-
тона, листового гетинакса или текстолита.
Из этого материала вырезают четыре попарно одинаковые боковые
стенки и две щечки с учетом размеров сердечника (рис. 7.15). При
выборе толщины d материала для каркаса следует исходить из того,
Рис. 7.15. Детали силового трансформатора:
а — сердечник; б — щечки; в. г — боковые стенки каркаса; д каркас в сборе
что при малой ее величине каркас получается недостаточно прочным,
а при большой уменьшается полезный объем, в котором размещают
витки обмоток. В щечках делают пропилы или сверлят отверстия, в
которые будут пропускаться выводы (отводы) обмоток. При небольшом
числе выводов их пропускают через одну щечку, если же выводов мно-
го — через обе.
Концы боковых стенок вставляют в отверстия щечек, расправляют
(при этом выступы одних боковых стенок входят в вырезы других)
и с обоих торцов стенки каркаса сжимают щечками (рис. 7.15, д). Кон-
струкция каркаса получается достаточно прочной.
Затем каркас обматывают одним-двумя слоями кальки или лакоткани
и наматывают обмотки. Для ускорения намотки можно пользоваться
намоточным станком (рис. 7.16).
Поверх первичной обмотки наматывают два-три слоя лакоткани
(в крайнем случае можно использовать кальку), а потом один слой
тонкого провода для уменьшения помех, проникающих во вторичные
обмотки из сети. Один из выводов этой обмотки соединяют с шасси
(корпусом), а второй не используют. Эта обмотка выполняет роль экрана.
Экраном может служить незамкнутый (!) виток медной фольги, ширина
которой равна ширине каркаса. К фольге припаивают кусок проволоки
и соединяют его с шасси. На схеме вторичную обмотку или полоску
фольги, выполняющую роль экрана, показывают штриховой линией.
Экран, как и первичную обмотку, изолируют бумагой или лакотканью и
сверху заматывают вторичные обмотки, также изолировав друг от друга
слоем лакоткани или плотной оумаги.
Если для намотки используется сравнительно толстый провод (диа-
метром 0,5 мм и более), выводы делают тем же проводом, что и обмотку.
151
При использовании более тонкого провода к концам обмоток припаивают
гибкие многожильные проводники длиной 15...20 см, которые пропускают
в щечки каркаса. Этими же проводниками делают первый и последний
витки обмотки. Чтобы при сборке и монтаже не произошло случайного
выдергивания выводов, все их концы необходимо надежно закрепить
нитками на каркасе или в месте выхода из щечки. Места пайки должны
быть изолированы лакотканью, изоляционной лентой, папиросной бума-
гой или калькой.
Рис. 7.17. Пример выпол-
нения вывода обмотки
Рис. 7.16. Простейший намо-
точный станок
Наматывая катушку, надо следить за тем, чтобы крайние витки ее
из одного слоя не попадали в другой, так как это может привести к
пробою между витками, их замыканию и выходу трансформатора из
строя. Во избежание этого надо наматывать слои, отступив от краев кар-
каса (щечек) на 3. 4 мм, а прокладки из бумаги между слоями обмотки
класть вплотную.к щечкам каркаса.
Если требуется сделать вывод от середины катушки, его обычно
выполняют в виде петли (рис. 7.17).
Намотанную катушку желательно пропитать расплавленным парафи-
ном, воском или стеарином и обернуть одним-двумя слоями лакоткани
или плотной бумаги. После этого ее заполняют пластинами трансфор-
маторного железа. Если предполагается стягивать пластины винтами, то
их нужно вставлять в отверстие каркаса «вперекрышку», т. е. поочередно
с одной и с другой стороны каркаса. Образующиеся с торцов сер-
дечника пустоты между пластинами заполняют узкими полосками,
затем в отверстия в пластинах вставляют винты и стягивают сердечник
гайками.
Если для стягивания пластин используется стальная обойма, пластины
можно вставлять в каркас с одной стороны. Для образования замкнутого
магнитопровода узкие пластинки собирают вместе и с помощью обоймы
плотно прижимают к торцам Ш-образных пластин. Чтобы уменьшить
создаваемые трансформатором наводки на цепи приемника или другого
устройства, трансформатор помещают в металлический кожух, который
электрически соединяется с шасси и выполняет роль экрана. Проделав
отверстия в кожухе трансформатора, улучшают отвод тепла от него.
Готовый силовой трансформатор необходимо проверить следующим
образом: с помощью изолированны*..проводников первичную обмогку
подключить к сетевому напряжениями вольтметром переменного тока из-
мерить напряжения на вторичных обмотках. В случае гудения трансфор-
матора необходимо более плотно сжать его пластины.
152
3 СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
Сглаживающие RC-фильтры
Фильтры используются для сглаживания пульсаций выпрямленного
напряжения. Простейшим фильтром является конденсатор большой емко-
сти, подключаемый к выходу выпрямителя. Обычно в качестве такового
используют оксидные (электролитические) конденсаторы емкостью от
нескольких десятков до нескольких тысяч микрофарад.
Однако степень сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения
емкостным фильтром при больших токах нагрузки оказывается недоста-
точной.
Для повышения уровня сглаживания пульсаций выпрямленного на-
пряжения к выходу выпрямителя подключают более сложные фильтры,
в состав которых помимо конденсаторов входят резисторы, дроссели,
электронные лампы или транзисторы. Чтобы определить, какой фильтр
лучше, вводят специальный параметр — коэффициент сглажива-
ния. Он рассчитывается как отношение коэффициента пульсаций на вы-
ходе фильтра (КРвых) к коэффициенту пульсаций на его входе (КРвх):
Кс= KPatJKP^
Наиболее простым является I -образный реостатно-емкостный фильтр,
состоящий из резистора R1 и конденсатора Сф/ (рис. 7.18, а). На ри-
сунке показан также конденсатор С1 включенный на выходе выпрямите-
ля. О назначении этого конденсатора сказано в предыдущем параграфе.
Резистор R1 и конденсатор Сф/ образуют делитель напряжения
пульсаций, возникающих на выходе выпрямителя (конденсатора С1).
Во сколько раз сопротивление конденсатора Сф/ меньше сопротивления
резистора R1 току пульсаций, во столько же раз напряжение пульсаций
па конденсаторе Сф/ будет меньше, чем напряжение пульсаций
на конденсаторе С1.
Уменьшить напряжение пульсаций на нагрузке при заданной емкости
конденсатора ,СФ/ можно путем увеличения сопротивления резистора
R1. Но поскольку через R1 протекает постоянная составляющая вы-
прямленного тока, на резисторе теряется часть выпрямленного напря-
жения, и напряжение на нагрузке (на конденсаторе Сф/) оказывается
меньше, чем напряжение на выходе выпрямителя (на конденсаторе С/).
Если коэффициент сглаживания однозвенного /?С-фильтра недостато-
чен, т. е. амплитуда пульсаций в выпрямленном напряжении слишком
велика, применяют двухзвенный /?С-фильтр (рис. 7.18, б). В таком фильт-
ре общий коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов
сглаживания отдельных звеньев RlC^l и R2C$2.
R1
R1 R2
Jm выпря-, гм
жителя ц=
+_0ср1 К
т- нагрузке
о----—l
От Оыаря-А- 01
мителя Т
о--------
о
tLfm/ К
~ “Г нагрузке
-4-------------о
5
Рис. 7.18. Сглаживающие RC — фильтры:
а однозвенный; б — двухзвенный
153
Сглаживающие LC-фильтры
Для увеличения КПД и уменьшения потерь выпрямленного напря-
жения на элементах фильтра широко применяются индуктивно-
емкостные (ЛС) фильтры. На рис. 7.19, а изображен однозвенный Г-образ-
ный LC-фильтр, состоящий из дросселя Др1 и конденсатора Сф/. Этот
фильтр отличается от однозвенного /?С-фильтра тем, что резистор R1
заменен дросселем Др1 Дроссель обладает большим сопротивлением
От Оьтря-_+ ri
Мишеля т
№________
---------о +
К
-Iг нагрузке
—Др1—Др2
От выпрями 4_Сф1 +L0cp2 Д'
Мишеля ~г т ' т нагрц
нагрузке
---о —
5
Рис. 7.19. Сглаживающие LC — фильт-
ры:
а - однозвенный; б — двухзвснный
Рис. 7.20. Сглаживающий LC — фильтр
с резонансным контуром
переменному току и малым сопротивлением постоянному току. В ре-
зультате напряжение пульсаций, имеющихся на выходе выпрямителя,
перераспределяется на делителе Др1Сф/ таким образом, что основная
его часть падает на дросселе и несущественная — на конденсаторе
Сф/. В то же время из-за малого сопротивления дросселя постоянному
току напряжение на выходе фильтра будет мало отличаться от напря-
жения на выходе выпрямителя, т. е. КПД LC-фильтра оказывается
выше, чем КПД /?С-фильтра.
Для увеличения коэффициента сглаживания можно последовательно
с одним звеном LC-фильтра включить точно такое же второе звено.
Схема двухзвенного LC-фильтра дана на рис. 7.19, б.
Уменьшить напряжение пульсаций на выходе однозвенного LC-фильт-
ра можно также, если параллельно дросселю Др1 включить бумажный
конденсатор С2 (рис. 7.20), который вместе с индуктивностью дросселя
Др1 образует параллельный колебательный контур. Сопротивление
контура на резонансной частоте значительно выше сопротивления дрос-
селя. Поэтому, если емкость конденсатора С2 выбрать такой, чтобы
резонансная частота контура С2Др1 равнялась частоте пульсаций (50 Гц
при однополупериодном выпрямлении или 100 Гц при двухполупериод-
ном выпрямлении), большая часть напряжения пульсаций выделится
в этом контуре и незначительная пойдет в нагрузку.
Сглаживающие транзисторные фильтры
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения в несколь-
ко единиц или десятков вольт широко применяются фильтры с тран-
зисторами. Одна из схем такого фильтра показана на рис. 7.21, а.
154
Для пояснения принципа работы этой схемы напомним, что если на-
пряжение базы транзистора (в данном случае на резисторе R2) уве-
личивается по отношению к напряжению эмиттера, то ток, протекающий
через транзистор, уменьшается. Уменьшение тока равносильно увели-
чению сопротивления транзистора. Если на вход фильтра поступает
постоянное напряжение, то напряжение между эмиттером и базой также
будет постоянным, и, значит, постоянным будет напряжение на выходе
фильтра. При наличии пульсаций в выпрямленном напряжении (на
Рис. 7.21. Схемы транзисторных фильтров
зажимах 1—1) на резисторе R1 создается также пульсирующее напряже-
ние. При увеличении напряжения на входе фильтра повышается
и напряжение на резисторе R1 Это приращение напряжения через
конденсатор С2 подается на базу. Напряжение базы возрастает, что
приводит к увеличению сопротивления транзистора. Возрастание сопро-
тивления транзистора вызывает уменьшение изменения тока в цепи.
И наоборот, при уменьшении напряжения на входе фильтра снижается
и напряжение на резисторе R1. Это уменьшение напряжения передается
на базу транзистора и снижает его сопротивление. Таким образом,
данная схема как бы следит за всеми быстрыми изменениями
напряжения на ее входе и регулирует сопротивление транзистора про-
ходящему через него току так, что выходное напряжение фильтра
изменяется значительно меньше, чем напряжение на его входе.
Недостатком данной схемы является то, что часть напряжения бес-
полезно тратится на резисторе R1, вследствие чего напряжение на выходе
фильтра оказывается меньшим, чем на входе. Поэтому чаще применяют
другую схему транзисторного фильтра (рис. 7.21, б). Сглаживание
пульсаций в ней происходит за счет различий в сопротивлениях
транзистора для постоянного и переменного (пульсирующего) токов:
сопротивление транзистора переменному току в тысячу и даже десятки
тысяч раз больше, чем постоянному току. Вследствие этого постоянная
составляющая напряжения передается через такой фильтр почти
без ослабления, в то время как переменная составляющая (пульсации)
чуть ли не вся выделяется на транзисторе и на выход фильтра едва
поступает.
Выбор конденсаторов сглаживающих фильтров
Как уже огмечалось, чем больше емкость конденсатора, тем он
лучше сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, поэтому в
фильтрах применяют электролитические конденсаторы, обладающие при
155
малых габаритах и весе большой емкостью. Емкость конденсатора фильт-
ра может составлять десятки, сотни и даже тысячи микрофарад (мкФ).
Чем больший ток потребляет нагрузка, тем большую емкость должны
иметь конденсаторы фильтра. Для получения значительной емкости вме-
сто одного конденсатора можно применять несколько параллельно вклю-
ченных.
Другим важным параметром, по которому выбираются конденсаторы
фильтра, является его рабочее напряжение, которое не должно быть
меньше, чем выпрямленное напряжение. Если, например, выпрямленное
напряжение составляет 30 В, а для его фильтрации используется элек-
тролитический конденсатор с рабочим напряжением 25 В, может произой-
ти пробой конденсатора, в результате чего его сопротивление упадет
почти до нуля и последует короткое замыкание выходной цепи
выпрямителя, которое вызовет резкое увеличение тока, протекающего
через диоды и вторичную обмотку трансформатора.
При увеличении тока возможны выход из строя выпрямительных
диодов или перегорание вторичной (или даже первичной) обмотки транс-
форматора.
7.4. ЭЛЕКТРОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Назначение и виды стабилизаторов напряжения
В промышленной сети напряжение не постоянно в течение суток:
в зависимости от потребления энергии промышленными предприятиями,
электрическим транспортом и расхода в наших квартирах напряжение
в сети то возрастает, то убывает. Следовательно, при питании аппара-
туры от этой сети будет изменяться напряжение и на обмотках
трансформатора, а значит, и на выходах выпрямителя и фильтра. Если
колебания напряжения сети составляют ± 10 %, то в таких же пределах
изменяется и величина выпрямленного напряжения. При изменении
питающего напряжения нарушается режим работы электронных при-
боров (транзисторов, электронных ламп), что приводит к ухудшению
параметров всего устройства. Например, в радиоприемнике при изменении
режима работы транзисторов могут возникнуть сильные искажения звука,
хрипы, гудение Такие же явления наблюдаются в неп( при питании
от химических источников тока, напряжение которых по мере разрядки
уменьшается. Чтобы этого не происходило, напряжение питания электрон-
ных устройств часто стабилизируют. Здесь возможны два способа:
стабилизация переменного напряжения на входе силового трансформа-
тора или стабилизация выпрямленного напряжения. В первом случае
применяют специальные феррорезонансные стабилизаторы. Их недостат-
ками являются большие габариты и вес. Чаще прибегают к стабилиза-
ции выпрямленного напряжения, осуществляемой с помощью электрон-
ных стабилизаторов.
156
Самый простой электронный стабилизатор напряжения
Простейшим таким прибором является стабилизатор на кремниевом
стабилитроне, о котором уже говорилось на с. 60. Вспомним, что для
нормальной работы такого стабилизатора необходимо, чтобы ток /ст,
протекающий через стабилитрон, не был меньше, чем /ст. мин, и больше,
чем /ст. макс (см. рис. 3.11). При изменении тока, протекающего через
стабилитрон в этих пределах, на нем и на подключенной параллельно
a f
Рис. 7.22. Схема простейшего стабилизатора напряжения (а) и делите-
ля (б), образованного балластным резистором /?1 и дифференциальным
сопротивлением стабилитрона
•
ему нагрузке /?„ напряжение, называемое напряжением стабилизации
UCT, стабилитрона, будет оставаться постоянным. Однако для стабилитро-
нов одного и того же типа это напряжение будет неодинаковым. Поэто-
му в справочниках приводятся обычно минимальная и максимальная
границы значений напряжения или указывается номинальное напряжение
стабилизации (7СТ и его допустимый разброс АСст-
Если напряжение Свх, поступающее на вход стабилизатора (рис.
7.22, а), в процессе работы может изменяться от некоторого наимень-
шего значения Свх. мин до наибольшего Свх. макс, то при неизменном на-
пряжении на стабилитроне все изменения входного напряжения должны
гаситься на резисторе R1. Поэтому резистор R] называют гасящим,
или балластным. Чтобы при этом изменения тока, протекающего через
стабилитрон, не выходили за пределы, ограниченные значениями /ст.мин и
/ст.макс, нужно правильно рассчитать сопротивление этого резистора.
Отношение относительного изменения напряжения на входе стабили
затора (А(/пх/Свх) к относительному изменению напряжения на его
выходе (АСВЬ1Х/СВЬ1Х) называют коэ ф ф и ц и е н то м стабилизации
( Act) -
Следовательно,
д. АСцх А Свых АСвх^7вых АСвхСст
свх ' Свых “ АСВЫХСВХ ~ АСВЫХСВХ-
Стабилизатор на кремниевом стабилитроне имеет еще одно свой-
ство. Дело в том, что стабилитрон обладает очень малым сопротив-
лением переменному (пульсирующему) току, называемым дифферен-
циальным сопротивлением — гдст. Чем круче характеристика в
области пробоя, тем меньше дифференциальное сопротивление табили-
трона. Для большинства маломощных стабилитронов гдст=5...15 Ом.
Вместе с резистором R1 дифференциальное сопротивление стабилитрона
157
образует делитель (рис 7.22,6) между плечами пиюрого распределяю! ся
как постоянная составляющая выпрямленного напряжения, так и его
пульсации. Если амплитуду пульсаций на входе стабилизатора обозна-
чить через (/п.вх» а на выходе — через t/„.BbIX, то в соответствии с
рис 7.22, б получим
г/ — —-----------,
П.ВЫХ О / I , ЛС1
KI -р г д ст
Так как f\cr<^RJ, то ra^r/{Rl + гдст) <1.и оказывается, что С'ПЬЫХС
^П.ПХ-
Снижение пульсаций в выходном напряжении свидетельствует об
уменьшении коэффициента пульсаций. Таким образом, простейший ста-
билизатор помимо стабилизации выходного напряжения осуществляет
сглаживание пульсаций в выходном напряжении.
Важным параметром стабилизатора является его выходное со-
противление (У?вых), которое определяется как отношение измене-
ния выходного напряжения стабилизатора к изменению тока нагрузки
(Д/н) при неизменном входном напряжении:
Rbmx = A U вых /ЛЛ|-
Для простейшего стабилизатора /?вых^гдст
Транзисторные стабилизаторы напряжения
Рассмотренный стабилизатор напряжения на кремниевом стабилигро
не имеет простое устройство, малое количество деталей и с успехом
может применяться тогда, когда ток нагрузки не превышает среднего
значения тока, протекающего через стабилитрон и находящегося в пре-
делах между /ст.мин и /ст.макс- При использовании стабилитронов типа
Д808...Д814 ток нагрузки не должен превышать 20...30 мА. При больших
токах нагрузки необходимы более мощные стабилитроны. Недостатком
простейшего стабилизатора на кремниевом стабилитроне является потеря
части напряжения на ограничительном резисторе R1, что приводит к сни-
жению КПД стабилизатора. Кроме того, у этого стабилизатора сравни-
тельно небольшой коэффициент стабилизации и значительное выходное
сопротивление. Поэтому во всех случаях, когда требуется получить стаби-
лизированное напряжение на нагрузке при большом токе, протекающем
через нее, применяют транзисторные стабилизаторы напряжения. В каче-
стве такового без существенного увеличения числа элементов и усложне-
ния схемы используют транзисторный фильтр со своеобразной следящей
системой, которая в зависимости от изменения напряжения на входе
фильтра или на его выходе за счет изменения тока нагрузки изменяет
сопротивление транзистора таким образом, что напряжение на выходе
этого фильтра — стабилизатора остается неизменным.
Схема транзисторного стабилизатора напряжения изображена на
рис. 7.23, а. В нее входит рассмотренный уже стабилизатор на крем пи-
вом «л атрне ГО ограничите । 1ым ректором R1 Нагрузкой
стабилизатора служит базовая цепь транзистора VT, в эмиттерную цепь
которого включена основная нагрузка
Эмиттсрный и коллекторный токи транзистора в десятки раз пре-
15b
вышают ток базы, причем /э«/к. Поэтому при токах базы, равных
единицам миллиампер, в коллекторной и эмиттерной цепях протекают
токи, измеряемые десятками и сотнями миллиампер (мА). Например,
если статический коэффициент передачи тока базы /г21Е=60, то при
токе базы /б=5 мА ток коллектора /к=/?2ie/b= 5 • 60= 300 мА,
а ток эмиттера /э=/К + /Б= 5+300 = 305 мА.
Рассмотрим работу транзисторного стабилизатора. Из рис. 7.23, а
видно, что напряжение на нагрузке ((7„) отличается от напряжения
Рис. 7.23. Схемы транзисторных стабилизаторов напряжения
на стабилитроне (t/CT) на величину падения напряжения на эмиттерном
переходе и^э транзистора VT2, т. е. (JH= UCT—(7Эб- Если напряжение
на входе стабилизатора увеличится, оно сразу передастся и на
его выход, что приведет к увеличению тока, протекающего через на-
грузку /н, и напряжения UH. Поскольку напряжение на стабилитроне
практически не изменяется, возрастание напряжения на нагрузке вызовет
уменьшение напряжения (7эб. тока базы транзистора VT и увеличение
сопротивления перехода коллектор — эмиттер Вследствие увеличения со-
противления перехода коллектор—эмиттер на этом переходе будет
большее падение напряжения, что повлечет за собой уменьшение на-
пряжения па нагрузке. При уменьшении входного напряжения, наоборот,
напряжение 6'эб повысится, что повлечет за собой увеличение тока
базы, уменьшение сопротивления перехода коллектор — эмиттер и напря-
жения на этом переходе.
Таким образом, в рассматриваемом стабилизаторе напряжения тран-
зистор VT совместно с сопротивлением нагрузки /?н образует делитель
входного напряжения, причем сопротивление транзистора изменяется так,
что компенсируются всякие изменения входного напряжения. Такой ста-
билизатор называют компенсационным, а транзистор VT с изменяющимся
сопротивлением коллекторного перехода — регулирующим.
Выходное сопротивление этого стабилизатора составляет несколько
ом, а коэффициент стабилизации примерно такой же, как у простейшего
стабилизатора, выполненного на резисторе R1 и стабилитроне VD.
Но так как ток нагрузки через ограничительный резистор не протекает,
а сопротивление постоянному току перехода коллектор — эмиттер транзи-
стора VT мало, стабилизатор напряжения ни ipHnonciupc обладает более
высоким КПД по сравнению со стабилизатором на кремниевом стабилит-
роне. Если вместо VT использовать составной транзистор, состоящий
159
из маломощного транзистора VT1 и транзистора большой мощности VT2
(рис. 7.23, б), то можно осуществить эффективную стабилизацию на-
пряжения при токах, протекающих через нагрузку, измеряемых амперами.
При таком включении VT1 и VT2 в качестве тока базы мощного
транзистора VT2 используется ток эмиттера маломощного (или средней
мощности) транзистора VT1, а током нагрузки стабилитрона VD является
ток базы VT1, который в десятки раз меньше тока базы VT2.
Важной особенностью транзисторных стабилизаторов напряжения
является еще следующее. Напряжение на нагрузке Uu отличается от
Рис. 7.24. Схема транзисторного мощ-
ного регулируемого стабилизатора на-
пряжения
напряжения стабилизации кремниевого стабилитрона £/ст на величину
падения напряжения на переходе эмиттер — база t/эь транзистора VT
(рис. 7.23, а), т. е. UH= UCT — ^7эб- Для германиевых транзисторов напря-
жение £7эб составляет всего 0,2...0,5 В, а для кремниевых — не более I В.
Поэтому если вместо стабилитрона VD взять стабилитрон с другим
напряжением стабилизации, то изменится и напряжение на нагрузке. Это
позволяет создавать регулируемые стабилизаторы напряжения Одна из
схем такого стабилизатора дана на рис..7.23, в. В ней кроме ограничитель-
ного резистора R1 используется дополнительный переменный резистор
RycT, подключаемый параллельно стабилитрону VD. Напряжение на на-
грузке Uti вместе с напряжением на переходе эмиттер — база (/Эб транзи-
стора VT равно напряжению UyCT, снимаемому с переменного резистора
/?уст, Т. е. £/н+^эб= ^уст, откуда следует: £/и= Суст — t/эв- .
При перемещении движка переменного резистора /?усг будет изменять-
ся снимаемое с него напряжение и, следовательно, напряжение на на-
грузке UH. Таким способом можно регулировать напряжение на нагрузке
от нуля до значения, равного напряжению стабилизации стабилитрона
VD (точнее, до значения 17Ст — t/эв)-
Если ток базы регулирующего транзистора VT1 велик, в стабилизатор
вводят дополнительный усилитель постоянного тока. Одна из схем такого
стабилизатора приведена на рис. 7.24. Напряжение, подаваемое с движка
потенциометра R3 на базу транзистора VT2, на котором выполнен
дополнительный усилитель постоянного тока, называется напряжением
обратной связи ((7ОС). Из рисунка видно, что U0Q= U„Uэб- Ток,
протекающий через потенциометр R3, не должен превышать 10... 15 мА.
Сопротивление резистора R1 обычно составляет несколько килоом.
Коэффициент стабилизации стабипизатора около 100 а выходное со-
противление составляет десятые доли ома.
Расчет компенсационного стабилизатора напряжения начинают с вы-
бора регулирующего транзистора VT1 Максимально допустимое его
160
напряжение Икэ.макс должно превышать наибольшее напряжение на входе
стабилизатора (С'вх.макс), а максимально допустимый ток коллектора
^к.макс — быть больше предельного значения тока нагрузки.
Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором VT1, определя-
ется по формуле:
£>макс== (^вх.макс ^вых)^н. макс-
Значение этой мощности должно составлять не более 75 % от макси-
мально допустимой мощности /Д макс, приводимой в справочнике. Если
это условие невыполнимо, необходимо выбрать другой транзистор — с
большим значением макс-
Определив по справочнику для выбранного транзистора VT1 мини-
мальное значение статического коэффициента передачи тока базы /i2ie,
рассчитывают максимальный ток базы, соответствующий максимальному
току нагрузки:
7б. макс= макс/^21Е-
Поскольку ток /б. макс транзистора VT1 является током нагрузки
простейшего стабилизатора, состоящего из резистора R1 и стабилитрона
VD, то по его значению находят сопротивление резистора R1 по условию:
(^вх макс ^ст . мин)/^ст. макс ^Р1^((/вх МИИ-ПС, мин)/(/
СТ МИИ +
“Е Л>. макс) •
Сопротивление резистора R2 можно определить по формуле:
R2=UWJ1K (0,05-0,1).
Для нормальной работы стабилизатора требуется, чтобы напряжение
на переходе коллектор — эмиттер транзистора VT1 было не менее 1 В,
если транзистор VT1 германиевый, и не менее 3 В — если кремниевый.
8. УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ
Назначение и виды усилителей
Как уже говорилось, высокочастотное электромагнитное поле, излу-
чаемое антенной передающей радиостанции, создает в приемной антенне
и входном колебательном контуре высокочастотное переменное напря-
жение очень малой амплитуды. Если выделить из этого напряжения
полезные сигналы звуковой частоты с помощью детектора, то, исполь-
зуя головные телефоны (наушники), можно услышать музыку или голос
диктора. Если же передающая радиостанция находится далеко или
мощность ее небольшая, то даже с наушниками ничего нельзя услы-
шать. Поэтому одним из основных элементов любого радиоприемника
является усилитель.
По назначению различают усилители напряжения, тока и мощности,
по виду нагрузки — резисторные, резонансные, трансформаторные, дрос-
сельные и т. д.
В зависимости от области рабочих частот усилители бывают низкой
6- Галкин В.И
(звуковой) частоты (от 20...30 Гц до 20 кГц), высокой (свыше
100 кГц) и постоянного тока, предназначенные для усиления постоян-
ных и медленно изменяющихся напряжений и токов.
Основные параметры электронных усилителей
Свойства усилителей во многом определяются областью их приме-
нения. Чтобы судить о возможности использования конкретного уси-
лителя в том или ином электронном устройстве, необходимо знать его
основные параметры. К ним кроме коэффициента усиления относятся
чувствительность, выходная мощность, диапазон усиливаемых частот,
входное и выходное сопротивления, коэффициент нелинейных искажений
и некоторые другие.
Выходной является мощность, отдаваемая усилителем в нагруз-
ку. Различают номинальную и максимальную выходную мощность. Но-
минальной (РНом) называют такую наибольшую выходную мощ-
ность, при которой искажения усиливаемого сигнала не превышают
некоторого оговоренного заранее значения (обычно 3...5 %). С возра-
станием выходной мощности увеличиваются и искажения усиливаемого
сигнала. Наибольшую мощность, которую можно получить от усилителя
при уровне искажений усиливаемого сигнала до 10 %, называют
максимальной (Рмакс)- Максимальная выходная мощность может
в 2... 10 раз превышать номинальную.
Чувствительностью усилителя называют напряжение низко-
частотного сигнала в милливольтах или микровольтах, подаваемого на
его вход, при котором усилитель отдаст в нагрузку номинальную мощ-
ность. Чем меньше это входное напряжение, тем выше чувствитель-
ность. Например, усилитель, на который сигнал подается от микро-
фона, должен обладать чувствительностью 1...2 мВ, а для усилителя,
воспроизводящего грамзаписи от пьезоэлектрических звукоснимателей,
достаточна чувствительность 100...200 мВ.
Диапазон усиливаемых частот — это область рабочих ча-
стот усилителя, в границах которой его коэффициент усиления изме-
няется в пределах, заданных техническими условиями.
Усилитель по-разному усиливает электрические колебания различных
частот. График зависимости коэффициента усиления от частоты усиливае-
мых сигналов называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ)
усилителя (рис. 8.1). Диапазон частот А/7, в пределах которого коэффи-
циент усиления уменьшается не более, чем в 0,7 раз от максимального
значения, называют полосой пропускания усилителя. По значению
полосы пропускания усилители подразделяются на широкополосные и
узкополосные. Ширина полосы пропускания зависит от вида нагрузки.
Узкополосные усилители в качестве коллекторной нагрузки обычно имеют
колебательный контур и называются резонансными или избирательными.
Такие усилители широко применяются в супергетеродинных радиоприем-
никах для выдепения из множества сигналов, принятых антенной, сиг
налов нужной радиостанции.
Входное сопротивление — сопротивление переменному току,
протекающему между входными зажимами усилителя. Оно зависит от
162
схемы усилителя, частоты переменного входного напряжения, его ампли-
туды и некоторых других факторов.
Выходное сопротивление характеризует внутреннее сопро-
тивление усилителя переменному току.
От правильного выбора входного и выходного сопротивления во
многом зависят входная и выходная мощность усилителя и работа
всего устройства.
Рис. 8.1. Амплитудно-частотные характеристики усилителей:
а — постоянного тока; б низкой чаоготы; в — резонансного
Коэффициент нелинейных искажений, называемый ино-
гда коэффициентом гармоник, отображает уровень нелинейных искаже-
ний усилителя. Усилитель не является линейным элементом, поэтому при
поступлении на его вход гармонического сигнала, изменяющегося с ча-
стотой fi, в выходном сигнале возникнут дополнительные составляю-
щие с частотами f2=2fi, f3=3fi и т. д. Чем больше амплитуда этих
дополнительных составляющих, тем выше коэффициент нелинейных иска-
жений усилителя. Допустимая величина вносимых усилителем нелиней-
ных искажений определяется назначением и областью применения уси-
лителя.
Человеческое ухо представляет собой высококачественный анализатор
спектра, сразу же обнаруживающий появление новых гармонических
составляющих в выходном сигнале. Оно очень чувствительно даже
к небольшим нелинейным искажениям. Поэтому в усилителях радиоаппа-
ратуры высокого качества коэффициент нелинейных искажений не должен
превышать 1 ...2 %.
’ 8.2. УСИЛИТЕЛИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Несколько опытов с биполярными транзисторами
Для проведения простых опытов нужно взять батарейку 3336 на-
пряжением 3,5 В, гальванический элемент— 1,5 В, лампочку нака-
ливания — 2,5 В. транзистор типа МП39...МП42 и постоянный рези-
стор с сопротивлением 51...ЕЮ Ой.
Прежде всего необходимо подключить лампочку к гальваническому
элементу с напряжением 1,5 В Если элемент новый, нить накала
163
лампочки едва покраснеет, а при частично разряженном элементе ее
покраснения не будет заме 1 но
Теперь к батарейке 3336 с помощью проводников следует подсоеди-
нить лампочку и транзистор, как показано на рис. 8.2, а. Чтобы при
этом не замкнуть случайно электроды (выводы) транзистора, батарейку
надо подключать через выключатель S. Базовый вывод транзистора
гибким проводником соединяется с эмитгерным выводом и включается
тумблер. Лампочка не загорается, а это значит, что в коллекторной
цепи транзистора ток через лампочку не протекает. В этом можно
убедиться, включив вместо лампочки миллиамперметр. Состояние транзи-
стора, при котором его коллекторный ток практически равен нулю, на-
зывают закрытым. На самом деле в закрытом транзисторе проте-
кает обратный ток, но он очень мал — его значение не превышает
нескольких микроампер. Для нормального горения лампочки требуется
гок в десятки тысяч раз больший — порядка 75 мА.
У закрытого транзистора сопротивление между коллектором и эмит-
тером очень большое, вследствие чего коллекторная цепь оказывается
как бы разомкнутой. Поэтому если с помощью вольтметра измерить
напряжение между коллектором и эмиттером, его сила будет при-
мерно такая же, как у батарейки, т. е. 3,5 В
Если выключить тумблер и между эмиттером и базой через резис-
тор R с сопротивлением 150...200 Ом подключить элемент с напря-
жением 1,5 В так, чтобы положительный полюс был соединен с эмит-
тером, а отрицательный через резистор R —с базой (рис. 8.2,6), лам-
почка загорится.
Если измерить ток, протекающий через базу транзистора, то при
R — 100 Ом он составит примерно 10 мА, а ток коллектора — около
70...80 мА, т. е. будет больше тока базы почти в 10 раз. Цепь, обра-
зованная гальваническим элементом G1 = 1,5 В, резистором R, базой
и эмиттером транзистора, называется входной, а ток, протекающий
через базу в этой схеме,— входным током. Цепь, образованная бата-
рейкой GB2= 3,5 В, лампочкой, выключателем, коллектором и эмитте-
ром транзистора, называется выходной, а ток коллектора в данной схе-
ме — выходным током.
В схеме, приведенной на рис. 8.2, а, выходного (коллекторного)
тока нет, что объясняется отсутствием входного (базового) тока. По-
явление во входной цепи тока (рис. 8.2, б) приводит к возникновению
и выходного тока. Значение входного тока определяется напряжением
гальванического элемента G1 = 1,5 В и сопротивлением резистора R,
а выходного (коллекторного) тока — напряжением батарейки GB2 — 3,5 В
и сопротивлением лампочки HL. Таким образом, путем из-
менения входного тока транзистора можно вызвать изменение и его
выходного тока. Причем изменение входного тока ог 0 до 10 мА в дан-
ном случае привело к изменению выходного тока в гораздо боль-
ших пределах: от 0 до 70...80 мА. Другими словами, с помощью
гранзисгора удалось почти в 10 раз увеличить диапазон изменения
входного тока, т. е. получить усиление по току.
Состояние транзистора, при котором через его коллектор протекает
электрический ток, называют открытым. В открытом состоянии
164
сопротивление между коллектором и эмиттером транзистора мало, по-
этому и напряжение между этими электродами в рассмотренной схеме
также незначительно: не более 1 В. Следовательно, при переходе тран-
зистора из закрытого состояния в открытое напряжение его выходного
электрода — коллектора изменяется от 3,5 до 1 В, т. е. примерно на
2,5 В. Если измерить напряжение на входе транзистора (между базой
и эмиттером), значение его не будет превышать 0,25...0,35 В. Значит.
Рис. 8.2. Схема устройства, де-
монстрирующего возможность уп-
равления коллекторным током би-
полярного транзистора путем изме-
нения тока базы
Рис. 8.3. Графики изменений на-
пряжений и токов транзистора,
включенного по схеме рис. 8.2.:
а —- напряжение между базой н эмитте-
ром; б — коллекторный ток; в напря
жение между коллектором и эмиттером
изменение напряжения на входных электродах транзистора примерно на
0,25...0,35 В вызовет гораздо большее изменение напряжения на вы
ходных электродах — на 2,5 В Таким образом, с помощью транзистора
можно получить усиление как по току, так и по напряжению, а так как
мощность электрического тока определяется в виде произведения тока
на напряжение (Р =£/•/), то в конечном итоге с помощью транзистора
можно получить усиление сигналов по мощности.
Если в схеме на рис. 8.2, б изменить полярность напряжения галь-
ванического элемента G1, т. е. на эмигтер подать «—», а на базу через
резистор R «-Т», то эмиттерный переход транзистора окажется вклю
ценным в обратном направлении, транзистор же, как и в случае с зако-
роченной базой (рис. 8.2, а), будет закрыт, и лампочка не загорится.
Через базу транзистора течет очень малый обратный ток, падение на-
пряжения, создаваемое этим током на резисторе /?, очень мало, и можно
считать, что все напряжение элемента 01 приложено между базой и
эмиттером.
Описанные изменения напряжений и токов в транзисторе можно
представить графически (рис Я 3\ Такой режим работы транзистора
называют режимом переключения, hjih ключевым рс/кп
м о м. В этом режиме транзистор поочередно переходит из открытого
состояния в закрытое и наоборот
165
Принцип работы усилителя на биполярных транзисторах
Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что
с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи
транзистора можно получить значительно большие изменения напряже-
ния или тока в его выходной цепи.
При рассмотрении статического режима работы транзистора (см.
с. 62...67) было установлено, что изменение напряжения эмиттерного
Рис. 8.4. Схема транзисторного
усилителя с фиксированным то-
ком базы
перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство тран
зистора используется для усиления электрических сигналов. Для пре-
образования изменений коллекторного тока, возникающих под действием
входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь
транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаше всего служит резистор
или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных элек-
трических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно вклю-
чить источник постоянного напряжения, называемый обычно источни-
ком смещения, с помощью которого устанавливается режим работы
транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электро-
ды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоян-
ных токов эмиттера, коллектора и базы. С применением дополнитель-
ного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса,
усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один.
В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для
питания коллекторной цепи транзистора. Одна из таких схем усилителя
показана на рис. 8.4. В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор
/?к, а используя резистор задают необходимый ток базы транзистора.
Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что
задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся
известными ток базы и напряжение 7бэ, а сопротивление резистора
Re, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:
К6= /1&. (1)
Так как Дбэ обычно составляет не более 0,2...0,3 В для герма-
ниевых транзисторов и 0.6...0.8 В — для кремниевых, а напряженир
померятся единицами или даже десятками вольт, го Т'бэ^С'к,
и можно записать:
= Gk/Ik- (2).
166
Из выражения (2/ следует, что независимо от типа транзистора VI ток
его базы будет постоянным: /б = 6к//?б- Поэтому такая схема получила
название схемы с общим эмиттером (ОЭ) и фиксированным
током базы.
Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных
токах и напряжениях его электродов называют исходным, или р е ж и
мом покоя.
Включение нагрузки в коллекторную цепь транзистора приводит
к падению напряжения на сопротивлении нагрузки, равному произве-
дению /к/?к-
В результате напряжение, действующее между"коллектором и эмит
1ером (>кэ транзистора, оказывается меньше, чем напряжение GK источ-
ника питания на величину падения напряжения на сопротивлении на-
грузки, т. е.:
Укэ — GK — IrRk- (3)
Если эту зависимость отобразить графически на семействе стати-
ческих выходных характеристик транзистора, то она будет иметь вид
прямой линии. Для ее построения достаточно определить всего две
принадлежащие ей точки (так как через две точки можно провести
только одну прямую). Каждая точка должна быть задана двумя коор-
динатами: /к и (Дэ-
Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют
вторую координату, решая уравнение (3). Прямая, построенная в соот-
ветствии с уравнением (3) на семействе статических выходных характе
ристик транзистора, называется нагрузочной прямой.
Нагрузочная прямая, показанная на рис. 8.5, а, построена для случая,
когда GK= 10 В и А\=200 Ом.
1-я точка: Д — 0; ^кэ— GK — 0RK = GK= 10 В;
2-я точка: /к=30 мА; С/кэ= 10—30- 10~3-200 = 10 — 6 = 4 В.
Если в исходном режиме (режиме покоя) ток базы равен 2 мА, этот
режим будет определяться точкой А, лежащей на нагрузочной прямой
в месте пересечения ее со статической выходной характеристикой, по-
рченной при /бо= 2 мА. При этом /ко= 20 мА; £Дэо = 5,8 В. Если пере-
нести точку А на семейство входных характеристик (рис. 8.5, б), можно
найти Дбэо- Оно равно 0,25 В.
При подаче на вход усилителя (см. рис. 8.4) переменного напря
жения с амплитудой 50 мВ (0,05 В) на оси напряжений входных харак-
теристик относительно напряжения Обэо=0,25 В откладывают по обе
стороны отрезки, соответствующие напряжению 0,05 В (рис. 8.5,6),
и из их концов восстанавливают перпендикуляры к оси (?бэ до пересечения
со статической характеристикой, на которой расположена точка А,
обозначающая режим покоя усилителя. В точках пересечения перпендику-
ляров с характеристикой проставляют буквы В и С. Таким образом,
при поступлении на вход переменного напряжения режим работы будет
7жс щ.рсделшоо! не точки!' 1, а ?. ,’ер-'М(ч’'лпнями меж iy ючками
В и С. При этом ток базы изменяется от 1 до 3 мА Другими словами,
переменное напряжение на входе усилителя приводит к появлению
переменной составляющей в его входном токе — токе базы. В данном
167
примере амплитуда переменной составляющей тока базы как видно
из рис 8.5, б, равна 1 мА.
Точки В и С можно перенести на семейство выходных характеристик
(рис. 8.5, о). Они будут находиться в местах пересечения нагрузочной
характеристики со статическими, полученными при токах базы, равных
I и 3 мА. Из этого рисунка видно, что в режиме с нагрузкой появилась
переменная составляющая коллекторного напряжения. Иначе, коллектор-
ное напряжение теперь не остается постоянным, а изменяется синхронно
Рис. 8.5. Графики напряжений и токов в транзисторном уси-
лителе, работающем в режиме А
с изменениями входного напряжения. Причем изменение коллекторного
напряжения AUjo=7,5 — 4,3=3,2 В оказывается больше изменения
входного напряжения Д£7бэ=0,3 — 0,2=0,1 В в 32 раза, т. е. получено
усиление входного напряжения в 32 раза
Поскольку напряжение источника питания GK постоянное, изменение
коллекторного напряжения равно изменению напряжения на резисторе
коллекторной нагрузки, т. е. АГ/КЭ= А/к/?к. Из этого выражения видно, что
чем больше сопротивление резистора RK, тем сильнее изменяется на нем
напряжение и тем больше будет усиление. Однако увеличивать сопротив-
ление резистора RK можно лишь до некоторого предела, превышение кото-
рого может привести даже к снижению усиления и появлению больших
искажений усиливаемого сигнала.
В усилителе, схема которого приведена на рис. 8.4, режим работы
транзистора определяется током базы, который устанавливается рези-
стором Режим работы транзистора можно также установить, подав
на его эмиттерный переход напряжение с делителя R1R2, как показано на
рис. 8.6. Ток делителя /д, протекающий через резисторы R1 и R2, вызывает
на сопротивлении резистора R2 падение напряжения, которое подается
на эмиттерный переход транзистора и смещает его в прямом направлении.
Это напряжение определяется в основном соотнотпоЧИем сопротивлений
резисторов Rl, R2 и протекающим через них током /ди почти не зависит от
типа транзистора. Поэтому такую схему иногда называют схемой с
фиксированным напряжением смещения.
1бь
Режимы работы усилителей
Рис. 8.5 характеризует работу усилителя в режиме А В этом режиме
используется прямолинейный участок ВАС входной характеристики, и
поэтому искажения сигнала при усилении оказываются незначительны-
ми. В режиме А работают усилители первых каскадов — предваритель
ные усилители, а в ряде случаев — и усилители выходных каскадов. Не-
достатком режима А усилителя является то, что при отсутствии входного
Рис. 8.6. Схема транзисторного
усилителя с фиксированным на-
пряжением базы
сигнала (в режиме покоя) через транзистор протекает ток сравнительно
большой силы (ток в точке А), в результате чего бесполезно расходуется
мощность источника питания.
