Автор: Шелестов И.П. Семенов Б.Ю.
Теги: электротехника радиоэлектроника
ISBN: 5-98003-114-6
Год: 2004
Текст
И. П. Шелестов
Б. Ю. Семенов
Путеводитель в мир электроники
Книга 1
Москва
СОЛОН-Пресс
2004
УДК621 38
ББК32*?
Ш42
Ш42 Шелестов И. Ц., Семемой Б. Ю.
Путеводитель в мир электроники. Книга 1
2004, 400 с
М СОЛОН-
ISBN 5-98003-114-6
Перед вами первая книга из двух, которая начинает рассказ об основах
электротехники и радиоэлектроники. Кроме истории их зарождения и
развития, здесь также приведено описание полезных в быту конструкций
и „стронетв. которые можно легко сделать самостоятельно в домашних
условиях Это издание поможет читателю приобрести первый практиче-
ский опыт и знания, необходимые современному человеку, живущему в
окружении различных технических устройств.
Книга написана а увлекательном стиле и предназначена для школьни-
ков, молодежи л всех тех, кто интересуется современной техникой.
УДК621.38
ББК32 85
КНИГА - ПОЧТОЙ
Книги издательства «СОЛОН-Пресс* можно заказать наложенным платежом по фикси-
рованной цене. Оформить заказ можно одним из двух способов.
I) выслать открытку или письмо по адрес’, 123242, Москва, а /я 20;
2) передать заказ по электронной почте по адресу, magazine* >olon~r.ra
При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по которому <
должны быть высланы книги, а также фамилию, имя и отчество получателя Желательно ука-
зать долотнитслыю срои текфон и адрес электронной полна
Через Интернет вы можете в любое время получить свежил каталог издательства
«СОЛОН-Пресс». Для этого надо послать пустое письмо на робот-авгоозвс1'1ик по адресу: ’
katulog'&solon-r.ra j
Получать информацию о новых книгах нашего издательства вы сможете, иодлисавилил
на рассылку новостей по электронной почте. Для этого пошлите письмо по адресу:
т м£хо1ш1~г.ги
В теле письма должно быть написано стово SUBSCRIBE.
..., ... ..аг-, ...
ISBN 5-98003-114-6
Макет и обложка «СОЛОН-Пресс», 2004
€ Шелесте и И, П , Семенов Б. 10
Зачем нужна эта книга
Она может стать вашим путеводителем в увлекательном мире радиоэлектро-
ники. Книга позволит не только удовлетворить естественное для любого чело-
века любопытство, но и научит понимать происходящие в технических устрой-
ствах процессы. А при самостоятельном изготовлении описанных радиотехни-
ческих конструкций вам легко удастся накопить необходимые знания и
практический опыт
Некоторые из приведенных схем служат для развлечения, но большинство
из них способно принести немало практической пользы. Вы узнаете как само^
стоятелызо можно собрать: источники питания, переговорное устройство, зву-
ковой усилитель для компьютера и ряд других конструкций.
Не беда, если начинать приходится с пуля и не у кого получить разъяснения
по возникающим вопросам. Материалы расположены так, что при последова-
тельном с ними знакомстве не должно возникнуть проблем с пониманием, т. е
все излагается логично и от простого — к более сложному. Но очень сложных
устройств в книге нет, и