Кроме режима А в усилителях используется и режим В Рабочая точ-
ка А усилителя, работающего в режиме В, выбирается на входных и
выходных характеристиках при токе /б=0. Напряжение (7бэ при этом
также равно нулю (рис. 8.7, а, в).
В режиме покоя ток базы транзистора равен нулю, а ток коллектора
очень мал, так как он определяется только обратным током /кэо-
При поступлении на вход усилителя переменного напряжения ток
базы и ток коллектора протекает лишь в течение тех полупериодов пере-
менного входного напряжения, когда эмиттерный переход транзистора
смещается в прямом направлении. Причем ток базы и ток коллектора
увеличивается (рис. 8.7, б, а), а напряжение коллектора уменьшается
(рис. 8.7, в).
169
Как следует из рис. 8.7, работа усилителя в режиме В сопровождав
ся большими искажениями формы усиливаемого сигнала Поэтому ре-
жим В не применяется в первых каскадах усиления, а используется лишь
в некоторых типах выходных каскадов.
Промежуточным между режимами А и В является режим АВ. Точка
покоя А в режиме АВ выбирается немного правее начала входной харак-
теристики (рис. 8.8, а). Благодаря этому в режиме покоя через транзистор
протекает небольшой ток базы /Б0 (рис. 8.8, б) и ток коллектора /ко (рис.
Рис. 8.8. Графики напряжений и токов в транзисторном усилителе
работающем в режиме АВ
8.8, в). При поступлении на вход усилителя переменного напряжения кол-
лекторный ток в транзисторе протекает более длительное время, чем
половина полупериода входного напряжения (рис. 8.8, г). Вследствие
этого форма выходного (коллекторного) напряжения в режиме АВ иска-
жается меньше, чем в режиме В
Влияние температуры на работу усилителя
Допустим, что усилитель выполнен по схеме, приведенной на рис. 8.4,
и работает при GK — 15 В, Rк = 500 Ом и /?6= 75 Ом. В этом случае ток базы
равен 0,2 мА, так как
/Б«бк//?б= 15/(75- 103) =0,0002,
и режим работы усилителя будет соответствовать положению точки А
(рис. 8.9, а).
При повышении температуры окружающей среды ток транзистора
увеличивается и его характеристики смещаются вверх (рис. 8.9, б, в).
Это означает, что при том же токе базы коллекторный ток оказывается
больше, чем при нормальной температуре. Одной из основных причин
возрастания коллекторного тока транзистора при повышении темпера-
туры является увеличение обратного тока /кбо. протекающего между ба-
зой и коллектором. Сам по себе обратный гок /кбо очень мал и для герма-
ниевых транзисторов при комнатной температуре составляет всего 10...
20 мкА, а для кремниевых — не бочее нескопьких микроампер, но резко
увеличивается при повышении температуры В то же время положение
нагрузочной прямой С/кэ= GK — /к/?к не изменится, поскольку величины
GK и /?к остались прежними. Не изменится также и ток базы, потому что
170
он по-прежнему определяется выражением: /Б = GK//?6 = 15/(75 • 103) =
— 0,2 мА. Однако в связи с тем, что рабочая точкаДопределяющаярежим
работы транзистора, должна находиться на пересечении нагрузочной пря-
мой со статической характеристикой, полученной при токе базы, равном
0,2 мА, смещение характеристик при увеличении температуры приведет
и к смеще'нию рабочей точки А, как показано на рис. 8.9, б и 8.9, в. Из ри-
сунков видно, что одновременно с изменением положения рабочей точки
А уменьшается размах выходного напряжения и искажается его форма.
Рис 8.9. Зависимость характеристик транзистора и выходного напряжения тран-
зисторного усилителя от температуры
Для уменьшения влияния температуры на изменение режима работы
транзистора необходимо, чтобы он имел малый обратный ток В этом от-
ношении более предпочтительными являются кремниевые транзисторы, у
которых обратный ток на порядок (т. е. примерно в 10 раз) меньше, чем
у германиевых. Однако уменьшить влияние температуры на свойства
транзистора можно и путем изменений в схеме.
Широко распространенным методом температурной стабилизации
является применение в усилителе обратных связей по постоянному току.
Одна из таких схем показана на рис. 8.10. Она отличается от схемы,
приведенной на рис. 8.6, тем, что имеет дополнительный резистор R3 в
цепи эмиттера. Введение его в схему позволяет заметно улучшить тем-
пературные свойства усилительного каскада Объясняется это тем, что
ток эмиттера, протекая через резистор А*э, создает на нем падение напря-
жения UR3— I3OR3. Так как напряжение эмиттерного перехода иъэо=
— иR2 = 0рэ,с увеличением тока эмиттера повышается и напряжение Up3.
Поскольку напряжение UR2 на резисторе R2 с увеличением температуры
практически не изменяется, возрастание напряжения приводит к
уменьшению напряжения на эмиттерном переходе. Снижение напряжения
на эмиттерном переходе вызывает уменьшение тока, протекающего через
транзистор. В результате возникновения «препятствия» изменениям тока
в транзисторе он увеличивается при повышении температуры в значитель-
но меньшей степени, чем в схемах, приведенных на рис. 8.4 и 8.6.
Напряжение, возникающее на резисторе R3 и препятствующее изме-
171
нению тока 1ранзистора, называют напряжением отрицательной обратной
связи (ООС), а резистор R3 — резистором (ЭОС, или резистором темпера-
турной стабилизации (термостабилизации)
Введение резистора R3 в эмиттерную цепь приводит к тому, что пере-
менная составляющая коллекторного тока, возникающая при подаче на
вход усилителя переменного напряжения, протекает не только через ре-
зистор коллекторной нагрузки RK, но и через резистор R3. В итоге на рези-
сторе R3 создается переменное напряжение, совпадающее по фазе с вход
С1 ‘
ивых
[ЬБЭд
\R2
^кэ
Gk
ltC2
!сэ
R1
V
а
5
Рис. 8.12. Схемы транзисторных усилителей с общей базой (а, б) и об-
щим коллектором (в)
4
%
Рис 8.10. Схема транзистор-
ного усилителя с резистором
термостабилизации в цепи эмит-
тера
ным напряжением Вследствие этого переменное напряжение на эмиттер
ном переходе становится равным (7ВХ— U рэ, т. е. имеет меньшее значение,
чем Двх, что способствует уменьшению выходного напряжения и, следо-
вательно, уменьшению коэффициента усиления усилителя. Чтобы коэф-
фициент усиления не изменялся, необходимо «воспрепятствовать» про-
теканию переменной составляющей коллекторного тока через резистор R3.
Это можно сделать, если подключить параллельно резистору R3 конденса-
тор Сэ. Конденсатор должен иметь большую емкость, чтобы его сопротив-
ление переменному току Хсэ — 1 /(2л/Сэ) было во много раз меньше сопро-
тивления резистора R3. В усилителях НЧ для этих целей часто применяют
электролитические конденсаторы, обладающие большой емкостью при
малых габаритах.
Другая схема усилителя, в котором также осуществляется темпера-
турная стабилизация режима, приведена на рис. 8.11.
Повышение температуры вызовет увеличение токов, протекающих че-
рез транзистор. При этом напряжение на резисторе RK тоже увеличится,
а напряжение коллектора вследствие этого уменьшится, потому что
/К5о = -/Л- Резистор R1 подключен между базой и коллектором
транзистора, в связи с чем ток базы пои снижение напряжения коллектора
также будет уменьшаться, иоо /цо —б>кэо/R1 Это вызовет уменьшение
токов коллектора и эмиттера, из-за чего их температурные изменения
окажутся незначительными.
172
Усилители с общей базой и общим коллектором
На рис. 8.12, а приведена схема усилителя, в котором общим электро-
дом транзистора для входной и выходной цепей является база. Такая схе-
ма включения называется схемой с общей базой (ОБ). Для смещения
эмиттерного перехода в прямом направление используется специальный
источник G3. Но можно обойтись и без него, заменив его делителем на-
пряжения, состоящим из резисторов R1 и R2, как показано на рис. 8.12, б.
Еще одним способом включения транзистора является включение по
схеме с общим коллектором (ОК). Наиболее распространенная схема
усилителя с ОК приведена на рис. 8.12, в.
Выходной сигнал снимается с резистора R3, включенного в эмиттерную
цепьтранзистора. Из рисунка видно, что Двх~ = (7бэ~+ ДВых~- Отсюда сле-
дует: ДВЫХ~=ДВХ----дбэ_
Таким образом, при включении транзистора по схеме с ОК усиления
входного сигнала по напряжению не происходит. Наоборот, амплитуда
выходного напряжения оказывается даже несколько меньше амплиту-
ды входного напряжения. Но зато в этой схеме усиливается входной си-
гнал по току, чего нет в схеме с ОБ. Поэтому в схеме с ОК происходит
усиление по мощности. Достоинством схемы с ОК является также ее боль-
шое входное и малое выходное сопротивления. Большое входное со
противление позволяет подключать такой каскад к маломощным источ-
никам сигналов и другим усилительным каскадам, имеющим большое
выходное сопротивление, не снижая их качественных показателей.
В то же время благодаря малому выходному сопротивлению усилителя
с ОК к нему можно подключать другие устройства с малым входным со-
противлением. Благодаря этим особенностям усилитель с ОК широко при-
меняется в качестве согласующего каскада. Он включается
между каскадом с большим выходным сопротивлением и каскадом с ма-
лым входным сопротивлением.
Амплитуда выходного напряжения в схеме с ОК мало отличается от
амлитуды входного напряжения, т. е. как бы повторяет его. 1ак как вы-
ходное напряжение снимается с эмиттера, усилитель с ОК получил назва-
ние эмиттерного повторителя.
173
Трансформаторные усилители напряжения
В трансформаторных усилителях в коллекторную цепь транзистора
включается первичная обмотка трансформатора (рис. 8.13). Ввиду ма-
лого сопротивления этой обмотки постоянному току (единицы или не-
сколько десятков ом) в режиме покоя, т. е. при отсутствии переменного
входного сигнала, на ней создается небольшое напряжение, и напряже-
ние коллектора практически равно напряжению — GK. Переменное вход-
Рис. 8.13. Схема транзистор-
ного трансформаторного одно-
тактного усилителя напряже-
ния
ное напряжение создает переменную составляющую коллекторного тока
и магнитный поток в сердечнике трансформатора. Под действием маг-
нитного потока в обмотках трансформатора наводятся переменные ЭДС
с частотой сигнала. Со вторичной обмотки переменное напряжение
подается к нагрузке усилителя. При использовании повышающего транс-
форматора в таком усилителе можно получить большее усиление, чем в
резисторном. Вследствие малого падения напряжения на первичной
обмотке трансформаторный усилитель имеет по сравнению с резистор-
ным большой КПД. Кроме того, применение трансформатора позволяет
во многих случаях получить хорошее согласование сопротивления на-
грузки с выходным (внутренним) сопротивлением усилителя.
Недостатками трансформаторного усилителя являются его большие
габариты и вес по сравнению с резисторным усилителем и уменьшение
коэффициента усиления на низких частотах (меньших 50 Гц).
Резонансные и полосовые усилители
В резонансных усилителях в качестве нагрузки используется парал-
лельный колебательный контур (рис. 8.14, а). Подбором элементов С
и L контур настраивается на частоту усиливаемого сигнала. При этом
для частоты сигнала сопротивление контура оказывается наибольшим,
а для напряжения других частот — очень маленьким. Благодаря этому
усиливается лишь напряжение одной частоты, а напряжения других
частот подавляются
Ввиду того, что выходное сопротивление транзистора мало, приме-
няется не полное а частичное включение контура в коллекторную
цепь. При этом уменьшается шунтирование контура коллекторной цепью
транзистора (т. е уменьшается влияние коллекторной цепи транзистора
на качество контура, его добротность) и улучшается качество работы
174
усилителя. С этой же целью на нагрузку подается не все напряже-
ние колебательного контура, а лишь часть его.
Вместо колебательного контура в коллекторную цепь может быть
включен полосовой фильтр, состоящий, например, из двух индуктивно
связанных контуров L1C1 и L2C2 (рис. 8.14,6). В отличие от резо-
нансного узкополосного усилителя полосовой усилитель осуществляет
усиление сигналов, частота которых изменяется от некоторого мини-
мального (/МИн) ДО максимального значения (/макс)
Рис. 8.14. Схемы транзисторных резонансного
(а) и полосового (б) усилителей
Трансформаторные усилители мощности
Эти усилители предназначены для получения максимальной мощно-
сти переменного тока в нагрузке усилителя при заданной амплитуде
входного напряжения и допустимых искажениях выходного напряже-
ния. Усилители мощности могут выполняться по однотактной и двух-
тактной схемам. Для удобства согласования выходного сопротивления
усилителя с нагрузкой ее подключают через выходной согласующий
трансформатор. При этом схема однотактного усилителя мощности ана-
логична схеме трансформаторного усилителя (см. рис. 8.13)
Недостатком однотактных усилителей мощности является то, что они
имеют низкий КПД (до 30 %). Поэтому для получения больших мощ-
ностей усилители обычно выполняют по двухтактным схемам. Двух-
тактный усилитель содержит как бы два однотактных усилителя, рабо-
тающих на общую нагрузку и имеющих общий источник питания.
Схема двухтактного трансформаторного усилителя приведена на
рис. 8.15. Рассмотрим, как работает такой усилитель, если на его вход
подается сигнал в виде переменного напряжения синусоидальной формы
(рис. 8.16, а). Во вторичной обмотке входного трансформатора это
напряжение разделяется на два одинаковых напряжения, которые в
противофазе подаются на эмиттерные переходы транзисторов VI 1 и VT2
(рис 8 16, б г). Таким образом если на базе транзистора VT1 действует
положительный полупериод входного напряжения, то на оазе транзистора
VT2 — отрицательный. Спустя полпериода полярность напряжений на ба-
зах меняется на противоположную. В исходном состоянии оба транзистора
175
немного приоткрыты, благодаря небольшому отрицательному напряже-
нию, подаваемому на балы с делителя R1R2.
В течение действия положительного напряжения на базе транзистора
VT1 он закрывается, и его коллекторный ток /К) оказывается близким
к нулю (рис. 8.16, в). В это время транзистор VT2 открывается, так как
на его базе входное напряжение имеет отрицательную полярность,
и его коллекторный ток /«2 изменяется в соответствии с законом из-
Рис. 8.15. Схема транзисторного трансфор-
маторного двухтактного усилителя
Рис. 8.16. Графики напряжений и токов
транзисторного двухтактного усилителя
менения отрицательного напряжения на базе (рис. 8.16, д). Через пол-
периода, наоборот, открывается транзистор VT1, а транзистор VT2 за-
крывается, вследствие чего протекает импульс коллекторного тока /К1,
а коллекторный ток второго транзистора /К2=0. Через полпериода
состояния транзисторов снова изменяются на противоположные и т. д.
Коллекторные токи протекают через первичную обмотку выходного
трансформатора в противоположных направлениях, поэтому результи-
рующий ток первичной обмотки, равный разности коллекторных токов
/ki и ^К2, протекает в каждый полупериод входного напряжения и также
имеет синусоидальную форму (рис. 8.16, е). Такую же форму будут
иметь ток и напряжение, создаваемые во вторичной обмотке выходного
трансформатора.
Недостаток трансформаторного двухтактного усилителя — громозд-
кость выходного трансформатора. В связи с этим наиболее распростра-
ненными среди транзисторных двухтактных усилителей являются бес-
трансформаторные усилители.
Бестрансформаторные усилители мощности
Схема простейшего двухтактного бестрансформаторного усилителя
приведена на рис 8 17 Как и в трансформаторном усилителе, на базы
транзисторов V7/ и /Г2 неооходимо подавать напряжения одинаковой
амплитуды, но сдвинутые по фазе, на 180°, т. е. противоположной по-
лярности. Транзисторы VT1 и VT2 работают поочередно, и их коллекторные
176
токи /ki и /к2, протекая через нагрузку /?н, создают в ней переменное на-
пряжение, совпадающее по форме с входным напряжением.
Недостатком данной схемы является наличие двух источников пи-
тания (GKi и 6К2) и отсутствие общей точки у входов транзисторов VT1
и VT2, что вызывает дополнительные трудности для создания переменных
напряжений (7бэ> и (7бэ2- Схему можно значительно упростить, если в
качестве транзисторов VT1 и VT2 применить транзисторы с разными типа-
Рис. 8.17. Схема транзисторного
бестрансформаторного двухтактного
усилителя на транзисторах одного
типа электропроводности
ми проводимости и близкими параметрами (рис. 8.18, а). В этом усилителе
входной сигнал поступает одновременно на базу транзистора VT1 типа
р-п-р и на базу транзистора VT2 обратной проводимости (типа п-р-п) На-
чальное смещение на базы подается с резистора R2, входящего в состав
делителя R\R2. Это смещение выбирается таким, чтобы напряжение
эмиттеров (в точке а) равнялось половине напряжения источника пи-
тания GK. Благодаря этому напряжение на конденсаторе С2 также равно
половине напряжения GK.
При синусоидальном входном напряжении в течение положительного
полупериода транзистор VT1 закрывается, его коллекторный ток умень-
шается до нуля, а транзистор VT2, наоборот, открывается «сильнее». За-
крывшийся транзистор VT1 отключает источник питания GK от транзи-
стора VT2. Роль источника питания транзистора VT2 в этом случае на-
чинает выполнять конденсатор С2. Под действием его напряжения через
транзистор VT2 и нагрузку ВА протекает коллекторный ток /«2-
В отрицательный полупериод входного напряжения транзистор VT2
закрывается и его коллекторный ток /К2 уменьшается до нуля. Транзистор
VT1 открывается еще больше, и его коллекторный ток протекает также
через нагрузку, но уже в противоположном направлении. Таким образом,
при синусоидальном входном напряжении через нагрузку протекает
синусоидальный ток, создающий на ней напряжение синусоидальной
формы.
В рассмотренной схеме бестрансформаторного усилителя из-за
нелинейности вольтамперных характеристик транзисторов на начальных
участках усиление при малых входных напряжениях значительно умень-
шается, что приводит к появлению искажений. При усилении напряжения
синусоидальной формы в местах изменения полярности напряжения
появляются небольшие горизонтальные участки, образующие как бы
ступеньку между положительным и отрицателоным полупериодами ре-
зультирующего тока (или напряжения), протекающего через нагрузку
(рис. 8.18,6). Поэтому такие искажения получили название искаже-
177
ний типа ступеньки. Для их уменьшения между базами тран-
зисторов VT1 и VT2 включают резистор R3 (рис. 8.18, в) с небольшим со-
противлением. За счет протекания по этому резистору тока делителя на
нем создается небольшое напряжение, благодаря чему исчезают началь-
ные нелинейные участки вольтамперных характеристик транзисторов и
уменьшения усиления при малых входных сигналах не происходит. Для
улучшения температурных свойств усилителя вместо резистора R3 вклю-
чают полупроводниковый диод.
Рис. 8.18. Схемы транзисторных
бестрансформаторных двухтактных
усилителей на транзисторах раз-
ного типа электропроводности
Рис. 8.19. Схема бестрансформатор-
ного двухтактного транзисторного
усилителя, выполненного по двух-
каскадной схеме
Подобрать пару мощных транзисторов р-п-р и п-р-п с одинаковыми
параметрами гораздо труднее, чем пару транзисторов одного типа про-
водимости (оба р-п-р или п-р-п). В связи с этим часто бестрансфор-
маторные усилители выполняют двухкаскадными (рис. 8.19). В этой схеме
VT1 и VT3 образуют составной транзистор р-п-р, a VT2 и VT4 составной
транзистор типа п-р-п. Транзисторы VT1 и VT2 рассчитаны на меньшую
мощность, чем VT3 и VT4, поэтому их проще подобрать по параметрам.
Нетрудно выбрать также транзисторы VT3 и VT4 с близкими парамет-
рами, так как они оба р-п-р-типа. На резисторах R4 и R5 создаются напря-
жения, которые подаются на эмиттерные переходы транзисторов VT3
и VT4 и задают необходимый режим работы выходных транзисторов.
Изменяя сопротивления резисторов, можно добиться более полней сим
метрии плеч усилителя даже при значительных отклонениях параметров
транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4. Чаще всего это делается путем под-
бора резистора R5.
178
8.3. УСИЛИТЕЛИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Усилители с общим истоком
В последнее время стали широко применяться в качестве маломощ-
ных усилители на полевых транзисторах (ПТ), обладающие большим
входным сопротивлением. Обычно такие усилители используются как
первые каскады предварительных усилителей, усилителей постоянного
Рис. 8.20. Схема усилителя на полевом транзисторе с управляющим
р-л-переходом и нулевым смещением (а) и графики, поясняющие
его работу (б)
гока измерительной и другой радиоэлектронной аппаратуры. Примене-
ние в первых каскадах усилителей с большим входным сопротивлением
позволяет согласовывать источники сигнала с большим внутренним сопро-
тивлением с последующими более мощными усилительными каскадами,
имеющими небольшое входное сопротивление. Усилительные каскады на
полевых транзисторах чаще всего выполняются по схеме с общим истоком
(рис. 8.20, а).
Так как напряжение смещения между затвором и истоком равно нулю,
то режим покоя транзистора VT характеризуется положением точки
А на сток-затворной характеристике при С/3и=0 (рис. 8.20,6). В этом
случае при поступлении на вход усилителя переменного гармонического
(то есть синусоидального) напряжения £/зи с амплитудой (7тзи положи-
тельный и отрицательный полупериоды этого напряжения будут усили-
ваться неодинаково: при отрицательном полупериоде входного напряже-
ния £73и амплитуда переменной составляющей тока стока Гтс будет
больше, чем при положительном полупериоде (/"тс), так как крутизна
сток-затворной характеристики на участке АВ больше по сравнению с
крутизной на участке АС. Вследствие этого форма переменной составля-
ющей тока стока и создаваемого им переменного напряжения на нагруз-
ке UKbn будет отличаться от формы входного напряжения, то есть воз-
никнут искажения усиливаемого сигнала.
Для уменьшения искажений сигнала при его усилении необходимо
179
обеспечить pa6oiy нолевого транзистора при постоянной крутизне его
сток-затворной характеристики, то есть на линейном участке этой ха-
рактеристики. С этой целью в цепь истока включают резистор /?и
(рис. 8.21, а). Протекающий через резистор ток стока /со создает на
нем напряжение U^H= Ic{)Rn, которое прикладывается между истоком и
затвором, включая ЭДП, образованный между областями затвора и
истока, в обратном направлении. Это приводит к уменьшению тока стока
Рис. 8.21. Схема усилителя на полевом
транзисторе с управляющим р-п-перехо-
дом с цепью автоматического смеще-
ния (а) и графики, поясняющие его
работу (б)
Рис. 8.22. Схема усилителя на полевом
транзисторе МДП-типа
и режим работы будет характеризоваться в этом случае точкой А'
(рис. 8.21, б). Чтобы не происходило уменьшения коэффициента усиления,
параллельно резистору /?н подключают конденсатор Си большой емкости,
который устраняет отрицательную обратную связь по переменному току,
образуемую переменным напряжением на резисторе RH. В режиме, ха-
рактеризуемом точкой А', крутизна сток-затворной характеристики при
усилении переменного напряжения остается примерно одинаковой при
усилении положительных и отрицательных полупериодов входного на-
пряжения, вследствие чего искажения усиливаемых сигналов будут
незначительны (участки А'В' и А'С' примерно равны).
Если в режиме покоя напряжение между затвором и истоком обо-
значить t/зио, а протекающий чепез ПТ стока /с0, то сопротивление
резистора RH (в ом<ал) можно рассчитать по формуле:
У?и= 1000 Дзио/Ло»
в которую ток стока /со подставляется в миллиамперах.
180
В схеме усилителя, приведенной на рис 8.20, используется ПТ с управ
ляющим р-н-переходом и каналом p-типа. Если в качестве ПТ примени
ется аналогичный транзистор, но с каналом п-типа, схема остается преж-
ней, а изменяется лишь полярность подключения источника питания.
Еще большее входное сопротивление имеют усилители, выполненные
на полевых МДП-транзисторах с индуцированным, или встроенным,
каналом. При постоянном токе входное сопротивление таких усилителей
может превышать 100 МОм. Так как напряжения их затвора и стока
имеют одинаковую полярность, для обеспечения необходимого напряже
ния смещения в цепи затвора можно использовать напряжение источника
питания 6С, подключив его к делителю напряжения, включенному на
входе транзистора таким образом, как показано на рис. 8.22.
Усилители с общим стоком
Схема усилителя на ПТ с общим стоком аналогична схеме усилителя
с общим коллектором. На рис. 8.23, а приведена схема усилителя с общим
стоком на ПТ с управляющим р-н-переходом и каналом p-типа. Резистор
А*и включен в цепь истока, а сток прямо подключен к отрицательному
полюсу источника питания. Поэтому ток стока, зависящий от входного
напряжения, создает падение напряжения только на резисторе Ди. Ра-
бота каскада поясняется графиками, приведенными на рис. 8.23, б
для случая, когда входное напряжение имеет синусоидальную форму.
В исходном состоянии через транзистор протекает ток стока /со, который
на резисторе /?и создает напряжение Дио(Двых о)- В течение положи-
тельного полупериода входного напряжения обратное смещение между
затвором и истоком увеличивается, что приводит к уменьшению тока
стока и абсолютной величины напряжения на резисторе /?и. В отрицатель-
ный полупериод входного напряжения, наоборот, напряжение смещения
затвора уменьшается, ток стока и абсолютная величина напряжения на
резисторе /?и увеличиваются. Вследствие этого выходное напряжение,
снимаемое с резистора /?и, т. е. с истока ПТ (рис. 8.23, б), имеет такую
Рис. 8.23. Схема истокового повторителя (а) и графики напряжений и тока
в его цепях (б)
181
же форму, что и входное напряжение. В связи с этим усилители с
общим стоком получили название истоковых повторителей (напряжение
истока по форме и значению повторяет входное напряжение).
9. ГЕНЕРИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИИ
9.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕНЕРАТОРАХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИИ
Виды генераторов
Как уже отмечалось, речь, музыка или изображения передаются
на большие расстояния с помощью электромагнитных волн. Электро-
магнитные волны создаются переменным током высокой частоты, подво-
димым к передающей антенне, а для получения высокочастотного пере-
менного тока используются электронные генераторы, входящие в состав
радиопередатчика. Электронный генератор является основой и электрому-
зыкальных инструментов (ЭМИ). Когда нажимают на клавишу ЭМИ,
включается один из генераторов, вырабатывающий переменный ток
определенной частоты. Этот ток затем усиливается и поступает в гром-
коговоритель, в результате чего слышен звук определенного тона. На-
жав на другую клавишу ЭМИ, включают второй генератор (или из-
меняют параметры первого генератора), вырабатывающий переменный
ток иной частоты, и слышен звук другого тона. Генераторы широко
используются для настройки контуров радиоприемника, фильтров, теле-
визоров, отклонения луча в электронно-лучевых трубках осциллографов
и телевизоров и т. д. Даже исходя из этих примеров, не охватывающих
всех областей применения генераторов, можно считать, что после усили-
теля генератор — одно из самых распространенных устройств радио-
электронной аппаратуры.
Напряжение на выходе генератора может иметь синусоидальную
либо другую форму, например прямоугольных или треугольных импуль-
сов. Поэтому генератором называют электронное устройство, преобразую-
щее напряжение питания (постоянное напряжение) в напряжение (или
ток), изменяющееся во времени по определенному, свойственному этой
схеме, закону.
Бывают генераторы с независимым, или внешним, возбуждением
и с самовозбуждением. Генераторы с независимым возбуждением без
внешнего источника создавать электрические колебания не могут и служат
для усиления мощности колебаний, подаваемых на их вход от других
устройств. Такие генераторы часто называют усилителями мощ-
ности. Чтобы получить мощные усиленные колебания, необходимо имрть
маломощный чет чгык этих и мвляетои 1енерагор с само-
возбуждением. Самовозбуждение означает, что для получения колебаний
в таком генераторе не нужен дополнительный источник электрических
колебаний, колебания тока и напряжения происходят в самом гене-
182
раторе при подаче на него напряжения питания автоматически (от-
сюда второе название генератора с самовозбуждением — автогене-
ратор).
Основные условия получения электрических колебаний
Что же представляет собой и как работает автогенератор? Чтобы
ответить на этот вопрос, вернемся к принципу усиления электриче-
ских колебаний и влиянию отрицательной обратной связи (ООС) на
коэффициент усиления.
На рис. 9.1 представлены три схемы усилителей. Если считать,
что коллекторные нагрузки RK транзисторов во всех схемах одинаковы
и резисторы R1 и R2 подобраны такими, что транзисторы находятся
в одинаковых режимах, то при подаче равных переменных напряжений
на входы этих усилителей значения усиленных напряжений на выходах
усилителей будут различными. Наибольшее напряжение будет на вы-
ходе первой схемы, так как в ней усиливается практически все входное
напряжение, т. е. t/yc = 17пх- Во второй схеме напряжение, усиливаемое
транзистором, меньше входного напряжения на величину напряжения
ООС, выделяемого на резисторе /?э, т. е. С'ус = Свх — Uoo(, а поэтому вы-
ходное напряжение меньше, чем в первой схеме. В третьей схеме часть
выходного напряжения через делитель R1R2 поступает на вход усилителя.
Но поскольку коллекторное (выходное) напряжение усилителя в схеме
с ОЭ находится в противофазе с базовым (входным) напряжением, эта
часть выходного напряжения U^R2/ (Rl R2), создаваемая на резисторе
R2, будет в противофазе с входным напряжением, выделяющимся на
этом же резисторе, вследствие чего усилится не все входное напряжение,
а лишь напряжение Uyc — R2/ (Rl -f- R2).
Таким образом, часть выходного напряжения усилителя, передавае-
мая тем или иным способом во входную цепь в противофазе с вход-
ным напряжением, является напряжением ООС. Оно уменьшает резуль-
тирующее напряжение между входными электродами транзистора
(а также лампы или другого активного элемента), что приводит к сни-
жению выходного напряжения, а это равносильно уменьшению коэффи-
циента усиления усилителя.
Рис. 9.1. Схемы транзисторных усилителей:
а без обратной связи; б — с ООС по току; п — с ООС по напряжению
183
А что произойдет, если на вход усилителя подавать часть напря-
жения с его выхода не в противофазе, а в фазе? В этом случае на-
пряжение обратной связи уже не вычитается, а складывается с входным
напряжением, и ко входным электродам транзистора прикладывается
не разностное, а суммарное напряжение: t7yc = (7ВХ4- ^пос-
Напряжение на выходе такого усилителя больше, чем в усилителе
без обратной связи, не говоря уже об усилителях с ООС.
Обратную связь, при которой часть выходного напряжения пере-
дается во входную цепь в фазе с входным сигналом, называют по-
ложительной обратной связью (ПОС) Следовательно, ПОС
вызывает повышение выходного напряжения, что воспринимается как
увеличение коэффициента усиления усилителя по отношению к входному
напряжению. С увеличением ПОС возрастет результирующее (суммар-
ное) напряжение во входной цепи. Если же напряжение ПОС больше,
чем напряжение, подаваемое на входные зажимы усилителя, то, види-
мо, усиливаемое напряжение Uyc = UBX -f- Unoc Unoc- При отключении
в данном случае от входных зажимов источника входного переменного
напряжения колебания в схеме не прекратятся, а будут поддержи-
ваться в ней за счет действия ПОС.
Теперь становится ясным, что для превращения усилителя в гене-
ратор нужно выполнить два требования:
1) обеспечить действие ПОС в схеме с выхода на вход (условие
баланса фаз);
2) предусмотреть такую величину ПОС, которая была бы доста-
точной для поддержания в схеме изменений напряжений и токов по
закону, свойственному этой схеме, сколь угодно длительное время
(условие баланса амплитуд).
9.2. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ
ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ
Превращение усилителя в генератор
Как составляется схема автогенератора?
Прежде всего следует решить вопрос, как осуществить ПОС? Один
каскад усиления, как известно, может изменить фазу входного сигнала
на 180°. Подав часть этого сигнала на вход, получают ООС. Значит,
для получения ПО надо выходное напряжение усилителя сдвинуть по
фазе еще на 180°. Эту задачу можно легко решить, если последо-
вательно с первым включить второй каскад (рис. 9.2, а), который усилит
выходное напряжение первого каскада и сдвинет его еще на 180°.
Таким образом, напряжение на выходе второго каскада будет сдви-
нуто относительно напряжения на входе первого каскада на 360° (или,
что то же самое, на 0°). т. е. эти напряжения станут одинаковыми
по фазе. Для получения 1ЮС нужно выход второго каскада через
разделительный конденсатор С2 соединить со входом первого каскада.
Этим обеспечивается выполнение первого условия автогенератора: ба-
ланса фаз. Для выполнения второго условия — баланса амплитуд —
184
требуется, чтобы общий коэффициент усиления усилителя был больше 1.
Это достигается соответствующим подбором сопротивлений резисторов
/?к1 и /?к2- Если оба условия соблюдены, автогенератор работает при
отсутствии на его входе какого-либо дополнительного источника. Схему
его в данном случае удобно представить в таком виде, как показано
на рис. 9.2, б. Получается схема автогенератора, называемого мульти-
вибратором (генератором множества колебаний) с коллекторно-базовыми
связями, в котором коллектор одного транзистора связан с базой дру-
Рис. 9.2. Схемы двухкаскадных транзисторных усилителей с ПОС
гою через конденсатор. Обычно сопротивления резисторов /?к1 и /?К2 в
схеме таковы, что коэффициент усиления каждого каскада значительно
больше I (К^>1). Так как напряжение с выхода одного каскада
прикладывается ко входу другого почти полностью, это должно было
бы привести при большом коэффициенте усиления к появлению очень
большого напряжения на выходе второго каскада. На самом же деле
напряжение на выходе не может превышать напряжение источника
питания Ек, величина которого как бы ограничивает амплитуду выходного
напряжения.
Принцип работы мультивибратора
Как работает мультивибратор? За счет чего появляются его возбуж-
дение, исходное напряжение, которое воздействует на вход двухкаскад-
ного усилителя, усиливается им и в виде напряжения ОС с выхода
снова поступает на вход, но уже с большей амплитудой, вызывает еще
большее напряжение на выходе и в результате приводит к образо-
ванию незатухающих колебаний?
Для ответа на эти вопросы нужно вспомнить о режимах работы
[ранзистора, зависимости выходного тока от входного.
Если подключить к мультивибратору источник напряжения GK, то
через транзисторы потекут токи эмиттера, коллектора и базы (необходи-
мо помнить, что ток направлен от положительного полюса источника
к отрицательному). 1оками баз заряжаююя конденсаторы С/ и С2
(рис. 9.3, а). Но как бы тщательно ни подбирались транзисторы, рези
сторы и конденсаторы, идентичности усилителей, или полной симметрии
185
плеч мультивибратора, достичь не удается Поэтому коллекторный ток,
протекающий через один из транзисторов, в какой-то момент времени
будет больше, а через другой — меньше. Предположим, что большим
оказался коллекторный ток /^i первого транзистора. Вследствие этого
падение напряжения на резисторе RM станет больше, чем на резисто-
ре /?К2, а так как С^з — —Cjk-{-1^Rk, то положительное напряжение кол-
лектора первого транзистора окажется больше, чем напряжение кол-
лектора второго транзистора. Так как сопротивления конденсаторов
Рис 9.3. Схемы протекания токов зарядки и разрядки конденсаторов в транзис-
торном мультивибраторе
С1 и С2 для изменяющихся токов очень малы, можно считать, что
напряжения коллекторов через эти конденсаторы поступают на базы
противоположных транзисторов, и напряжение базы транзистора |/Т2
сделается более положительным, чем напряжение базы транзистора VT1.
В связи с этим уменьшится коллекторный ток второго транзистора.
Напряжение его коллектора станет еще более отрицательным и, переда-
ваясь через конденсатор С2 на базу первого транзистора, вызовет
увеличение коллекторного тока /кь При этом увеличится напряжение
коллектора первого транзистора, которое через конденсатор С1 пере-
дается на базу второго транзистора, и произойдет дальнейшее умень-
шение коллекторного тока
Процесс увеличения коллекторного тока первого транзистора и
уменьшения коллекторного тока /К2 второго транзистора в мультивибра-
торе носит лавинообразный характер. В результате такого явления кол-
лекторный ток /к.2 снижается до нуля (транзистор VT2 переходит в режим
отсечки), а коллекторный ток Z^i возрастает до максимального значе-
ния. Сопротивления резисторов RK] и Rk2 выбираются такими, чтобы
открытый транзистор находился в режиме насыщения. В этом случае
сопротивления его переходов и их напряжения близки к нулю, и такой
транзистор можно заменить просто точкой, из которой исходят все три
электрода: эмиттер, коллектор и база (рис. 9.3,6). Напряжение на
конденсаторе СТ теперь будет подключено через открытый транзистор
\'Т\ межnv базой и эмиттером транзистора 1'Т2 Так как это напряжение
«плюсом» подключено к базе, а «минусом» — к эмиттеру, транзистор
VT2 находится в закрытом состоянии, т. е. в режиме отсечки.
В таком состоянии схемы продолжается зарядка конденсатора С2 то-
186
ким /с2зар- Зарядный гок протекает от «плюса» источника GK через эмит-
терный переход открытого транзистора VT1 и резистор /?к2. Эту цепь
зарядки конденсатора С2 удобно представить в виде следующей записи:
4-GK->V77 -+C2-+Rk2-+ - GK.
Как только транзистор VT2 закроется, a VT1 откроется, ток базы 1/7’2,
которым до этого заряжался конденсатор С/, исчезнет, и конденсатор
Ci начнет перезаряжаться. По цепи потечет перезарядный ток 1с\перез кон-
денсатора С1: 4- GK-+VT 1-+С1 -*-/?б2-’-GK. По мере перезарядки
конденсатора С1 напряжение его левой обкладки будет повышаться,
а правой — понижаться, т. е. положительное напряжение, действующее
между базой и эмиттером закрытого транзистора, при перезарядке кон-
денсатора С1 будет уменьшаться. Как только это напряжение снизится до
нуля, появится небольшой ток базы транзистора VT2 и, значит, коллектор-
ный ток /к2 этого транзистора. Положительное напряжение коллектора
транзистора VT2 при этом увеличится (так как отрицательное напряжение
источника питания GK частично скомпенсировано положительным напря-
жением на резисторе /?К2, равным величине /К2Т?к2), т. е. на коллекторе
транзистора возникнет положительный скачок напряжения, который через
конденсатор С2 поступит на базу транзистора VT1 и вызовет уменьшение
коллекторного тока/К1 транзистора VT1. Напряжение коллектора VT1 ста-
нет более отрицательным, т. е. на коллекторе транзистора VT1 возникнет
отрицательный скачок напряжения, который через конденсатор С1
поступит на базу транзистора 1/7'2, что вызовет еще большее увеличение
коллекторного тока /к2 транзистора VT2 и повышение коллекторного
напряжения, которое передается на базу транзистора VT1. В результате
в схеме разовьется лавинообразный процесс, приводящий к полному за-
крыванию транзистора VT1, открыванию транзистора VT2 и переходу его
в режим насыщения (рис. 9.3, в). Конденсатор С2 оказывается подклю-
ченным между базой и эмиттером транзистора VT1, который напряжением
UС2 будет поддерживаться в закрытом состоянии. В этом состоянии
начнется зарядка конденсатора С/ током !с\зар по цепи: + GK-> VT2-+
С1 -*7?к1~*—GK и перезарядка конденсатора С2 по цепи: + GK-> 1/7'2—>-
—>-С2——>—GK. Как только напряжение на конденсаторе С2 умень-
шится до нуля, возникнет новый лавинообразный процесс, который
приведет к открыванию транзистора VT1 и закрыванию транзистора VT2.
Периодический переход транзисторов из открытого состояния в закры-
тое и наоборот продолжается до тех пор, пока подключен источник пи-
тания GK- Причем транзисторы находятся в том или ином состоянии
(рис. 9.3, б или рис. 9.3, в) в течение времени, которое требуется для
того, чтобы напряжение на базе закрытого транзистора вследствие
перезарядки одного из конденсаторов (С/ или 62) уменьшилось от мак-
симального значения, равного GK, до нуля.
Когда транзистор закрыт, напряжение его коллектора равно — GK,
а в открытом и насыщенном состоянии транзистора оно близко к нулю.
Следовательно, при работе мультивибратора на его коллекторах фор
мируются прямоугольные импульсы
Время перезарядки конденсаторов С1 и С2 определяется перезаряд-
ным током, величина которого, как известно, зависит от сопротивления
цепи, в которой он протекает. Значит, чем больше емкости этих конден-
187
саторов и сопротивления резисторов /<61 и /?б2, гем больше времени тре-
буется для перехода транзисторов в противоположные состояния. Таким
образом, изменяя значения элементов С1, С2, R&] и/?б2, можно изменять и
длительность импульсов, генерируемых мультивибратором. Если С1=С2
и R6} — R62, конденсаторы Cl и С2 перезаряжаются за равные промежутки
времени и длительность положительных и отрицательных импульсов
оказывается одинаковой (рис. 9.4). Такой мультивибратор называют
симметричным.
О
VT1 VTI VT1
Закрыт Открыт Закрыт
БКЭ2‘
Б - --------- ------т
VT2 VT2 УП t
Открыт Закрыт Открыт
-вк------------------------------
Рис. 9.4. Графики изменения коллекторных напряжений в транзисторном
мультивибраторе
9.3. ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИИ
R С-генераторы
Мультивибратор вырабатывает колебания электрического тока в виде
импульсов прямоугольной формы. В нем, как уже отмечалось, условия
баланса фаз и амплитуд выполняются одновременно для самых раз-
личных колебаний. Эти колебания с разными частотами, фазовыми
сдвигами относительно друг друга и амплитудами, складываясь, и создают
колебания прямоугольной формы, обычно называемые прямоугольными
импульсами.
Если требуется генератор гармонических колебаний, выходное на-
пряжение которого изменяется по синусоидальному закону с определенной
частотой, то необходимо, чтобы самовозбуждение возникло только для
этой частоты. Нужный дополнительный сдвиг напряжения на 180° можно
получить с помощью показанных на рис. 9.5 цепочек RC, состоящих из
резисторов и конденсаторов. На этом же рисунке под каждой цепочкой
приведены графические зависимости коэффициентов передачи р=
— ^вых/^вх и фазовые сдвиги ф между выходным и входным напряже-
ниями. В цепочке на рис.9.5, а выходное напряжение отстает, а в цепочке
на рис. 9.5,6—опережает входное напряжение. Причем фазовый сдвиг
увеличивается с ростом частоты и может достигать 90° (при
В области рабочих частот фазовый сдвиг между выходным и входным
напряжениями меньше 90°, поэтому для получения фазового сдвига в
180° нужно последовательно соединить три такие цепочки, каждая из
которых должна на заданной частоте генерации осуществлять фазовый
сдвиг, равный 60°.
Автогенераторы гармонических колебаний, в которых условие баланса
фаз выполняется с помощью /?С-цепочек, получили название RC-v е н е-
раторов гармонических колебаний. На рис. 9.6 приведена
схема ^С-генератора с фазосдвигающими цепочками типа С-парал-
1«ь
л ель Дополнительный сдвиг фаз создается тремя последовательно
включенными цепочками С1Д1, C2R2, C3R3. Если С\ = С2=СЗ=С и
R\ — R2— R3= R, то на частоте f0, называемой квазирезонансной,
/о = д/б/2л/СС, и каждая из этих цепочек создает сдвиг фаз на 60°, так что
дополнительный суммарный сдвиг фаз между выходным и входным на-
пряжениями оказывается для этой частоты равным 180°. Для переменных
напряжений с частотами, меньшими, чем резонансная (/< /о), суммарный
дополнительный сдвиг окажется меньше, чем 180°, а для напряжений с
частотами, большими, чем резонансная (f>/o), суммарный фазовый сдви!
будет больше 180°.
Выходное напряжение, проходя через фазосдвигающие цепочки,
ослабляется. Общее ослабление в трехзвенной цепи, изображенной на
рис. 9.6, равно 29. Для получения в таком генераторе устойчивых неза-
тухающих колебаний следует их усилить с помощью усилительной части
генератора, чтобы полностью скомпенсировать затухание в фазосдвигаю-
щих цепях. В данном случае коэффициент усиления усилителя должен
Рис. 9.5. /?С-цепи и их амплитудные и фазовые характеристики:
а С-параллель; б — /^-параллель
Рис. 9.6. Схема трехзвенного транзисторного /?С-генератора
с фазосдвигающими цепочками типа С-параллель
189
быть равен 29. При меньшем усилении колебания, возникшие в генераторе
в момент включения, быстро уменьшатся до нуля, или, как говорят в этом
случае, быстро затухнут. При большем коэффициенте усиления условие
самовозбуждения выполняется и для других гармоник, частоты которых
отличаются от резонансной. Тогда в выходном напряжении будет содер-
жаться одновременно несколько гармонических составляющих, и его фор-
ма уже не будет чисто синусоидальной, а будет носить иной характер. При
Рис. 9.7. Схема трехзвенного /?С-генератора
с фазосдвигаюгцими цепочками типа /?-па-
раллель
Рис. 9.8. Схема Г-образной частотно-избира-
тельной /?С-цепи (а) и ее амплитудно-частот-
ная (б) и фазочастотная (в) характеристики
очень большом усилении напряжения усилительной частью генератора
выходное напряжение вместо синусоидальной формы приобретет вид
последовательных прямоугольных импульсов, почти как в мультивибра-
торе.
По такому же принципу можно построить и /?С-генератор с цепочками
типа R - п а р а л л е л ь (рис. 9.7) —цепочные автогенераторы.
Их характерной особенностью является возможность получения дополни-
тельного фазового сдвига на 180° в цепи ПОС. Они обычно применяются
для генерации колебаний фиксированной частоты.
Кроме рассмотренных цепочек, которые создают фазовый сдвиг на
всех частотах, имеются /?С-цепочки, у которых на какой-то частоте не про-
исходит фазового сдвига между входным и выходным напряжениями.
Одна из наиболее широко распространенных таких цепочек показана на
рис. 9.8, а и называется она последовательно-параллельной, или Г-образ-
ной, избирательной цепочкой. На частоте /о фазовый сдвиг между входным
и выходным напряжениями равен нулю, а коэффициент передачи р максима-
лен. 11ри выполненииусловий R] = R2 = /?и С] — С2 = Сквазирезонансная
частота цепочки определяется по выражению:
f= \/2nRC,
а коэффициент передачи на этой частоте (3=1/3.
Слеповательно для выптнения успович бапанса фаз в /?С-генераточ₽
с такой цепочкой усилительная часть генератора не должна вносить фа-
зовых сдвигов, а для выполнения условия баланса амплитуд коэффициент
усиления усилительной части должен быть не менее 3 (в этом случае будут
190
полностью скомпенсированы потери в /?С-цепочке) Чаще всего ре-
генератор с Г-образной RC-цепочкой строится на базе двухкаскадного
усилителя (рис. 9.9), обеспечивающего нулевой (или 360°) сдвиг между
входным и выходным напряжениями на квазирезонансной частоте fo. На
этой частоте выполняется условие самовозбуждения. На других частотах
условие самовозбуждения не выполняется, поскольку усиливается затуха-
ние в RC-цепочке, т. е. уменьшается коэффициент ее передачи р (рис.
Рис 9.9. Схема транзисторного RC-
генератора с Г-образной избира-
(ельной RC-цепью
у б б) и вносится ею дополнительный фазовый сдвиг. Поэтому генери-
руемые колебания будут иметь синусоидальную форму с частотой fo
Цвухкаскадный усилитель имеет коэффициент усиления, значительно
превышающий 3, поэтому усилитель охватывается ООС, состоящей из
элементов СЗ, R6 и R5
Напряжение ООС (t/ooc), образуемое на резисторе R5, способствует
уменьшению общего коэффициента усиления двухкаскадного усилителя
до 3 Кроме того, такая ООС поддерживает примерно неизменной ампли-
|у ду генерируемых колебаний. Так, если амплитуда колебаний на выходе
оператора в какой-то момент возрастает, это вызывает уменьшение со-
противления терморезистора R6 и увеличение Соос, что влечет за собой
с нижение коэффициента усиления усилителя, т. е. уменьшение амплитуды
колебаний. И наоборот, если произойдет уменьшение амплитуды колеба-
ний сопротивление резистора R6 увеличится, что приведет к уменьше-
нию напряжения £7оос, повышению коэффициента усиления и амплитуды
। оперируемых колебаний.
В данных генераторах легко перестроить частоту, если в качестве ре-
зне торов R1 и R2 или конденсаторов С1 и С2 применять сдвоенный регу-
лируемый резистор или блок конденсаторов переменной емкости. При
изменении сопротивлений элементов R1 и R2 или емкостей конденсаторов
1 / и С2 изменяется частота квазирезойанса /о= 1 /2jx.-^R1C1R2C2, а сле-
довательно, и частота колебаний.
LC-генераторы
Способность элементов или отдельных устройств по-разному воздей-
। вовать на переменные напряжения различных частот называют их
избирательным свойством Благодаря этому свойству элемент
или устройство может почти беспрепятственно либо с минимальным
ослаблением пропускать переменные напряжения одних частот и сильно
191
ослаблять или не пропускать вовсе переменные напряжения других
частот. Таким свойством обладают цепочки. Но еще более ярко выра-
женные избирательные свойства имеют колебательные контуры, в состав
которых входят катушка индуктивности L и конденсатор С. Например,
сопротивление переменному току цепи, состоящей из последовательно
включенных L и С (последовательный контур LC, рис. 9.10, а), на резо-
нансной частоте /о равно нулю, а для переменных токов любой другой часто-
ты оно может быть значительным. Параллельный колебательный контур
Рис. 9.10. Зависимости сопротивлений
от частоты переменного тока последова-
тельного (а) и параллельного (6) ко-
лебательных LC-контуров
Рис. 9.11. Схема тран-
зисторного LC-генера-
тора с трансформатор-
ной ОС
(рис. 9.10,6) на резонансной частоте fo, наоборот, имеет наибольшее
сопротивление переменному току этой частоты, а для переменных токов
иной частоты сопротивление контура намного меньше.
В LC-генераторах гармонических колебаний обычно используется па-
раллельный колебательный контур, который включается в коллекторную
цепь транзистора. Как известно, если такому контуру сообщить энергию,
например, путем зарядки конденсатора, в нем возникнут электрические
колебания. Вследствие потерь энергии при прохождении тока в контуре
эти колебания будут носить затухающий характер и через некоторое вре-
мя исчезнут. Для поддержания в контуре незатухающих колебаний необ-
ходимо пополнять потери энергии в нем периодической подзарядкой кон-
денсатора от источника постоянного тока. Если подзарядку осуществлять
в течение каждого периода колебаний, в контуре будут поддерживаться
колебания с практически неизменной амплитудой. Именно этот принцип
и положен в основу действия автогенераторов LC.
На рис. 9.11 изображена схема транзисторного LC-генератора с т р а-
нсформаторной обратной связью. Такое название он полу-
чил потому, что напряжение ПОС появляется в катушке обратной связи Ы
при пересечении ее витков магнитным потоком, создаваемым катушкой L2
колебательного контура. Аналогично возникает ЭДС взаимоиндукций во
вторичных обмотках трансформатора при питании переменным током его
первичной обмотки.
В этих схемах колебательною контура являются катушка
L2 и конденсатор С2. Резисторы R1 и R2 служат для обеспечения режима,
в котором транзистор открыт
192
Рассмотрим работу такого автогенератора.
В момент включения источника питания транзистор оказывается от-
крытым и через него проходит ток. В результате будет происходить
зарядка конденсатора С2. Как только конденсатор зарядится, начнется
его перезарядка через катушку индуктивности L2, т. е. в контуре возник-
нет колебательный процесс с частотой
/ = 1 /2лд[ь2С2.
Переменный ток контура, протекая через катушку L2, создает вокруг
нее переменное магнитное поле, наводящее в катушке L1 переменную ЭДС,
которая поступает через конденсатор на базу транзистора в виде пере-
менного напряжения обратной связи. Под действием этого напряжения
(Дос) в коллекторной цепи генератора возникает переменный ток /к, на-
правление которого может либо совпадать с направлением контурного
гока /, образуемого перезарядкой конденсатора С2, либо быть противопо-
ложным направлению контурного тока. В первом случае уменьшение
перезарядных токов конденсатора С2 вследствие потерь в цепи контура
будет компенсироваться «добавлениями» за счет переменных токов, со-
здаваемых напряжением обратной связи. Путем подбора величины на-
пряжения Пос можно добиться полной компенсации потерь в контуре, бла-
годаря чему амплитуда тока перезарядки конденсатора С2 и, следова-
тельно, возникшие в контуре колебания будут постоянными.
Во втором случае, когда меняют местами подключение концов ка-
1ушки L1, перезарядный ток конденсатора будет уменьшаться от периода
к периоду не только из-за потерь в контуре, но и в связи с противополож-
ным направлением переменного тока 1^. Появившиеся в таком контуре
колебания быстро затухнут.
Помимо автогенераторов LC с трансформаторной обратной связью
существуют LC-генераторы, выполненные по трехточечным схе-
мам (рис. 9.12). Колебательный контур такого генератора имеет не
две, а три точки, связывающие его по переменному напряжению с элект-
родами транзистора — коллектором, эмиттером и базой.
Напряжение обратной связи в них снимается с части витков катушки
контура между точками Э и Б. Эмиттер тран-
зистора по переменному току через конденса-
тор Сф присоединяется к отводу Э катушки
контура. Такое подключение обеспечивает до-
полнительный фазовый сдвиг на 180е между
переменным напряжением коллектора и пере-
менным напряжением базы, т. е. создается
ПОС. Величина ПОС зависит от той части ка-
тушки L1, которая заключена между точкой Б
и отводом Э. Поэтому, если сделать не один
отвод, а несколько, станет легче настраивать
генератор, подбирать величину напряжения
ПОС пои которой амплитуда колебаний и их
Рис. 9.12. Схема гран'-и<
торного LC-генератора с
автотрансформаторной
ОС
стаоильносчь буду! наибольшими.
На рис. 9.13 приведена схема трехточечно-
го LC-генератора с емкостной обратной
связью. Напряжение обратной связи сни-
193
7- Галкин В.И
маегся с делителя, образованного конденсаторами С'2 и СЗ. Поскольку
сопротивление конденсатора переменному току обратно пропорционально
его емкости Хс= I/ (2л/'С), напряжение обратной связи будет тем больше,
чем больше емкость конденсатора С2 по сравнению с емкостью конденса-
тора СЗ. За счет этого такие генераторы можно настраивать путем
соответствующего подбора емкостей данных конденсаторов. Следует
только помнить, что оба конденсатора определяют общую емкость контура
С = С1С2/(С1 4- С2), а значит, и частоту генерируемых колебаний.
Рис. 9.13. Схема транзит
торного £С-генератора с
емкостной ОС
9.4 ГЕНЕРАТОРЫ НА ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ
Разнообразные генераторы электрических колебаний могут быть скон-
струированы на логических элементах. На рис. 9 14 показана схема муль-
тивибратора, выполненного на двухвходовых ЛЭ И — НЕ (2И— НЕ), у
которых оба входа соединены между собой. Следовательно, сигналы на
входах каждого ЛЭ всегда одинаковы и соответствуют либо логическому
О, либо логической 1. По характеру работы такой ЛЭ аналогичен ЛЭ НЕ:
сигнал на выходе имеет высокий уровень (логическую 1) при низком уров-
не входных сигналов (соответствующих логическому 0) и наоборот.
Рассмотрим, как работает такой мультивибратор.
Предположим, что на выходе 1 ЛЭ1 имеется высокий уровень напря-
жения (логическая 1), а на выходе 2 ЛЭ2 — низкий уровень напряжения
(логический 0). Это вызовет зарядку конденсатора С1. Ток зарядки будет
протекать от высокого уровня напряжения на выходе 1 через С1 и рези-
стор R2. Напряжение, создаваемое этим током на резисторе R2, обеспечи-
вает логическую 1 на входах ЛЭ2 и поддерживает логический 0 на его
выходе 2. Конденсатор С2, заряженный перед этим от высокого уровня
напряжения, имевшегося на выходе 2 ЛЭ2, разряжается через небольшое
выходное сопротивление ЛЭ2, корпус и диод VD1.
По мере зарядки конденсатора С1 ток зарядки и напряжение на вхо-
дах ЛЭ2 уменьшаются. Когда напряжение на входах ЛЭ2 уменьшится до
уровня, соответствующего логическому 0 (примерно 0,3...0,4 В), напря-
жение на выходе 2 начнет увеличиваться и достигнет высокого уровня,
соответствующего логической 1. Высокий уровень напряжения с выхода 2
через конденсатор С2 будет передан на входы ЛЭ1, и на его выходе 1
появится низким урл*. н uj, ! ;,С‘ ..... ствующкй логическому v.
Конденсатор С1 начнет разряжаться через выходное сопротивление ЛЭ1
и диод VD1, а конденсатор С2 будет заряжаться от напряжения высокого
уровня на выходе 2 через резистор R1. Ток зарядки этого конденсатора
191
будет создавать на резисторе R1 и, следовательно, на входах ЛЭ1 напря-
жение логической 1, поддерживая на выходе 1 логический 0. С течением
времени ток зарядки конденсатора С2 и напряжение на входах ЛЭ1
будут уменьшаться. Когда напряжение на входах ЛЭ1 станет равным
логическому 0, на выходе 1 появится логическая 1, а на выходе 2 — логи-
ческий 0. Мультивибратор вернется в первоначальное состояние и опи-
санные выше процессы начнут повторяться. Если Ri = R2 и Cl = С2, то на
выходах ЛЭ1 и ЛЭ2 будут формироваться чередующиеся положительные
Рис. 9.15. Схема одновибратора на логических элементах
и отрицательные прямоугольные импульсы равной длительности и ампли-
туды.
Автоколебательный мультивибратор, показанный на рис. 9.14, можно
преобразовать в одновибратор, или ждущий мультивибратор, исключив
конденсатор С2и цепочку, состоящую из элементов VDlnRl (или исключив
элементы Cl, VD1 и R1). Схема та кого одновибратора показана на рис. 9.15.
В исходном состоянии на входе ЛЭ1 поддерживается высокий уровень
напряжения — логическая 1. Напряжение на объединенных входах ЛЭ2
равно напряжению на резисторе R, которое создается на нем входным то-
ком ЛЭ2. Так как этот ток мал, то можно считать, что на входах ЛЭ2
действует низкий уровень напряжения — логический 0, а на выходе —
лигичеспая 1, погорая лодсется «а второй вход (верхний по схеме) ЛЭ1
Таким образом, на каждом входе ЛЭ1 имеется логическая 1, и напряжение
на его выходе равно логическому 0. Напряжение на конденсаторе С также
близко к нулю.
195
При поступлении на вход официального импульса (логического О)
ь соответствии с таблицей состоянии ЛЭ И — НЕ (см. рис. 3.40,6) на
выходе ЛЭ1 устанавливается высокий уровень напряжения (логический
0) и начинается зарядка конденсатора С. Ток зарядки протекает от выхода
ЛЭ! через конденсатор С и резистор R. На резисторе создается положи-
тельное напряжение, которое в виде логической 1 поступает на входы
ЛЭ2 и создает на его выходе напряжение низкого уровня (логический 0).
Напряжение логического 0 с выхода ЛЭ2 поступает на второй (верхний)
вход ЛЭ1 и поддерживает на его выходе высокий уровень напряжения
(логическую 1) после прекращения действия входного импульса.
По мере зарядки конденсатора С напряжение на входах ЛЭ2 умень-
шается. Когда уровень этого напряжения станет равен логическому 0, на-
пряжение на выходе ЛЭ2 будет соответствовать логической 1, которое пе-
редастся на второй вход ЛЭ 1. На обоих входах ЛЭ 1 будут действовать на-
пряжения высоких уровней, а на выходе — напряжение низкого уров-
ня. Конденсатор С будет разряжаться почти до нулевого напряжения
через выходное сопротивление ЛЭ1 и диод VD. В таком состоянии однови-
братор будет находиться до прихода очередного отрицательного импульса
на вход.
Каждый входной импульс формирует на выходе одновибратора отри-
цательный импульс прямоугольной формы. Длительность этого импульса
определяется сопротивлением резистора R и емкостью конденсатора С: чем
больше значения R и С, тем больше длительность выходного импульса.
Диод V D используется для уменьшения времени разрядки конденсатора
С и улучшения тем самым формы выходных импульсов. Аналогичную
роль выполняют и диоды VD\ и KD2 в мультивибраторе, показанном на
рис. 9.14.
10. РАДИОПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ
10.1. АНТЕННА И ЗАЗЕМЛЕНИЕ
Наружные приемные антенны
Эти антенны используются для более уверенного приема радиопередач.
Составными их элементами являются: горизонтальная часть, снижение
и заземление.
Горизонтальная часть представляет собой провод длиной 10...20 м,
укрепленный на мачтах над поверхностью земли или над крышей дома.
Чем больше высота, на которую поднят провод, тем выше приемная
способность антенны. Лучше всего использовать медный провод толщиной
2...3 мм или специальный антенный канатик, свитый из нескольких
тонких медных проволок. Чтобы не происходило утечки переменных токов
и напряжений, наводимых в антенне электромагнитными волнами, концы
е крепятся • \ «ров. Еч с.чих
изоляторов нет, их могут заменить фарфоровые ролики. Для обеспечения
надежности изоляции на каждом конце помещают нс по одному, а по
два изолятора (ролика) —рис. 10.1.
146
Снижение от антенны целесообразно делать згим же проводом, обвив
им несколько раз у изолятора горизонтально натянутый провод (рис
10.2). В этом случае не требуется пайка. Если же длина провода не
позволяет сделать из него снижение, применяют другой провод. Один его
конец предварительно припаивают к горизонтальному проводу, закреплен-
ному между изоляторами.
Такая антенна иногда называется Г-образной, так как горизонтальная
ее часть вместе со снижением напоминает букву Г Можно делать сни-
Рис 10.1. Антенные изоляторы
тение и от середины горизонтального провода (рис. 10.3) Эта антенна
называется Т-образной.
Провод снижения 1 (рис. 10.4) пропускают внутрь помещения через
отверстие, проделанное в стене или оконной раме. Для исключения
контакта провода снижения со стеной (что может вызвать утечку элек-
трических сигналов, наводимых в антенне) в отверстие с внутренней
стороны вставляют фарфоровую втулку, а с наружной — фарфоровую
воронку 2 и любую гибкую изоляционную трубку 4 (резиновая, хлор-
виниловая и т. п.). Воронку устанавливают так, чтобы через нее в поме-
щение не попадала влага. Если нет воронки и втулки, можно обойтись
одной изоляционной трубкой.
В комнате снижение антенны подводится к центральному зажиму
грозопереключателя. Грозопереключатель (рис. 10.5) необходим для того,
чтобы отводить в землю электрические заряды, возникающие в антенне
под действием различных атмосферных явлений. Во время грозы эти
заряды бывают настолько велики, что, попав из антенны в приемник,
могут вывести его из строя. Поэтому грозопереключатель располагают
таким образом, чтобы снижение антенны во время грозы можно было
соединять с проводом заземления.
Если провод невозможно натянуть между двумя мачтами (шестами),
антенну делают на одной мачте. Такая антенна (рис. 10.6, а) нредстав-
1яет собой отрезки (прутки) проволоки толщиной 1,0...2,0 мм и длиной
4и...6О см, ja4biMvrinoic с идлои л ища .• • •< мпшы т> го »тяг ива ют
и обматывают одним слоем оголенного и зачищенного провода, исполь-
зуемого для снижения антенны. Для того чтобы контакт между проводом
снижения и проволочными отрезками был лучше, желательно это место
197
Рис. 10.3. Наружная Т-образная ан-
тенна
Рис. 10.4. Ввод антенного
провода снижения через
стену или оконную раму:
1 — провод снижения антенны;
2 — фарфоровая воронка; 3 —
изолятор; 4 — резиновая или
хлорвиниловая трубка
Гnirui'} -
Рис 10 5
i (Jib.
1 — провод заземления; 2 — «земля-
ной» провод приемника; 3 — провод
снижения антенны; 4 — антенный
провод приемника
fl
Рис. 10.6. Антенна типа
«метелка»:
U AUi- . I ЛЦС1Х — шеек, Z—
проволочные прутки; 3—смо-
ла; 4 — фарфоровый изолятор;
5 — провод снижения антенны ;
б — условное графическое обоз-
начение антенны)
чалить расплавленным свинцом Полученный пучок вставляют в любой
изоляционный стакан (лучше всего для этой цели подойдет фарфоровый
изолятор уличной электропроводки) и заливают смолой. Число отрезков
в пучке зависит от диаметра используемого провода и может достигать
50.. .80. Свободные концы расправляют в виде метелки.
Изолятор прикрепляется к шесту проволокой или железным хомути-
ком.
Условное графическое обозначение антенны на электрических схемах
показано на рис. 10.6, б.
Рис 10.7 Комнатная
ральная антенна:
I - крючок; 2 — леска или
3 проволочная спираль; 4
вод снижения антенны, 5
СПИ-
ни 1 ь.
про-
стена
Комнатные антенны
Те, кто живет в многоэтажном доме, не оборудованном наружной
антенной, могут изготовить комнатную антенну. Для этого на потолке или
на стенах в углах комнаты необходимо укрепить фарфоровые ролики и
между ними параллельно стенам или по диагонали потолка натянуть
провод антенны. Следует помнить, что чем длиннее провод, тем лучше
качество работы антенны. Для увеличения длины провода антенны его
скручивают в спираль (рис. 10.7). Спиральные комнатные антенны можно
также приобрести в магазине. Чтобы спираль не прогибалась, через нее
пропускают капроновую нить или леску, которую и привязывают к роли-
кам либо крючкам, укрепленным на стене. Длина провода, свитого в спи
раль, должна составлять 10... 15 м. Снижение комнатной антенны делают
от любого ее конца или витка спирали.
Эффективность комнатной антенны, особенно в панельных домах,
значительно ниже, чем наружной, поэтому большую часть провода антен
ны целесообразно выносить наружу и укреплять между окнами или на
балконе. Полезной в этом случае оказывается наружная антенна типа
«метелки».
Магнитная антенна
В описанных наружных и комнатных приемных антеннах переменный
высокочастотный 'электрический ток наводится в основном электрической
составляющей электромагнитной волны. Чтобы лучше использовать и маг-
нитную составляющую, стали делать рамочные антенны (рис. 10.8, а).
Это как бы катушка больших размеров, при пересечении витков которой
переменным магнитным «илм нав..дгг:я переметите ЭДС самоин#ужжи
Чем больше витков в антенне, тем выше ее индуктивность и тем больше
наводимая в ней переменная ЭДС самоиндукции. Однако получить зна-
чительную индуктивность катушки можно не только за счет увеличения
199
количества витков, но и при введении в нее сердечника из ферромаг
ни гною материала, d связи с зтим мноюе приемники стали оборудовать
магнитными антеннами. Такая антенна представляет собой катушку, на-
мотанную на бумажном каркасе, расположенном на ферритовом круглом
или прямоугольном стержне длиной 8...15 см (рис. 10.8, б). Достоинства-
ми ее являются небольшие габариты и возможность работы приемника в
любом месте без подключения наружной антенны. Однако хорошо выпол-
ненная наружная антенна работает лучше, чем магнитная.
Рис 10.а. Рамочная (а) и магнитная (б) антенны:
I - изоляторы; 2 — провод антенны; 3 — провод снижения антенны; 4 мачта; 5 — ка
тушки; 6 — ферритовые стержни
Заземление
Конструкция заземления, как и антенны, зависит от условий, в кото-
рых находится радиолюбитель. Если в помещении имеются трубы водо-
провода, центрального водяного или парового отопления, они могут вы-
полнять роль заземления, поскольку хорошо соединены с землей. Остает-
ся только в каком-либо месте зачистить напильником до блеска небольшой
участок такой трубы и туго обмотать его зачищенным концом провода,
используемого в качестве ввода заземления. Еще лучше обмотанный уча-
сток трубы стянуть железным хомутиком (рис. 10.9). При наличии грозо-
переключателя другой конец провода подключают к его крайнему зажиму
(см. рис. 10.5), от которого делают отвод, используемый как провод за-
земления приемника.
Если дом не оборудован водопроводом и центральным отоплением,
заземление делается следующим образом. К листу железа размером не
Рис. 10.9. Использование в ка
ч-. ггве заземления 1рубы воде
провода или центрального отоп-
ления:
1 — обжимной хомут; 2 — провод зазем-
тения; 3 - труба
менее чем 60 X 60 см нужно припаять медный провод диаме!ром 1,5. .3 мм
и опустить лист в яму, вырытую под окном или вблизи от него (рис
10.10, а). Глубина ямы должна быть такой, чтобы опущенный в нее лист
железа оказался в слоях, всегда сохраняющих влагу. Чтобы уменьшить
сопротивление заземления, перед засыпкой ямы ее желательно полить
раствором поваренной соли. Затем осторожно, стараясь не повредить про-
вод, яму засыпают и хорошо утрамбовывают. Вывод заземления прочно
прикрепляют к стене дома железными скобами или гвоздями. Изолировать
Рис. 10.10. Устройшво заземле-
ния (а) и его условное графи-
ческое обозначение (б):
1 провод заземления; 2 - металличе-
ский предмет
провод от стен дома не нужно. Как и для антенны, в стене или оконной
раме необходимо проделать небольшое отверстие для ввода провода
заземления.
Для заземления можно также использовать любые металлические
предметы: старое железное колесо от сельскохозяйственной машины,
кусок рельса, металлическую трубу, оцинкованное ведро и т. п. Нужно
лишь обеспечить надежный контакт провода с выбранным для заземления
металлическим предметом. Поэтому пайка соединяемого с ним провода
должна быть очень качественной.
Условное обозначение заземления на электрических схемах показано
на рис. 10.10, б.
10.2. детекторный радиоприемник
Схема детекторного радиоприемника
Детекторный приемник — простейшее радиоприемное устройство, в
котором принятые сигналы радиостанций не усиливаются, а лишь пре-
образуются в звуковые сигналы с помощью специального устройства —
детектора. Он не нуждается в источниках питания, для его изготовле-
ния требуется минимальное количество деталей. Обычно детекторный
радиоприемник содержи г колебательный контур, кристаллический детек-
тор (полупроводниковый диод), головной телефон и блокировочный
конденсатор. Большая полоса пропускания этого приемника обеспечивает
высокое качество звучания принимаемых радиопередач. Правда, услы-
201
ШЭТЬ звук МОЖНО ТОЛЬКО используя наушники, Д<а И IO лишь О! МОЩНЫХ
или близко расположенных радиосп анции. Лз-за большой полосы пропу-
скания детекторного приемника могут быть слышимыми одновременно
две радиостанции и более. Обнако, собрав детекторный приемник, радио-
любитель приобретает первые практические навыки. После этого он смо-
жет перейти к конструированию более сложных приемников.
Одна из схем детекторного приемника изображена на рис. 10.11. Для
его изготовления используются катушка индуктивности L, конденсатор
Рис. iU.il. Схема детекюрного при-
емника
постоянной емкости С2= 2000...3000 нФ, полупроводниковый точечный
или микросплавной диод типа Д2 или Д9, конденсатор переменной емко-
сти Cl, переключатель SA и высокоомные головные телефоны типа ТОН-1
или ТОН-2. За исключением катушки индуктивности L все детали при-
емника заводского изготовления. Переключатель SA может быть само-
дельным.
Работает приемник следующим образом. Радиоволны, принятые при-
емной антенной WA, поступают в колебательный контур, образованный
катушкой индуктивности L, конденсатором переменной емкости С1 и пе-
реключателем SA. Для того чтобы выделить радиоволны нужной радио-
станции, резонансную частоту колебательного контура с помощью пере-
ключателя SA и переменного конденсатора С1 устанавливают равной
несущей частоте радиоволн принимаемой станции. Резонансная частота
колебательного контура изменяется переменным конденсатором С1 плав-
но, а переключателем SA — резко, скачком. При этом, если используется
только верхняя часть катушки индуктивности L, резонансная частота
колебательного контура изменяется в диапазоне средних волн. Если же
в состав колебательного контура входит вся индуктивность катушки (как
показано на рис. 10.11), резонансная частота колебательного контура
снижается и при изменении емкости конденсатора С1 изменяется в диа-
пазоне длинных волн. Таким образом, SA выполняет роль переключателя
диапазонов, а переменный конденсатор С1 — элемента плавной настройки.
Высокочастотное модулированное напряжение выбранной радиостан-
ции с колебательного контура поступает на детектор, образованный
диодом I D Нагрузкой детектора являются головные телефоны ВА, об-
лал?«чс •: л» . v .• .-.•.д-’" сщфотнвлениями пере-
менному току. Емкостное сопротивление образуется так называемой па-
разитной емкостью Спар, самопроизвольно возникающей между витками
обмоток головных телефонов. Назначение и принцип работы детектора
202
были уже рассмотрены на с. 96. Благодаря ему из сложного модулирован-
ного высокочастотного напряжения выделяе1ся низкочастотная составля
ющая (рис. 4.10), которая, протекая через обмотки головных телефонов,
заставляет колебаться мембрану со звуковой частотой, тогда слышна
передающая радиостанция. Для лучшей фильтрации высокочастотных
^оставляющих параллельно головным телефонам можно подключить
дополнительный конденсатор С2 емкостью в несколько тысяч пикофа-
рад
Колебательный контур детекторного приемника
Настройка детекторного приемника на нужную радиостанцию во
viHoroM зависит от качества колебательного контура, которое определяет-
я в основном индуктивностью и добротностью катушки.
Можно повысить добротность катушки, увеличив ее диаметр (до
б 10 см) и использовав для намотки более толстый провод. Но в таком
лучае габариты детекторного приемника, несмотря на простоту его схе-
мы, окажутся большими.
Получить достаточно высокую добротность катушки можно и при ма-
лых размерах последней, достаточно ввести в нее ферромагнитный
сердечник, который значительно повышает индуктивность катушки при
неизменном числе ее витков.
Вследствие этого индуктивное сопротивление катушки повышается по
сравнению с активным, что в конечном счете приводит к увеличению
добротности. Таким образом, для колебательного контура можно исполь-
ювать катушку, надетую на ферритовый стержень длиной 8... 10 см и
диаметром 8...9 мм (марки 600 НН или 400 НН). Годятся и готовые
магнитные антенны от радиоприемников типа «Океан», «Альпинист» и
др. Однако для начала катушку лучше изготовить самостоятельно.
Прежде всего делают каркас, который должен с незначительным
(рением перемещаться по стержню, что необходимо при налаживании
приемника. Для каркаса берут полосу плотной бумаги, шириной на
10...20 мм меньше длины ферритового стержня и оборачивают ею стер-
жень 3...5 раз (в зависимости от плотности бумаги), причем внутреннюю
сторону бумаги перед очередным витком смазывают клеем. При этом ее
нельзя сильно натягивать, так как после высыхания клея диаметр каркаса
уменьшится, и при слишком тугой намотке готовый каркас будет трудно
передвигать по стержню. Чтобы этого не произошло, перед изготовлением
каркаса ферритовый стержень обертывают одним слоем тонкой бумаги,
которую снимают, когда каркас готов.
Для уменьшения междувитковой паразитной емкости катушку наматы-
вают «внавал» в 5 секциях. Для каждой секции на подготовленном карка-
се приклеивают по две щечки из плотного картона или другого изоля-
ционного материала толщиной 0,5...! мм и диаметром 15... 16 мм. Ширина
цервой секции толжна составлять 5...6 мм, остальных 4 мм а рассто-
яние между ними — около 5 мм. Первую пару щечек секции приклеивают
на каркасе, отступив от края на 3. 4 мм. Чтобы после окончания намотки
одной секции продолжать намотку другой, не обрывая провод, в щечках
203
надо сделать радиальные (т. е. по радиусу) прореви. Отступив or послед-
ней щечки 3...4 мм, лишнюю часть каркаса отрезают.
Каркас со щечками, подготовленный для намотки, изображен на
рис. 10.12. Общая длина его 40...50 мм.
Намотка катушки на каркас производится после его высыхания. Для
намотки можно использовать провод в любой изоляции диаметром 0,1...
0,2 мм. Оставив свободным конец длиной 10... 12 см, провод закрепляют
ниткой в первой секции, а конец выводят из нее через прорезь в щечке.
5.6 6 ч- 5 Ч 5 Ч 5 ч
Рис. 10.12. Изготовление катушки детекторного приемника:
а— каркас; б - щечка; в — каркас со щечками; а—катушка в сборе (/ - ферритовый стер
жень; 2— бумага, 3 — секции)
Рис. 10.13. Самодельный конденсатор
переменной емкости
В 1-ю секцию наматывают 80 витков провода, затем делают петлю дли-
ной 10.. .12 см. Чтобы петля не «распускалась» и не ослабевала намотка
катушки, начало петли также закрепляют в секции ниткой. Не обрывая
провод петли, его пропускают через прорезь второй щечки и вводят во
вторую секцию. Во второй и последующих секциях нужно намотать по
50 витков. При работе в диапазоне длинных волн в контур включаются
витки всех пяти секций (80+50X4=280 витков), в диапазоне средних
волн — только 1-й секции (80 витков).
В качестве С/ можно применить любой конденсатор переменной емко-
сти, устанавливаемый в транзисторных радиоприемниках «Альпинист»,
«Спидола», «Этюд» и др. Переменные конденсаторы супергетеродинных
приемников содержат по 2...3 секции. Для детекторного приемника до-
204
сгаточно использовать одну секцию. Можно применять также промышлен-
ный подстроечный конденсатор типа КПК-2-25/150, позволяющий изме-
нять емкость от 25 до 150 пФ Чтобы удобнее было вращать гладкий
керамический ротор при настройке приемника на нужную радиостанцию,
следует лобзиком выпилить кольцо из оргстекла, гетинакса или тексто-
лита (рис. 10.13). Толщина кольца должна быть такой же, как и у ротор-
ной (вращающейся) пластины конденсатора, а внутренний диаметр дол-
жен быть равен внутреннему диаметру ротора. Смазав обод ротора и
внутреннюю поверхность кольца клеем БФ-2 или «Суперцемент», обол
плотно насаживают на ротор конденсатора. По ободу напильником про
пиливают зубцы, чтобы кольцо не проскальзывало под пальцами при
его вращении.
Монтаж и настройка детекторного радиоприемника
Переключатель для детекторного приемника лучше всего использовать
готовый (на два положения). Но можно его сделать и самому. Одна из
конструкций самодельного переключателя изображена на рис. 10.14, а.
Для удобства подключения к приемнику головных телефонов, антен-
ны и заземления делают гнезда. Из латуни или белой жести вырезают
заготовку, как показано на рис. 10.14, б, и ее широкую часть сворачивают
в виде трубки. К выступающим полоскам припаивают проводники, кото-
рые соединяют с колебательным контуром и детектором, а в гнезда встав-
ляют штекеры антенны, заземления и наушников. Чтобы обеспечить хо
роший контакт штекера с гнездом, последнее слегка сжимают. Внут-
ренняя поверхность гнезд должна быть хорошо очищена от пленки окиси
и загрязнений.
Собирать детекторный приемник можно прямо на столе, но целесо-
образнее использовать для этого кусок фанеры, гетинакса или текстолита
размером 10Х 15 см. На нем неподвижно закрепляются все детали при-
емника. Крепить магнитную антенну удобно с помощью латунного крон-
штейна или стоек из оргстекла или любого другого изоляционного мате-
риала (рис. 10.15). Соединять провода нужно пайкой. Лепестки при-
меняют заводские или самодельные. Чтобы сделать лепестки самому,
надо из латуни или жести вырезать полоски длиной 25...30 мм и шириной
4...5 мм (см. рис. 10.14, б). В центре лепестка делают отверстие, в
которое вставляют гвоздь или винт, и кренят лепесток к шасси (так
называют основание, на котором размещаются радиодетали), после чего
лепесток загибают с двух сторон.
Работать с таким приемником (см. рис. 10.11) очень просто. Подклю-
чив к гнездам XI и Х2 соответственно антенну и заземление, а к гнездам
ХЗ и Х4— наушники, вращением ротора конденсатора С1 устанавливают
одну из наиболее слышимых станций средневолнового или длинноволново-
го диапазонов. Если теперь начать поворачивать шасси с размещенными
на нем деталями, громкость в наушниках будет изменяться вследствие
того, что величина переменной ЭДС наводимой в катушке /., зависит от
положения ее оси по отношению к радиостанции. Если направление ра-
диостанции перпендикулярно оси катушки (или оси ферритового стерж-
ня), ЭДС становится максимальной и в наушниках создается наибольшая
205
громкость. Если же направление радиостанции совпадает с осью ферри-
тового стержня, ЭДС практически равна нулю, а в катушке протекают
лишь переменные токи, поступающие из антенны. Слышимость радиостан-
ции в этом случае минимальная. Поэтому, если направление радиостан-
ции неизвестно, настройку необходимо производить при различных поло-
жениях магнитной антенны: «поймав» нужную радиостанцию, следует
развернуть магнитную антенну так, чтобы в наушниках обеспечивалась
наибольшая громкость.
Рис. 10.14. Самодельные переключа-
тель (а), контактный лепесток (б)
и гнездо (в):
/ — неподвижные контакты; 2 — подвижный
контакт; 3 основана из гетниакса иди текс-
толита; 4 — ручка подвижного контакта
Рис. 10.15. Способы крепления магнитной
антенны на шасси:
/ — латунный кронштейн; 2 — резиновое кольцо;
3 — стойка из оргстекла
При настройке детекторного приемника на работающую радиостанцию
может оказаться, что громкость увеличивается при неполном выведении
подвижной системы пластин (ротора) конденсатора переменной емкости,
но не становится максимальной при полностью выведенных пластинах.
Это значит, что резонансная частота колебательного контура меньше
частоты волн принимаемой радиостанции. Чтобы увеличить резонансную
частоту контура, надо уменьшить его индуктивность (так как емкость
переменного конденсатора при полностью выведенных роторных пласти-
нах минимально возможная), отмотав от контурной катушки несколько
витков.
Если же не удается получить максимальную громкость при полно-
стью введенных роторных пластинах (при этом емкость переменного
конденсатора — максимальная) — резонансная частота колебательного
контура больше частоты волн принимаемой радиостанции. Для умень-
шения резонансной частоты контура в этом случае требуется добавить
к катушке несколько витков или параллельно конденсатору переменной
емкости подключить конденсатор постоянной емкости в несколько единиц
или десятков пикофарад.
Нужно отметить, что емкость колебательного контура определяется
не только емкостью переменного конденсатора С1, но и емкостью антенны,
которая подключена параллельно емкости конденсатора С1. Поэтому
при достаточно хорошей слышимости принимаемой радиостанции между
антенной и контуром приемника можно включить дополнительный кон-
денсатор С А емкостью 20...200 пФ. При этом емкость антенны подключают
206
к KOHiуру через конденсатор Сд, а так как при последовательном включе-
нии конденсаторов их общая емкое!ь уменьшается, то уменьшается
и емкость, подключаемая параллельно конденсатору С/, и, следовательно,
снижается влияние емкости антенны на настройку колебательного кон-
тура.
Разновидности схем детекторных радиоприемников
В схемах детекторных приемников, приведенных на рис. 10.11 и
1016, на диод VD подается все переменное высокочастотное напряжение,
создаваемое в контуре. Контур шунтируется входным сопротивлением
детектора, которое в свою очередь зависит от нагрузки (сопротивления
телефонов). Шунтирование контура дополнительным сопротивлением при-
водит к ухудшению его избирательных свойств. При использовании точеч
ного детектора и высокоомных телефонов шунтирование незначительное
и слабо влияет на избирательность. Однако существуют схемы (о них
сказано далее), в которых такое включение недопустимо из-за малого
входного сопротивления детектора. Поэтому в практических схемах
приемников широко применяется ч а с т и ч н о е включение контура
(когда на детектор подается часть переменного напряжения контура, сни-
маемого с отвода катушки) и с катушками связи.
В схеме детекторного приемника с катушкой связи (рис. 10.17)
катушка связи L2 имеет трансформаторную связь с контурной катушкой L1.
Катушку связи можно выполнить, намотав 10...30 витков провода на
бумажный каркас (рис. 10.18, а). Степень связи, а значит, и переменный
сигнал, создаваемый в катушке L2, можно изменять путем изменения ее
положения относительно катушки L1 колебательного контура. Положение
кагушки связи L2 относительно катушки L1 подбирают опытным путем,
добиваясь наилучшей слышимости при сохранении хорошей избиратель-
ности. Может, однако, оказаться, что положение катушки связи, подо-
бранное для диапазона длинных волн, окажется «неудачным» при работе
Рис. 10.16. Схема детектор-
ного приемника с конденса-
тором между антенной и коле-
бательным контуром
Рис. 10.17. Схема детектор-
ного приемника с трансфор-
маторной связью
207
в диапазоне средних волн. Исходя из этого, в большинстве случаев при-
ходится на ферритовом ыержне помещать контурную катушку и ка-
тушку связи для диапазона длинных волн и такие же катушки для средне-
волнового диапазона (рис. 10.18,6).
Контурная катушка L1 диапазона длинных волн (ДВ) содержит
250.. .320 витков, намотанных виток к витку (рядовая намотка) или вна-
вал в 4. . .5 секциях. Для работы в диапазоне средних волн катушка L1
должна содержать 60. . .80 витков рядовой намотки
Рис. 10.18. Конструкция катушек детекторного приемника с трансфор-
маторной связью
103. РАДИОПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ
С УСИЛИТЕЛЯМИ НИЗКОИ ЧАСТОТЫ
Радиоприемники с однокаскадными УНЧ
Звуковые колебания мембраны головных телефонов создаются энер-
гией радиоволн, принятых антенной и поступивших в колебательный
контур L1C1. Поскольку эта энергия очень мала, с помощью детекторного
приемника удается «услышать» лишь радиостанции, расположенные на
небольшом расстоянии от места приема, или очень мощные радиостанции.
Чтобы увеличить громкость звучания принимаемых радиостанций, не-
обходимо усилить колебания, полученные на выходе детектора. Это можно
сделать, подключив к выходу детектора усилитель низкой частоты (УНЧ).
Схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах и
принцип их работы были рассмотрены на с. В эти схемы вместо
резистора RK нужно подключить наушники и сигнал с выхода детектора
(с гнезд XI и Х4} подавать на вход усилителя через разделительный кон-
денсатор Ср. Чтобы на конденсаторе не терялось напряжение сигнала,
поступающее с выхода детектора, емкость его должна составлять не-
сколько единиц или даже десятков микрофарад. Такую емкость могут
обеспечить оксидные (электролитические) конденсаторы.
Схема детекторного приемника с однокаскадным транзисторным УНЧ
с фиксированным током базы изображена на рис. 10.19. Слева от пунк-
тирной линии — детекторный приемник. Только вместо наушников на вы-
ходе детектора включен резистор R1 сопротивлением 4,3. . .10 кОм. На ре-
зисторе создаются колебания звуковой частоты, которые через раздели-
тельный конденсатор Ср поступают на вход однокаскадного усилителя,
’ЫНОЛЬ' *« ,Ч'П;.Й 'Г В [ J. • ..с J НЛСНИН Ь КОЛЛсЫОр
ной цепи транзистора VT создаются более мощные колебания тока, за-
ставляющие «энергичнее» колебаться мембрану наушников, и звук
становится громче.
208
При включении элек1 ролитического конденсатора в схему надо соблю-
дать его полярность. Для обеспечения нормальной работы транзистора
структуры р-п-р напряжение базы VT всегда должно иметь небольшое
отрицательное значение (десятые доли вольта). Поэтому к выходу детек-
тора должен быть подключен положительный, а к базе транзистора —
отрицательный полюс электролитического разделительного конденсатора
Ср. При несоблюдении полярности подключения электролитического кон-
денсатора ухудшаются его диэлектрические свойства, а при напряжениях,
Рис. 10.19. Схема приемника прямого усиления с однокаскадным УНЧ
близких к его рабочему напряжению, может произойти пробой конден
сатора.
Настраивается приемник следующим образом. Сначала проверяют
работоспособность детекторного приемника и настройку его контура
L1С1 на работающую радиостанцию. Для этого резистор /?1 отсоединяют
от выхода детектора (достаточно отсоединить один конец резистора), а к
гнездам ХЗ и Х4 вместо усилителя подключают наушники. После настрой-
ки детекторного приемника на работающую радиостанцию наушники от
ключают от гнезд ХЗ, Х4 и включают в коллекторную цепь транзистора.
Восстанавливается связь резистора /?1 с выходом детектора, и к его
выходу (гнездам ХЗ и Х4) подключают УНЧ. Для настройки усилителя на-
до подобрать резистор /?2. Сопротивление резистора должно быть таким,
чтобы хорошая слышимость в наушниках с минимальными искажениями
обеспечивалась при коллекторном токе от 0,6 до 1,5 мА Величина тока бу
дет зависеть от типа транзистора VT и его коэффициента передачи /i21£
В качестве VT лучше всего использовать транзисторы МП39...МП42 или
любые другие низкочастотные транзисторы.
Можно применять и высокочастотные маломощные транзистор'1
лательно, чтобы коэффициент передачи h^\E транзистора был не менее
30...35. Для контроля коллекторного тока в коллекторную цепь транзи
стора последовательно с наушниками нужно включить миллиамперметр
209
Вместо усилительного каскада с фиксированным током базы можно
использовать транзисторные однокаскадные усилители с фиксированным
напряжением смещения (рис. 10.20, а) и резистором термостабилизации
(рис. 10.20,6). Настраиваются усилители так же, как и рассмотренный
усилитель с фиксированным током базы — путем подбора резистора R2.
Чтобы легче было подобрать резистор R2, заменяют его цепочкой из
последовательно соединенных постоянного резистора R2' сопротивлением
Рис. 10.20. Варианты схем УНЧ
порядка 30 кОм и переменного резистора R2" сопротивлением 6б. . .100
кОм (рис. 10.20, в).
Вращая движок переменного резистора, устанавливают коллекторный
юк транзистора VT в пределах 0,6...1,5 мА. Если громкость и качество
звучания при токах коллектора 0,6 и 1,5 мА остаются одинаковыми,
выбирают минимальное значение тока, так как при этом будет меньше
расходоваться энергия источника питания, что особенно важно, если ис-
точником питания является батарейка, ибо чем больше потребляемый
от нее ток, тем меньше срок ее службы.
Установив нужное значение тока коллектора, цепочку резисторов
R2' и R2" отсоединяют, измеряют омметром ее сопротивление и подбирают
резистор с номинальным сопротивлением, близким к измеренному. Этот
резистор и будет выполнять в схеме усилителя роль резистора R2.
При использовании в качестве УНЧ транзисторного усилителя с ре
зистором термостабилизации (рис. 10,20, б) можно проверить влияние
ООС на громкость звучания, т. е. на коэффициент усиления усилителя
Для этого при работающем приемнике отключают конденсаторе^ от ре-
зистора термостабилизации R4. Громкость сразу уменьшится вследствие
появления на резисторе R4 напряжения ООС по переменному току. Если
теперь подключить конденсатор СЗ емкостью 1 мкФ, громкость увеличит-
ся, но будет меньше, чем при подключении СЗ=20 мкФ.
Радиоприемники с двухкаскадными УНЧ
Громкость агсшш** •••»• повысить ^сли использовать не одно-, а
двух- или трехкаскадный транзисторный УНЧ. Чтобы построить двух
каскадный УНЧ, нужно в однокаскадный УНЧ, выполненный по любой
из рассмотренных схем (рис. 10.19, 10.20), вместо наушников включить
210
резистор сопротивления 2,7. . .3,3 кОм и усиленное напряжение с этого
резистора (или, что го же самое, с коллектора транзистора VTlj
подать на второй каскад, выполненный по такой же или другой схеме
(рис. 10.20). Одна из схем двухкаскадного усилителя изображена на рис.
10.21.
Сигнал с выхода детектора после усиления первым каскадом (на
транзисторе VT1) поступает на вход второго каскада (на транзисторе
Рис. 10.21. Схема простейше-
го двухкаскадного УНЧ
VT2). В результате усиления первым каскадом амплитуда переменного
тока и напряжения в цепи базы транзистора VT2 оказывается значитель-
но больше, чем в цепи базы транзистора VTI. Чтобы не происходило
искажений усиливаемого сигнала, режим работы транзистора VT2 необ
ходимо выбирать при больших токах.
При малых токах коллектора на резисторе R3 создается также не-
большое напряжение, и отрицательное напряжение коллектора транзисто-
ра 1/71 незначительно отличается от напряжения источника питания GBI
Отрицательное напряжение базы транзистора составляет лишь десятые
доли вольта, т. е. база транзистора VT2 является более положительной,
чем коллектор транзистора VT1. Это и определяет полярность подключе-
ния разделительного конденсатора Ср2.
Путем подбора резистора R4 следует получить наибольшую громкость
при наименьших искажениях звука. Чем меньше при этом будет ток кол-
лектора транзистора VT2, тем экономичнее приемник.
Приемник прямого усиления характеризуют условной форму-
лой, определяющей состав его усилительного тракта: детектор обознача-
ется латинской буквой V, а цифрами перед этой буквой и после нее —
соответственно число усилителей высокой и низкой частоты. Согласно этой
формуле, детекторный приемник, не содержащий никаких усилителей,
обозначается 0—V—0; с одним УНЧ — 0—V—Г, с двумя и тремя УНЧ —
0;—V—2 и 0—V—3; с одним каскадом усиления высокой частоты (УВЧ)
и двумя каскадами УНЧ — 1—V—2 и т. д.
Для повышения стабильности коэффициента усиления при изменении
температуры или замене транзисторов в усилитель часто ввотят ООС
Один из таких усилителей показан на рис. 10.22. В нем R5 является
резистором термостабилизации второго каскада. В этом каскаде он одно-
временно выполняет и роль элемента ООС по постоянному току. Резисторы
211
КЗ и /?4 осуществляют ООС по переменному току со второго каскада
на первый.
Схема УНЧ упрощается, если в нем используются транзисторы разной
структуры: р-п-р и п-р-п. (рис. 10.23). Она, как и предыдущая, не содержит
разделительного конденсатора между первым и вторым каскадами. Такую
связь называют непосредственной гальванической связью.
Отсутствие разделительного конденсатора улучшает частотные свой-
ства усилителя, делает его более широкодиапазонным (широкополосным),
Рис. 10.23. Схема двухкаскадного
УНЧ на транзисторах разной струк-
туры
но зато ставит режим работы второго каскада в зависимость от режима
первого каскада. Это обстоятельство требует более тщательной настройки
УНЧ по постоянному току.
Настройка усилителя сводится к подбору резистора А?2, при котором
ток коллектора транзистора VT2 составляет 0,5...1,0 мА. Сопротивление
резистора R3 должно быть 680...820 Ом, если в качестве VT2 используется
германиевый транзистор (например, МП35...МП38), и 2...3 кОм—если
кремниевый транзистор (например, КТ312, КТ315).
Для настройки усилителей низкой частоты можно использовать про-
стую приставку (см. рис. 11.17), подключаемую к розетке радиотрансля
ционной сети.
10.4. РАДИОПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ
С УСИЛИТЕЛЯМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
УВЧ в детекторных радиоприемниках
После ознакомления с уже описанными опытами, проведенными с
детекторным приемником, у некоторых радиолюбителей может сложиться
мнение, что для получения необходимой громкости достаточно увеличи-
вать число каскадов УНЧ и повышать их коэффициент усиления. На
самом деле это не совсем так. Детекторный приемник с УНЧ хороню
принимает только мощные и близко расположенные радиостанции, когда
на вход детектора с колебательного контура поступает переменное на-
пряжение в несколько десятых долей вольта. При более слабых сигналах
их детектирование происходит на начальном нелинейном участке — на
изгибе вольт-амперной характеристики диода, где изменения напряжения
сопровождаются незначительными изменениями тока и большими иска-
жениями низкочастотной cor tявляющей сигнала. Поэтому при приеме
удаленных или маломощных радиостанций нужно усилить сигнал еще до
детектора, после выделения его колебательным контуром. Эту роль выпол-
няют усилители высокой частоты — УВЧ.
212
Особенности построения транзисторных УВЧ
Схема УВЧ мало чем отличается от схем УНЧ. Следует отметить
что в УВЧ емкости всех конденсаторов значительно меньше. Так как
с ростом частоты сопротивление конденсатора уменьшается, то на высоких
частотах даже конденсаторы небольшой емкости имеют малое сопротив
ление. Кроме того, в УВЧ в качестве нагрузки часто применяются
дроссель, трансформатор или колебательный контур. При включении кон
Рис 10.24. Частичное включение контура
в коллекторную (а) и базовую (б) цени
транзистора
Рис. 10.25. Схема транзи
сторного УВЧ с положи
тельной обратной связью
iypa в коллекторную цепь транзистора он шунтируется выходным со
противлением транзистора, что вызывает уменьшение его добротности
и избирательности. Поэтому в транзисторных УВЧ, обладающих
незначительным выходным и малым входным сопротивлениями, приме
няют частичное включение колебательного контура в коллекторную или
базовую цепи (рис. 10.24). При этом шунтируется лишь небольшой уча-
сток контура, и его добротность уменьшается несущественно.
Транзисторы, используемые в УВЧ, должны нормально работать в
области высоких частот, т. е. быть высокочастотными.
Нужно также иметь в виду, что на ВЧ может образоваться положи-
тельная обратная связь (ПОС) между входными и выходными цепями
усилителя. Эта связь осуществляется через общий источник питания или
создается наводками, возникающими в результате излучения электромаг-
нитных волн одними цепями и их приема другими цепями, что может
привести к самовозбуждению усилителя. В связи с этим при наличии в
приемнике УВЧ входные и выходные цепи располагают подальше друг от
друга, некоторые из них, особенно колебательные контуры, часто экрани-
руют.
Иногда в УВЧ сознательно вводят ПОС, которая частично компенси
рует потери сигнала в колебательном контуре, что равносильно умень
шению собственного сопротивления колебательного контура и повышению
его добротности. На рис. 10.25 ПОС выполняется катушкой Дсв, индуктив
но связанной с контурной кашуткой L*. Усиленный сигнал через катушку
связи поступает снова во входной контур в фазе с усиливаемым сиг-
налом. Это влечет за собой увеличение амплитуды входного и выходного
сигнала, т. е. увеличение коэффициента усиления. Величину ПОС выби-
рают такой, чтобы усилитель не возбудился, т. е. не превратился в гене-
213
ратор. Это достигается подбором числа витков катушки связи /_св или ее
расположения относительно контурной катушки LK. Если катушки LK и
£св намотаны на каркас с ферритовым сердечником, величину ПОС можно
регулировать, вращая сердечник.
Радиоприемники с однокаскадными УВЧ
На рис. 10.26 изображена схема приемника прямого усиления, со-
держащего каскад УВЧ, детектор и каскад УНЧ. Такой приемник
01
XI
Са
УВЧ V Фильтр „~п
0Д..1М _
/?7*Г
СЗ 10мк*БВ
। с? Детектор
1
VD2
УНЧ
ОД.ДОмА
R5\
130к\
05'
то
\ХЧ
К
Х6
ВА
VT2
6В
МВ
т ।
Рис. 10.26. Схема приемника прямого усиления типа 1-V-1
соответствует схеме 1 — V—1. Настройка УВЧ сводится к подбору резисто-
ра R1 таким образом, чтобы коллекторный ток транзистора VT1 был равен
0,6.. .1,5 мА. О том, как это делается, см. на с. 163.. .165.
В этом приемнике применена другая схема детектора. Диод VD1
образует параллельный детектор, напряжение с которого подается
на второй, последовательный детектор, выполненный на диоде VD2.
Напряжение на выходе такого детектора может в 2 раза превышать
напряжение на выходе простого детектора с одним диодом. Этот де-
тектор получил название детектора с удвоением сигнала.
Новыми элементами в этом приемнике являются также резистор
R3 и конденсатор СЗ — развязывающий фильтр, который устраняет связь
между УНЧ и УВЧ через общий источник питания, предотвращая тем
самым самовозбуждение УВЧ.
Благодаря более высокой чувствительности, работоспособность такого
приемника сохранится, если вместо наружной антенны к нему подключить
комнатную антенну или кусок провода длиной 3...5 м.
Радиоприемники с двухкаскадными УВЧ
Ести вместо оцпого каеьада УВЧ применить два каскада, выполнен-
ных по одной из схем, приведенных на рис. 10.27, то довольно хорошая
слышимость будет обеспечена при использовании лишь одной магнитной
антенны. В качестве VT\ и VT2 в этих схемах можно применить любые
214
маломощные высокочастотные гранзисгоры тина 1Т308, Г 322, МП416,
П401, II403 и др.
В схеме, изображенной на рис. 10.27, б, входной (антенный) контур не
содержит катушки связи. К базе транзистора VT1 подключается часть
витков катушки контура. Причем усиливается не весь высокочастотный
сигнал, а лишь часть его, но зато уменьшается шунтирование контура
малым входным сопротивлением первого каскада и сохраняются его вы-
сокая добротность и избирательность.
Рис. 10.27. Схемы двухкаскадных УВЧ:
а с ООС и непосредственной связью между каскадами; б — с трансформаторной
связью между каскадами
Рис. 10.28. Изготовление высокочастотного трансформатора на фер
ритовом кольце:
а — челнок; б - челнок с обмоточным проводом; в намотка провода на феррит
вое кольцо; г - готовый трансформатор
Нагрузкой первого каскада этого усилителя является высокочастотный
трансформатор £1£2, который позволяет получить от каскада большее
усиление, чем при использовании резистора в качестве нагрузки. Катушки
трансформатора наматывают проводом ПЭЛШО диаметром 0,1.. 0,15 мм
на ферритовое кольцо с внешним диаметром 10 мм, внутренним - 6 мм
и высотой 2,5 мм. Катушка LI содержит 150 витков, а £2—25 витков. На
матывают катушки на кольцо с помощью челнока. Челнок представляе!
собой кусок медной проволоки диаметром около 1 мм и длиной 10... 15 см.
к концам которой припаивают скобки (рогатки), изготовленные из тако
го же или более тонкого провода (рис. 10.28) На челнок наматываю!
215
нужное количество провода. Продевая челнок через ферритовое кольцо,
наматывают катушки L1 и L2. Витки катушек L1 и L2 могут равномерно
распределяться по всему кольцу или располагаться на отдельных его
участках.
Если намотка выполняется одним проводом, то, чтобы при сборке уси-
лителя не перепутать концы катушек, можно к их выводам привязать
бумажные бирочки с номерами.
10.5. РЕФЛЕКСНЫЕ РАДИОПРИЕМНИКИ
Рефлексный приемник на трех транзисторах
Рефлексным называют радиоприемник, в котором все или часть каска-
дов используются одновременно как для усиления колебаний высокой ча-
стоты, или радиочастоты, так и для усиления колебаний низкой (звуко-
вой) частоты.
Схема одного из рефлексных приемников показана на рис. 10.29, а.
Сигналы радиостанций, принятые магнитной антенной WAI, селектируют-
ся входным колебательным контуром L\Cl и с катушки связи через раз-
делительный конденсатор С2 поступают на базу транзистора VT\, обра-
зующего с резистором А*1 первый каскад усиления. С коллектора транзи-
стора VT1 усиленный высокочастотный сигнал поступает на вход второго
каскада усиления (VT2 и /?2), а с его выхода (коллектора транзистора
VT2) — на вход третьего каскада усиления, выполненного на транзисторе
VT3. Усиленный трехкаскадным усилителем высокочастотный сигнал де-
тектируется (детектором служат полупроводниковый диод VD\ и конден-
сатор СЗ) и с выхода детектора через резистор А*3 поступает на вход того
Рис. 10.29. Рефлексный приемник на трех транзисторах
216
же самого трехкаскадного усилителя. Условная формула данного прием-
ника будет иметь вид 3—V—3. Нагрузкой последнего каскада усилителя
служат малогабаритные головные телефоны типа ТМ-2м или им подобные.
В качестве транзисторов 1/7’1, VT2 и VT3 можно использовать кремни-
евые маломощные высокочастотные транзисторы типа КТ301, КТ312 или
КТ315 с любыми буквенными индексами. Диод VDI— германиевый типа
Д9 или Д18, резисторы типа УЛМ или МЛТ-0,125. Конденсатор перемен-
ной емкости С1 подойдет от любого малогабаритного радиоприемника.
Если емкости одной секции будет недостаточно, параллельно ей можно
подключить вторую секцию. Магнитная антенна (рис. 10.29, б) выполнена
на ферритовом стержне типа 600НН. Катушка L1 для диапазона средних
волн содержит 75 витков провода ЛЭШО 10X0,07. Можно использовать
и одножильный провод ПЭЛШО или ПЭВ-1, ПЭВ-2 диаметром 0,2...0,3 мм.
Катушку связи L2, содержащую 5 витков провода ПЭВ-1 или ПЭВ-2 ди-
аметром 0,25 мм, размещают на бумажном кольце, способном переме-
щаться по сердечнику. Питание приемника осуществляется от одного
гальванического элемента с начальным напряжением 1,5 В.
На рис. 10.29, в показан вариант печатной платы приемника.
Налаживание приемника сводится к подбору сопротивления резистора
R3. Для этого он временно заменяется цепочкой, состоящей из постоян-
ного резистора R3' сопротивлением 33.. .51 кОм и переменным R3" со-
противлением 150...330 кОм (рис. 10.29, г). Настроившись на хорошо слы-
шимую радиостанцию, перемещением движка переменного резистора
R3" добиваются наибольшей громкости при минимальных искажениях
звука. Затем цепочку резисторов R3'R3" выпаивают, измеряют омметром
ее сопротивление и на место резистора R3 впаивают постоянный рези-
стор, имеющий сопротивление, равное измеренному.
Рефлексный приемник на одном транзисторе
Рефлексный приемник можно выполнить и на одном транзисторе, име-
ющем большой коэффициент усиления (передачи) по току /Z2i3- Это могут
быть биполярные транзисторы типа КТ3102Г и КТ3102Е, у которых коэф-
фициент передачи тока /i2i3 достигает 1000. Приемник на таких тран-
зисторах обладает высокой чувствительностью и в то же время имеет более
простую конструкцию.
На рис. 10.30 представлена схема рефлексного приемника на тран-
зисторе КТ3102Г, работающего в диапазоне длинных и средних волн.
Работает приемник следующим образом. Сигнал, поступивший в антенну
и выделенный колебательным контуром L1C1, через катушку связи L2 по-
ступает на базу транзистора VT1. Нагрузкой транзистора является высо-
коомная обмотка головного телефона BFI. Усиленный радиосигнал с
коллектора транзистора поступает на детектор, образованный диодом
VD 1, резистором /?1 и конденсатором С2. На выходе детектора образуется
сигнал низкой частоты, который через разделительный конденсатор СЗ и
кагушку ивязн L.2 nociyuaci tw базу ipanonviopci, осуществляющего те
перь усиление сигнала на низкой частоте.
Особенностью данного приемника по сравнению с трехтранзисторным
является наличие в нем цепи, осуществляющей автоматическую ре-
217
гулировку усиления (АРУ) Данная регулировка заключается в гом, что
при приеме сигналов мощной или близко расположенной радиостанции
увеличивается уровень напряжения (постоянная составляющая) низкоча-
стотного сигнала, выделяемого на нагрузке детектора /?1С2, который че-
рез резистор передается на базу транзистора. Диод включен таким об-
разом, что этот уровень напряжения имеет отрицательный знак и, посту-
пая на базу транзистора, уменьшает коэффициент усиления, причем тем
3...5мА
С1 10. W0
Рис. 10.30. Схема рефлексного приемника
на одном транзисторе
сильнее, чем больше ампли-
туда сигнала на входе.
В качестве магнитной ан-
тенны можно использовать
антенну, примененную в реф-
лексном приемнике на трех
транзисторах. Для повыше-
ния чувствительности число
витков катушки связи L2
следует увеличить до 9. ..11,
а саму катушку намотать по-
верх контурной катушки L1.
Головными телефонами
могут служить телефоны типа
ТА-56М, источником пита-
ния гальванический эле-
мент либо дисковый аккуму-
лятор типа Д-0,06 или Д-0,1.
10.6. ГРОМКОГОВОРЯЩИЕ РАДИОПРИЕМНИКИ
ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ
Увеличение громкости звучания радиоприемника
Все описанные выше схемы приемников хорошо работают на
головные телефоны (наушники) или электродинамический капсюль
ДЭМ-4М. Чтобы приемник стал действительно «громкоговорящим», в него
нужно включить усилитель мощности (УМ). Если УМ подключить непо-
средственно к выходу детектора, приемник будет работать тихо ввиду то-
го, что на его вход поступает малый сигнал. Поэтому сигнал с выхода
детектора сначала усиливают по напряжению усилителем низкой часто-
ты (его называют предварительным), и только потом он поступает на
вход УМ.
Конструкция УМ может быть самой различной. Он может быть вы-
полнен по двух- или однотактной схеме, содержать трансформаторы
или быть бестрансформаторным.
Однотактный трансформаторный усилитель мощности
Простая схема однотактного усилителя мощности с выходным транс-
форматором изображена на рис. 10.31. В этом усилителе мало деталей
18
ввиду того, что в нем применяются транзисторы разной структуры
(р-п-р и п-р-п).
На транзисторе VT1 структуры п-р-п выполнен предварительный
усилитель НЧ, на вход которого поступает напряжение с выхода детекто-
ра. Нужный режим работы транзистора устанавливается путем подбора
резистора R1. Усиленное напряжение НЧ с коллектора транзистора VT1
поступает на вход второго каскада, выполненного на транзисторе VT2 и
Рис. 10.31. Схема однотактного трансформаторного УНЧ на
транзисторах разной структуры
Рис. 10.32. Монтажная схема однотактного трансформаторного УНЧ
являющегося эмиттерным повторителем. Этот каскад не усиливает напря-
жение, а согласует выходное сопротивление предварительного усилителя
(на транзисторе VTI) со значительно меньшим входным сопротивлением
выходного усилителя (на транзисторе VT3). Нагрузкой эмиттерного по-
вторителя является сопротивление эмиттерного перехода транзистора
|/ГЗ, а так как коэффициент усиления эмиттерного повторителя близок к
единице, напряжение на входе третьего каскада почти такое же, как и на
RyvnnA папвогг) каска па
Для согласования оольшого выходного сопротивлении третье!о каска
да с малым (порядка 10 Ом) сопротивлением динамической головки
громкоговорителя в коллекторную цепь транзистора VT3 включена
первичная обмотка выходного трансформатора Т\ Динамическая головка
219
включена во вторичную обмотку имеющую значительно меньше витков,
чем первичная обмотка, и обладающую малым сопротивлением перемен-
ному току НЧ.
Фильтр Д4С2 развязывает цепи питания усилителей НЧ и ВЧ. Вместе
с конденсатором С4, шунтирующим внутреннее сопротивление источника
питания GB, он предотвращает самовозбуждение усилителей.
В качестве К7’1 можно применить транзисторы МП35. МП38 и старых
выпусков — П10 и ПН; 1/7'2 и УТ'З - любые низкочастотные транзисторы
малой мощности типа р п-р, например МП39. . .MII42. Выходной транс-
форматор Т\ берут от любого транзисторного приемника и используют
только одну половину первичной обмотки. Трансформатор можно изго-
товить также самостоятельно При этом первичная обмотка должна со-
держать 250...350 витков, а вторичная -60... 100 витков провода диамет-
ром в 1.5...3 раза больше, чем диаметр провода первичной обмотки
Динамическая головка тина 0,1 ГД-3...0,1 ГД-8.
Монтажная схема усилителя приведена на рис. 10.32.
Двухтактный трансформаторный усилитель мощности
Одна из практических схем такого усилителя изображена на рис.
10.33. Нагрузкой детектора является переменный резистор R1. Это позво-
ляет изменять величину напряжения НЧ, подаваемого на предваритель-
ный усилитель, от нуля до максимального значения, т. е. осуществлять
регулировку громкости.
Предварительный усилитель выполнен на транзисторе VT\ и содержит
резистор термостабилизации в цепи эмиттера. Его особенностью является
го, что в коллекторную цепь вместо резистора включена первичная
обмотка L1 согласующего трансформатора 7’1, а резистор в цепи эмиттера
состоит из двух последова гельно соединенных резисторов /?5 и /?6. С целью
уменьшения нелинейных искажений типа ступеньки напряжение, возника-
ющее на резисторе R6 в результате прохождения тока эмиттер&транзи-
стора VT\, используется для создания небольшого прямого смещения на
базах транзисторов 1/7'2 и 1/7'3 двухтактного УМ.
Трансформатор Т1 называется согласующим, потому что он обес-
печивает переход от высокоомного выхода предварительного усилителя к
Рис. 10.33. Схема двухтактного трансформаторного усилителя мощ-
ности
низкоомному входу двухтактного усилителя мощности. Число витков кату-
шек L2' и L2" вторичной обмотки трансформатора Л значительно меньше,
чем катушки L1, вследствие чего небольшие индуктивные сопротивления
катушек L2' и L2" хорошо согласуются с малыми входными сопротивле-
ниями транзисторов VT2 и VT3.
Выходной трансформатор Т 2 согласует сравнительно боль-
шое выходное сопротивление двухтактного УМ с малым (около 10 Ом)
сопротивлением катушки динамической головки громкоговорителя ВА.
Для уменьшения связи между УНЧ и УВЧ по цепи питания служат
фильтр /?4С4 и конденсатор С7, которые устраняют возможность само-
возбуждения усилителей.
Транзисторы VT\, VT2 и VT3—низкочастотные типа МП39...МП42.
Согласующий и выходной трансформаторы могут быть от любого карман-
ного приемника промышленного изготовления или самодельные Динами-
ческая головка типов 0,1 ГД-3, 0,1 ГД-6, 0,1 ГД-8 или другая с близкими
параметрами. В качестве /?1 лучше всего использовать переменный рези-
стор, совмещенный с выключателем S1 питания.
Если к гнездам ХЗ, Х4 подключить выход УВЧ, выполненного по одной
из схем рис. 10.27, получится приемник прямого усиления 2—V—2. Не сле-
дует только забывать подключать проводник, по которому подается
«минус» источника питания на каскады УВЧ, к фильтру R4C4 УНЧ.
Бестрансформаторный двухтактный
усилитель мощности
УНЧ можно выполнить и по бестрансформаторной схеме. Одна из
практических схем такого усилителя, обеспечивающего номинальную
выходную мощность 0,1 Вт, изображена на рис. 10.34.
Рис. 10.34. Схема двухтактного бестрансформаторного усилителя
мощности
221
Первые два каскада на транзисторах VTln VT2 являются усилителями
напряжения. Режим работы первого каскада зависит от тока базы тран-
зистора УП, который устанавливается путем подбора резистора R4. На-
пряжение, усиленное транзистором УП, с его коллектора поступает на
вход (базу) второго усилителя, коллекторная нагрузка которого образо-
вана резистором R7 (сопротивления резистора R6 и динамической головки
ВА малы по сравнению с сопротивлением резистора R7, и их можно не
учитывать). Резисторы R3 и R5 обеспечивают температурную стабилиза-
цию усилительных каскадов.
Двухтактный усилитель мощности выполнен на транзисторах VT3 и
VT4. Его базы подключены к концам резистора R6, на котором за счет
протекания коллекторного тока транзистора VT2 создается небольшое
напряжение, смещающее эмиттерные переходы транзисторов УАЗ и VT4 в
прямом направлении и предотвращающее появление нелинейных искаже-
ний типа ступеньки. Принцип работы такого усилителя описан на с. . При
поочередной работе транзисторов VT3 и УГ4 под действием изменяющего-
ся напряжения на базах их коллекторные токи протекают через обмотку
динамической головки ВА, заставляя колебаться ее диффузор, что приво-
дит к появлению звуковых колебаний.
Настройка УНЧ начинается с проверки напряжения на эмиттерах
транзисторов VT3 и VT4. Оно должно составлять около половины напря-
жения источника питания GB\. Нужное значение напряжения устанавли-
вают подбором резистора R7. После этого измеряют коллекторный ток
транзистора VT3 Он должен быть равен 2+0,4 мА. Устанавливают ток и
данных пределах подбором резистора /?6. Затем определяют нужный ре-
жим транзистора VT3, при котором коллекторный ток должен составлять
0,5 + 0,1 мА. Это достигается подбором резистора R4.
В усилителе может быть использована динамическая головка мощно-
стью 0,1...0,5 Вт. В качестве АЧ можно использовать переменный резистор
с максимальным значением сопротивления от 4,3 до 10 кОм.
10 7 ПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ
НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ
Рефлексным приемник на одной микросхеме
Микросхемы К118УН1А, КП8УН1Б (старое обозначение —
К1УС181А, К1УС181 Б) представляют собой двухкаскадные усилители с
непосредственной связью между каскадами (рис. 10.35). Первый усили-
тельный каскад выполнен на транзисторе УТ\. Напряжение подается на
базу транзистора (вывод 3). После усиления первым каскадом оно посту-
пает с коллектора транзистора VT\ на вход второго каскада — на базу
транзистора VT2. Нагрузкой второго каскада может служить внутренний
резистор гб — 1,7 кОм (при этом выводы 9 и 10 микросхемы должны быть
соединены между собой) или внешние элементы, включаемые между вы-
вщами 7 и 10 (в этом случае резистор гб и вывод 10 не используются).
Через резисторы г4 и г5 осуществляется ООС между каскадами,
влияющая, как об этом говорилось ранее, на значение коэффициента
222
усиления. Глубину ООС и, следовательно, коэффициент усиления можно
изменять, включив между выводами 5 и 14 подстроечный резистор. Для
устранения ООС по переменному току (что будет соответствовать мак-
симальной величине коэффициента усиления) достаточно подсоединить
между выводами 5 и 14 или 12 и 14 конденсаторы большой емкости.
Микросхемы К118УН1А.Б (К1
УС 181 А,Б) можно использовать для
усиления колебаний низкой (НЧ) и вы-
сокой (ВЧ) частоты. Это позволяет
собрать на одной микросхеме доста-
точно чувствительный рефлексный
приемник.
Принципиальная схема такого
приемника, описанная В. Г. Борисо-
вым (Микросхема К1УС181Б в реф-
лексном приемнике.— Радио, 1976,
№ 9), показана на рис. 10.36.
Приемник настраивается на нужную
радиостанцию с помощью антенного
контура L1C1. Выделенный контуром
сигнал через катушку связи L.2 по
ступает на вход первого каскада
ИМС К118УН1Б. Нагрузкой второго
каскада микросхемы является первич-
ная обмотка / высокочастотного транс-
форматора Т1. Со вторичной обмотки
Рис. 10.35. Принципиальная схе-
ма ИМС типа К118У111
(К1УС181)
// усиленный высокочастотный
сигнал поступает на детектор, образованный элементами DI, С7 и RI. Вы-
деленный детектором сигнал звуковой частоты через конденсатор С8 и ка-
тушку связи L2 подается на вход микросхемы, которая теперь использует-
ся для усиления сигнала звуковой (низкой) частоты. Сигнал НЧ усилива
ется по напряжению первым каскадом микросхемы. Второй каскад
Рис. 1U36. Схема рефлексного приемника на одной ИМС
223
выполняет роль согласующего каскада между микросхемой и телефоном,
подключаемым к эмиттерной цепи второго каскада (к выводу 12). Усиле-
ние по напряжению у этого каскада меньше единицы, но зато усиление
по току значительно больше единицы. Поэтому второй каскад для сигнала
звуковой частоты является и усилителем мощности.
Номинальные значения емкостей конденсаторов и сопротивления рези-
стора /?1, используемых в данном приемнике, указаны на принципиальной
схеме. В качестве VD\ можно использовать диод Д9 с любым буквенным
индексом. Телефон BF—малогабаритный типа ТМ-2М или капсюль
ДЭМ-4м.
Магнитная антенна выполнена на ферритовом стержне 400НН или
600НН диаметром 8 мм и длиной 6... 10 см. Катушки L1 и Л2 намотаны
проводом ПЭЛ-1 0,12. ..0,2 мм (табл. 10.1).
10.1 Намоточные данные контурной катушки
и катушки связи
Диапазон волн Число витков и способ намотки катушек
1.1 L2
ДВ 200...220 витков, размещенных 8... 10 витков между секциями
в 4...5 секциях поверх катушки L1
СВ 65.. 75 витков однослойной ряде- 3 витка поверх катушки L1
вой намотки
Высокочастотный трансформатор выполнен на кольцевом сердечнике
из феррита 600НН. Наружный диаметр кольца 8 мм. Обмотка / содержит
80 витков провода ПЭВ-1 0,1...0,12, обмотка II — 70 витков.
Большинство деталей приемника можно смонтировать на печатной
плате из фольгированного текстолита или гетинакса (рис. 10.37). Выре-
зав плату по размерам, указанным на рисунке, сначала острым резаком
прорезают в фольге дорожки шириной около 1 мм, разделяющие фоль-
гированную сторону платы на изолированные друг от друга участки. За-
тем намечают места под отверстия для выводов деталей и просверливают
их сверлом диаметром 1...1,5 мм. После этого фольгу зачищают мелкой
наждачной бумагой и паяльником облуживают участки вокруг всех отвер-
стий. В отверстие подготовленной платы вставляют выводы деталей и
припаивают со стороны фольги.
Рис. 10.37. Печатная плата реф-
лексного приемника па ИМС
Внешний вид собранного приемника показан на рис. 10.38. Его можно
поместить в корпус от заводского приемника либо в самодельный.
Если к этому приемнику добавить усилитель НЧ, он станет громко-
говорящим Лучше всего подойдет для этой цели бестрансформаторный
усилитель, схема которого показана на рис. 10.39. Для его нормальной
работы требуется источник питания с напряжением порядка 9В. Чтобы
напряжение, подаваемое на микросхему, оставалось равным 6В, в цепь
питания включен резистор R5, гасящий излишек напряжения.
Низкочастотный сигнал с выхода микросхемы (вывод 12) должен по-
ступать теперь через конденсатор С6 на базу первого каскада усилителя
НЧ, выполненного на транзисторе VT1. На транзисторах VT2 и VT3 выпол-
нен двухтактный усилитель мощности, нагрузкой которого служит дина-
мическая головка ВА типа 0,1 ГД-6 или любая другая мощностью 0,1 Вт.
Налаживание усилителя НЧ сводится к подбору резисторов R3 и R4.
Сначала на эмиттерах транзисторов VT2 и VT3 устанавливают напряже-
ние 4,5 В (половину напряжения источника питания) путем подбора рези-
Рис. 10.38. Вид на детали рефлексного
приемника
Рис. 10.39. Схема транзисторного
бестрансформаторного УНЧ
Рис. 10.40. Принципиальные схемы ИМС:
а- К122УН1 (К1УС221); б —КН8УП1 (К1УЫ81)
8- Галкин В.И
225
стора /?4, а затем коллекторный ток транзистора VT2 силой 2,5...3 мА —
при подборе резистора /?3. Следует помнить что заменять резисторы мож-
но только при отключенном питании, иначе транзисторы VT2 и VT3 могут,
выйти из строя. Усилитель НЧ должен налаживаться при подключенной
динамической головке.
Вместо микросхем типа КП8УН1А.Б (К1УС181А.Б) можно использо-
вать 122УН1А,Б (1УС221А.Б), у которых такая же электрическая схема,
но другая нумерация выводов (рис. 10.40, а). Поэтому конструкция
печатной платы при использовании микросхем 122УН1А,Б (1УС221А,Б)
должна быть другой. В приемнике возможно использование также ин-
тегральных микросхем типа К118УП1А,Б (К1УБ181 А,Б). В данном случае
конструкция печатной платы не изменится, так как, несмотря на неко-
торые отличия в принципиальной схеме, нумерация выводов у этих ми-
кросхем одинаковая (рис. 10.40,6).
Приемники с выходной мощностью до 0,1 Вт
При наличии двух интегральных микросхем К118УН1А,Б (К1УС181А,
Ь) функции усиления сигнала принятой радиостанции по высокой и низкой
частоте можно разнести: на первой микросхеме выполнить усилитель
ВЧ. а на второй — усилитель НЧ. Принципиальная схема такого прием-
ника изображена на рис. 10.41. На рисунке для упрощения схемы при-
емника микросхемы изображены в виде прямоугольника с выводами.
Антенный контур, образованный элементами L1C1, и катушка связи
L2 такие же, как и в рассмотренном ранее рефлексном приемнике Нагруз-
кой второго каскада микросхемы А\ является внутренний резистор (г6=
— 1,7 кОм), который подключается к коллектору транзистора второго ка-
скада путем замыкания выводов 9 и 10. Для устранения отрицательной
обратной связи (ООС) и повышения коэффициента усиления эмиттерная
нагрузка этого каскада (г = 400 Ом на рис. 10.35) закорачивается по
переменному току. Это достигается путем подключения конденсатора
СЗ между выводами 12 и 14.
Усиленный высокочастотный сигнал с выхода микросхемы А1 (с со-
единенных выводов 9 и 10) поступает на детектор, выполненный на диодах
VD\ и |/£)2 по схеме удвоения. Нагрузкой детектора служит переменный
резистор R2, на котором выделяется низкочастотная составляющая сигна-
ла (огибающая высокочастотного сигнала). Сдвижка переменного рези-
стора R2 это переменное напряжение низкой частоты поступает через кон-
денсатор С7 на вход усилителя НЧ, выполненного на микросхеме А2, вклю-
ченной так же, как и микросхема А1. Однако для осуществления короткого
замыкания по переменному току эмиттерной нагрузки второго каскада на
звуковой (низкой) частоте емкость конденсатора С9, подключаемого меж-
ду выводами 12 и 14, выбрана во много раз больше.
Сигнал звуковой частоты, усиленный по напряжению, поступает через
конденсатор СЮ на усилитель мощности, выполненный на транзисторах
VT1, VT2 и VT3 по уже известной схеме
Фильтры, образованные элементами Rh э и RoCo, оиеипечивзкл мик-
росхемы А1 и А2 необходимым напряжением питания (6 В). Требуемые
напряжения устанавливаются подбором резисторов /?1 и R2.
226
В приемнике можно использовать динамические головки типа 0,1 ГД-
12, 0,1 ГД-6 0.5ГД-1 и т п.
Усилитель НЧ может быть выполнен и на интегральной микросхеме
типа К2УС245. Она представляет собой пятикаскадный усилитель
(рис. 10.42) Первый и третий каскады, выполненные на транзисторах VT1
и VT3, работают в качестве эмиттерных повторителей, осуществляя уси-
ление сигнала НЧ лишь по току. Второй, четвертый и пятый каскады вы-
Рис. 10.41. Схема приемника прямого усиления на ИМС
полнены по схеме с общим эмиттером и усиливают сигналы как по току,
так и по напряжению.
Схема усилителя НЧ на микросхеме К2УС245 изображена на рис
10.43. Он может применяться в приемнике, схема которого показана
на рис. 10.41. Поэтому нумерация элементов усилителя продолжается
при обозначении порядка расположения элементов приемника.
Усилитель НЧ подключается к приемнику в точках а, б и в вместо
усилителя НЧ, выполненного на микросхеме К118УН1А,Б
Сигнал звуковой частоты, выделенный детектором, с движка перемен-
ного резистора R2 через конденсатор
VT1 первого каскада микросхемы.
Необходимый режим работы тран-
зистора обеспечивается делителем
напряжения/?<?, R4, со средней точ-
ки которого на базу транзистора
поступает нужное напряжение сме-
щения. С выхода первого каскада
сигнал НЧ через внешний конден-
сатор С8 передается на вход вто-
рого каскада — базу транзистора
VT2. Усиленный сигнал НЧ с кол-
лектора транзистора VT2 через вто-
рой ^ичттррныи повторитель вы-
полненный на транзисторе VT3,
поступает на вход четвертого кас-
С7 поступает на базу транзистора
Рис. 10.42. Принципиальная схема
ИМС типа К2УС245
227
када — базу транзистора VT4 Этим каскадом осуществляется дополни-
тетьное усиление сигнала НЧ по напряжению. С коллектора транзистора
VT4 усиленный сигнал НЧ передается на последний, пятый, каскад микро-
схемы. Транзистор VT5 этого каскада вместе с внешними транзисторами
VT6 и VT7 образует усилитель, показанный на рис. 10.39, который исполь-
зовался в приемнике на двух микросхемах КИ8УН1А Б (рис. 10.41).
Через вывод 3 на микросхему А2 (типа К2УС245) с эмиттеров транзи-
Рис. 10.43. УНЧ на ИМС типа К2УС245
сторов VT6 и VT7 подается напряжение обратной связи по постоянному
и переменному токам. Глубина обратной связи по переменному току
зависит от параметров цепочки R5C9 и емкости конденсатора С//.
Напряжение питания поступает на микросхему через вывод 7 и дели-
тель /?3/?4 (определяющий режим работы всех каскадов микросхемы А2)
с фильтра, образованного элементами /?6С10.
Налаживают приемник в такой последовательности.
Сначала с помощью резистора R1 и R3 или R1 (рис. 10.41) и R6 (рис.
10.43) добиваются того, чтобы напряжение питания микросхем А1 и А2 (на
выводах 7) составляло 6,3±0,6 В, а затем, используя резистор R4 (рис. 10.41)
или R7 (рис. 10.43),— того, чтобы напряжение, измеренное вольтметром в
точке, соединяющей эмиттеры транзисторов VT2 и VT3 (рис. 10.41) или
VT6 и VT7 (рис. 10.43), равнялось половине напряжения источника пита-
ния (в рассматриваемом случае 4,5 В).
Если в процессе работы происходит самовозбуждение приемника, надо
поменять местами выводы катушки L2 или уменьшить число ее витков.
Если этим способом самовозбуждение не устраняется, нужно заменить
С9, СП (рис. 10.41) или С9, С12 (рис. 10.43) конденсаторами большей ем-
касти Ес ч и это не цом.счает cn*iv т } выпить напряжсчит на выы ле 7
микросхемы А1 до 5...5,5 В (заменить RI резистором с большим сопротив-
лением) .
228
Вместо резистора R3 (рис. 10.39 и 10 41) или R8 (рис. 10 43) можно ис-
пользовать полупроводниковый диод, включенный в прямом направлении
(т. е. анодом к базе верхнего по схеме транзистора и катодом — к базе
нижнего транзистора).
Повышение выходной мощности приемника
Увеличение выходной мощности приемника требуется не только для
усиления громкости, но и для улучшения качества звукового воспроиз-
ведения принятых сигналов. Чем больше запас мощности, тем меньше
искажается звук.
Для повышения выходной мощности приемника его оконечный каскад
необходимо выполнить на более мощных транзисторах. Но для управления
работой таких транзисторов нужны значительные входные токи. Поэтому
усилители НЧ с повышенной выходной мощностью содержат усилитель
мощности, выполненный на транзисторах средней или большой мощности,
и предварительный усилитель, усиливающий сигнал звуковой частоты по
напряжению и току до значений, обеспечивающих нормальную работу
транзисторов выходного (оконечного) каскада.
Схема усилителя НЧ с выходной мощностью 0,5 Вт изображена на рис.
10.44. Предварительный усилитель НЧ выполнен на микросхеме А2 (типа
К2УС245), оконечный каскад—на транзисторах VTl, VT2, VT3 и VT4.
Микросхему К2УС245 в данном усилителе располагают так же, как и в
усилителе, показанном на рис. 10.43. Коллекторной нагрузкой транзистора
VT5 микросхемы служат базовые цепи фазоинверсного каскада, для кото-
рого используются транзисторы VT\ и VT2 разной структуры (транзистор
VT1 имеет структуру п-р-п, a VT2 р-п-р). При использовании фазоин-
версного каскада стало возможным оконечный двухтактный каскад
усилителя мощности выполнять на транзисторах одинаковой структуры
(р-п-р) и уменьшить искажения звука. Искажения звука будут наимень-
Рис. 10.44. УНЧ повышенной мощности на ИМС типа К2УС245
229
шими, если параметры транзисторов двухтактного выходного каскада
одинаковые. Подобрать два транзистора с близкими параметрами оди-
наковой структуры гораздо проще, чем разных структур.
Цепочка /?5С9 выполняет такую же роль, что и в усилителе на рис.
10.43: она позволяет изменять глубину обратной связи. При увеличении
сопротивления резистора А* 5 обратная связь становится более глубокой,
что приводит к уменьшению коэффициента нелинейных искажений и рас-
ширению полосы пропускания усилителя. Но коэффициент усиления при
этом уменьшается.
В приемнике с таким усилителем можно использовать любую дина-
мическую головку мощностью 0,5 Вт и с сопротивлением звуковой ка-
тушки 4...6 Ом. Выходная мощность описанного усилителя может быть
увеличена до 1...2 Вт, если увеличить напряжение источника питания
до 12 В. Но в этом случае выходные транзисторы VT3 и VT4 должны уста-
+15В^5А
cfZ~
Ю0м^15В~Х_ 0
____о
Вход
R3
р/ g K17WH7
iook:
02-
500мк*13В\
/?Z
so'
05
сзГ
w=J=^
300
06
~100мк>-15В
т.... -г- -
Ч5В [2700-у0)мь
\ВА
Рис. 10.45. Схема УНЧ на ИМС
типа К174УН7
Рис. 10.46. Печатная плата УНЧ на ИМС
К174УН7
Рис. 10.47. Схема УНЧ на ИМС типа К174УН7 с регули-
ровками тембра
too ц
±
fZ
230
навливаться на радиаторах В противном случае транзисторы перегреются
и выйдут из строя.
Можно увеличить выходную мощность приемника до 4...4,5 Вт, исполь-
зуя интегральный усилитель типа К174УН7, который вместе с радиатором
и при питании от источника с напряжением 15 В обеспечивает выходную
мощность в 4,5 Вт в полосе частот от 40 Гц до 20 кГц. Если радиатора
нет, выходная мощность не должна превышать 0,25 Вт, иначе микросхема
выйдет из строя. Схема подключения микросхемы К174УН7 показана на
рис. 10.45. На вход должен подаваться сигнал с амплитудой не менее
70 мВ, т. е. такой усилитель можно подключить непосредственно к выходу
детектора приемника или звукоснимателя. При возбуждении необходимо
подобрать емкости конденсаторов С4 и С5.
Громкость регулируется переменным резистором R1. Динамическая
головка должна иметь сопротивление 4 Ом. При напряжении источника
питания менее 15 В и использовании динамической головки с сопротив-
лением более 4 Ом выходная мощность усилителя уменьшается. Печатная
плата усилителя приведена на рис. 10.46.
На рис. 10.47 изображена более сложная схема усилителя НЧ, которая
позволяет не только усиливать сигнал и изменять звук, но и регулировать
тембр на низких {R12) и высоких R1 /) частотах.
11 . СУПЕРГЕТЕРОДИННЫЕ РАДИОПРИЕМНИКИ
11.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО
РАДИОПРИЕМНИКА
Преимущества супергетеродинного приемника
перед приемником прямого усиления
Радиоприемники прямого усиления, которые были рассмотрены в
предыдущей главе, имеют простые схемы и могут быть изготовлены
радиолюбителями, только начавшими увлекаться радиотехникой и элек-
троникой. Для настройки этих радиоприемников в большинстве случаев
можно обойтись заводским или самодельным ампервольтомметром и про-
стейшим генератором. Этим объясняется широкое распространение при-
емников прямого усиления среди начинающих радиолюбителей.
Однако приемники прямого усиления обладают существенными не-
достатками. Они не могут обеспечить хорошей избирательности и вы-
сокой чувствительности, особенно в диапазоне коротких и ультракорот-
ких волн. С увеличением частоты расширяется полоса пропускания
колебательного контура, а это приводит к тому, что в нем будет созда-
вятЬГЯ и₽ только высокочастотное наппяжение нужной радиостанции,
но и высокочастотные напря/пенил других радпм<лапции, имеющих
близкие частоты. Для уменьшения полосы пропускания резонансных уси-
лителей необходимо увеличивать добротность контуров, но получить
контуры с добротностью более 200...300 очень сложно.
231
Из-за этих недостатков промышленностью выпускаются только супер-
гетеродинные приемники.
Супергетеродинный приемник отличается от приемника прямого уси-
ления методом усиления модулированных колебаний высокой частоты.
В нем основное усиление принятого сигнала осуществляется до детекто-
ра не на высокой частоте, а на более низкой, так называемой про-
межуточной частоте. Снижение частоты сигнала вызывает умень-
шение полосы пропускания усилителя и повышение его избирательности.
После усиления на промежуточной частоте сигнал поступает на
детектор, преобразуется им в переменное напряжение низкой частоты,
которое усиливается усилителем НЧ. Эти процессы аналогичны тем,
которые протекают в приемнике прямого усиления.
Функциональная схема супергетеродинного приемника
Функциональная схема супергетеродинного радиоприемника изобра-
жена на рис. 11.1. Из схемы видно, что супергетеродинный приемник
(супергетеродин) состоит из входного устройства, УВЧ, преобразователя
частоты, включающего смеситель и гетеродин, усилителя промежуточ1
ной частоты (УПЧ), детектора, УНЧ и громкоговорителя. Чтобы лучше
понять назначение этих устройств, рассмотрим, как работает такой
радиоприемник.
Высокочастотный сигнал передающей радиостанции с частотой fc
улавливается антенной и через входное устройство поступает в УВЧ,
в котором усиливается по напряжению. Усиленный ВЧ сигнал посту-
пает в преобразователь частоты на один вход смесителя. На второй
вход смесителя поступает высокочастотное напряжение гетеродина с
постоянной амплитудой и частотой Д.
В отличие от усилителя, являющегося линейным элементом и осу-
ществляющего усиление сигналов без искажения их формы, смеситель
является нелинейным элементом. В результате воздействия на
смеситель двух сигналов с частотами fc и fr в его цепях помимо пе-
ременных токов с частотами и fr появляются также переменные
токи с другими частотами, отличающимися от частот воздействующих
сигналов, в том числе и с частотой, равной разности между частотами
сигнала и гетеродина. Эти частоты называются комбинационными.
Обычно частоту гетеродина выбирают больше частоты сигнала, тогда
комбинационная (промежуточная) частота
/пр— fr fc
Промежуточной частота называется потому, что она значительно
меньше частоты высокочастотного сигнала принятой радиостанции и в
то же время намного больше частоты сигнала, поступающего на вход УНЧ
с выхода детектора.
Главным достоинством преобразователя частоты является то, что в
процессе преобразования высокой частоты сигнала в более низкую
промежуточную (ПЧ), частота его модуляции не изменяется Это зна-
чит, что напряжение ПЧ будет промодулировано по тому же закону,
что и напряжение ВЧ, т. е. закону изменения передаваемого сигнала
низкой (звуковой) частоты.
232
Для выделения сигнала ПЧ в цепи смесителя устанавливается кон-
тур (Z.6C4), который настраивается на промежуточную частоту.
Контур смесителя, на котором выделяется сигнал на частоте пр>
не содержит элементов перестройки. Следовательно, ПЧ не должна
изменяться при перестройке приемника на другую радиостанцию. Для
того чтобы получить как можно больший коэффициент усиления УПЧ,
необходимо иметь предельно низкую промежуточную частоту. А чтобы
Рис. 11.1. Функциональная схема супергетеродинного приемника
в полосу пропускания УПЧ не проникали сигналы работающих ра-
диостанций, эта частота должна находиться в диапазоне, где работает
наименьшее количество мощных радиостанций (100...120 и 400...500 кГц).
ГОСТом для диапазонов длинных, средних и коротких волн радиовеща-
тельных приемников установлена промежуточная частота 465 кГц, а для
ультракоротких волн — 6,75; 8,4 и 10,7 МГц.
Получить неизменную ПЧ при приеме радиостанций, работающих на
различных частотах, можно лишь в случае, если при настройке прием-
ника на радиостанцию, работающую на некоторой частоте fc, частота
гетеродина fr изменяется таким образом, что разность частот fr — fc оста-
ется постоянной независимо от выбранной для приема радиостанции.
Например, при приеме сигналов радиостанции, работающей на частоте
1300 кГц (диапазон СВ), частота переменного напряжения гетеродина
должна составлять 1765 кГц, а при приеме сигналов с частотой 400 кГц
(диапазон ДВ) частота гетеродина должна- уменьшиться до 865 кГц.
При этом ПЧ в обоих случаях останется неизменной и равной 465 кГц.
Частота переменного напряжения гетеродина определяется резонанс-
ной частотой его колебательного контура L5C3. Резонансная частота
входного контура смесителя L4C2 зависит от частоты сигнала прини-
маемой радиостанции и изменяется при настройке радиоприемника и?
нужную радиостанцию. Роторы (подвижные пластины) переменных кон-
денсаторов С2 и СЗ этих контуров механически соединены между собой,
так что при изменении резонансной частоты входного контура смеси-
233
теля одновременно на такую же величину изменяется и резонансная
частота гетеродина, благодаря чему промежуточная частота все время
остается равной 465 кГц.
Модулированное переменное напряжение ПЧ с выходного контура
L6C4 смесителя поступает на вход УПЧ, который усиливает принима-
емый сигнал и обеспечивает приемнику необходимую избирательность.
Нагрузкой УПЧ обычно является двухконтурный фильтр ПЧ (L8C5 и
L9C6). Колебательные контуры фильтра индуктивно связаны друг с дру-
гом и имеют одинаковые параметры и резонансные частоты, равные
промежуточной. Усиленное переменное напряжение ПЧ поступает на
детектор.
Детектор и УНЧ выполняют ту же роль, что и аналогичные устрой-
ства в приемниках прямого усиления.
11.2. ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА
Входной колебательный контур
Благодаря применению в качестве нагрузки УПЧ двухконтурного
фильтра, настроенного на промежуточную частоту, обеспечивается очень
высокая избирательность супергетеродинного приемника, так как через
УПЧ независимо от числа поступивших на вход приемника высоко-
частотных сигналов нескольких радиостанций пройдет сигнал лишь той
радиостанции, который создает с переменным напряжением гетеродина
напряжение промежуточной частоты /:пр=465 кГц. Сигналы радиостан-
ций с другими частотами также образуют с напряжением гетеродина
разностные комбинационные частоты, однако эти частоты будут лежать
за пределами полосы пропускания УПЧ. Практически при Др=465 кГц
даже один контур фильтра УПЧ ослабляет напряжение соседней радио-
станции примерно в 10 paS.
Таким образом, супергетеродинный приемник в отличие от прием-
ника прямого усиления способен обеспечить высокую избирательность
даже при широкополосном входном устройстве, не содержащем колеба-
тельного контура. Однако колебательный контур на входе супергете-
родинного приемника все же нужен.
При большом количестве переменных высокочастотных токов в ан-
тенне, наводимых множеством работающих радиостанций, кроме нужной
почти всегда найдется такая радиостанция, частота переменного напря-
жения которой превышает частоту переменного напряжения гетеродина
на величину, равную 465 кГц. При этом в смесителе создается пере-
менное напряжение комбинационной частоты /с—ft, также равное
465 кГц. Напряжение этой частоты поступит на вход УПЧ и будет уси-
лено им. Следовательно, приемником одновременно будет принят не
только сигнал нужной радиостанции, но и сигнал другой радиостанции,
работающей на частоте, превышающей рабочую частоту перзой радио-
Гснции на д»?> j>. про ?лжу точную петиту, т. е. на 930 кГц. Этот не-
нужный сигнал получил название з е р к а л ь н о й помехи (рис. 11.2).
Исключить зеркальную помеху после преобразователя невозможно.
Поэтому необходимо предотвратить ее образование в смесителе.
234
Эту задачу и выполняет входной колебательный контур, который
настраивается на частоту принимаемой радиостанции. Благодаря резо-
нансным свойствам контура переменное высокочастотное напряжение
нужной радиостанции оказывается максимальным, а напряжения других
радиостанций, в том числе и создающей зеркальную помеху,— значитель-
но ослабленными. Значит, входной колебательный контур препятствует не
только образованию зеркальной помехи, но и увеличивает избиратель-
ность приемника.
Рис. 11.2. Сигнал и зеркальная помеха:
[с — частота принимаемой радиостанции; [г — ча-
стота гетеродина; п — частота зеркальной по-
мехи
____________р^зп
300 кГц 185 кГц 1230кГц
485 кГц 465кГц J 4
Входной контур связывает антенну со входом первого каскада су-
пергетеродинного приемника и выполняется так же, как и в приемни-
ках прямого усиления.
Усилитель высокой частоты
После входной цепи сигнал усиливается усилителем ВЧ. Усили-
тель ВЧ может быть апериодическим (нагрузкой является резистор
или дроссель) или резонансным (нагрузкой служит колебательный кон-
тур). Резонансный усилитель осуществляет также и селекцию сигналов
по частоте, т. е. повышает избирательность приемника.
Более подробно о построении и работе УВЧ см. на с.
Однако УВЧ есть не во всех супергетеродинных приемниках. Они
имеются в приемниках высшего или первого класса. В других приемни-
ках сигнал с входного контура поступает сразу на преобразователь,
а затем усиливается на промежуточной частоте. Это более простая
конструкция супергетеродинного приемника, но она обеспечивает доста-
точно высокие параметры и облегчает настройку.
11.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
Виды преобразователей частоты
Эти устройства служат для преобразования высокочастотного мо-
дулированного напряжения сигнала в переменное напряжение промежу-
точной частоты с сохранением закона изменения модулирующего напря-
жения.
В состав преобразователя входят гетеродин (маломощный генератор
гармонического, т. е. синусоидального напряжения), смеситель и коле-
бательные контуры. В смесителе обязательно должен быть элемент,
имеющий ислипейчую вольт-амперную характеристику. В качестве тако-
вого могут использоваться элек1 ронно-управляемые лампы или ipatun-
сторы, работающие в режиме АВ или В, а иногда и диоды.
Смеситель и гетеродин могут выполняться в виде самостоятельных
каскадов, на отдельных лампах и на транзисторах. Очень часто они
235
выполняются в виде одного каскада, т. е. на одной лампе или тран-
зисторе. Такой каскад называется преобразователем с совмещенным
гетеродином, или просто преобразователем.
Транзисторный преобразователь частоты
с отдельным гетеродином
Одна из схем транзисторного преобразователя частоты, у которого
смеситель и гетеродин выполнены в виде самостоятельных каскадов,
Рис. 11.3. Схема транзисторного преобразователя частоты с отдельным
гетеродином
о-GB
+GB
изображена на рис. 11.3. В схеме смеситель выполнен на транзисторе
VT1, а гетеродин— на транзисторе VT2.
Высокочастотный сигнал U'c принятой радиостанции из входного
контура L1C1C2 поступает в катушку L2, индуктивно связанную с ка-
тушкой L1, и создает высокочастотный сигнал Uc на базе транзи-
стора VT1. В эмиттерную цепь этого же транзистора через конденса-
тор С6 подается переменное напряжение гетеродина Ur с контура
L5C7C8C9. Резистор R.3 служит для термостабилизации смесительного
каскада.
Благодаря одновременному воздействию на эмиттерный переход
транзистора VT1 напряжений Uc и Ur с различными частотами fc и /г в
его коллекторном токе появляются составляющие с различными
комбинационными частотами, в том числе и составляющая с промежуточ-
ной частотой fnp= fr— fc. На эту промежуточную частоту настраи-
вается коллекторный контур L3C4, на котором выделяется напряжение
промежуточной частоты. Для уменьшения влияния выходного сопротив-
ления транзистора VT1 на снижение добротности коллекторного кон-
тура используется его частичное включение в коллекторную цепь. Напря-
жение 14 с коллекторного контура поступает во второй контур L4C5,
индуктивно связанный с коллекторным контуром, и с него— на вход УПЧ.
Контуры 1 ЗС4 и I 4С5 образуют дв . ЮйэнГурный фильтр ПЧ. Наличие
второго контура приводит к уменьшению полосы пропускания 2AF2k
двухконтурного фильтра по сравнению с одноконтурным фильтром 2AF1K
(рис. 11.4), т.. е. повышает избирательность приемника.
236
Гетеродин выполнен на транзисторе VT2 по схеме автогенератора
LC с автотрансформаторной связью. Частота генерируемых колебаний
т. е. переменного напряжения /г, определяется элементами контура
L5C7C8C9. Положительная обратная связь (ПОС) осуществляется через
катушку L6, включенную в коллекторную цепь транзистора VT2. Для
уменьшения шунтирующего воздействия нй контур гетеродина входного
сопротивления транзистора VT2 и сопротивления эмиттерной цепи тран-
зистора VT1 используется его неполное включение в эти цепи
Подача переменного напряжения сигнала в цепь базы, а переменно-
Рис. 11.4. Резонансные характе-
ристики одноконтурного (а) и
двухконтурного (б) фильтров
го напряжения гетеродина в цепь эмиттера транзистора VT1 позволяет
значительно ослабить взаимное влияние этих цепей.
Приемник настраивают на нужную радиостанцию, изменяя резонанс-
ную частоту входного контура переменным конденсатором С2 и
частоту гетеродина — конденсатором С8, ротор которого механически
связан с ротором конденсатора С2.
Недостатками транзисторного преобразователя частоты с отдельным
гетеродином являются склонность его к самовозбуждению на часто-
тах сигнала, близких к промежуточной (это имеет место на грани-
це диапазона СВ и ДВ), и сложность коммутации при переключении
диапазонов.
Транзисторный преобразователь частоты
с совмещенным гетеродином
Использование в супергетеродинных приемниках преобразователей
частоты с совмещенным гетеродином позволяет уменьшить количество
деталей и габариты приемника, упростить его схему и повысить эконо-
мичность. При правильном налаживании качество работы такого преобра-
зователя оказывается не хуже, чем преобразователя с отдельным
гетеродином. Этим объясняется более широкое распространение преоб-
разователей с совмещенным гетеродином, особенно в малогабаритных
переносных приемниках. Схема одного из таких преобразователей
изображена на рис. 11.5, а.
Элементами гетеродина является контур L3C7C9C10, включенный в
эмиттерную цепь транзистора VT. я катанка L чсре 5 которую ог'
щесгвляется положительная обратная связь, необходимая для поддержа-
ния в контуре гармонических незатухающих колебаний. Таким обра-
237
зом, при отсутствии ВЧ сигнала на базе транзистора VT (это легко
обеспечить, замкнув проводником концы катушки L2) данный каскад
представляет собой автогенератор гармонических колебаний, выполнен-
ный по схеме с индуктивной (трансформаторной) ОС. Коллекторный ток
транзистора VT изменяется по гармоническому (синусоидальному) за-
кону с частотой, определяемой элементами контура L3C7C9C10 и цепи
ПОС (L4).
При поступлении на базу транзистора VT переменного высокочас-
тотного напряжения сигнала, наводимого в катушке L2, индуктивно
-БВ
Рис. 11.5. Схемы транзисторных преобразователей частоты с совмещен-
ным гетеродином
связанной с катушкой L1 входного контура ЫС1С2, коллекторный ток
транзистора VT начнет дополнительно изменяться в соответствии с
высокочастотным сигналом принимаемой радиостанции. Изменения кол-
лекторного тока усложнятся, и в коллекторном токе возникнут состав-
ляющие с комбинационными частотами, в том числе и составляющая
промежуточной частоты frip = fT — Сигналы ПЧ будут выделяться
связанными контурами L5C5 и L6C8, настроенными на промежуточную
частоту. Переменное напряжение ПЧ, снимаемое с части витков катушки
L6, поступит на первый каскад УПЧ.
На рис. 11.5,6 изображена другая, довольно распространенная
схема транзисторного преобразователя с совмещенным гетеродином. На
базу транзистора VT одновременно поступают переменное напряже-
ние высокочастотного сигнала принятой радиостанции, который
наводится в катушке L2, индуктивно связанной с входным контуром
L1C1C2, и переменное напряжение гетеродина, снимаемое с части катуш-
ки L3. Элементами гетеродина являются контур L3C3C5C4, включенный
в цепь базы транзистора, и катушка L4< индуктивно связанная
с катушкой L3 и обеспечивающая ПОС для поддержания незатухающих
колебаний. В результате совместного воздействия на входную цепь тран-
зистора напряжений сигнала и гетеродина в коллекторном токе
появляется комбинационная составляющая с промежуточной частотой.
Эта составляющая создает в коллекторном контуре L5C6, настроенном на
238
промежуточную частоту, переменное напряжение ПЧ, которое через
контур L6C7. индуктивно связанный с коллекторным контуром, поступит
на вход УПЧ.
Возможны и другие варианты схем транзисторных преобразователей
частоты с совмещенным гетеродином, отличающиеся схемой гетеродина
(он может быть выполнен по схеме индуктивной или емкостной трех-
точки с индуктивной трансформаторной, автотрансформаторной или емко-
стной связью) и способом подачи напряжений сигнала и гетеродина
на вход транзистора. Однако принцип преобразования частоты во всех
этих схемах такой же, как и в рассмотренных выше.
11.4. СОПРЯЖЕНИЕ НАСТРОЕК ВХОДНОГО
И ГЕТЕРОДИННОГО КОНТУРОВ
Как указывалось выше, настройка на станции в супергетеродинном
приемнике осуществляется одновременным изменением резонансной
частоты входного и гетеродинного контуров. Это достигается с помощью
конденсаторов переменной емкости, роторы которых (т. е. подвижные
пластины) механически связаны друг с другом.
Обычно конденсаторы переменной емкости (КПЕ) для супергетеро-
динных приемников выпускаются в виде блоков, состоящих из двух
и более одинаковых секций, в которых подвижные пластины укреплены
на одной общей оси. Поэтому закон изменения емкости при вращении
оси соблюдается для каждой секции. При этом необходимым условием
нормальной работы УПЧ и последующих каскадов является постоянство
разности между частотой переменного напряжения гетеродина /г и ре-
зонансной частотой входного контура, соответствующей частоте напря-
жения сигнала Д принимаемой станции. Иными словами, промежуточ-
ная частота /пр=/г— /с должна оставаться постоянной при изменении
емкостей секций переменного конденсатора от значения Смин (подвиж-
ные пластины полностью выведены) до значения Смакс (подвиж-
ные пластины полностью введены). Однако в контурах, настроенных на
различные резонансные частоты и состоящих только из катушки индук-
тивности и одного конденсатора (рис. 11.6.), это условие выполнить невоз-
можно. Если при минимальной емкости блока конденсаторов разность
частот гетеродина и сигнала будет равна промежуточной, то при других
значениях емкости переменных конденсаторов это равенство нарушится,
и после преобразования промежуточная частота будет иметь иное зна-
чение. Для большей наглядности рассмотрим небольшой пример.
Предположим, что в супергетеродинном приемнике, предназначенном
для работы в диапазоне СВ, используется двухсекционный блок КПЕ,
у которого Смин—30 пФ а С\1акс=270 пФ Пусть максимальная ча-
стота переменного напряжения сигнала, принимаемого на верхнем конце
диапазона /с.макс = 1500 кГц. Тогда максимальная частота гетеродина
для данного сигнала должна быть больше на 465 кГц и составлять
1965 кГц
Так как резонансная частота контура определяется по формуле:
/о=1/(2лл/1с)
239
и ее максимальное значение получается при минимальной емкости,
можно определить значение индуктивности входного контура £к и кон-
тура гетеродина £г:
(2 . макс Смин
= ---------------------- ^375 мкГ;
4л2(1500- I03)2 - 30-I0"12
4 л2 (1965- 1О3)2-ЗО- 10"12 ~ 160 МКГ’
(2л)2/?.максСмии
мин
Рис. 11.6. Зависимости резонансной час-
тоты от емкостей контуров при исполь-
зовании одинаковых КПЕ и различных
катушек индуктивности
Смаис Смин С
Рис. 11.7. Зависимости резонанс-
ных частот входного и гетеродин-
ного контуров от емкостей КПЕ
при включении сопрягающего
конденсатора в гетеродинный
контур
Минимальная частота контуров будет при полностью введенных
пластинах КПЕ, т. е. при С = Смакс=270 пФ При этом емкости
уменьшатся в 9 раз: Кс= Смакс/Смин= 270/30= 9, а частоты — в 3 раза
(^9).
Таким образом, К.мин.= 500 кГц, мии=655 кГц:
fc. мин— fc макс/3= 1500/3—500;
/г. мкн = fr. макс/3 = 1965/3= 655.
Промежуточная частота на низкочастотном конце диапазона окажет-
ся равной fnp=K. мин — fc. мин=655 — 500= 155 кГц. В таком приемнике
нормальная слышимость обеспечивается лишь вблизи верхнечастотного
конца диапазона, если выходной контур преобразователя настроен на
частоту 465 кГц. По мере перемещения к низкочастотному концу диапа-
зона, т. е. при приеме радиостанций с меньшими частотами, разност-
ная частота fr— fc все более отличается от значения 465 кГц и слыши-
мость уменьшается до полного ее исчезновения.
Для поддержания постоянства промежуточной частоты необходимо
осуществить согласование, или сопряжение, настроек гетеродинного и
входного контуров. Эту задачу решают с помощью конденсатора по-
стоянной емкости, включаемого последовательно с КПЕ гетеродина. Так
как при последовательном включении двух конденсаторов общая емкость
уменьшается, то уменьшается и максимальная емкость КПЕ, а значит,
и коэффициент перекрытия емкости Кс в гетеродинном контуре.
240
Для уяснения роли сопрягающего конденсатора рассмотрим следу-
ющий пример.
Предположим, что в гетеродинном контуре последовательно с КПЕ
Ct (Смин—30 пФ, Смакс==270 пФ) включен сопрягающий конденсатор
Ссопр=200 пФ (рис. П.7). Так как параметры входного контура LKCK не
изменились, то при изменении Ск от 30 до 270 пФ резонансная частота
будет изменяться, как и в предыдущем примере, от /с. макс = 1500 кГц до
)с мин=500 кГц. Емкость же гетеродинного контура при последователь-
ном включении конденсаторов Сг и Ссопр уменьшится и при полностью
выведенных пластинах окажется менее 30 пФ Это приведет к увеличению
частоты fr макс, вследствие чего промежуточная частота на высокоча-
стотном конце диапазона окажется более 465 кГц. Чтобы этого не
произошло, параллельно КПЕ подключен конденсатор постоянной емко-
сти Сп=5 пФ, осуществляющий сопряжение контуров в верхней части
хиапазона. Тогда при вращении ротора КПЕ емкость гетеродинного
контура станет изменяться приблизительно от 30 пФ до 116 пФ:
_ 200.(30 + 5)
гмин 200 4-(30 4-5) ~ ’
г 200-(270 4-5)
200 4-(270 4-5) ~
При этом коэффициент перекрытия емкости в гетеродинном контуре
к/ Сг чакс 116
~с—= -зо--4
^Г.МИН •JV
Следовательно, на низкочастотном конце диапазона частота гетеро-
дина уменьшится в 2 раза (д[Ксг= ^4 = 2) и составит 980 кГц:
fr MHH=fr макс/2= 1965/2, а промежуточная частота будет равна 480 кГц:
А,р = /г. МИН -fc. МИИ =980-500.
Таким образом, при изменении частоты сигнала принимаемой радио-
станции от 1500 до 500 кГц промежуточная частота изменяется от
465 до 480 кГц, т. е. находится в пределах полосы пропускания
фильтра ПЧ и УПЧ, что обеспечивает нормальную слышимость радио-
станций, работающих во всем средневолновом диапазоне.
Сопрягающими конденсаторами в рассмотренных выше схемах явля-
ются С7 (на рис. 11.3 и 11.5, а) и С4 (на рис. 11.5,6).
Емкость сопрягающих конденсаторов с достаточной для радиолюби-
тельской практики точностью можно определить по графикам, приведен-
ным на рис. 11.8, а, а дополнительного подстроечного конденсатора
0,02 0,05 0,1 0,2 0,30,51,0 2,0 п
Рис. 11.8. Графики для определения емкостей сопрягающих кон
денсаторов
9 Галкин В И
241
Сп — по графикам на рис. 11.8, б. Предварительно определяются вспомо-
гательные величины /сР и п:
fcp== (fc. макс "К fc. мин)/2, П, = fnp/fcp-
На практике индуктивности входного LK и гетеродинного LT конту-
ров выбирают такими, чтобы сопряжение осуществлялось в середине
диапазона (в точке 2 на рис. 11.7). Затем с помощью конденсатора
Ссопр добиваются сопряжения в нижней части (начале) диапазона
(в точке /), соответствующей минимальной частоте принимаемой станции
(при полностью введенных подвижных пластинах КПЕ). Сопряжение
в верхней части (конце) диапазона (в точке 3) достигается при исполь-
зовании второго сопрягающего конденсатора Сп, подключаемого парал-
лельно КПЕ. При этом подвижные пластины КПЕ должны быть пол-
ностью выведены. Если в начале и конце диапазона сопряжение до-
статочно точное, оно автоматически будет выполнено и в середине
диапазона.
11.5. УСИЛИТЕЛЬ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ частоты
Усилители промежуточной частоты (УПЧ) выполняют две основные
задачи: во-первых, усиливают принятый от радиостанции сигнал, пре-
образованный в сигнал промежуточной частоты (ПЧ), до уровня, не-
обходимого для нормальной работы детектора. Следовательно, напряже-
ние сигнала на выходе УПЧ должно составлять десятые доли вольта.
Во-вторых, УПЧ обеспечивают высокую избирательность приемника, про-
пуская сигнал нужной радиостанции и подавляя сигналы мешающих
станций.
Принцип работы УПЧ аналогичен резонансному усилителю ВЧ. По-
скольку УПЧ работает на фиксированной промежуточной частоте, в
качестве нагрузки каскадов УПЧ можно применять не колебательные
контуры, а более сложные резонансные системы — двух- и трехконтурные
фильтры (рис. 11.9 а) с индуктивной, емкостной или комбинирован-
ной связью. Связанные контуры образуют так называемый полосовой
фильтр, или фильтр сосредоточенной селекции (ФСС).
Изменяя связь между контурами, получают различные резонансные
характеристики. При слабой связи между контурами резонансная харак-
теристика оказывается «острой» (рис. 11.9 6) и сохраняется такой при
усилении связи между контурами вплоть до некоторого значения, соответ-
ствующего оптимальному ее уровню. При этом напряжение L/з на вы-
ходе последнего фильтра достигнет максимального значения.
При дальнейшем усилении связи между контурами резонансная
кривая становится двугорбой. Такой фильтр почти одинаково усиливает
напряжения всех частот, лежащих в полосе его пропускания 2ДЕ, и
полностью подавляет напряжения других частот, находящихся за пре-
делами полосы пропускания 2ДЕ. Резонансная характеристика такого
фильтра близка к идеальной П-образной характеристике (рис. 11.9, в).
Контуры фильтра настраиваются на промежуточную частотх чаще
всего с помощью ферритовых сердечников, перемещающихся внутри кар-
касов катушек.
В транзисторных УПЧ для уменьшения влияния небольших сопро-
242
гивлений транзисторов на добротность контуров используют обычно
частичные включения первого и последнего контуров фильтра (рис. 11.10).
Из рисунка видно, что фильтры можно устанавливать как на выходе
УПЧ, так и на его входе.
Кроме фильтров, составленных из катушек индуктивностей и конден-
саторов, широкое распространение получили пьезоэлектрические и пьезо-
Рис. 11.9. Трехконтурный фильтр
(а) и его резонансные характери-
стики при слабой (б) и сильной (в)
связи между контурами:
I — реальная резонансная характеристика;
2 идеальная резонансная характеристика
Рис. 11.10. Схема транзисторного УПЧ
керамические фильтры типа
ФП1 П-011.. ФП1 П-013, ФП1П-022...
ФП1 П-027. Они выпускаются на-
строенными на промежуточную ча-
стоту /пр= 465±2 кГц и имеют поло-
су пропускания 2ДГ= 8.. .14,5 кГц.
11.6. СУПЕРГЕТЕРОДИННЫЙ ПРИЕМНИК НА МИКРОСХЕМАХ
Схема и принцип работы приемника
Схема супергетеродинного приемника на трех ИМС серии К224 по-
казана на рис. 11.12. Одна из ИМС (ТМЗтипа К2УС245) нам уже знакома
(см. рис. 10.42), а «начинка» первых двух показана на рис. 11.11.
Рис. 11.11. Принципиальные схемы ИМС типа К2ЖА242 и К2УС248
243
На микросхеме DA1 выполнен преобразователь частоты с отдельным
гетеродином. Гетеродин выполнен на втором транзисторе этой микросхе-
мы. Колебательный контур гетеродина образован катушкой L4 и конден-
саторами С4, С5 и С6.
катушку L3 поступает
на базу первого тран-
зистора ИМС DA1. Сю-
да же через катушки L3
и L2 поступает и сигнал
радиостанции, выде-
ленный входным (ан-
тенным) колебатель-
ным контуром L1C1C2.
В результате одно-
временного воздейст-
вия напряжений сигна-
ла и гетеродина в кол-
лекторной цепи первого
транзистора образует-
ся напряжение проме-
жуточной частоты (ПЧ),
которое через катушку
L5 поступает на двух-
контурный ФПЧ, (L6C7
и L7C9) и с него через
катушку L8 и конден-
сатор С// -на базу
трехкаскадного усили-
теля, выполненного на
ИМС DA2 — К2УС248.
С контура L9C15 явля-
ющегося нагрузкой по-
следнего каскада этого
усилителя усиленный
сигнал ПЧ через ка-
тушку связи L10 посту-
пает на детектор, вы-
полненный на элемен-
тах VD1, С17, R9, С18
и R10. Переменный ре-
зистор R10 входит в на-
грузку детектора и
одновременно выполня-
ет роль регулятора
громкости.
Предварительный
^НЧ, выполненный на
ИМС ГШ-К2УС245, и
выходной каскад —УМ,
Переменное напряжение гетеродина через
244
выполненный на транзисторах VT1 (МП37) и VT2 (МП41),— точно
такие же, как и в приемнике прямого усиления (см. рис. 10.43).
Питание на ИМС DA1 и DA2 подается через фильтр R8 СЮ.
На коллектор первого транзистора ИМС DA1 оно поступает через
катушку связи L5 и вывод 4, а на базу этого транзистора — с делителя
R1R2 через вывод 2. На коллектор второго транзистора напряжение
питания поступает через резистор R6, катушку L4, резистор R3 и вывод 9,
а на базу — через резистор R5 и вывод Я. На ИМС DA2 напряжение пита-
ния всех трех каскадов поступает через дополнительный фильтр R7C13 и
вывод 6 этой микросхемы. Питание ИМС DA3 осуществляется
аналогично ее питанию в приемнике прямого усиления.
Детали приемника
Магнитная антенна изготавливается на ферритовом стержне марки
600НН. При длине стержня 120 мм и диаметре 8 м.м для диапазона СВ
катушка L1 должна содержать 75, а катушка L2 — 8 витков провода
ПЭВ-1 0,12. При работе в диапазоне ДВ катушка L1 должна содержать
120...130 витков, а катушка L2— 15 витков такого же провода. При
других размерах ферритового стержня данные катушек будут другие.
Катушка L4 гетеродинного контура намотана на унифицированном
каркасе, помещенном в ферритовую чашку, диаметром 8,6 .м.м, и содержит
100 витков провода ПЭВ-1 0,1 мм с отводом от 15-го витка Катушка L3 на-
матывается на этом же каркасе и содержит 4 витка такого же провода.
В качестве катушек L5...L10 используются трансформаторы фильтров
ПЧ транзисторного приемника «Соната». Катушки L6, L7 и L9 содержат
по 99 витков провода ЛЭ — 5Х 0,06, размещенные в трех секциях такого
же унифицированного каркаса, какой использовался для катушек L3 и L4.
Катушки L5, L8 и L10 содержат по 30 витков, размещенных поровну
в трех секциях поверх катушек L6, L7 и L9. Могут быть использованы
трансформаторы ПЧ и от других малогабаритных приемников, но в
этом случае емкости конденсаторов С7, С9 и С15 должны быть такими,
как в этих приемниках.
Транзисторы VT1 и VT2 желательно подобрать с близкими значе-
ниями параметров Дг1Е и /кбо- Для нормальной работы приемника па-
раметр /i2iE должен быть не менее 40. В качестве громкоговорителя
ВА1 может быть использована любая динамическая головка с .мощностью
0,5 Вт и сопротивлением катушки 8 Ом.
Конденсатором переменной емкости (КПЕ) может служить КПЕ,
позволяющий осуществлять изменение емкости от 7 до 240 пФ.
Для отладки приемника его удобно смонтировать на печатной плате
(рис. 11.13).
Налаживание приемника
Налаживание приемника целесообразно производить в следующем
порядке. Настроить УНЧ, проверить исправность детектора и настроить
УПЧ. В последнюю очередь необходимо настроить входной и гетеродинный
контуры и произвести их сопряжение.
245
Рис. 11.13. Печатная плата транзисторного приемника на ИМС
Налаживание УНЧ начинают с проверки и выставки необходимых
режимов работы ИМС DA3 и транзисторов выходного каскада VT1 и
VT2 ио методике, рекомендованной при налаживании приемника пря-
мого усиления на ИМС. При этом необходимо снять питание с первых
двух микросхем. Это легко сделать, выпаяв из печатной платы один из
выводов резистора R8. Подбором резистора R1 / устанавливают напряже-
ние + 4,5 В в точке симметрии (т. е. в месте соединения эмит-
теров VT1 и VT2) относительно общего проводника и при закороченном
Л/?7 С1
К радио- LP
трасляционХ
ной сети \
Рис. 11.14. Делитель напряжения
радиотрансляционной сети
резисторе R15 (для этого его концы на монтажной плате соединяю!
проводником). Затем убирают перемычку с резистора R15 и подбирают
сопротивление этого резистора таким образом, чтобы коллекторный ток
транзистора VT1 не превышал 5...6 мА. После этого снова проверяют
напряжение в точке симметрии и при необходимости выставляют нужное
значение (4,5 ±0,3 В) подбором резистора R11. Для проверки УНЧ в
динамическом режиме на его вход подают сигнал НЧ. Проще всего для
этой цели использовать сигнал радиотрансляционной сети, подключив
ее через делитель напряжения (рис. 11.14) к нижней (по схеме) обкладке
конденсатора С19, предварительно отпаяв ее от движка переменного ре-
зистора R10. Если при малой громкости наблюдаются заметные на слух
искажения, их устраняют подбором резистора R15. Если искажения
наблюдаются при большой громкости, их необходимо устранить подбо-
ром резистора R14.
Настраивать остальные узлы приемника лучше всего с помощью
генератора сигналов. После настройки УНЧ следует проверить исправную
работу детектора. Для этого с генератора ВЧ высокочастотный сигнал,
модулированный низкочастотными колебаниями 1000 Гц, через конденса-
тор емкостью 0,01...0,1 мкФ подается на контур L9C15 (на вывод 8 ИМС
DA2). При исправном детекторе на резисторе R10 выделяется низко-
частотное модулирующее напряжение и в громкоговорителе слышен
однотонный звук, громкость которого изменяется при вращении
движка потенциометра /?/б2.
Для настройки УПЧ и преобразователя частоты необходимо восста-
новить связь резистора R8 с остальными элементами схемы. Настройку
УПЧ желательно производить на первом этапе при неработающем
преобразователе частоты. Для этого следует выпаять из печатной платы
резисторы R1 и R5 или хотя бы по одному выводу этих резисторов.
Вктючив питание необходимо убедиться, что на выводе 6 ИМС
DA2 имеется напряжение около ± Ь,о Ь. Если напряжение зиа .ш
отличается от указанного значения, это свидетельствует о неисправ-
ности резистора R7 или микросхемы DA2.
247
Более точная настройка контуров получится, если воспользоваться
индикатором настройки Самый простой и в то же время достаточно
точный индикатор настройки — милливольтметр переменного тока,
выполненный в виде отдельного прибора или входящий в состав аво-
метра. Его нужно подключить непосредственно к выводам звуковой
катушки громкоговорителя. В этом случае он будет измерять перемен-
ное напряжение звуковой катушки и его стрелка будет отклоняться гем
сильнее, чем больше будет амплитуда сигнала, подаваемого на вход
УНЧ. Поскольку индикатор настройки оказывается подключенным к
самому выходу приемника, то в дальнейшем будем называть его инди-
катором выхода.
Для настройки контура L9C15 на промежуточную частоту напряже-
ние с генератора ВЧ частотой 465 кГц, промодулированное низкочастот-
ными колебаниями 1000 Гц, подается на вход ИМС DA2 (на вывод 2)
через конденсатор емкостью 0,01...0,1 мкФ. Амплитуда сигнала должна
составлять 0,5... 1,5 мВ. Вращением сердечника катушки L9 устанавли-
вают наибольшую громкость. Настройка контура будет закончена, если
при вращении сердечника в обе стороны будут уменьшаться громкость
и отклонение стрелки индикатора выхода. При невозможности выявить
во время настройки контура максимумы громкости и отклонения стрелки
индикатора выхода нужно изменить емкость конденсатора С/5. Если
при ввертывании сердечника в катушку L9 постепенно увеличиваются
громкость и отклонение стрелки индикатора выхода, но не достигают
максимума, значит, резонансная частота контура L9C15 больше,
чем 465 кГц, и емкость С15 надо увеличить. Если же ввертывание
сердечника сопровождается уменьшением громкости и отклонения
стрелки индикатора выхода, то емкость конденсатора С15 надо умень-
шить.
После настройки контура УПЧ настраивают полосовой фильтр, ко-
торый образован контурами L6C7 и L7C9, связанными между собой
емкостной связью через конденсатор С8. Вначале настраивают на про-
межуточную частоту контур L7C9: сигнальный провод генератора ВЧ
отсоединяют от вывода 2 ИМС DA2 и подсоединяют к левой (по схеме)
обкладке конденсатора С8, предварительно отпаяв его от контура L6C7.
Вращением сердечника катушки L7 осуществляют настройку аналогич-
но тому, как это делали для контура УПЧ L9C15. По окончании настройки
сигнальный провод генератора ВЧ отсоединяют от конденсатора С8
и подсоединяют к выводу 4 ИМС DA1, восстанавливают связь конден-
сатора С8 с контуром L6C7. Чтобы уменьшить влияние контура L7C9
при настройке контура L6C7, на период настройки контур L7C9 шунти-
руют резистором с сопротивлением 1...2 кОм (этот резистор подпаивают
параллельно конденсатору С9 и катушке L7). После настройки контура
L6C7 шунтирующий резистор необходимо убрать.
Настройку УПЧ и полосового фильтра следует производить при
установке движка переменного резистора R10 в положение, соответ-
ствующее максимальной громкости. Амплитуда модулированного сигнала
генераторе 34 должна оыть такой, чтобы не происходило перегрузки
усилительных каскадов и не было самовозбуждения. Перегрузка при-
водит к искажениям усиливаемого сигнала, а самовозбуждение вообще
248
срывает нормальную работу приемника, вызывая в громкоговорителе
гудение.
Налаживание преобразователя частоты начинают с подбора режима
по постоянному току первого транзистора ИМС DA1, на котором выпол-
нен смеситель. Для этого сигнал генератора ВЧ частотой 465 кГц, про-
модулированный низкочастотным напряжением с частотой 1000 Гц,
нужно подать на вывод / ИМС ДА1, предварительно отключив от этого
вывода катушку L3. Амплитуда сигнала должна быть такой, чтобы не
происходило перегрузки УПЧ и УНЧ (порядка 0,05—0,1 мВ). Подбором
резистора R1 добиваются получения максимальной громкости и макси-
мального отклонения стрелки индикатора выхода. Эту операцию удобно
проделать, если вместо резистора R1 включить переменный резистор с
сопротивлением 25.. .47 кОм. После получения наибольшей громкости
и максимального отклонения стрелки индикатора выхода переменный
резистор выпаивают (при отключенном источнике питания!). Омметром
измеряют созданное им при регулировке сопротивление и в качестве
резистора R1 впаивают постоянный резистор с таким или близким со-
противлением. Сигнальный провод генератора ВЧ отпаивают от вывода
1 ИМС DA1 и восстанавливают связь этого вывода с катушкой L3.
Теперь необходимо добиться генерации высокочастотных колебаний
гетеродином. Для этого вместо резистора R5 с помощью двух провод-
ников подпаивают переменный резистор с сопротивлением около 100 кОм,
а конденсатор, включенный между выводом 4 ИМС DA1 и катушкой
L9 отпаивают. Постепенно уменьшая сопротивление переменного рези-
стора, добиваются появления в громкоговорителе характерного шума
(в момент возникновения генерации возможно появление звукового
щелчка), свидетельствующего о том, что гетеродин заработал. В том,
что гетеродин работает, можно убедиться и другим способом: включить
между резистором А*5 и плюсовым проводом питания (сделать это надо
при выключенном питании, чтобы не испортить микросхему) миллиампер-
метр. При работающем гетеродине замыкание накоротко проводником
концов катушки L4 сопровождается увеличением тока, протекающего
через миллиамперметр. Затем вместо переменного резистора необходимо
впаять постоянный резистор R5, сопротивление которого должно быть
на 15...20 кОм меньше, чем измеренное сопротивление переменного
резистора (с целью обеспечения устойчивой генерации при уменьшении
напряжения питания).
Если гетеродин не работает, то это указывает либо на неправильное
изготовление или подключение катушки L4 (перепутаны ее концы), либо
на ошибку в монтаже, либо на неисправность ИМС DA1.
Диапазон изменения частоты гетеродина определяется диапазоном
принимаемых приемником частот. В диапазоне ДВ
fr. мин = fc. мин + fnp — 150 4- 465 = 615 кГц
fr. макс — fc. макс 4~ fпр = 408 4~ 465 = 873 кГц,
а в диапазоне СВ
fr мин = 525 4- 465 = 990 кГц
fr. макс = 1605 4- 465 = 2070 кГц.
Установка пределов изменения частоты гетеродинного контура на
ДВ и СВ производится одинаково, поэтому ниже приведена методика
249
применительно лишь к диапазону СВ. Сигнал генератора ВЧ при этом
подается на вход ИМС DA1 через катушку связи L3, которая отключа-
ется своим нижним (по схеме) концом от катушки L2 и подключается
к выходу генератора ВЧ. Для индикации настройки напряжение гене-
ратора ВЧ должно быть обязательно промодулировано колебаниями
НЧ, например частотой 1000 Гц. Сначала осуществляют настройку гете-
родинного контура на минимальной частоте fr, мин, установив частоту
напряжения генератора ВЧ, равную fc мин — 525 кГц, а роторы конден-
саторов С1 и С6 — в положение максимальной емкости. Настройка про-
изводится сердечником катушки L4 по получению ярко выраженного
максимального отклонения стрелки индикатора выхода (или максимума
громкости).
Если же при вращении сердечника катушки L4 звук не появляется
и стрелка индикатора выхода не отклоняется, это значит, что резонанс-
ная частота гетеродинного контура отличается от частоты сигнала
Д. мин на величину, значительно отличающуюся от 465 кГц. Чтобы найти
эту частоту, необходимо, установив ротор КПЕ С6 в положение макси-
мальной емкости, изменять частоту генератора ВЧ в одну и другую сто-
рону относительно частоты fc мин до тех пор, пока не появится звук и
стрелка индикатора выхода не отклонится на максимальную величину.
Определив по шкале генератора ВЧ частоту сигнала, рассчитывают
резонансную частоту гетеродинного контура fr = fc4 465 кГц. Если
полученное значение [г меньше, чем минимальная резонансная частота
гетеродинного контура fr. мин (т. е. меньше, чем 990 кГц для диапазона
СВ), то надо уменьшить индуктивность катушки L4, отмотав от нее
несколько витков. Если же, наоборот, частота fT оказалась больше, чем
fr. мин, то индуктивность катушки L4 мала и ее надо увеличить, т. е. увели-
чить число ее витков.
Промежуточная частота /11р = 465 кГц может получиться не только
при превышении частотой гетеродина частоты сигнала (fnp = fr — f$),
но и в случае, когда частота сигнала выше, чем частота гетеродина
(fnp = fc — fr) • Такая промежуточная частота называется зеркальной.
Чтобы убедиться, что приемник настроен на основную ПЧ, а не на зер-
кальную, необходимо увеличить частоту сигнала генератора ВЧ на двой-
ную промежуточную частоту, т. е. на 930 кГц. Если при этом в громко-
говорителе возникает звук прежнего тона и громкости, а стрелка инди-
катора выхода отклоняется на прежнее (или близкое к нему) значение,
значит, настройка была произведена правильно.
«Доработав» катушку L4, необходимо вновь проделать настройку
гетеродинного контура на минимальной частоте, после чего можно осу-
ществлять сопряжение гетеродинного контура на высокочастотном конце
диапазона СВ. Для этого частоту генератора ВЧ устанавливают
равной 1600 кГц, а КПЕ С5— в положение минимальной емкости.
Изменением емкости подстроечного конденсатора С6 необходимо
добиться четко выраженного максимума отклонения стрелки ин
дикатора выхода. Настройку гетеродинного контура необходимо
повторить на минимальной частоте, т. к. изменение емкости С6
приводит к изменению частоты fr. мин- Для более точного сопряжения
250
настроек гетеродинного контура на минимальной и максимальной часто-
тах эти операции нужно повторить несколько раз.
Следующий этап — настройка входного контура. При изменении емко-
сти конденсатора С1 от минимального (С/мин) до максимального (С/макс)
значений резонансная частота входного контура должна изменяться
таким образом, чтобы перекрывался весь диапазон ДВ от значения
/макс = 408 кГц до значения /мин=150 кГц (длина волны изменяется
от 735 до 2000 м) или весь диапазон СВ от значения /макс = 1605 кГц
до значения Дии = 525 кГц (соответствует изменению длины волны от
187 до 571 м). Роль радиостанции при настройке входного контура будет
выполнять генератор ВЧ. Для этого потребуется второй ферритовый
стержень, на который наматывают катушку из 15—20 витков провода
ПЭВ-1, ПЭВ-2 или ПЭШО диаметром 0,1...0,15 мм. Концы катушки под-
ключают к выходу генератора ВЧ. Переменный ток генератора ВЧ, про-
текающий через катушку, будет создавать вокруг нее переменное электро
магнитное поле, которое и вызывает в антенном контуре приемника
переменное напряжение подобно тому, как это происходит при приеме
сигналов работающих радиостанций. В зависимости от мощности сигна-
ла, поступающего от генератора ВЧ, этот ферритовый стержень распо
лагают на расстоянии 10. ..30 см от ферритового стержня магнитной
антенны и параллельно ему. Для осуществления индикации настройки
сигнал генератора ВЧ обязательно должен быть промодулирован напря-
жением НЧ, например, частотой 1000 Гц.
Сначала входной контур настраивают на минимальную частоту
/миН рабочего диапазона приемника. Эту частоту колебаний устанав-
ливают на выходе генератора ВЧ, конденсатор С1 устанавливают в поло-
жение максимальной емкости, а С2 — в положение среднего значения
емкости. Перемещением катушки L1 от конца стержня к его середине
входной контур настраивают на частоту генератора ВЧ по максимальному
отклонению стрелки индикатора выхода (или по максимальной громко-
сти). При перемещении катушки L1 к середине стержня отклонение
стрелки должно увеличиться, достичь максимального значения, а затем
уменьшаться. Момент максимального отклонения стрелки будет соот-
ветствовать моменту точной настройки. Если отклонение стрелки только
увеличивается и ярко выраженного максимума не наблюдается, это
означает, что индуктивность катушки L1 мала, и нужно увеличить число
ее витков. Если же при перемещении катушки L1 к середине ферритового
стержня показания индикатора уменьшаются, значит, индуктивность
катушки L1 велика и число ее витков нужно уменьшить.
После этого генератор ВЧ перестраивают на частоту Дакс, а конден-
сатор С2 устанавливают в положение минимальной емкости. Настройку
входного контура на частоту Дакс производят подстроечным конденса-
тором С2 по получению ярко выраженного максимума индикатора выхо-
да. Если при увеличении емкости конденсатора С2 отклонение стрелки
нкднаатора выхода увеличивается, но ярко выраженный максимум не
наступает, значит, емкости конденсатора С2 не хватает до достижения
резонанса на частоте Дакс и параллельно С2 необходимо подпаять кон-
денсатор постоянной емкости на 5... 10 пФ и повторить настройку. Ротор
251
конденсатора С2 нужно оставить в том положении, при коюром будет
зафиксирован ярко выраженный максимум отклонения стрелки.
Если при увеличении емкости конденсатора С2 показания индика
гора выхода уменьшаются, то необходимо ротор этого конденсатора
установить в положение минимальной емкости, после чего повторить
настройку входного контура на частоту /мин, снова перестроить генера-
тор ВЧ на частоту /макс и, установив ротор конденсатора С1 в положение
минимальной емкости, настроить контур на частоту /макс с помощью под-
строечного конденсатора С2.
Операции настройки входного контура на частоты /мин и /макс надо
повторить несколько раз, пока не будут найдены положения катушки
L1 и ротора конденсатора С2, при которых конденсатор С1 будет пере-
страивать ВХОДНОЙ контур ОТ частоты /мин ДО частоты /макс.
После настройки входного контура определяют положение катушки
связи L2, исходя из того, что при сближении катушки L2 с катушкой
L1 увеличивается чувствительность приемника, но ухудшается его изби-
рательность, т. к. увеличивается шунтирующее действие входного кон-
тура. Поэтому, если при настройке приемника на какую-либо станцию
прослушиваются и другие станции, то катушку L2 нужно отодвинуть
от катушки L1 или уменьшить число витков катушки L2. Определив
положение катушки L2, необходимо проверить настройку входного кон-
тура и в случае необходимости подстроить его на частотах /мин и /макс
описанным выше способом.
В заключение небольшими изменениями положений сердечников
катушек L6, L7 и L9 окончательно настраивают контуры на ПЧ 465 кГц
по максимальной громкости и по максимуму отклонения стрелки инди-
катора выхода.
12 ЭЛЕКТРОННЫЕ ЗВОНКИ И ИМИТАТОРЫ
ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ
12.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ И ВИДЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЗВОНКОВ
Основой электронного звонка является генератор звуковой частоты
(ГЗЧ), электрические колебания которого преобразуются в звуковые
с помощью динамической головки громкоговорителя. Если частота
электрических колебаний, вырабатываемых генератором, постоянна, то
электронный звонок будет издавать звук одного тона. Такие электрон-
ные звонки называются однотональными. Их структурная схема пока-
зана на рис. 12.1.
Кроме однотональных существуют двухтональные и многотональные
электронные звонки. Получить чередующиеся во времени звуковые ко-
лебания различных тональностей можно при использовании нескольких
n-нераторов подключаемых поочередно к усилителю й «acroifa.
(УЗЧ). На рис. 12 2 показана структурная схема двухтонального гене-
ратора с двумя генераторами ГЗЧ1 и ГЗЧ2, подключаемыми поочеред-
но к УЗЧ с помощью устройства переключения (УП).
259
Источником питания электронного звонка обычно служат гальвани-
ческие элементы или батарея гальванических элементов. Можно исполь
зовать и выпрямители сетевого напряжения, но при этом конструкция
звонка усложняется.
Управление электронным звонком осуществляется путем коммута
ции источника питания. Для этих целей можно использовать кнопку
обычного электрического звонка, заменив подведенный к ней провод
сетевого напряжения проводом, идущим от одного полюса батареи.
Рис. 12.2. Структурная схема двух тональною
электронного звонка
Рис. 12.1. Структурная схема
однотонального электронного
звонка
Рис. 12.3. Конструкция
сенсорных выключате-
лей
Другой полюс батареи подключают непосредственно к электронной ча-
сти звонка. В последнее время широкое распространение получили
электронные звонки с сенсорным управлением, в которых вместо обыч-
ной кнопки применяются более надежные и долговечные сенсорные вы
ключатели. Такой выключатель можно выполнить в виде металличе-
ских пластин (рис. 12.3, а) или колец (рис. 12.3,6), укрепленных на изо-
ляционном материале, в качестве которого удобно использовать фольги
рованный гетинакс или текс гатит, удалив медную фольгу за исключением
участков, служащих контактами сенсорного выключателя. Удобный сен-
сорный выключатель получается из регулируемого резистора типа СП-1
сопротивлением не более 100 Ом. У резистора удаляют крышку и ось
с ползунком, а оставшуюся часть (рис. 12.3, в) укрепляют на месте кнопки
звонка.
Изменять тональность звучания электронного звонка можно и при
наличии одного генератора электрических колебаний, если предусмот
реть возможность управления частотой генерируемых им колебаний.
При этом электронный звонок может воспроизводить какую-либо мело-
дию Такие электронные звонки называют мелодическими.
В работе электронных имитаторов звуковых колебаний используется
тот же принцип, что и в работе многотональных и мелодических элект-
253
ронных звонков. При этом можно воспроизвести звуковые колебания,
напоминающие трели соловья, мяуканье кошки, кудахтание курицы,
треск костра и др.
12.2. ОДНОТОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЗВОНКИ
Схема простого электронного звонка на одном транзисторе приве-
дена на рис. 12.4. Он представляет собой /?С-генератор, работающий
в автоколебательном режиме. Основным элементом генератора явля-
Рис. 12.4. Принципиальная схема
однотонального электронного звонка
на одном транзисторе
ется трансформатор Т. Сердечник площадью не менее 2 см? набирают
из Ш-образных пластин. Если используют пластины Ш14, то толщина
набора должна составлять 14 мм. Обмотки выполняют проводом ПЭВ-1
или ПЭВ-2 диаметром 0,35...0,44 мм. Обмотка I содержит 50 витков,
обмотка II—30 и обмотка III—20 витков. Обмотки I и II должны
быть намотаны в одном направлении.
Конденсатор С1 определяет частоту электрических колебаний гене-
ратора, а конденсатор С2 служит для предотвращения самовозбуж-
дения генератора, которое может возникнуть из-за увеличения внутрен
него сопротивления батареи при ее разрядке и высыхании электролита
Звонок прост и надежен в работе. При исправных деталях он начи-
нает работать сразу. Настройка звонка заключается лишь в подборе
конденсатора С1 по наиболее приятному звуку.
В громкоговорителе можно использовать любую низкоомную дина
мическую головку мощностью 0,25... 1 Вт. В качестве транзистора приго-
ден любой транзистор средней мощности типа р-п-р ГТ402, ГТ403
П213...П217 и др.
На рис. 12.5 показана схема однотонального звонка с сенсорным
управлением на интегральной микросхеме К176ЛА7, представляющей
собой набор из четырех логических элементов 2И—НЕ. На двух ЛЭ
DD1.1 и DD1.2 выполнен мультивибратор, а на двух других — DD1.3 и
DD1.4 — усилитель мощности.
Если контакты Е1 и Е2 сенсорного выключателя разомкнуты, то
мультивибратор находится в ждущем режиме и электрические коле-
бания не вырабатываются. При прикосновении пальцами к контактам
Е1 и Е2 замыкается цепь обратной связи и мультивибратор переходит
в автоколебательный режим работы. Частота электрических колебаний
и, следовательно, тональность воспроизводимых громкоговорителем ВА
254
Рис. 12.5. Схема однотонального электронного звонка на циф-
ровых ИМС
Рис. 12.6. Печатная плата однотонального электронного звонка на
цифровых ИМС
Рис. 12.7. Схема транзисторного однотонального электронного звонка
звуковых колебаний определяется емкостью конденсатора С1 и суммар-
ным сопротивлением в цепи обратной связи (сопротивления резисторов
R2, R3 и участка кожи пальца, касающегося сенсорных контактов).
Сопротивление кожи пальца зависит от влажности кожи и усилия, с ко-
торым он прижимается к контактным пластинам, поэтому тональность
звука при каждом касании сенсорных пластин может быть различной.
Печатная плата электронной части звонка показана на рис. 12.6.
В качестве трансформатора можно использовать выходной трансфор-
матор от любого транзисторного радиоприемника, источник питания —
батарея «Корунд» или две батареи типа 3336. Динамическая головка
должна быть мощностью 0,1...0,5 Вт с сопротивлением звуковой катуш-
ки 4...8 Ом.
Еще одна схема одиотонального электронного звонка показана на
рис. 12.7. Задающим генератором звуковой частоты служит мультивиб-
ратор на транзисторах VT\ и VT2, работающий в автоколебательном
режиме. Частота электрических колебаний определяется в основном
значениями элементов Cl, R2, С2, R3 и для указанных на схеме состав
ляет примерно 1000 Гц
Прямоугольные импульсы, снимаемые с коллектора транзистора VT2,
поступают на предварительный усилитель, выполненный на транзисторе
VT3 по схеме с фиксированным током базы. Режим работы каскада уста
навливается с помощью переменного резистора R5. Усиленное импульсное
напряжение с коллектора транзистора VT3 поступает на оконечный
каскад, выполненный на составном транзисторе VT4VT5. Этот каскад
усиливает переменное импульсное напряжение по току и по мощности
и одновременно осуществляет согласование малого сопротивления на-
грузки динамической головки с выходным сопротивлением усилителя.
В качестве нагрузки можно использовать любую динамическую головку
мощностью от 0,1 до 1 Вт и сопротивлением звуковой катушки от 6 до
20 Ом
Элементы С4 и R8 образуют фильтр, препятствующий образованию
нежелательных (паразитных) связей между предварительным и оконеч-
ным каскадами усилителя по цепи источника питания
123. ДВУХТОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЗВОНКИ
Незначительно усложнив электронную схему одиотонального элект
ройного звонка (рис. 12.7), можно превратить его в двухтональный
(рис. 12.8).
На транзисторах VT6 и VT7 выполнен управляющий генератор
мультивибратор, работающий в автоколебательном режиме и генери
рующий электрические колебания низкой частоты — один импульс в
1...3 секунды. С этой целью увеличены емкости конденсаторов, связываю-
щих базу одного транзистора с коллектором другого, по сравнению
с их значениями, используемыми в мультивибраторе на рис. 12.7.
Мультивибратор на транзисторах V77 и VT2 такой, как и в одното-
нальном электронном звонке (рис. 12.7). Разница состоит лишь в том,
что базовый резистор R3 подключен не к «минусу» источника питания,
а к коллектору транзистора VT6.
276
Транзистор VT8 с транзистором VT1 и элементами Rl, R2, R13, R14,
С6 и С7 образует третий мультивибратор Частота электрических коле-
баний, генерируемых этим мультивибратором, определяется элементами
Rl, R13, С6, С7 и при указанных на схеме их значениях составляет при-
мерно 200 Гц.
Общим каскадом для двух последних мультивибраторов является
каскад, выполненный на транзисторе VT1.
R12
6,2 к
06
R13
120к
VT6
-9В
Цб,2к
1----Т !-----г—
Нт/?/ ^/?2 г^ЯЗгЧЯО
1 I Г4 I ' I » II
~Т~ и *“ । К базе
_1---г—НН I—V73
к 0,033 !
!мк*10В —!-------
I
Рис. 12.8. Схема транзисторного двухтонального электронного звонка
Мультивибраторы на транзисторах VT 1, VT2 и VT8, VT11 (первый
и второй мультивибраторы) работают поочередно. Их включение и вы-
ключение осуществляется управляющим генератором следующим
образом.
При работе управляющего генератора транзисторы VT6 и VT7 пооче-
редно открываются и закрываются. Когда транзистор VT6 открыт,
VT7 — закрыт. Напряжение коллектора открытого транзистора VT6
близко к нулю. Так как коллектор VT6 соединен через резистор R3 с ба-
зой транзистора VT2, то ток базы этого транзистора также близок к нулю,
и VT2 оказывается закрытым, вследствие чего второй мультивибратор
не работает.
Напряжение коллектора закрытого транзистора VT7 приблизитель-
но — 9 В, благодаря этому базы транзистора VT8 и VT1 через резисторы
R13 и R2 оказываются подключенными к шине — 9 В, что обеспечивает
нормальную работу первого мультивибратора. Импульсное напряжение
с частотой 200 Гц снимается с коллектора транзистора VT 1 и через кон-
денсатор СЗ (емкость которого должна быть увеличена по сравнению с
емкостью конденсатора СЗ на рис. 12.7) поступает на базу предваритель-
ного усилителя. Динамической головкой создается звук низкого тона.
Через 1...3 секунды транзистор VT6 закроется, а транзистор VT
откроется. Напряжение коллектора транзистора VT7 оказывается близ-
ким к нулю, а коллектора транзистора VT6 — к —9 В. Транзистор VT8
закрывается, и для второго мультивибратора создаются нормальные
условия для работы. В этом случае с коллектора транзистора VT1 сни-
маются электрические колебания частотой 1000 Гц и динамической го-
ловкой СОЗДае! СИ ЗВуК ВЫСОКОЮ lOtld
В качестве VT1 VT4, VT6...VT8 можно использовать низкочастот-
ные маломощные транзисторы типа МП39...МП42, а в качестве VT5 —
низкочастотные транзисторы средней мощности типа П213. П217,
ГТ403, ГТ4О5.
Двухтональный звонок можно выполнить с сенсорным управлением.
Схема такого (рис. 12.9) похожа на схему ранее рассмотренного двух-
тонального звонка (см. рис. 12.8), но отличается от нее наличием элект-
ронного выключателя, собранного на транзисторах VT6... VT9. Пока
сенсорных контактов Е1 и Е2 не касается палец, этот выключатель
VT9 КТ209В
Рис. 12.9. Схема транзисторного двухтонального электронного звонка с сенсор
ным управлением
находится в закрытом (разомкнутом) состоянии и разрывает цепь под-
ключения положительного полюса батареи к мультивибраторам, выпол-
ненным на транзисторах VT1, VT2 и VT3, VT4, и усилителю мощности,
собранному на транзисторе VT5. При касании пальцем сенсорных пла-
стин Е1 и Е2 электронный ключ переходит в открытое (замкнутое) со-
стояние, на транзисторы VT1...VT5 подается питание от батареи и из
динамической головки раздается звук. Тональность звука зависит от
номинальных значений емкостей конденсаторов СЗ, С4 и сопротивлений
резисторов R8, R9, а диапазон тональности — от сопротивления рези-
стора R7. Частота изменения тональности определяется значениями
емкостей конденсаторов Cl, С2 и сопротивлений резисторов R2, R3. Про-
должительность работы звонка при одном касании сенсорных контактов
зависит от времени открытого состояния электронного ключа, которое
определяется значениями емкости конденсатора С5 и сопротивления ре-
зистора R11.
В качестве транзисторов VT1...VT4, на которых выполнены первый
и второй мультивибраторы, можно использовать транзисторы типа
МП39...МП42. В усилителе мощности в качестве VT5 необходимо при-
менить транзисторы средней (КТ602Б, КТ602В, КТ603Г КТ603Е) или
большой (КТ801А, КТ801Б) мощности. Транзисторы, используемые
в электронном ключе, должны иметь коэффициент передачи тока /121E
не менее 60: VT6 и VT7 ~ КТ315Б, КТ315В, КТ315Г; VT8 и VT9 —
КТ209Б, КТ209В, КТ209Г. Диоды VD1 — германиевые типа Д9 или Д18
’ D2 — кремниевые типа КДюзА, Д219, Д220, Д223. Динамическая
головка может быть мощностью до 2 Вт с сопротивлением звуковой ка-
тушки 6... 10 Ом. Источником питания служит батарея типа 3336. Для
258
увеличения громкости звучания звонка последовательно с данной бата-
реей можно подключить вторую такого же типа, увеличив напряжение
питания до 9 В.
На рис. 12.10 приведена печатная плата, на которой монтируются
детали звонка. Сенсорные пластины устанавливают на изоляционной
плате около входной двери. Расстояние между пластинами Е1 и Е2
должно быть не более 0,8 мм.
Двухтональный электронный звонок можно выполнить и на цифровых
интегральных микросхемах. На рис. 12.11 показана схема такого звонка
на ЛЭ, входящих в состав ИМС типа К.155ЛАЗ, которая включает в себя
два генератора звуковой частоты (ГЗЧ), генератор переключения, управ-
ляющий работой этих генераторов, усилитель звуковой частоты и динамиче-
скую головку. Первый ГЗЧ выполнен на ЛЭ DD1.4 и DD2.3 по схеме муль-
тивибратора, работающего в заторможенном (ждущем) режиме. Ана-
логичную схему имеет и второй ГЗЧ, выполненный на ЛЭ DD2.1 и DD2.4.
Генератор переключения выполнен на ЛЭ DD1.1, DD1.2 и DD1.3 по схеме
мультивибратора, работающего в автоколебательном режиме. Когда
на выводе И ЛЭ DD1.3 имеется высокий уровень напряжения, соответ-
ствующий логической I, включается в работу первый ГЗЧ. Частота гене-
рируемых этим генератором электрических колебаний определяется
емкостью конденсатора С2 и сопротивлением резистора R2. При появле-
нии на выводе // ЛЭ DD1.3 логического 0 первый ГЗЧ перестает рабо-
тать, но начинает работать второй ГЗЧ, так как на вход 1 ЛЭ DD2. по-
ступает высокий уровень напряжения. Частота колебаний этого генера-
тора определяется емкостью конденсатора СЗ и сопротивлением резистора
R3. Таким образом, на вход УЗЧ, выполненного на транзисторе VT1,
через ЛЭ DD2.2 поочередно поступают электрические колебания разных
частот, вырабатываемые ГЗЧ1 и ГЗЧ2, вследствие чего динамической
головкой ВА воспроизводятся чередующиеся звуковые колебания раз-
ных тонов. При значениях элементов, указанных на схеме, частоты этих
колебаний составляют 600 Гц (ГЗЧ1) и 1 кГц (ГЗЧ2).
12.4. МНОГОТОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЕ ЗВОНКИ
На рис. 12.12 показана схема сенсорного мелодического звонка, вы
полненного на трех ИМС и двух транзисторах: на ИМС DD1 типа
К.176ЛА7 — задающий генератор (ЛЭ DD1.1 и DD1.2) и усилитель мощ-
ности (ЛЭ DD1.3 и DD1.4), ИМС DD2 типа К561ИЕ10 — счетчик, а
ИМС DD3—триггер, на транзисторах VTI и VT2—мультивибратор,
управление работой которого осуществляется задающим генератором
и счетчиком.
Прежде чем рассматривать работу звонка, остановимся на работе
триггера и счетчика.
Триггер представляет собой устройство, имеющее два выхода и два
устойчивых состояния. Один из выходов называют прямым, второй —
инверсным УГО цниерсщд’у выхода ма-тенький кружок. Устойчивое
состояние, при котором уровень напряжения на прямом выходе высокий,
а на инверсном — низкий, называют единичным. Во втором устойчивом
состоянии, называемом нулевым, на прямом выходе уровень напряжения
260
соответствует логическому 0, а на инверсном — логической 1. Переход
триггера из одного устойчивого состояния в другое осуществляется при
изменении уровней напряжений на его входах. Если напряжение, соот-
ветствующее логической 1, поступает на вход R, то триггер переходит
в нулевое состояние. При поступлении этого напряжения на вход S триг-
гер принимает единичное состояние.
Четырехразрядный счетчик состоит из четырех последовательно со-
единенных триггеров (рис. 12.13). Первый положительный импульс
задающего генератора (напряжение логической 1) переводит в единич-
ное состояние триггер первого разряда: на выводе 3 счетчика появляется
напряжение логической 1. Второй импульс возвращает триггер первого
разряда в нулевое состояние, а триггер второго разряда переводит в
единичное. Напряжение логической 1 при этом появляется на выводе 4.
После третьего импульса в единичном состоянии оказываются оба триг-
гера первого и второго разрядов. Четвертый импульс переводит эти
триггеры в нулевое состояние, а триггер третьего разряда—в единич-
ное. После пятого импульса на входе счетчика в единичном состоянии
оказываются триггеры первого и третьего разрядов, после шестого —
KM.16DD2
/г /МЛМЖ
С10,1мк^
DD12
<? (>-
Lv
VD/
DD2 *
' 2
7Н Ж
-Ф1
VD1-VD9 Д18
M...R7 55 I
К9150к\
DD1К176ЛА7 -
DD2 2561 НЕЮ
IDD3K176 TM2
к? 15к
22 —€*□
R5 75 К
Е1 —ПП
R7
KBbiEJDDI, 0D8
К быв.д DD2\
8_
9
12
13
К109,Зк
Я С2
J 0,1мк
813 9,3л I
мзм^
СЗ U
OJMK
\УТ1
VT1.VT2 К7315Б
11
DD19
jDDI.1
Д о
6
1
R4
g
df о
К
Рис. 12.12. Схема мелодичного электронного звонка
Входные импульсы
0 12 3 9
0 10 10
0 0 110
0 0 0 0 1
0 0 0 0 0
Рис. 12.13. К пояснению работы счетчика
5 6 7 8
10 10
0 110
1110
ООО1
261
триггеры второго и третьего, после седьмого — триггеры первого, вто-
рого и третьего разрядов Восьмой импульс переводит триггеры первых
трех разрядов в нулевое, а триггер четвертого разряда — в единичное
состояния- напряжение логической 1 появляется при этом только на
выводе 6 счетчика.
Пока сенсорные пластины Е1 и Е2 (см. рис. 12.12) не соединены,
триггер ТТ находится в нулевом состоянии. На его выводе / и на входе
2 ЛЭ DD1 1 имеется напряжение логического 0, и задающий гене-
ратор, представляющий собой мультивибратор, не работает. Напряже-
нием логической 1, поступающим с инверсного выхода триггера (с выво-
да 2) на входы R триггеров счетчика СТ, счетчик устанавливается в ну-
левое состояние. На выходе задающего генератора (вывод 4 ЛЭ DD1.2)
и выводах 3, 4, 5 и 6 счетчика действуют напряжения низкого уровня и
мультивибратор, выполненный на транзисторах VT1 и VT2, не работает.
При касании пластин Е1 и Е2 пальцем положительный полюс батареи
GB1 через резисторы R2 и R3 поступает на вход S (вывод 6) триггера
и переводит его в единичное состояние. Напряжение логической 1 посту-
пает на задающий генератор (на вывод 2 ЛЭ DD1.1), который переходит
в автоколебательный режим работы. Одновременно снимается напря-
жение логической 1 с входов R счетчика и он приводится в рабочее со-
стояние.
Базы транзисторов VT1 и VT2 через резисторы R11 и R12, а также
цепочки, состоящие из диодов VDX...VD4 и резисторов R4...R7, подклю-
чены к выходу задающего генератора и выходам счетчика. Если напря-
жения на этих выходах соответствуют логическому 0, то транзисторы
закрыты и мультивибратор не работает. Когда напряжение хотя бы на
одном из выходов возрастает до уровня логической 1, открывается со-
ответствующий диод, и на базы транзисторов поступает положительное
напряжение, которое обеспечивает работу мультивибратора в автоко-
лебательном режиме. Частота генерируемых при этом электрических
колебаний и тональность звука определяются результирующим сопро-
тивлением в цепях баз транзисторов. С помощью подстроечных рези-
сторов R4...R7 можно подобрать желаемую мелодию.
После выработки задающим генератором восьми импульсов напря-
жение логической 1 с вывода 6 счетчика поступает на вход R триггера
и переводит его в нулевое состояние. Задающий генератор прекращает
свою работу, а напряжение логической 1, появившееся на инверсном
выходе триггера, поступает на входы R триггеров счетчика и устанав-
ливает их в нулевое состояние Если за это время палец не убран с сен-
соров, триггер снова переключится в единичное состояние и мелодия
повторится
На рис. 12.14 показана печатная плата звонка В качестве диодов
можно использовать любые кремниевые диоды. Трансформатор и дина-
мическая головка такие же, как в электронном звонке, схема которого
показана на рис. 12 5.
Вр. ля ц^чания каждого тона, или тактовая частота, устанавливается
подбором резистора R1.
Аналогичный принцип работы используется в более сложном электро-
музыкальном звонке (рис. 12.15). Задающий генератор выполнен на
262
ЯП
Рис. 12.15. Схема мелодичного электронного звонка с дешифратором
триггеры второго и третьего, после седьмого — триггеры первого, вто-
рого и третьего разрядов. Восьмой импульс переводит триггеры первых
трех разрядов в нулевое, а триггер четвертого разряда — в единичное
состояния: напряжение логической 1 появляется при этом только на
выводе 6 счетчика.
Пока сенсорные пластины Е1 и Е2 (см. рис. 12.12) не соединены,
триггер ТТ находится в нулевом состоянии. На его выводе 1 и на входе
2 ЛЭ DD1.1 имеется напряжение логического 0, и задающий гене-
ратор, представляющий собой мультивибратор, не работает. Напряже-
нием логической 1, поступающим с инверсного выхода триггера (с выво-
да 2) на входы R триггеров счетчика СТ, счетчик устанавливается в ну-
левое состояние. На выходе задающего генератора (вывод 4 ЛЭ DD1.2)
и выводах 3, 4, 5 и 6 счетчика действуют напряжения низкого уровня и
мультивибратор, выполненный на транзисторах VT1 и VT2, не работает.
При касании пластин Е1 и Е2 пальцем положительный полюс батареи
GB1 через резисторы R2 и R3 поступает на вход S (вывод 6) триггера
и переводит его в единичное состояние. Напряжение логической 1 посту-
пает на задающий генератор (на вывод 2 ЛЭ DD1.1), который переходит
в автоколебательный режим работы. Одновременно снимается напря-
жение логической 1 с входов R счетчика и он приводится в рабочее со-
стояние.
Базы транзисторов VT1 и VT2 через резисторы RJ1 и R12, а также
цепочки, состоящие из диодов VDi...VD4 и резисторов R4 R7, подклю-
чены к выходу задающего генератора и выходам счетчика. Если напря-
жения на этих выходах соответствуют логическому 0, то транзисторы
закрыты и мультивибратор не работает. Когда напряжение хотя бы на
одном из выходов возрастает до уровня логической 1, открывается со-
ответствующий диод, и на базы транзисторов поступает положительное
напряжение, которое обеспечивает работу мультивибратора в автоко-
лебательном режиме. Частота генерируемых при этом электрических
колебаний и тональность звука определяются результирующим сопро-
тивлением в цепях баз транзисторов. С помощью подстроечных рези-
сторов R4...R7 можно подобрать желаемую мелодию.
После выработки задающим генератором восьми импульсов напря-
жение логической 1 с вывода 6 счетчика поступает на вход R триггера
и переводит его в нулевое состояние. Задающий генератор прекращает
свою работу, а напряжение логической 1, появившееся на инверсном
выходе триггера, поступает на входы R триггеров счетчика и устанав-
ливает их в нулевое состояние. Если за это время палец не убран с сен-
соров, триггер снова переключится в единичное состояние и мелодия
повторится.
На рцс. 12.14 показана печатная плата звонка. В качестве диодов
можно использовать любые кремниевые диоды. Трансформатор и дина-
мическая головка такие же, как в электронном звонке, схема которого
показана на рис. 12.5.
Время .н_ if О ТоН< Tas .' Uh - ' - 3- СТО J .ГлНЗЗЛНЗЗГ-'.°
подбором резистора R1.
Аналогичный принцип работы используется в более сложном электро
музыкальном звонке (рис. 12.15) Задающий генератор выполнен на
262
К El
1
Рис. 12.15. Схема мелодичного электронного звонка с дешифратором
ЛЭ DD1.1, DD1.2 и транзисторе VГ1 Вырабатываемые им импульсы,
следующие с частотой 2 Гц, подсчитываются счетчиком и с его выходов
поступают на дешифратор DC. Низкий уровень напряжения, соответ-
ствующий логическому 0, может быть только на одном выходе дешифра-
тора, определяемом числом импульсов, подсчитанных счетчиком: при
одном импульсе — на первом, при пяти — на пятом и т. п. Это упрощает
задачу настройки звонка на нужную мелодию, так как на тональность
звучания в любой момент времени влияние будет оказывать только одна
из времязадающих цепочек мультивибратора, выполненного на тран-
зисторах VT3 и VT4. Электрические колебания с этого мультивибратора
поступают на усилитель мощности, выполненный на транзисторах VT6
6
Рис. 12.16. Печатная плата мелодичного электронного звонка
с дешифратором:
а — вид со стороны печатных проводников; б — вид со стороны расположения
детален
2» I
и VT7. После появления напряжения с уровнем логической 1 на выходе
17 дешифратора открывается транзистор VT5, срабатывает электро-
магнитное реле К1, включенное в коллекторную цепь этого транзистора,
и его замкнувшиеся контакты блокируют кнопку SB, которую теперь
можно отпустить. Напряжение с уровнем логической 1 появляется на
/7-м и на всех других выходах дешифратора сразу же после нажатия
кнопки SB. Чтобы счетчик включился в работу после срабатывания
реле К1 и блокировки кнопки контактами этого реле, предусмотрена
выполненная на транзисторе VT2 и ЛЭ DD1.3 схема задержки включе-
ния счетчика. Задержка обеспечивается конденсатором С2. В результате
после нажатия кнопки транзистор VT2 откроется лишь после того, как
напряжение на конденсаторе С2 увеличится от 0 до 0,5. . .0,6 В. После
этого на вход ЛЭ DD1.3 будут поданы логические 1, и на его выходе
образуется напряжение логического 0, которое поступает на выводы
2 и 3 счетчика и переводит его в рабочее состояние.
В звонке можно использовать любые кремниевые диоды и динамиче-
скую головку мощностью 0,25... 1 Вт с сопротивлением звуковой катушки
5...8 Ом. В качестве реле А/ можно использовать герконовое или любое
низковольтное электромагнитное, срабатывающее при напряжении не
более 4 В. С целью экономичности ток срабатывания реле не должен
быть более 100 мА.
На печатной плате (рис. 12.16) размещаются детали, которые на
рис. 12.15 обведены пунктиром. Эту плату вместе с реле, батареей, оксид-
ным конденсатором С5 и диодом VDI6 можно укрепить внутри корпуса
абонентского громкоговорителя. Транзисторы VT6 и VT7 усилителя
мощности следует укрепить вблизи платы на корпусе громкоговорителя.
Если при настройке звонка на заданную мелодию необходимо в
каком-то месте обеспечить паузу, то соответствующую времязадающую
цепочку VD1R5...VD15R19 к выходу дешифратора не припаивают.
12.5. ИМИТАТОРЫ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ
И ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Многоголосный имитатор звуков
С помощью данного имитатора звуков можно имитировать трели
соловья, щебетанье воробья, кряканье утки, кваканье лягушки и др.
Прибор состоит из двух мультивибраторов, выполненных на логических
элементах 2И—НЕ интегральной микросхемы К176ЛА7, усилителя мощ-
ности на транзисторе VT1, динамической головки ВА мощностью 0,1...
0,5 Вт с сопротивлением звуковой катушки не менее 8 Ом и датчика,
подключаемого к входным зажимам (гнездам) XS1 и XS2 (рис. 12.17).
В качестве датчика можно использовать переменный резистор, фоторе-
jncrvp, герморезлсго; и..л :о «в и "ров.* ника отп щепных в иаивв
ненную водой емкость. Как только уровень воды достигнет проводников,
входные гнезда окажутся замкнутыми через сопротивление воды, и из
динамической головки раздастся звук.
265
Первый мультивибратор выполнен на ЛЭ DD1.1 и DD1.2, а второй —
на ЛЭ DD1.3 и DD1.4. Оба мультивибратора при разомкнутых входных
гнездах XS1 и XS2 находятся в заторможенном, или ждущем режиме.
Но стоит только замкнуть эти гнезда проводником или через резистор,
как положительный полюс батареи питания поступит на вывод 2 ЛЭ
DD1 1 и первый мультивибратор перейдет в автоколебательный режим
работы, генерируя чередующиеся во времени положительные и отрица-
тельные импульсы с частотой 1...3 Гц, которые с выхода первого мульти-
Рис. 12.17. Схема многоголосного имитатора звуков
Рис. 12.18. Печатная плата многоголосного имитатора звуков:
а — вид со стороны печатных проводников; б — вид со стороны расположении деталей
вибратора (с вывода 4) поступают на вход второго мультивибратора
(на вывод 8). Импульсы положительной полярности переводят в авто-
колебательный режим работы второй мультивибратор, который, в свою
очередь, начинает вырабатывать серии положительных и отрицатель-
ных импульсов, но следующих с более высокой частотой (от 200 Гц до
2 кГц) и поступающих через резистор R4 на вход усилителя мощности
(базу транзистора VTI). При этом из динамической головки будет слы-
шен звук, тональность которого определяется частотой электрических
колебаний, вырабатываемых вторым мультивибратором. Полученную
частоту можно изменять, изменяя сопротивление резистора R3 или
емкость конденсатора С2. Если изменять сопротивление резистора, под-
кШч^'(юг. к входные гнездам (то есть сопротивление датчика), можно
имитировать звуки различных птиц и некоторых животных.
В данном устройстве необходимо применять ИМС KJ76JIA7 только
последних выпусков с защитными диодами, соединяющими каждый
266
вход ЛЭ с внутренними питающими шинами. Именно через эти диоды
и подается положительный полюс батареи GB на «плюсовую» шину
микросхемы при соединении входных гнезд. В ИМС К176ЛА7 ранних
выпусков таких диодов нет и устройство без дополнительной доработки
работать не будет. Убедиться в наличии или отсутствии диодов можно
с помощью омметра. Для этого необходимо измерить сопротивление
между выводом 14 ИМС и любым из входных выводов при различной
«полярности» щупов. Если сопротивление не изменяется при изменении
«полярности» щупов, диодов в схеме нет.
Вместо ИМС К176ЛА7 можно использовать ИМС типа К561ЛА7 или
К564ЛА7. Транзистор VT 1 типа КТ3107К можно заменить транзисторами
КТ3107Л или КТ361Г, но при этом необходимо подобрать резистор R4 для
обеспечения требуемой громкости.
Печатная плата имитатора приведена на рис. 12.18.
Электронный метроном
Одна из возможных схем электронного метронома, выполненного на
основе симметричного мультивибратора, показана на рис. 12.19, а.
В отличие от рассмотренных ранее в данном мультивибраторе можно
при помощи переменного резистора R4 изменять сопротивления базовых
цепей транзисторов УТ\ и VT2. При этом изменяется частота генерируе-
мых электрических колебаний.
Прямоугольные импульсы с коллектора транзистора VT2 (рис. 12.19,
61) через конденсатор С4 поступают на базу транзистора V73. Во время
положительного импульса на коллекторе транзистора VT2 конденсатор
С4 заряжается током /зар через открытый транзистор VT2 и переход
база — эмиттер транзистора VT3. Напряжение на конденсаторе С4 быс-
тро достигает значения U т, равного амплитуде положительного
импульса на коллекторе VT2 (рис. 12.19, 62). Во время отрицательного
импульса на коллекторе 1/7'2 конденсатор С4 быстро разряжается током
/ В период следующего положительного импульса на коллекторе
VT2 конденсатор С4 снова заряжается и т. д.
Напряжение на базе транзистора VT3 равно разности между напря-
жением на коллекторе транзистора VT2 и напряжением на конденсаторе
04. Если эту разность определить графически, то легко заметить, что
напряжение на базе транзистора VT3 будет представлять собой короткие
положительные и отрицательные импульсы (рис. 12.19, 63). Такое преоб-
разование прямоугольных импульсов большой длительности в короткие
двухполярные импульсы называют дифференцированием прямо-
угольных импульсов, а /?С-цепь, осуществляющую такое преоб-
разование (в данном случае эта цепь образована конденсатором С4 и со-
противлением эмиттерного перехода транзистора VT3),— дифферен-
цирую щ'е й цепью.
Короткие отрицательные импульсы на базе транзистора VT3 «урезают-
ся» диодом VD1, а короткие положительные усиливаются тран-
зистором VT3 и поступают в обмотку динамической головки громкогово-
рителя. В результате слышен короткий звуковой сигнал, похожий на
щелчок. Частоту повторения электрических колебаний мультивибратора
267
Первый мультивибратор выполнен на ЛЭ DD1.1 и DD1.2, а второй
на ЛЭ DD1.3 и DD1.4. Оба мультивибратора при разомкнутых входных
гнездах XS1 и XS2 находятся в заторможенном, или ждущем режиме.
Но стоит только замкнуть эти гнезда проводником или через резистор,
как положительный полюс батареи питания поступит на вывод 2 ЛЭ
DD1.1 и первый мультивибратор перейдет в автоколебательный режим
работы, генерируя чередующиеся во времени положительные и отрица-
тельные импульсы с частотой 1...3 Гц, которые с выхода первого мульти-
Рис. 12.17. Схема многоголосного имитатора звуков
Ш
~ксв(+)
~Х51
Tin д’ ВА
^^kgbH
гл;'
U у ° ° ? ПI °$>-
Но о о I П о о
о
Рис. 12.18. Печатная плата многоголосного имитатора звуков:
а - вид со стороны печатных проводников: б — вид со стороны расположения деталей
вибратора (с вывода 4) поступают на вход второго мультивибраюра
(на вывод 8). Импульсы положительной полярности переводят в авто-
колебательный режим работы второй мультивибратор, который, в свою
очередь, начинает вырабатывать серии положительных и отрицатель-
ных импульсов, но следующих с более высокой частотой (от 200 Гц до
2 кГц) и поступающих через резистор R4 на вход усилителя мощности
(базу транзистора VT1). При этом из динамической головки будет слы
щен звук, тональность которого определяется частотой электрических
колебаний, вырабатываемых вторым мультивибратором. Полученную
частоту можно изменять, изменяя сопротивление резистора R3 или
емкость конденсатора С2. Если изменять сопротивление резистора, под-
ключаемого к входным гне ! гам (то < сгь сопротивление тагчика). жно
имитировать звуки различных птиц и некоторых животных.
В данном устройстве необходимо применять ИМС К176ЛА7 только
последних выпусков с защитными диодами, соединяющими каждый
266
вход ЛЭ с внутренними пи1иющими шинами Именно через эти диоды
и подается положительный полюс батареи GB на «плюсовую» шину
микросхемы при соединении входных гнезд. В ИМС К176ЛА7 ранних
выпусков таких диодов нет и устройство без дополнительной доработки
работать не будет. Убедиться в наличии или отсутствии диодов можно
с помощью омметра. Для этого необходимо измерить сопротивление
между выводом 14 ИМС и любым из входных выводов при различной
«полярности» щупов. Если сопротивление не изменяегся при изменении
«полярности» щупов, диодов в схеме нет.
Вместо ИМС К176ЛА7 можно использовать ИМС типа К561ЛА7 или
К564ЛА7. Транзистор VT1 типа КТ3107К можно заменить транзисторами
КТ3107Л или КТ361Г, но при этом необходимо подобрать резистор R4 для
обеспечения требуемой громкости.
Печатная плата имитатора приведена на рис. 12.18.
Электронный метроном
Одна из возможных схем электронного метронома, выполненного на
основе симметричного мультивибратора, показана на рис. 12.19, а.
В отличие от рассмотренных ранее в данном мультивибраторе можно
при помощи переменного резистора /?4 изменять сопротивления базовых
цепей транзисторов УТ\ и VT2. При этом изменяется частота генерируе-
мых электрических колебаний.
Прямоугольные импульсы с коллектора транзистора VT2 (рис. 12.19,
61) через конденсатор С4 поступают на базу транзистора VT3. Во время
положительного импульса на коллекторе транзистора VT2 конденсатор
С4 заряжается током /зар через открытый транзистор VT2 и переход
база — эмиттер транзистора VT3. Напряжение на конденсаторе С4 быс-
тро достигает значения Um, равного амплитуде положительного
импульса на коллекторе VT2 (рис. 12.19,62). Во время отрицательного
импульса на коллекторе VT2 конденсатор С4 быстро разряжается током
/ В период следующего положительного импульса на коллекторе
Е72 конденсатор С4 снова заряжается и т. д.
Напряжение на базе транзистора VT3 равно разности между напря-
жением на коллекторе транзистора VT2 и напряжением на конденсаторе
С4. Если эту разность определить графически, то легко заметить, что
напряжение на базе транзистора VT3 будет представлять собой короткие
положительные и отрицательные импульсы (рис. 12 19, 63). Такое преоб-
разование прямоугольных импульсов большой длительности в короткие
двухполярные импульсы называют дифференцированием прямо-
угольных импульсов, а /?С-цепь, осуществляющую такое преоб-
разование (в данном случае эта цепь образована конденсатором С4 и со-
противлением эмиттерного перехода транзистора VT3),— дифферен-
цирующей цепью.
Короткие отрицательные импульсы на базе транзистора VT3 «срезают-
я» ди - VD1, а короткие положительные импульсы vrwпинаются тран-
зистором VT3 и поступают в обмотку динамической головки громкогово-
рителя. В результате слышен короткий звуковой сигнал, похожий на
щелчок. Частоту повторения электрических колебаний мультивибратора
267
и, следовательно, звуковых «щелчков» можно плавно регулировать пере-
менным резистором R4.
В качестве VT\ и V'7'2 можно использовать транзисторы типа МП39...
МП42, у которых Л!1Е^30, a VT3 типа МП35...МП38 или транзисторы
старых выпусков типа ПК), ПН. В качестве VD\ используются герма-
ниевые диоды Д2, Д9 или другие универсальные или выпрямительные
диоды малой мощности. Динамическая головка должна иметь мощность
Рис. 12.19. Схема электронного метронома (а) и графики напряжений (б)
0,25... 1 Вт. Источником питания может служить батарейка типа 3336 или
любой выпрямитель с напряжением 4 ..5 В. Если напряжение источника
питания увеличить до 9 В, громкость «щелчков» увеличится.
Звуковой фотоэлектронный сигнализатор
Звуковой фотоэлектронный сигнализатор, схема которого изображена
на рис. 12.20, предназначен для подачи звукового сигнала. Этот сигнал
возникает, если на светочувствительный элемент сигнализатора (фото-
резистор /?1) попадет яркий свет. Сигнализатор представляет собой авто-
генератор с индуктивной трансформаторной положительной обратной свя-
зью (ПОС). Напряжение ПОС с нижней половины обмотки / трансфор-
матора Т\ поступает на базу транзистора через фоторезистор /?1.
Сопротивление фоторезистора уменьшается по мере увеличения его
освещенности. В темноте его сопротивление велико, цепь ПОС практи-
чески разомкнута и генератор не работает. При достаточно ярком ос-
вещении фоторезистора сопротивление его уменьшается настолько, что
цепь ПОС восстанавливается и генератор вырабатывает электрические
колебания. Частота колебаний определяется емкостью конденсатора С/ и
параметрами трансформатора.
Рис. 12.20. Схема звукового фото-
электронного сигнализатора
268
В качестве VT мржно использовать транзисторы типа МП39...МП42,
77__выходной трангФ°РматоР от любого карманного или переносного
приемника с двухтактным выходом (например, «Селга», «Сокол», «Аль-
пинист»). Динамическзя головка—любая, мощностью Вт, фото-
резисторы— типа фСК-1 или ФСК-3-
Налаживание сигпзлиззтоР3 сводится к подбору такого сопротивле-
ния резистора R2, ПРИ котором возникает устойчивая генерация при
заданной освещенное™- Фоторезистор можно поместить в цилиндр диа-
метром 30 мм и дл«ной 120...150 мм, а сверху укрепить собирающую
линзу, фокусирующую падающий на нее свет на поверхности фото-
резистора.
Простейший эле((ТРомУзыкальный инструмент
Для изготовленйй электромузыкального инструмента (ЭМИ) необхо-
димо иметь нескоЭько генераторов, вырабатывающих электрические
колебания с различными частотами и подключенных к общему усилите-
лю, в котором в качестве нагрузки используется динамическая головка
громкоговорителя. При поочередном включении генераторов слышен звук
различного тона.
Конструкция ЭМИ значительно упростится, если вместо нескольких
генераторов испольЗовзть один, частоту электрических колебаний которо-
го можно изменять каким-либо способом.
Электрическая схемз простейшего ЭМИ изображена на рис. 12.21. Ге-
нератор выполнен г1а транзисторах VT\ и К7’2. Частота генерируемых
электрических колеОзний зависит от сопротивления одного из резисторов
RL..R8, который с п<7МОЩьЮ гибкого электропроводящего щупа подключа-
ется к базе транзистор3 VT\. При перемещении щупа по контактам 1...8,
соединенным с рсзИсторами Т?1../?8, изменяется частота электрических
колебаний генератор3 и, следовательно, тональность звука. Если подклю-
чить между базой транзист0Ра ^1 и коллектором транзистора VT2 кон-
денсатор С1, геиер^РУются колебания частот первой октавы, а если кон-
денсатор С2__колебания частот второй октавы.
В качестве /?!.. можно использовать переменные или подстроечные
резисторы с сопротивлениями от 680 Ом до 10 кОм. При малых значениях
сопротивлений под£тРоечНых резисторов последовательно с ними допу-
Рис 12 21 Схема простейшего электромузыкального инструмента
269
скаегся включение постоянных резисторов. Как VI1 можно применить
транзисторы типа MII37 или MII38, a VT2—транзисторы типа 11213...
П217. Динамическая головка—любая, мощностью 0,5... 1 Вт.
13. ДОМАШНЯЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
Виды измерений и типы измерительных приборов
О роли измерений в радиолюбительской практике подробно говорилось
в главе 5 и частично в других главах. С измерениями радиолюбителю
приходится сталкиваться при определении исправности различных радио-
деталей, их параметров, при выборе нужного режима работы транзисто-
ров, настройке радиоприемников и других устройств, поиске неисправно-
стей и во многих других случаях. Для измерения токов, напряжений и
сопротивлений используются электроизмерительные приборы, называе-
мые соответственно амперметрами (миллиамперметрами), вольтметрами
и омметрами. Для проверки исправности радиодеталей и определения
их параметров применяются различные пробники, испытатели полупро-
водниковых приборов, измерители емкости конденсаторов и индуктивно-
сти катушек. Усилители низкой (звуковой) и высокой частоты настраи-
ваются с помощью подключаемых к их входам генераторов низкой и
высокой частоты. Частота электрических колебаний измеряется устрой-
ствами, называемыми частотомерами.
Многие измерения можно осуществить с помощью осциллографа,
В осциллографе индикация процессов измерений осуществляется на экра-
не электронно-лучевой трубки. Это значительно повышает наглядность
проводимых измерений, дает возможность более широкого визуального
контроля процессов измерения и настройки.
Промышленность выпускает большое количество измерительных при-
боров, способных удовлетворить запросы любого, даже самого «придир-
чивого» радиолюбителя. Но многие измерительные приборы можно изго-
товить своими силами. О конструкции таких приборов и пойдет речь в
данной главе.
♦ЗЛ. САМОДЕЛЬНЫЕ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Ми л л нам перметр
Для изготовления миллиамперметра необходимо приобрести прежде
всего стрелочный измерительный механизм (измерительную головку)
Размеры головки в значительной степени определяют и величину при
бора Головки малых размеров позволяют собрать более портативный
измерительный прибор, но они обладают меньшей точностью измерении.
Очень удобны головки магнитоэлектрической системы типа М-24 и М-93.
Для расчета сопротивлений резисторов, используемых в качестве
шунтов, нужно знать внутреннее сопротивление Rt катушки измерительной
270
головки и ток полного отклонения стрелки /,,. Сопротивление R, указы-
вается на шкале измерительной головки, /п равен числу, стоящему
у крайней правой отметки шкалы. Например, если в качестве головки
взять микроамперметр, у которого крайняя правая отметка шкалы обозна-
чена цифрой 50, то /п— 50 мкА; если около этой отметки стоит цифра 100,
то /п— 100 мкА.
Иногда под руками может оказаться стрелочный измерительный ме-
ханизм от испорченного прибора с неизвестными внутренним сопротивле-
нием рамки и током полного отклонения /п. Параметры и /п можно
определить экспериментально. Для этого потребуется дополнительный
исправный миллиамперметр РАп (назовем его образцовым или контроль-
ным), два переменных резистора сопротивлениями 5... 10 кОм и 1,5...3 кОм,
несколько постоянных резисторов сопротивлениями от 5 до 30 кОм и галь-
ванический элемент с начальным напряжением 1,5 В.
Для измерения тока полного отклонения исследуемый стрелочный
механизм РАХ, образцовый миллиамперметр РАц, регулируемый резистор
/?п сопротивлением 5.. .10 кОм и постоянный резистор сопротивлением 30
кОм подключаются к гальваническому элементу G в соответствии со схе-
мой, приведенной на рис. 13.1. С помощью переменного резистора 7?п не-
обходимо установить такой ток в цепи, чтобы стрелка прибора РА* откло-
нилась на последнее деление шкалы. Этот ток и будет током полного
отклонения данного прибора. Его значение можно определить но показа-
нию образцового миллиамперметра РА0 (ток во всех участках последо-
вательной цепи один и то же!). Если с помощью переменного резистора
Rn стрелку прибора РА* на последнее деление шкалы установить не уда-
ется, надо заменить постоянный резистор Rr: взять резистор с меньшим
сопротивлением, если стрелка не доходит до последней отметки шкалы,
или с большим, если стрелка заходит за нее.
Чтобы определить сопротивление рамки R< параллельно испытуемому
прибору РА* необходимо подключить второй регулируемый резистор Rlu
сопротивлением 1,5...3 кОм. При этом часть тока, измеряемого миллиам-
перметром РА0, будет протекать через измерительный механизм РА*, а
часть — через шунтирующий его резистор /?ш. Движок переменного рези-
стора R u устанавливают в такое положение, чтобы при токе в цепи, рав-
ном значению /п (этот ток измеряется образцовым прибором РАп),
стрелка прибора РА* отклонялась точно на середину шкалы. В этом случае
гоки, протекающие через прибор РА* и резистор RiU, окажутся одинаковы
.ми, что свидетельствует о равенстве сопротивлений рамки R, и введенной
части резистора Rlu, которое легко измерить омметром.
После этого необходимо выбрать схему миллиамперметра. Наиболее
употребительной является схема многопредельного миллиамперметра с
универсальным шунтом (рис. 13.2).
Для расчета сопротивлений шунтирующих резисторов схему прибора
удобно представить в позициях, соответствующих пределам измерения
силы тока 1, 10 и 100 мА. Для получения точности в 1 % для токов, изме-
ряемых в пределах чо 100 мкА (рис 13.2. а), надо чтобы суммарное
сопротивление универсального шунта в 99 раз превышало внутреннее со-
сопротивление Rt микроамперметра, т. е. было (в Ом):
Яш4+/?шз+/?ш2+Яш1 = 99Я1 =99 670=66330. (1)
271
Сопротивления резисторов шунта можно рассчитать по известной фор-
муле:
(2)
где /?и — сопротивление цепи, в которую включен микроамперметр, вместе
с внутренним сопротивлением микроамперметра; /?ш - сопротивление
параллельной цени.
Для предела 1 мА (рис. 13.2,6):
п — 1 мА : 0,1 мА — 10; /?„ = R 4* J R\n = Rwa 4~ Rms 4* Rm2-
Следовательно, с учетом формулы (2) требуется выполнение равен-
ства:
Яш* 4" Кшз 4" Rua == ~777“
Л<4-/?Ш1 — 9(/?ш4 4- ^шз 4- Rua)- (3)
Для предела 10 мА (рис. 13.2, в):
л — 10мА :0,1 мА= 100; /^и = Rt 4- Rail ^ш2, /?ш — Rw^ 4~
__ Ri + 4- Rw2 » Ri 4- Rwi + Rua — 99(/?iu4 4- #ш3). (4)
Сш4 ~I *мцЗ " —"" --------
100—1
Рис. 13.1. Схема для определения
тока полного отклонения стрелки
и внутреннего сопротивления
электроизмерительного прибора
Рис. 13.3. Передняя панель
миллиамперметра
</2
6 г
Рис. 13.2. Схемы миллиамперметра с универсальным шунтом для различных пре-
делов измерений
272
Для предела 100 мА (рис. 13.2, г):
п = 100м А : 0,1 мА = 1000; /?и = Rt Д Rwi Д RtU2 Д /?шз> — Rw4>
Rui4 — (Ri Д /?ш| Д Riu2 + /?шз)/(Ю00 — 1);
R, Д /?Ш| Д Rm2 + Ru>3 — 999 Rm4. (5)
Используя формулы (1), (3), (4) и (5), можно определить сопро-
тивления резисторов шунта (в Ом)
Так, из формул (1) и (5) следует:
R' Д Riui Д Rui2 Д Rus3 — 999/?ш4; R, Д (66 330 — /?ш4) = 999/?ш4;
66 330 — /?ш4
/?< Д 66 330 = 1000/?щ4; /?„|4 = (670 Д 66 330)/1000 = 67
Формулу (4) можно преобразовать с учетом формулы (5) (расчет ве
дется в Ом):
R>Д /?ш! Д Rui2 Д Кил — Riu3~ 99 (/? ш4 Д R шз);
999/?ш4
999/?ш4 - /?,113 = 99(/?ш4 Д /?ш3); 900/?ш4 = 100/?ш3.
Откуда
/?|11з=9/?1„4=9. 67=603.
Преобразуя формулу (3) с учетом выражения (I), получим (в Ом):
Ri Д /?ш1 = 9(/?iii4 Д /?„|3 Д /?Ш2 Д /?ш1 — Riui)<
66 330
/?, Д /?ш| = 9(66 330 - /?1и|); 10/?ш1 = 596 970 — 670 = 596 300;
/?ш1 = 596 300/10 = 59 630.
Подставляя значения RUIД/?шзД Дш4 в формулу (2), найдем сопротив-
ление резистора /?Ш2 (в Ом): /?Ш2 = (Rt Д Auli)/9— Riva — Rm3 — (670 Д
Д 59630) /9 - 67 - 603 = 6 700 — 67 - 603 = 6 030.
Аналогично можно рассчитать универсальный шунт при иной точности
измерения или использовании микроамперметра с другим внутренним со-
противлением.
Теперь микроамперметр и переключатель устанавливают на пластине
из гетинакса, текстолита, фанеры или дерева и миллиамперметр готов.
Чтобы не ошибаться в отсчете тока, положения переключателя надо
снабдить надписями, указывающими пределы измерения (0,1; 1; 10 и
100 мА), а для подключения миллиамперметра в электрическую цепь
на передней панели (рис. 13.3) укрепляют гнезда или клеммы (X/ и Х2),
с которыми должны быть соединены выводы миллиамперметра. К перед-
ней панели с помощью деревянного бруска или металлического уголка
можно прикрепить горизонтальную панель, которая будет служить основа-
нием прибора.
Вольтметр
Для изготовления вольтметра можно использовать тот же прибор
магнитоэлектрической системы, что и в миллиамперметре. Для обеспе-
чения пределов измерения 1, 10, 50 и 500 В вольтметром, выполненным
— длиной на цис. 5.7,0 или 5.7,6, необходимо рассчитать
сопротивления добавочных резисюров А‘д|, А.Д, Л’до Ад, '•
/?1, /?2, R3 и R4. Сопротивления добавочных резисторов /?д1, /?дз, Адз, АД
определяются по известной уже формуле: Ra=(n—\)Ri.
10. Галкин В.И 273
Сопротивление добавочного резистора R 4, исходя из следующих дан-
ных, составит:
п= 1 В:67мВ^15; /?д4= (15—1)/?,= 14- 670 Ом=9380 Ом =9,38 кОм
Сопротивление добавочного резистора /?д3:
п= 10В:67мВ^149;/?д3 = (149- 1); /?,= 148 • 670 Ом = 99160 Ом
100 кОм.
Сопротивление добавочного резистора R^:
п= 100 В:67 мВ^ 1492; /?д2= (1492—1) 670 Ом = 998970 Ом^ 1 МОм
Сопротивление добавочного резистора /?Ль
п = 500 В:67 мВ =* 7461; /?д1 = (7461 — 1) 670 Ом=4928200 Ом 5 МОм.
Можно значительно облегчить задачу подбора тобавочных резисторов,
если изготовляемый вольтметр градуировать с помощью исправного за-
водского вольтметра, который служит эталоном (PU2) (рис. 13 4). Эталон-
ный прибор подключают параллельно самодельному вольтметру и сопро-
1ивление добавочного резистора подбирают таким образом, чтобы показа-
ния обоих вольтметров были одинаковыми. Сопротивления постоянного
/?1 и переменного R2 резисторов должны быть в пределах 100...200 Ом. Пе-
ременным резистором на его выводах 2, 3 по эталонному вольтметру
устанавливают напряжение 1 В, соответствующее максимальному откло-
нению стрелки этого вольтметра. Сопротивление добавочного резистора
/?д1 подбирают так, чтобы стрелка вольтметра /?1 отклонялась на послед-
нее деление шкалы. Это показание будет соответствовать напряжению
1 В.
Аналогично подбирают сопротивления добавочных резисторов для
других пределов измерения. При этом следует помнить, что для повыше-
ния точности измерений подбирать добавочные резисторы нужно для
напряжений, при которых стрелка отклоняется на Последнюю отметку
шкалы.
Если вольтметр изготовляют по схеме, приведенной на рис. 5.7, б,
го сопротивления резисторов Rl, R2, R3 и R4 легко получить, восполь-
зовавшись результатами предыдущего расчета. При сравнении схем
рис. 5.7, а и рис. 5.7, б видно, что R4 = /?Д4. Следовательно, R4 = 9,4 кОм
Аналогично устанавливаем, что R3 + R4 = /?дз, откуда R3 = /?дз — R4 =
= 99,16 — 9,38 ~ 90 кОм. Из условия R2 -|- R3 -|- R4 = /?Д2 находим, что
/?2 = /?Д2 — R3 — R4 = /?Д2 — /?д3 = 499,15 — 99,16 400 кОм, а из усло-
вия R1R2 R3 4- R4 = /?д| определяем R1=RD\ — R2 — R3 — R4 —
Рис. 13.4. Градуировка вольтметра по эталонному при-
бору
= _ R^ — 996,97 — 499,1b s* 5t)U кОм. Окончательные значения со-
противлений резистора устанавливаются экспериментально.
Вольтметр может иметь такую же конструкцию, что и изготовленный
ранее миллиамперметр.
Чтобы вольтметром можно было измерять не только постоянные,
но и переменные напряжения при использовании микроамперметра маг-
нитоэлектрической системы, его надо дополнить однополупериодным
(см. рис. 5.8, а) или двухполупериодным (см. рис. 5.8, б) выпрямителем
Добавочные резисторы R1,
R2, R3 и R4 рассчитывают
1зк же, как и в вольтметре
постоянного напряжения, но
полученные результаты необ-
ходимо уменьшить в 2,5.. .3
раза. Если используется
двухполупериодный выпря-
митель, надо результаты,
полученные при расчете до-
бавочных резисторов, умень-
шить примерно в 1,5 раза.
Более точно подбирают рези-
сторы при экспериментальной
градуировке прибора (рис.
13.5), устанавливая на входных
Рис. 13.5. Градуировка вольтметра пере-
менного тока
зажимах / и 2 с помощью эталонного
вольтметра Ri переменные напряжения 1, 10, 100 и 500 В и добиваясь на
этих пределах отклонения стрелки микроамперметра R2 на последнее
деление шкалы.
Омметр
Достаточно точный для радиолюбительской практики омметр можно
изготовить по схеме, приведенной на рис. 13.6. Для этого требуются микро-
амперметр R магнитоэлектрической системы, источник напряжения G на
1,5 или 4,5 В, переменный резистор R1 с сопротивлением 1,5...3,3 кОм,
переключатель на 4...5 положений (с учетом возможности расширения
пределов измерения сопротивлений) или 4. . .5 гнезд со штекером.
Резисторы шунтов R2 и R3 могут быть любого типа, но обязательно с
допускаемым отклонением от номинального значения не более чем на
5 %. Сопротивления добавочных резисторов и /?дг определяют вход-
ное сопротивление омметра и, следовательно, диапазон измеряемых со-
противлений. Их значения устанавливаются экспериментальным путем.
Например, выбирают входное сопротивление омметра на первом
(низшем) пределе 500 Ом, а на втором — 5 кОм. Это позволяет с допусти-
мой для радиолюбительской практики точностью измерять на первом
пределе сопротивления от 50 Ом (0,1/?ом) до 5 кОм (10/?Ом) и на втором —
от 500 Ом до 50 кОм.
Теперь можно опрететят1 сопротивления тобавочных резисторов
/?Д1 И /?Д2
Для определения сопротивления резистора /?Д| вместо него под-
ключают переменный резистор, сопротивление которого составляет
275
560...750 Ом (рис. 13.7, а)- Движок его устанавливают в положение,
соответствующее небольшому сопротивлению. Затем между гнездами 1
(«Общ.») и 2 («X Ю») включают образцовый (эталонный) резистор
/?эт, сопротивление которого равно входному сопротивлению омметра на
первом пределе, т. е. 500 Ом, и переменным резистором R1 «Уст. 0» уста-
навливают стрелку микроамперметра на среднее деление шкалы. Замы-
кают накоротко образцовый резистор. Стрелка прибора должна откло-
ниться на последнее деление шкалы, означающее нулевое сопротивление.
Рис. 13.6. Схема
двухпредельного
омметра
Рис. 13.7. Схемы для экспериментального подбора
добавочных, резисторов в двухпредельном омметре
Если размыкают образцовый резистор, стрелка должна отклониться на
среднее деление шкалы, поскольку /?Эт = /?ом- Если положение стрелки не
соответствует средней отметке шкалы, стрелку устанавливают на отметку
«Уст. 0» с помощью переменного резистора R1. Проделав такой цикл
измерений 2...3 раза, достигают того, что при замкнутом образцовом рези-
сторе /?эт стрелка микроамперметра отклоняется на последнее деление
шкалы, а при разомкнутом — на среднее. Теперь, используя образцовый
омметр, измеряют полученное сопротивление добавочного переменного
резистора и вместо него включают постоянный резистор /?/ с таким же
сопротивлением.
Сопротивление добавочного резистора R2 определяют так же, как и
сопротивление резистора R1. Только вместо добавочного переменного
резистора сопротивлением 560...750 Ом нужно взять переменный резистор
сопротивлением 5,6 ..7,5 кОм, а вместо образцового постоянного сопро-
тивлением 500 Ом постоянный резистор сопротивлением 5 кОм
(рис. 13.7, б).
Образцовые резисторы с сопротивлениями 500 Ом и 5 кОм можно
собрать из нескольких резисторов, соединяя их параллельно или последо-
вательно.
Для измерения сопротивлений ре-
зистора или других элементов шкалу
микроамперметра градуируют в еди-
ница' измерения сопротивления
(рис. 13.8). Для этого, установив нуль
омметра (при замкнутых гнездах
Рис. 13.8. Шкала омметра
276
/ и 2 или 1 н 3), к его зажимам поочередно подключают образцо-
вые резисторы, сопротивления которых известны с высокой точностью, и
на шкале микроамперметра делают соответствующие пометки. Для обес-
печения доступа к шкале с микроамперметра снимают крышку. Надписи
делают тушью или темной нитрокраской.
Омметр с линейной шкалой
В описанных ранее омметрах при измерении различных сопротивлений
изменяется и ток в цепи, вследствие чего шкала получается неравномер-
ной. Если во время измерений сопротивлений резисторов поддерживать
протекающий через них ток постоянным, то согласно закону Ома возни-
кающее на них напряжение будет пропорционально сопротивлению, т. е.
U = //?, и шкала микроамперметра будет линейной.
Принципиальная схема одного из вариантов омметра с линейной шка-
лой показана на рис. 13.9. Он состоит из стабилизатора тока и вольтметра.
Стабилизатор тока выполнен на транзисторе VT1 типа КТ315 с любым
буквенным индексом. В него также входят простейший стабилизатор
напряжения (VD1, R1), резисторы R2...R11, переключатель SA2 и измеря-
емый резистор /?х. На базу транзистора VT1 подается напряжение
порядка 3...3.7 В со стабилитрона VD1. Благодаря этому напряжение
эмиттера будет также постоянно, а ток эмиттера и примерно равный
ему ток коллектора будут определяться лишь сопротивлением в цепи
эмиттера, устанавливаемым переключателем SA2. При установке пере-
ключателя SA2 в положение «0,1 к» с помощью резисторов R2 и R3 ток
эмиттера устанавливается равным 10 мА. В положениях «1 к», «10 к»,
«100 к» и «200 к» ток эмиттера с помощью резисторов R4R5, R6 R7, R8R9
и R10R11 устанавливается равным соответственно 1 мА, 100 мкА, 10 мкА и
5 мкА. Такие же примерно токи протекают в соответствующих положениях
переключателя SA2 в коллекторной цепи транзистора VT1 через измеря-
емый резистор Rx. Напряжение на этом резисторе пропорционально его
277
Рис. 13.10. Схема прис-
тавки для получения эта-
лонных напряжений
GB1 можно подключить
сопротивлению и измеряется вольтметром постоянного тока, выполненным
на полевом транзисторе VT3 типа КП103Л или КП103 с любым другим
буквенным индексом, обладающим начальным током стока /с. нач не менее
1,5 мА и крутизной характеристики S не ниже 1 мА/B. Для расширения
предела измерения напряжений (и, следовательно, сопротивлений) парал-
лельно измеряемому резистору подключен высокоомный делитель, состо-
ящий из резисторов R12.. R15. С помощью переключателя SA3 на вход
вольтметра можно подавать либо все напряжение, создаваемое на рези-
сторе R* (в положении переключателя
SA3 «0,5»), либо часть этого напряжения.
Налаживание омметра начинают с ка-
либровки вольтметра. Тумблером SA1
включают питание и, установив движок
подстроечного резистора R17 в среднее по-
ложение, потенциометром R19 «Уст. 0»
устанавливают стрелку микроамперметра на
нулевое деление шкалы. Затем временно
отпаивают проводник, соединяющий точки
«а» и «б» и кнопку SB4 «Измерение».
Между общим проводом и точкой «б»
включают вспомогательный источник с на-
пряжением 0,5 В. Для этой цели к отри-
цательному полюсу источника напряжения
дополнительный потенциометр R с сопротивлением I .10 кОм и эталон-
ный вольтметр PU, как показано на рис. 13.10. Если стрелка микроампер-
метра РА1 при этом отклонится за пределы шкалы, то, отключив вспомо-
гательный источник G2, перемещают движок подстроечного резистора
R17 вниз (по схеме) и потенциометром R19 устанавливают стрелку на
нулевое деление. Снова подключают источник G2 и наблюдают за от-
клонением стрелки. Если она не доходит до конечной отметки шкалы,
то, отключив вспомогательный источник G2, снова перемещают движок
подстроечного резистора, но теперь уже вверх (по схеме), устанавливают
стрелку на нулевую отметку с помощью потенциометра R19 и подклю-
чают источник G2. Положение движка подстроечного резистора должно
быть выбрано таким, чтобы при подаче на вольтметр с движка вспомо-
гательного потенциометра R напряжения 0,5 В стрелка микроамперметра
точно отклонялась на конечную отметку шкалы.
Затем проверяют показания микроамперметра в других положениях
переключателя SA3 — «XI», «Х2» и «Х5». В этих положениях переклю-
чателя стрелка микроамперметра также должна отклоняться на конечную
отметку шкалы при установлении на движке вспомогательного потенцио-
метра R напряжений, соответственно равных IB, 2В и 5В. Если
стрелка устанавливается неточно на последнюю отметку шкалы, следует
более точно подобрать резисторы R13, R14 и R15.
После градуировки вольтметра необходимо восстановить связь между
точками «а» и «б» я плпл.притрльнчм R „ э^"'’очтлй
вольтметр PU отключить. Теперь нужно произвести калибровку омметра,
для чего необходимо иметь по одному образцовому резистору на каждый
диапазон омметра: «0,1 к», «1 к», «10 к», «100 к», «200 к». Сопротивления
278
образцовых резисторов должны быть измерены возможно более точно.
Калибровку начинают с меньшего предела. Переводят переключатель
SA2 в положение «0,1 к» и, установив на место Rx образцовый резистор
сопротивлением 100 Ом, подбирают резисторы R2 и R3 таким образом,
чтобы в положении переключателя ЗАЗ «XI» (это положение сохраняется
и для градуировки на всех последующих диапазонах) стрелка микроам
перметра отклонялась на конечную отметку шкалы, которая будет соот-
ветствовать сопротивлению 100 Ом. Переключатель переводят в положе-
Рис. 13.11. Схема вольт-омметра с линейной шкалой
ние «1 к», на место Rx устанавливают образцовый резистор сопротивлени
ем 1 кОм, подбором резисторов R4 и R5 добиваются отклонения стрелки
микроамперметра на конечную отметку шкалы, соответствующую на дан-
ном диапазоне сопротивлению 1 кОм. Аналогично производится калиб-
ровка омметра на остальных диапазонах.
Введя небольшие изменения в схему омметра (рис. 13.11), с его по-
мощью можно измерять также постоянные напряжения от 0 до 5 В, т. е.
превратить его в вольтомметр. Для этого потребуется, как видно из ри-
сунка, всего один дополнительный переключатель S5 на два наложения
(Q — И) и два гнезда ХЗ и Х4, на которые следует подавать измеряемое
напряжение. Пределы измерения постоянного напряжения будут опре-
деляться положением переключателя S3 и составят: в положении
«Х0,5» — 0...0,5 В; в положении «XI» — 0...1 В; в положении
«X 2» — 0...2 Вив положении «X 5» — 0...5 В.
Особенностью порученного вольтметра явтяется его очень высокое
входное сопротивление постоянному току — более 10 МОм. 1ак как под-
ключение такого высокоомного вольтметра к различным участкам транзи-
279
с горной схемы практически исключает его влияние на режим работы
полупроводниковых приборов, им удобно пользоваться при налаживании
транзисторных радиоприемников и других устройств.
13.2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ИСПРАВНОСТИ
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОДЕТАЛЕЙ
Приставка к миллиамперметру для измерения параметров полупро-
водниковых приборов
С помощью данной приставки можно измерять статический коэффи-
циент передачи тока базы (в схеме с общим эмиттером) /г2[Е и обратный
ток коллекторного перехода маломощных транзисторов типа р-п-р и
п-р-п, а также обратный ток полупроводниковых диодов.
Статический коэффициент передачи тока базы h2XE зависит от режи-
ма работы транзистора, т. е. от значений тока коллектора и эмиттера.
Поэтому измеряется этот параметр данной приставкой при стабилизи-
рованных токах коллектора и эмиттера.
Схема определения коэффициента /г2|Е биполярного транзистора типа
р-п-р при одном значении стабилизированного тока эмиттера изображена
на рис. 13.12, а.
Из рисунка видно, что
Ucy = и^э IsR2.
У германиевых транзисторов напряжение [?бэ находится в преде-
лах 0,2...0,3 В, а у кремниевых — 0,6...0,7 В. Для упрощения кон-
струкции прибора в качестве напряжения /7бэ можно взять среднее
значение этих напряжений, т. е. принять (7Бэ = 0,4 В. Если диодом
VD служит стабилитрон с напряжением стабилизации UCJ (7Бэ, то
погрешность такого допущения незначительна и ток эмиттера, опреде-
ленный по вышеприведенному выражению,
1э = (^c-r ~ Ub3)/R2 = - 0,4)//?2,
будет зависеть только от сопротивления резистора R2. Если исполь-
зуется стабилитрон КС147А, у которого {7СТ = 4,7 В, то для получения
тока эмиттера в 1 мА требуется сопротивление резистора R2 в 4,3 кОм, так
как
/?2 = (/7ст- 1УБЭ)//Э = (4,7-0,4)/(1 • 1О-З) = 4,3.
Для получения токов эмиттера, равных 2,5 и 10 мА, сопротивления
резистора R2 должны составлять соответственно 2,15 кОм, 860 и
430 Ом. В связи с тем, что Д~/э и в схеме ОЭ /к«/г2|Е/Б, то при
заданном токе /э(/к) ток базы /Б оказывается обратно пропорциональным
коэффициенту 7z2ie* чем больше ток /Б, тем меньше значение А2|Е, и на-
оборот. Например, при /к^/э= 1 мА току базы /Б=40 мкА—0,04 мА
соответствует коэффициент Л2ц. — / //Б — 1/0,01 — 25 а току базы
/Б=50 мкА —0,05 мА — коэффициент /г21Е = 1/0,05 = 20.
Аналогично можно рассчитать значение /г2|Е для любого другого
гока базы и тока эмиттера (коллектора).
280
Достоинством данною способа определения коэффициента /z^ie явля
ется то, что при этом для транзистора можно создать режим, близкий к
его режиму в рабочей схеме.
Обратный ток коллекторного р-п-перехода транзистора типа р-п-р
измеряется по схеме, приведенной на рис. 13.12,6. Напряжение /7СТ,
снимаемое со стабилитрона VD, подключается между базой и коллектором
транзистора VT, причем «плюс» этого напряжения подается на базу
п-типа, а «минус» — на коллектор p-типа. Коллекторный переход оказы-
вается включенным в обратном направлении, и через него протекает
обратный ток /кбо. измеряемый микроамперметром РА. Если коллек-
торный переход пробит, его сопротивление будет малым, а обратный
ток — большим. Это может вывести микроамперметр из строя. Для
ограничения тока, протекающего через микроамперметр, при неисправ-
ном транзисторе последовательно с микроамперметром включают огра-
ничительный резистор R3 сопротивлением 15...20 кОм. При исправном
транзисторе сопротивление этого резистора составляет незначительную
часть от сопротивления коллекторного р-п-р-перехода, включенного в
Рис. 13.12. Схемы подключения транзистора для измерения
коэффициента передачи тока Л21£ (а) и обратного тока коллек-
тора /КБО (б)
16
у 31,8
Я,а 1 _______
r-^S , р-п-р
VP Г
„Параметр"
\Нои г т <5 1____
____,П21Е ' ^КБО
/I [5 г—,
Д 82,а 82,6^6
п-р-п
/Li/? /ши7'
\S1,6 31, Л/
К микро-
'-^ампер^-:
П метру rz
Iм 32, г
'S3 „Ток эмиттера
' ,,2\5”„10’‘
^2'\R2"\R2''\R2""
5ЛП
•лд/
Рис. 13.13. Принципиальная схема приставки
281
обратном направлении, и не сказывается на показаниях микроампер-
метра.
Если между зажимами «коллектор» («К») и «база» («Б») включить
вместо транзистора полупроводниковый диод, то с помощью полученной
схемы можно измерить обратный ток этого диода.
При измерении /?21е и /кбо транзисторов типа п-р-п полярности
подключения источника питания GB, стабилитрона и микроамперметра
изменяются на противоположные переключателем SI
Принципиальная схема приставки изображена на рис. 13.13. В ка-
честве S1 «Структура» можно использовать переключатель с шестью
группами контактов, применяемый в карманных радиоприемниках для
переключения диапазонов волн (длинные — средние). Переключателем
S2 «Параметр» могут служить два тумблера, переключаемые одновре-
менно. Переключатель S3 «Ток эмиттера» — любой, на четыре положе-
ния. Возможна его замена четырьмя гнездами, к которым подключаются
свободные концы резисторов R'2...R""2, и штекером, подключаемым к
контакту 11 переключателя S2(S2, г). Кнопкой SB «Измерение» может
служить любая с нормально разомкнутыми контактами (контакты
должны замыкаться при нажатии кнопки) или тумблер. Для подклю-
чения транзистора или диода можно использовать специальную па
нельку для транзисторов с тремя (а лучше с четырьмя) пружинящими
лепестками или зажимы типа «крокодил», укрепив их на плате приставки.
Как источник питания GB лучше всего применить батарею «Корунд».
Прибор для измерения емкости и сопротивления
Этот прибор часто называют ЕС-метром.
Принцип измерения емкости конденсаторов, используемый в нем,
основан на измерении среднего значения разрядного тока конденсатора,
периодически заряжаемого от источника питания (рис. 13.14, а). Управ-
ление зарядкой и разрядкой конденсатора осуществляется с помощью
электронного ключа S, который периодически замыкается и размыкается
под воздействием управляющих импульсов, поступающих на его вход с
некоторой постоянной частотой f. Когда ключ замкнут, конденсатор С
быстро заряжается по цепи: 4- Сп->VD-+C-+S-+ — Сп. Направление
протекания тока зарядки показано на рисунке сплошной линией со
стрелкой. В результате зарядки конденсатор приобретает заряд Q — CUn
После размыкания ключа конденсатор начинает разряжаться по цепи:
правая обкладка конденсатора левая обкладка конденсатора.
Направление тока разрядки показано штриховой линией со стрелкой.
Среднее значение разрядного тока, протекающего через миллиамперметр
РА, определяется выражением 1CV — Q/T, где Т — время пребывания
ключа в открытом и закрытом состояниях за один цикл работы. Это время
равно периоду управляющих импульсов, поступающих на вход ключа. Так
к5”' г — i fc,_. п » -о . , tsMTH-ая» Q н.п!
Из этого уравнения получается выражение для расчета емкости
('_ Рр .
' U„-f
2.Ы.
коюрое покалывает, что если напряжение источника питания и частота
повторения управляющих импульсов постоянны, то емкость конденсатора
прямо пропорциональна току разрядки конденсатора, протекающему че-
рез миллиамперметр. Поэтому шкалу миллиамперметра можно в таком
приборе проградуировать в единицах измерения емкости.
Принцип измерения индуктивности катушек основан на явлении само-
индукции, заключающемся в том, что при замыкании и размыкании элек-
тронного ключа S, в цепь которого включена катушка индуктивности
Рис. 13.14. Схема измерения емкости конденсатора (а) и индук-
тивности катушки (б)
(рис. 13.14,6), на катушке создается ЭДС самоиндукции. Напряжение
этой ЭДС пропорционально индуктивности катушки. Следовательно, из-
меряя напряжение на катушке, создаваемое при периодических замыка-
ниях и размыканиях ключа, можно судить о значении ее индуктивности.
Поскольку знаки ЭДС самоиндукции при замыканиях и размыканиях
ключа оказываются разными, то последовательно с вольтметром (он
образован измерительной головкой РА и добавочным резистором /?д)
включен полупроводниковый диод. Конденсатор С служит для уменьше-
ния дрожания стрелки прибора РА.
Схема прибора, работающего по рассмотренному принципу, показана
на рис. 13.15. Он позволяет измерять емкости конденсаторов от 10 пФ
до 8 мкФ в пяти диапазонах: 0...100, 0...1000, 0...10 ООО пФ, 0...0,1,0...1 мкФ
С помощью специального множительного устройства верхний предел из-
мерения можно увеличить в 2, 4 и 8 раз. Измерение индуктивности
осуществляется также в пяти диапазонах 0...10, 0...100 мкГн, 0...1, 0...10,
0. 100 мГн и 0.. .1 Гн. Верхний предел может быть, как и при измерении
емкости, увеличен в 2, 4 и 8 раз.
Задающим генератором, вырабатывающим управляющие импульсы
ппр чпрктплнного ключа, является автоколебательный мультивибратор,
ВЫПОЛНеННЫИ Hd V1C? UUU, uui.l п . -J- Ll<iCTl .а \ 'ЧМ мм ии
пульсов (1,8 МГц) стабилизируется кварцевым резонатором ZQ. С выхода
мультивибратора импульсы поступают на переключатель SB\ и на четы-
283
/Г7 510 R2 510
рехразрядный делитель частоты, собранный на декадных счетчиках DD'2,
DD3, L)DA и DD3. Каждый счетчик уменьшает частоту повторения посту-
пающих на него импульсов в 10 раз. С выходов счетчиков импульсы под-
водятся к переключателям SB2, SB3, SB4, SB5, с помощью которых (а
также и SB1) осуществляется выбор предела измерений. С переключателя
SB5 импульсы с выбранной частотой повторения поступают на счетчик
DD6, который формирует из них положительные и отрицательные прямо-
угольные импульсы равной длительности (меандры), а также осуществля-
ет дополнительное деление частоты повторения этих импульсов в 2, 4 и 8
раз, что и приводит к увеличению верхнего предела измерений в такое же
число раз. Требуемый коэффициент увеличения верхнего предела измере-
ния («множитель») выбирается переключателями SB6.. SB9. С переклю-
чателя SB9 выбранная последовательность прямоугольных импульсов по-
ступает на вход электронного ключа, выполненного на транзисторе VT1.
Переключатель SB 10 служит для выбора вида измерений — L или С. На
схеме этот переключатель установлен в положение измерения емкости.
Конденсаторы С2...С6, регулируемый резистор R7 и кнопка SB11 служат
для калибровки прибора перед началом измерения емкости. Делается это
так. При нажатой кнопке переключателя SB6 нажимают на нефиксиру-
ющуюся кнопку SB11, которая контактами 2 и 3 подключает параллельно
гнездам XI и Х2 (Сх) один из эталонных конденсаторов С2...С6 Перемен-
ным резистором R7 стрелка миллиамперметра РА1 устанавливается на
последнюю отметку шкалы. После этого кнопку SB11 отпускают — при-
бор готов к работе.
Питание прибора осуществляется от стабилизированного источника
напряжением 5 В Таким источником может служить стабилизированный
выпрямитель, показанный на рис. 13.18.
Настройка прибора осуществляется в следующем порядке. Переклю-
чатель SB10 устаналивают в положение измерения емкости, а движ-
ки резисторов R7 и А* 8— в среднее положение Нажимают кнопки переклю
чателей SB 1 и SB6 и включают прибор. При нажатии кнопки SB 11 стрелка
миллиамперметра РА\ должна отклониться. Если она заходит за послед-
нее деление шкалы («зашкаливает»), то с помощью резистора R7 или R8
ее возвращают в рабочий сектор шкалы. Затем поочередно нажимают
кнопки переключателей SB7, SB8 и SB9. Показания прибора РА1 должны
при этом уменьшаться соответственно в 2,4 и 8 раз, что свидетельствует об
исправности всех узлов прибора.
После проверки исправности и работоспособности прибора необходимо
нажать кнопку переключателя SB1 и резистором R8 (не трогая резистор
R7!) установить стрелку миллиамперметра точно на последнюю отметку
шкалы. На этом настройка прибора на измерение емкости заканчивается.
Для настройки прибора на измерение индуктивности после выполнения
указанных выше действий необходимо переключатель SB 10 перевести в
положение измерения индуктивности, а к гнездам Х2 и ХЗ (Lx) подклю-
чить катушку с известной индуктивностью. Не трогая резистор R8, с по-
мощью подстроечного резистора /?6 необходимо установить стрелку мил-
лиамперметра РА1 на соответствующую отметку по шкале индуктивности.
Шкалы для измерения емкости и индуктивности линейные.
В качестве транзистора ЕЛ можно использовать любой транзистор
285
типа КТ315 или КТ342. Диод Д9 (VDI) может иметь любой буквенный
индекс. Если вместо десятичных счетчиков DD2. DD5 использовать ИМС
типа К176ИЕ8, вместо двоичного счетчика DD6 — двоичный счетчик типа
К176ИЕ1, а вместо DD\ ИМС типа К176ЛА7, то в качестве источника
питания можно использовать малогабаритный аккумулятор или батарею
гальванических элементов.
13.3. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ
ДЛЯ НАСТРОЙКИ УСИЛИТЕЛЕЙ
Для настройки усилителей высокой и промежуточной частоты, приме-
няемых, например, в супергетеродинном приемнике, потребуется высоко-
частотный генератор. Схема одного из таких генераторов показана на
рис. 13.16. Этим прибором можно проверить прохождение сигнала по
всем каскадам приемника и настроить контуры усилителей промежуточной
частоты, гетеродина и входного контура.
Прибор состоит из двух самостоятельных генераторов — низкочастот-
ного и высокочастотного. Низкочастотный генератор выполнен на тран-
зисторах УГ1 и VT2 но схеме симметричного мультивибратора. При'зна-
чениях элементов, указанных на схеме, он вырабатывает прямоугольные
импульсы с частотой 1 кГц. Диод VD используется для улучшения формы
выходных прямоугольных импульсов. Коллекторная нагрузка транзистора
VT2 выполнена в виде делителя выходного напряжения на резисторах
7^5.../? 10. Это позволяет снимать с коллектора транзистора 1/7'2 полное
выходное напряжение (с гнезда XI) или его десятую, сотую и даже тысяч
ную часть (соответственно с гнезд Х2, ХЗ, Х4).
Высокочастотный генератор представляет собой резонансный LC-кон
гур, включающий элементы L2, С4, С6, С7 и С8. Его диапазон имеет два
поддиапазона. Для плавной перестройки резонансной частоты контура на
первом и втором поддиапазонах используется сдвоенный блок конденсато-
ров переменной емкости (С4 и С7). Их максимальная емкость 495 пФ. На
первом поддиапазоне (переключатель S2 замкнут) резонансная частота
изменяется от 280 кГц (роторы конденсаторов С4 и С7 полностью введе-
ны) до 500 кГц (роторы С4 и С7 полностью выведены); на втором, более
высокочастотном диапазоне (переключатель S2 разомкнут) — от 450 кГц
до 1,8 МГц.
Для возбуждения в контуре электрических колебаний на него через
конденсатор С5 подаются прямоугольные импульсы мультивибратора.
При этом замыкаются с помощью проводника гнезда XI и Х7. Колебания,
возникающие в контуре,— затухающие. Частота их возникновения равна
частоте поступающих на него импульсов мультивибратора (около 1 кГц),
а собственная частота такая же, как и резонансная частота контура
Благодаря этому в контуре создаются амплитудно-модулированные ко
лебания, которые подаются на вход настраиваемого приемника через
катушку связи L1, индуктивно связанную с катушкой L2 резонансного
контура.
Прибор питается от двух последовательно соединенных батарей 3336Л
или от одной батареи «Корунд». Катушка L\ и L2 намотаны на феррито-
вом стержне марки М400НН диаметром 8 мм и длиной 160 мм. Катушка
L2 содержит 62 витка провода ЛЭШО 10X0,07, а катушка L1 -5 витков
провода ПЭЛШОО,18. Для плавной регулировки напряжения амплитуд-
но-модулированных колебаний, подаваемых на вход приемника, катушку
LA можно выполнить таким образом, чтобы она перемещалась по магнит
ному стержню относительно катушки L2.
В качестве переключателя диапазонов SA2 и выключателя питания
мультивибратора S/П можно использовать обычные тумблеры, а транзи
сторов УГ\ и VT2 транзисторы типа МП39. .МП41. Гнезда XI ,.Х7 могут
быть самодельными или заводского изготовления. Для установки необхо-
димой частоты прибор должен иметь шкалу с отмеченными на ней значени-
ями частот. Шкала бывает неподвижной и подвижной. В первом случае в
отверстие, проделанное в центре шкалы, пропускается ось блока конден
саторов переменной емкости, с которой жестко скрепляется вращающаяся
вместе с пей стрелка, во втором — с осью скрепляется сама шкала, а вме-
сто стрелки используется какая-нибудь неподвижная отметка или риска
на прозрачной панели, укрепленной перед шкалой.
Для градуировки шкалы прибора требуется генератор заводского
изготовления типа ГСС-6, Г4-1А или им подобный. Назовем такой гене-
ратор эталонным. Подключать выход эталонного генератора непосред-
ственно к резонансному контуру нельзя, так как изменится резонансная
частота контура. Поэтому необходимо изготовить каркас диаметром 40...
50 мм и на пего намотать 100...150 витков провода ПЭЛШО 0,1...0,18.
Концы этой катушки следует подключить к выходу эталонного генератора.
Она будет являться своеобразной передающей антенной, а эталонный
генератор — передатчиком электромагнитных колебаний. В 10...20 см от
этой «антенны» следует расположить магнитный стержень с катушками
L \ и L2. Если частота излучаемых электромагнитных колебаний эталонно-
го генератора совпадает с резонансной частотой контура, в нем также
возникнут электромагнитные колебания.
Перед калибровкой нужно соединить проводником гнезда XI и Х7, а пи
тание от мультивибратора отключить (переключатель S1 выключен). На
lO'f’If)’’ Г^всряторр ебяЗЙ'гр.п[,пг>й яйпяетСЯ МОПУЛЯЦИЯ 400 или 1000 Гц.
Глубина ее должна быть порядка 60/0. гщгушку связи 1Л нсздо
Гб) через конденсатор емкостью примерно 0,1 мкФ следует подсоединить
ко входу приемника прямого усиления, а гнездо Г5— к общему его про-
287
воднику (корпусу). Собственную антенну приемника надо отключить,
чтобы он не принимал сигналы от работающих радиостанций.
Настройку прибора удобнее всего начать с более высокочастотного
поддиапазона. Для этого переключатель S2 требуется перевести в разомк-
нутое состояние, а на эталонном генераторе установить частоту выходных
колебаний, равную 450 кГц. Емкость конденсатора С4 должна быть мак-
симальной. Если резонансная частота контура L2C4C6 совпадает с часто-
той электрических колебаний эталонного генератора, громкость звука в
динамике приемника будет наибольшей. Настраивают контур на такую
громкость звука перемещением катушки L2 по ферритовому стержню. Ес-
ли при этом наибольшую громкость звука получить не удается, нужно
незначительно изменить число витков катушки L2 и повторить на-
стройку.
После настройки контура на частоту 450 кГц его настраивают на
частоту 1,8 МГц: на выходе эталонного генератора устанавливают ча-
стоту электрических колебаний, равную 1,8 МГц, а емкость конденсатора
С4 уменьшают до минимума (роторные пластины полностью выведены).
Настройку контура по наибольшей громкости звука в динамике приемника
осуществляют подбором емкости конденсатора С6. Настроив контур на ча-
стоту 1,8 МГц, следует снова проверить его настройку на частоту 450 кГц
и при необходимости осуществить подстройку.
Для настройки второго диапазона 280...500 кГц замыкают переключа-
тель SA1, переводят переменный конденсатор в положение минималь-
ной емкости и на выходе эталонного генератора устанавливают частоту
электрических амплитудно-модулированных колебаний, равную 500 МГц.
Настраивают контур на максимальную громкость звука подбором емко-
сти конденсатора С8. Затем блок конденсаторов С4, С7 переводят
в положение максимальной емкости и добиваются максимальной громко-
сти звука изменением частоты амплитудно-модулированных электриче-
ских колебаний эталонного генератора. Частота электрических колебаний,
установленная по шкале эталонного генератора при максимальной
громкости звука, и будет наименьшей резонансной частотой колебательно-
го контура L2C4C6C7C8.
После установки нижней и верхней границ высокочастотных под-
диапазонов можно приступить к калибровке шкалы прибора. Установив
нужное значение частоты эталонного генератора, по максимальной гром
кости звука настраивают на нее контур прибора, а на шкале делают
соответствующую пометку. Отметки на поддиапазоне до 500 кГц нужно
делать через 10 кГц, а на втором поддиапазоне (в пределах от 500 кГц
до 1 МГц) через 50 кГц, в интервале от 1 до 1,8 МГц — через
100 кГц.
Для повышения точности калибровки напряжение амплитудно-моду-
лированных колебаний эталонного генератора нужно брать возможно
меньшим, а регулятор громкости приемника должен быть установлен в
положение, соответствующее максимальной громкости. Если при настрой-
ке контура в приемнике помимо звука, созданного модулирующим
напряжением эталонного генератора (400 или 1000 Гц), будут прослу-
шиваться и сигналы от работающих радиостанций, то для их устранения
ферритовый стержень с катушками Li и L2 устанавливают вертикально.
288
Низкочастотные колебания, вырабатываемые мультивибратором,
иожно использовать для настройки усилителя низкой частоты В этом
случае вход УНЧ через разделительный конденсатор емкостью не менее
1 мкФ подключают к одному из гнезд XI...Х4, а общий провод УНЧ соеди-
няют с гнездом Х5 прибора.
13.4. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ
АППАРАТУРЫ
Стабилизированный выпрямитель
с плавной регулировкой напряжения
С помощью описанного ниже выпрямителя можно налаживать различ
ные радиолюбительские конструкции, а также заряжать аккумуляторы
испытывать маломощные электродвигатели и реле.
Выпрямитель (рис. 13.17) собран на диодах VD1...VD4, включенных
но мостовой схеме. Пульсации выпрямленного напряжения сглажива
ются электролитическими конденсаторами Cl, С2 и транзисторным стаби
лизатором, выполненным на стабилитроне VD5, транзисторах VT1
VT2 и диодах VD6 и VD7.
Выходное напряжение стабилизатора равно разности между вынрям
ленным напряжением, поступающим на вход стабилизатора с конденсато
ра С/, и падением напряжения на переходе эмиттер — коллектор
((7ЭК) регулирующего транзистора VT1. Напряжение (7ЭК зависит от
напряжения Дэв этого транзистора, равного падению напряжения на
резисторе Д2, создаваемому протекающим через него коллекторным током
транзистора VT2, который, в свою очередь, зависит от напряжения
(7бэ транзистора VT2. Напряжение Uбэ транзистора VT2 можно изменять
потенциометром R3. При этом изменяются коллекторный ток транзистора
VT2, напряжение транзистора VT1 и нпряжение перехода эмиттер —
коллектор транзистора VT1, что в конечном счете приводит к изменению
выходного напряжения.
Диоды VD6 и VD7 служат для предотвращения выхода из строя
регулирующего транзистора VT1 при коротком замыкании выхода стаби-
лизатора или значительном увеличении тока нагрузки.
В выпрямителе используется трансформатор с площадью поперечного
сечения сердечника S не менее 4 см2. Число витков первичной обмотки
при питании от сети с напряжением 220 В рассчитывается по формуле:
№7=220 (48/S).
Диаметр провода Di = 0,2...0,22 мм.
Напряжение (72 на вторичной обмотке W2 трансформатора должно
составлять примерно 15 В. Тогда число витков вторичной обмотки W2 бу-
дет определяться по формуле:
W2 15 (52/S).
Диаметр провода d2 = 1.2 мм.
Обмотка W3 используется для питания индикаторной лампочки. Та-
ковой может быть лампочка от карманного фонаря с напряжением U3,
289
равным 2,5; 3,5 или 6,3 В При ?гом число вшков обмотки U/3 находят
по формуле:
W3 = U3 (52/S).
Диаметр провода d3— 0,41 мм.
Если ток нагрузки, подключаемой к выпрямителю, не превышает
300...400 мА, в качестве VD1...VD2 можно использовать диоды типа
Д226 с любым буквенным индексом. Если от данного выпрямителя
требуются токи до 1.. .1,5 А, в качестве VD1.. .VD4 могут служить диоды
50М
Л А
-220В
I Рис. 13.17. Схема регулируемого стабилизированного
| выпрямителя
типа Д242, Д243 или Д245. Транзистор VT1 типа П214... П217 должен
быть установлен на радиаторе.
Регулировочный потенциометр R3 можно снабдить шкалой. Для этого
к выходным гнездам XI, Х2 выпрямителей надо подключить контрольный
вольтметр и, вращая ручку потенциометра, на шкале сделать отметки,
соответствующие определенным значениям напряжения. Кроме того,
нужно подобрать режим работы стабилитрона VD5. С этой целью разры-
вают цепь подключения стабилитрона в точке айв разрыв включают
миллиамперметр. Затем подбирают резистор R1 таким образом, чтобы
ток, протекающий через стабилитрон, составлял 7.. .8 мА.
От сопротивления резистора R4 зависит максимальный ток на-
грузки. Подбирают его следующим образом. Между гнездами XI и Х2
подключают резистор RH, при котором создается максимальный
юк в нагрузке. Например, если максимальный ток должен составлять
500 мА при максимальном выходном напряжении 15 В, то сопротивление
резистора RH должно быть равно 30 Ом (15:0,5). Потом к этим же
гнездам подключают вольтметр и подбирают резистор R4 Причем выход
ное напряжение должно отличаться от его значения на холостом ходу
(при отсутствии RH) не более чем на 0.5 В.
--Р* .р - ляши iiCupciBHuix деталей источник питания не треоует
налаживания. Подключив контрольный вольтметр к гнездам XI и Х2 и
вращая движок потенциометра R3, убеждаются в плавном изменении вы-
290
лиднию напряжения, коюрое должно у величина! ься при вращении движ
ка потенциометра по часовой стрелке. Если же это напряжение при
таком вращении движка уменьшается, следует перепаять (поменять
местами) провода, соединяющие концы потенциометра.
Стабилизированный нерегулируемый выпрямитель
Этот выпрямитель (рис. 13 18) можно использовать для питания
устройств на ИМС, работающих от источника тока напряжением 5 В
Рис. 13 1в. Схема нерегулируемого стабилизированного выпрямителя
Он отличается от регулируемого выпрямителя (см. рис. 13.17) отсутствием
переменного резистора, подключаемого параллельно стабилитрону, и до-
полнительными элементами R4 и VD8. Светоизлучающий диод VD8 слу-
жит для сигнализации включения выпрямителя в сеть персменно/о тока
напряжением 220 В и контроля его исправности.
Трансформатор Т1 следует подобрать таким, чтобы переменное на-
пряжение в его вторичной обмотке составляло 7...9 В при токе до 0,5 А
Для этой цели подойдет готовый трансформатор от магнитофона
«Электроника — 302». При самостоятельном изготовлении необходимо
использовать магнитопровод с площадью поперечного сечения не менее
2 см2 (например, от радиоприемников «Океан»).
В качестве диодов VD1...VD4 можно использовать любые полупровод
никовые диоды с прямым током не менее 300 мА (КД109, КД204
КД205, Д226, Д229 и др.).
Зарядное устройство для восстановления
сухих гальванических элементов и батарей
Устройство (рис. 13.19) позволяет восстанавливать «севшие»
гальванические элементы и батареи путем их подзарядки.
ПИ 1 UlipUDU/J, I i Орсд i . « .'.С , H *
го сечения не менее 3 см2. Первичная обмотка / содержит 3300 витков
изолированного провода диаметром 0,1...0,2 мм, обмотка 11- 60, а
291
обмотка 1П — 37 витков провода диаметром 0,51...0,53 мм, обмотка
IV — 82 витка провода диаметром 0,29...0,31 мм, обмотка V — 165 витков
провода диаметром 0,1...0,12 мм.
Восстанавливаемый гальванический элемент подключают между
гнездами Х0 и XI. Параллельно элементу подключают вольтметр.
В процессе восстановления напряжение на элементе сначала увеличи-
вается, а затем рост его прекращается. Обычно это происходит через
Рис. 13.19. Схема зарядного устройства для восстанов-
ления гальванических элементов и батарей
5... 6 часов и свидетельствует об окончании восстановления. Напряжение
на элементе к концу срока зарядки увеличивается до 1,7...2,1 В.
Значение сопротивления резистора R5, указанное на схеме (120 Ом),
используется при восстановлении гальванических элементов с емкостью
2...5 А ч (373, 374 и др.). Для восстановления элементов типа 314, 316 и
332 сопротивление этого резистора должно равняться 470 Ом, а для вос-
становления элементов типа 336 и 343—180 Ом.
При восстановлении батарей типа 3336 и «Корунд» напряжение в
конце цикла восстановления должно быть в пределах 5,1...6,3 В и 10,2...
12,5 В соответственно.
Данное зарядное устройство можно использовать и для зарядки
малогабаритных аккумуляторов, если изменить сопротивление резистора
R6, выбрав его таким, при котором обеспечивается необходимая
сила зарядного тока (см. табл. 7.2). При зарядке аккумуляторы ти-
пов Д-0,06, Д-0,1, Д-0,25 и др. подключаются к гнездам Х0 и XI по-
следовательно с миллиамперметром, контролирующим силу тока. Подбор
резистора R6 нужно начинать с наибольшего сопротивления, обеспечи-
вающего минимальный ток зарядки. Например, при зарядке аккумулятора
Д-0,06 первоначально в качестве R6 следует взять резистор сопро-
тивлением 1,5 кОм. При подборе резистора R6 резистор /?*> должен
быть отключен. После ус। ановления |реоуемого зарядного тока под-
ключают резистор R5, сопротивление которого должно быть примерно в
10 раз больше сопротивления резистора R6.
292
14. ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ
14.1. Автомобильный комбинированный измерительный прибор
Прибор, о котором пойдет речь, станет хорошим помощником авто-
любителям. Он позволяет измерять напряжение в электрических цепях
автомобиля, частоту вращения коленчатого вала двигателя, угол замкну-
того состояния контактов прерывателя и сопротивление цепей.
Принципиальная схема прибора показана на рис. 14.1. Для работы
с прибором необходимо изготовить три соединительных проводника из
медного многожильного гибкого провода в иолихлорвиниловой изоляции.
Длина каждого проводника должна быть 60... 100 см. Одни концы
проводников необходимо припаять к штекерам, вставляемым при работе
с прибором в его гнезда XI...Х6, а другие — к зажимам типа «крокодил».
Рассмотрим работу прибора в различных режимах.
Измерение напряжений
Особенностью прибора при его использовании в качестве вольтметра
является то, что он имеет два предела измерений напряжений: 0.. .10 В
и 9... 15 В. Первый предел удобен при измерении напряжения отдельных
XiyM
Х25~-
R1 510
R2 1,5к
Х3>-
~ nVD5
? .тв
КЗ 5,Ох
513 ЗДх R17 330
~1 „о... юв
______________________МSA12
,,9...15В“
R10 270
п
МУ-
№770 86 1,8к\ЪД517Б
Z7_]_
0,5 их ~ 57 7,5к
1/Г// 820
05
22riK*30B
-&VD2
Д226Б
7500^,1500'
85 6Дк 58 ],5к
7D1
V Д226Б
Х55 К]
VD5...VB8
Д2В
R12 [8к
VD7
VD5
VD6
VD8
Рис. 14.1. Схема комбинированного автомобильного прибора
293
элементов (банок) аккумулятора. Предел измерений 9... 15 В позволяет
более точно контролировать степень заряженносги аккумулятора в целом
и определять напряжение в большинстве точек электрических цепей.
Для измерения напряжений на пределе 0...10 В переключатель
SA1 необходимо поставить в положение «0...10 В» («1500» об/мин), а
гнездо Х6 соединить с массой автомобиля (с массой соединен отри-
цательный полюс аккумуляторной батареи). При этом измерительный
Рис. 14.2. Схема измерения напряжения на пределе 0.. .10 В
Рис. 14.3. Схема измерения напряжения на пределе 9... 15 В
прибор РА оказывается включенным по схеме, приведенной на рис. 14.2.
Диоды VD5.. .VD7 на рисунке не показаны, так как в этом режиме
измерений они включены в обратном направлении и заметного влияния
на ток в цепи не оказывают. Резисторы R3r RIO, R13 и R14 и диод VD8
выполняют роль добавочных резисторов. Элемент электрической цепи,
напряжение на котором необходимо измерить, подключается к гнезду ХЗ
с помощью второго соединительного проводника.
Измеряя напряжение в пределах 9.. 15 В, переключатель SA1.1 пере-
водят в положение «9... 15 В» («7500» об/мин). При этом вместо рези
сгоров R13 и R14 к стрелочному прибору РА подключают резистор
R1 и стабилитрон VD3 (рис. 14.3), которые образуют простейший ста-
билизатор напряжения (см. рис. 3.11,6). Напряжение стабилизации (7СТ
стабилитрона VD3 (для стабилитронов типа Д814Г оно составляет
8...9,5 В) подключается к выводу микроамперметра РА, обозначенному
знаком «—». Поэтому стрелка микроамперметра будет отклоняться
только тогда, когда на гнездо ХЗ будет подано напряжение, превышаю-
щее напряжение стабилизации.
.лсдуе) иметь в виду, чю при измерении напряжений н<а пределе
«9... 15 В» гнездо XI с помощью третьего измерительного проводника
обязательно должно быть соединено с плюсовой клеммой аккумулятора.
294
Измерение угла замкнутого состояния
контактов прерывателя
Прежде всего необходимо гнезда XI и Х6 (см. рис. 14.1) соединить
соответственно с полюсами «4~» и «—» аккумулятора, а гнездо
Х5 — с подвижным контактом прерывателя, который гибким проводником
соединен с первичной обмоткой катушки зажигания КЗ. Если в автомоби-
ле установлен блок электронного зажигания, то гнездо Х5 необходимо
Рис. 14.4. Схема измерения угла замкнутого состояния
контактов прерывателя
соединить с выводом КЗ, который соединен с выходом электронного
блока. Переключатель SA1 должен быть установлен в положение «9..
15 В». В результате этих операций микроамперметр РА оказывается
включенным по схеме, показанной на рис. 14.4. Если контакты К прерыва-
теля разомкнуты, то ток через микроамперметр не проходит. При замкну-
тых контактах прерывателя этот ток имеет максимальное значение,
ограниченное лишь сопротивлениями резисторов R5, R8, диода VD7 и
внутренним сопротивлением рамки /?,. Во время работы двигателя
контакты прерывателя периодически замыкаются и размыкаются. В ре-
зультате в электрической цепи, в которую включен стрелочный прибор РА,
возникают импульсы тока. Из-за инерционности стрелки она будет пока-
зывать среднее значение этого тока, которое пропорционально отношению
времени замкнутого состояния контактов к разомкнутому. В четырех-
тактном двигателе за время одного оборота приводного валика преры-
вателя-распределителя контакты размыкаются четыре раза, то есть, через
каждые 90°. При этом замкнутое состояние контактов должно соответ-
ствовать вполне определенному для каждой марки автомобиля углу. Для
автомобилей марки «Жигули» угол замкнутого состояния контактов пре-
рывателя должен составлять 52...58°. Так как отклонение стрелки на
последнее деление шкалы соответствует углу замкнутого состояния
контактов, равному 90° (контакты все время остаются замкнутыми и
через прибор РА протекает максимальный ток), то при углах 52.. .58°
стрелка должна находиться в пределах 0,578...0,644 от максимального
отклонения (52:90=0,578; 58:90= 0,644). Если стрелка прибора не дохо-
дит до отметки 0,578. то время замкнутого состояния контактов слишком
мало, и зазор между Конг ап гам а НоДо у...сяьшить. При отклонении
стрелки прибора за отметку 0,644 зазор между контактами, наоборот,
следует увеличить.
295
Измерение частоты вращения
коленчатого вала двигателя
Прибор, используемый для этих целей, называется тахометром. Прин-
цип его работы заключается в измерении силы тока в электрической
цепи, на вход которой поступают импульсы напряжения с частотой
повторения, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала дви-
гателя.
Рис. 14.5. Схема измерения частоты вращения коленчатого вала
Частота вращения коленчатого вала двигателя измеряется на двух
пределах: 0...1500 об/мин и 0...7500 об/мин. Переключение пределов
осуществляется переключателем SA1. Гнездо Х6 соединяется с массой ав-
томобиля, а гнездо Х4 — с подвижным контактом прерывателя, как это
делалось при измерении угла замкнутого состояния контактов прерывате-
ля. В результате стрелочный прибор РА оказывается включенным в
электрическую цепь, показанную на рис. 14.5.
При работающем двигателе вследствие периодически повторяющихся
замыканий и размыканий контактов прерывателя К на подвижном
контакте образуются положительные импульсы напряжения. Эти импуль-
сы по соединительному проводнику через гнездо Х4 и фильтр R4C1 посту-
пают на стабилизатор напряжения R6VD4, который нормирует их по
амплитуде, не зависящей от частоты вращения коленчатого вала
двигателя. Нормированные по амплитуде импульсы поступают на делите-
ли напряжения R7R9 и R11R12 и с них через контакты переключателя
SA1, конденсатор С2, диод VD5, микроамперметр РА, диод VD8 и конден-
сатор СЗ замыкаются на неподвижный контакт прерывателя, соединенный
с массой автомобиля. Прохождение по указанной цепи импульсов
напряжения сопровождается протеканием через стрелочный прибор РА
электрического тока. Сила этого тока тем больше, чем выше частота
повтопрния импульсов, то есть, чем большие обороты развивает
двигатель. Кроме того, ток через прибор зависит и от сопротивления
подключенного к нему делителя R7R9 и R11R12 и может регулироваться
переменными резисторами R9 и R11.
296
Измерение сопротивлений
Измерение сопротивлений можно осуществлять в режиме измерения
угла замкнутого состояния контактов прерывателя (см. рис. 14.4),
включив между гнездами Х5 и Х6 вместо контактов прерывателя иссле-
дуемый резистор Rx или другой элемент, сопротивление которого требуется
измерить. Предел измеряемых при этом сопротивлений составляет от
Рис. 14.6. Схема измерения сопротивлений
500 Ом до 100 кОм при использовании стрелочного прибора РА с током
полного отклонения в 1 мА. Точность измерения сопротивлений
вблизи нижнего предела невысокая. Для достижения большей точности
измерения сопротивлений от 100 Ом до 10 кОм исследуемый резистор
Rx следует включать между гнездами Х2 и Х6 (рис. 14.6).
Налаживание прибора
Налаживание прибора начинается с калибровки вольтметра на пре-
деле измерения напряжений 9...15 В. В таком положении переключателя
SA1 между гнездами ХЗ и Х6 включают источник постоянного тока
напряжением 15 В, которое контролируют образцовым вольтметром. С по-
мощью подстроечного резистора /?10 стрелку микроамперметра РА уста-
навливают на последнюю отметку шкалы. Затем, уменьшая напряжение
между гнездами ХЗ и Х6, через каждый вольт делают отметки, соответ-
ствующие 14 В, 13 В, 12 В, 11 В, 10 и 9 В. После этого переключатель
SA1 переводят в положение «0...10 В»,- Устанавливают напряжение
между гнездами ХЗ и Х6, равное 10 В, и с помощью подстроечного резисто-
ра R14 добиваются отклонения стрелки точно на последнюю отметку шка-
лы. Постепенно уменьшая напряжение между гнездами ХЗ и Х6 до нуля,
отмечают положения стрелки, соответствующие значениям напряжения
9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 и 0 В.
После калибровки вольтметра производят настройку прибора на из-
мерение угла замкнутого состояния контактов прерывателя. Для этого
переключатель S/11 устанавливают в положение «9... 15 В» («7500»
об/мин), к гнезду Л1 относительно общей точки, соединяемой с корпусом
ав 1 омобйля, подключают источник постоянного тока пап ряжением
10... 14 В, замыкают накоротко гнезца Х5 и Х6 и регулировкой под-
строечного резистора R8 добиваются отклонения стрелки прибора на
297
последнюю отметку шкалы. Затем перемычку между гнездами Х5 и Х6 уби-
рают, и вместо нее включают образцовые резисторы (лучше всего
магазин сопротивлений) и калибруют шкалу микроамперметра РА в
единицах измерения сопротивления в пределах 0,5.. 100 кОм.
При калибровке шкалы сопротивлений на пределе измерений 0,1...
10 кОм образцовые резисторы включаются между гнездами Х2 и Х6 (см.
рис. 14.6). Подбором резистора R2 добиваются того, чтобы при под-
ключении образцового резистора сопротивлением 10 кОм между гнездами
U О 2 Ч 6 8 10
I___:___I____I__I____I___I____[_____|______1
1—п—i—тН—Н—I---------—।-----i—т--------1
R Юк Ч 2 1 0,6 0,4 0,2 0,1к
U0 2 Ч 6 8 10
L-гЛт^-----! ' " ---Н------Г-П-----[
ЮОк 40 20 10 6 Ч 2 0,5к
Рис. 14.7 Градуировочные графики
Х2 и Х6 стрелка прибора РА отклонилась на отметку, занимаемую ею
при измерении напряжения, равного примерно 0,5 В Дальнейшую
градуировку производят так же, как и на шкале 0,5... 100 кОм.
Если измерительный прибор имеет шкалу малой площади и разместить
на ней цифры измерения всех величин затруднительно, то можно сделать
дополнительные графики, представляющие собой шкалы в увеличенном
масштабе для различного вида измерений. Пример таких графиков дан
на рис. 14.7. В верхних частях этих графиков отображены шкалы напряже-
ний, а в нижних — шкалы сопротивлений на пределах 0,1...10 кОм и
0,5... 100 кОм
Для градуировки шкалы прибора при использовании его в качестве
тахометра необходимо между гнездами Х4 и Х6 включить генератор пере-
менного напряжения амплитудой 15...20 В и частотой 50...250 Гц. Можно
использовать для этих целей напряжение осветительной сети, понизив
его с помощью трансформатора. Частота повторения входных импульсов
50 Гц соответствует частоте вращения коленчатого вала 1500 об/мин,
100 Гц — 3000 об/мин, ...., 250 Гц — 7500 об/мин. На пределе «1500»
об/мин («0...10 В») отклонения стрелки на последнюю отметку шкалы при
частоте входного напряжения 50 Гц осуществляют с помощью под-
строечного резистора R11, а на пределе «7500» об/мин — с помощью
подстроечного резистора R9 при частоте входного напряжения 250 Гц.
Если же на вход подается напряжение с частотой 50 Гц, то с помощью
резистора R9 стрелку устанавливают па отметку, соответствующую од-
ной пятой части шкалы: 1500:7500— 1:5.
14.2. ЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАТОР
Этот сигнализатор можно использовать для подачи звукового сигнала
при включении указателя поворотов в автомобиле. Он выполнен по
схеме /?С-генератора (рис. 14.8, а) и при указанных номинальных
298
значениях сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С1 гене-
рирует электрические колебания частотой примерно 1000 Гц. Если вместо
постоянного резистора /?/ использовать переменный, можно изменять
частоту генерируемых колебаний. При этом будет изменяться тональ-
ность звуковых колебаний. Чтобы не произошло пробоя эмиттерного
перехода транзистора VT1, последовательно с переменным резистором
необходимо включить постоянный сопротивлением 5... 10 кОм. Динами-
ческая головка — любая, мощностью 0,1...0,5 Вт.
Рис. 14.8. Схема простого звукового генератора
Общая точка звукового генератора соединяется с массой автомобиля
или мотоцикла, а провод, по которому на генератор подается «плюс» —
с контактом замка зажигания, находящегося под напряжением аккумуля-
торной батареи при включении указателя поворотов, или с соответствую-
щим проводом, идущим к реле указателей поворотов.
Введя в схему дополнительные диоды (рис. 14.8, б), с помощью данно-
го генератора осуществляют также звуковую сигнализацию включения
стояночного тормоза, открывания дверей и т. д.
В качестве VT1 можно использовать транзисторы типа МП39...
МГ142, а вместо VT2 — транзисторы типа П10, П11 или МП35...
MII38 с любыми буквенными индексами.
14.3. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
К АВТОМОБИЛЬНОМУ АККУМУЛЯТОРУ
Данный стабилизатор предназначен для питания от автомобильного
аккумулятора транзисторных радиоприемников, магнитофонов и другой
радиоэлектронной аппаратуры, рассчитанной на работу от источников пи-
тания с напряжением 9 вольт.
Напряжение на выходных гнездах AS1 и XS2 стабилизатора (рис. 14.9)
устанавливается в пределах 9,1...9,3 В при отключенной нагрузке с по-
мощью подстроечного резистора R4. Стабилизатор имеет защиту от пере-
грузки по току: при увеличении тока, потребляемого нагрузкой, свыше
максимально допустимого он отключается Максимальный ток нагрузки,
который может обеспечить стабилизатор, зависит от сопротивления ре-
зистора д2. 11ри значении K'Z, указанном на схеме, эточ ток систавляе{
около 300 мА Для увеличения максимального тока нагрузки сопротивле-
ние резистора /?2 надо уменьшить. Минимальное сопротивление этого
299
резистора ограничивается максимаальным током стабилизации стабили-
трона VD 1 и для Д814А должно составлять примерно 30 Ом.
В качестве транзисторов VT 1 и VT2, кроме указанных на схеме, можно
использовать соответственно КТ814 и КТ315 с любыми буквенными индек-
сами. Резистор R\ подбирается таким образом, чтобы обеспечивался на-
дежный запуск стабилизатора при его подключении к аккумулятору.
Пример печатной платы, выполненной из одностороннего фольгирован-
ного текстолита (стеклотекстолита), показан на рис. 14.10. Регулирующий
Рис 14.9. Схема стабилизатора
напряжения
Рис 14.10. Печатная плата ста-
билизатора напряжения:
а вид со стороны печатного монтажа;
б вид со стороны деталей
1ранзистор VT\ устанавливают на радиаторе из дюралюминиевой пласти-
ны размером 15X20 мм. Если стабилизатор должен обеспечить ток в на-
грузке более 300 мА, размеры радиатора необходимо увеличить.
14.4. ПРЕРЫВАТЕЛЬ ДЛЯ СТЕКЛООЧИСТИТЕЛЯ
АВТОМОБИЛЯ
Такой прерыватель целесообразно изготовить для автомобиля, у кото-
рого стеклоочиститель не имеет прерывистого режима работы. Он под-
ключается параллельно контактам конечного выключателя штатного дви-
гателя стеклоочистителя, установленного на автомобиле, через дополни-
тельный выключатель SA1 (рис. 14.11). Для работы стеклоочистителя в
прерывистом режиме переключатель режима работы стеклоочистителя,
расположенный на приборном щитке автомобиля, должен быть установ-
лен в положение «Выключено» (или «Стоп»). При включении переклю-
чателя SA1 стеклоочиститель переходит в прерывистый режим работы,
300
конденсатор С2 быстро заряжается через обмотку электродвигателя
стеклоочистителя. Одновременно начинает заряжаться и конденсатор 01.
Но напряжение на конденсаторе 01 растет медленнее, чем на 02, так как в
цепи его зарядки кроме обмотки электродвигателя включены резисторы
/?2 и ЯЗ.
Когда напряжение на конденсаторе 01 достигнет примерно 1,8 В, от-
кроется транзистор VT\. Появление эмиттерного тока этого транзистора
приведет к отпиранию тринистора VD\. Сопротивление открытого трини-
Рис. 14.12. Печатная плата электронного
прерывателя
Рис. 14.11. Схема электронного
прерывателя для стеклоочисти-
теля
сюра очень мало, и так как он подключен параллельно разомкнутым
контактам конечного выключателя стеклоочистителя, то электродвигатель
включается в работу, приводя в движение щетки, которые перемещаются
в этом случае в ускоренном режиме.
После нескольких оборотов ротора двигателя стеклоочистителя кон-
такты конечного выключателя замыкаются. Конденсаторы С1 и С2 быстро
разряжаются через замкнувшиеся контакты, а транзистор и тринистор
закрываются. Двигатель стеклоочистителя продолжает работать до тех
пор, пока контакты конечного выключателя снова не разомкнутся. За это
время щетки успевают совершить двойной ход. После размыкания кон-
тактов конечного выключателя двигатель стеклоочистителя останавлива-
ется, а конденсаторы С1 и С2 снова начинают заряжаться — начинается
новый цикл работы. Паузу между циклами можно регулировать в преде
лах 3...10 с с помощью переменного резистора R2.
Вариант выполнения печатной платы устройства показан на рис. 14.12.
В качестве транзистора VT\ можно использовать транзисторы серии
КТ315 с любыми буквенными индексами. Цепь тринистора VD\ ввиду зна-
чительных токов в момент пуска двигателя стеклоочистителя следует мон-
тировать проводами достаточно оолпшого учений, подл^гючая ил длю
средственно к выводам тринистора, а не к печатным дорожкам платы.
Выключатель SAI должен быть рассчитан на ток не менее 6 А.
Борисов В. Г Радиотехнический кружок и его pa6uia. - М. Радио и связь
19«3.
Борисов В. Г. Юный радиолюбитель. - М,- Радио и связь, 1987.
Васильев В А Радиолюбители — сельскому клубу.— М_. Радио и связь, 1983.
Васильев В. А., Веневцев М. К. Транзисторные конструкции сельского радио-
любителя.—М.: Энергия, 1980.
Жуков Б. В., Яшин В. Т. Радиомастер. М.: ДОСААФ, 1982.
Иваницкий В. 10. Советы начинающему радиолюбителю. М.: ДОСААФ
1982.
Лучкин М., Рыболовов С. Прибор для налаживания радионриемников//Ра
дио. 1981. № 4.
Мацкевич В. В. Занимательная радиоэлектроника в пионерском лагере —
М ДОСААФ, 1986. '
Нечаев И. Дверные сенсорные звонки//Радио. 1987. № 9.
Никонов А. Двухюнальный сенсорный звонок//Там же. № 1
Путятин Н Н В помощь начинающему радиолюбителю.— М.: Энергия, 1980.
Путятин Н. Н Радиоконструирование: Метод, пособие для рук радиокруж-
ков. М.: ДОСААФ, 1985.
Румянцев М. М. Конструирование радиовещательных приемников. М
ДОСААФ, 1982.
Сворень Р. Электроника. Шаг за шагом.— М.: Дет. лит., 1979.
Скрябинцев В. Радиоэлектроника для юных.— Киев: Веселка, 1985.
Соболевский А. Г. Измерения при настройке радиоаппаратуры.— М.. Энер-
гия, 1980.
Степанов Б. Г., Фролов В. В. Измерительный комплекс радиолюбителя
М.: Радио и связь, 1982.
Фишер Дж. Э., Гетланд X. Б. Электроника. От теории к практике. Пер. с пем. —
М.: Энергия, 1980.
Холодов М Многоголосный имитатор звуков//Радио. 1987. № 7.
Шульгин Г Электромузыкальный звонок//Там же. № 8.
Предисловие . 3
Наша страна родина радио . . . 4
1. Основные законы электро- и радиотехники
1.1. Электрические заряды и электрическое поле 7
1.2. Постоянный электрический ток . . 8
1.3. Магнитное поле . . .11
1.4. Переменный электрический ток . 15
2. Пассивные элементы радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) 21
2.1. Резисторы . ... ... 21
2.2. Конденсаторы ... .28
2.3. Катушки индуктивности ... . . 35
2.4. Дроссели ... 36
2.5. Трансформаторы 38
2.6. Выключатели и переключатели ... 41
2.7. Разъемные и разборные соединения 44
2.8. Электромагнитные реле . ... 47
2.9. Предохранители . 48
3. Полупроводниковые приборы и интегральные схемы 49
3.1. Электрические свойства полупроводников 49
3.2. Электронно-дырочный переход ... 53
3.3. Полупроводниковые диоды ... 58
3.4. Биполярные транзисторы . . 61
3.5. Тиристоры ... 70
3.6. Полевые транзисторы ... 73
3.7. Интегральные микросхемы . . 81
4. Общие вопросы передачи и приема радиоволн 87
4.1. Электрические колебания 87
4.2. Распространение радиоволн 91
4.3. Прием и передача радиоволн . 95
4.4. Электроакустические устройства 99
5. Электро- и радиотехнические измерении и измерительные приборы . 106
5.1. Измерительные пробники 106
5.2. Электроизмерительные системы . . 108
5.3. Измерения электрических величин в цепях постоянного и пере-
менного токов 110
6. Конструирование и монтаж радиоаппаратуры 120
6.1. Пайка 120
6.2. Радиомонтажные работы 126
7. Источники питания электронной аппаратуры 134
7.1. Химические источники тока и напряжения 134
7.2. Выпрямители переменного тока и напряжения 142
7.3. Сглаживающие фильтры 153
7.4. Электронные стабилизаторы напряжения 156
8. Усилители электрических сигналов 161
8.1. Общие сведения об усилителях . 161
8.2. Усилители на биполярных транзисторах 163
8.3. Усилители на нолевых транвисторах 179
9. Генерирование электрических колебаний 182
9.1. Общие сведения о генераторах электрических колебаний 182
9.2. Генераторы импульсов напряжения прямоугольной формы 184
9.3. Генераторы гармонических колебаний 188
9.4. Генераторы на логических элементах 194
ю. Радиоприемники прямою усиления г9о
10.1 . Антенна и заземление . 196
10.2 . Детекторный радиоприемник . . 201
10.3 . Радиоприемники прямого усиления с усилителями низкой
частоты ... 208
31 >3
10.4 . Радиоприемники прямого усиления с усилителями высокой
частоты 212
10.5 . Рефлексные радиоприемники 216
10.6 . Громкоговорящие радиоприемники прямого усиления 218
10.7 . Приемники прямого усиления на интегральных микросхемах 222
11. Супергетеродинные радиоприемники 231
11 1. Принцип работы супергетеродинного радиоприемника 231
11.2. Входные устройства 234
11.3. Преобразователи частоты . . 235
11.4. Сопряжение настроек входного и гетеродинного контуров 239
11.5. Усилитель промежуточной частоты 242
11.6. Супергетеродинный приемник на микросхемах 243
12. Электронные звонки и имитаторы звуковых сигналов 252
12.1. Принцип работы и виды электронных звонков 252
12.2. Однотональные электронные звонки . 254
12.3. Двухтональные электронные звонки . 256
12.4. Многотональные электромузыкальные звонки . 260
12.5. Имитаторы звуковых сигналов и электромузыкальные инстру
менты .... 265
13. Домашняя измерительная лаборатория 270
13.1. Самодельные электроизмерительные приборы ..............270
13.2. Приборы для проверки исправности и определения параметров
радиодеталей ... ... • . 280
13.3. Генераторы сигналов для настройки усилителей 286
13.4. Источники питания электронной аппаратуры 289
14. Электроника для автомобиля .............................. 293
14.1. Автомобильный комбинированный измерительный прибор 293
14.2. Звуковой сигнализатор .................................. 298
14.3. Стабилизатор напряжения к автомобильному аккумулятору 299
14.4. Прерыватель для стеклоочистителя автомобиля . 300
Литература . . 302
Издан Иг а Л Я
Галкин Виталий Иванович
НАЧИНАЮЩЕМУ
РАДИОЛЮБИТЕЛЮ
Редактор Л. Л. Мальцева. Художественный редактор А Д. Болдырев.
Технический редактор В В. Кузьмина. Корректоры Л. М Босовец, Л К Се
ненова.
ИБ № 611
Сдано в набор 20.09.88. Подписано в печать 18.07.89. АТ 16139.
Формат 60x901/ 6, Бумага книжн.-журн. Гарнитура литературная.
Офсетная печать- Усл. печ. л. 19,0. Усл. кр.-отт. 38,25. Уч.-изд. л.
20,97. Тираж 100000 экз. Изд. № 5798- Зак. 721; Цена 1 р 80 к.
Ичпатепьство ..Полымя” Государственного комитета БССР по делам
, и>| в wuh• < .« 1ргов 1и. 2 .;е>б<»С Минск, прос-
пект Машерова, И.
Набрано на Минском ордена Трудового Красного Знамени полиграф-
комбинате МППО им Я. Коласа. 220005, Минск, Красная, 23.
Минская фабрика цветной печати. 220 115, Минск, Корженевского, 20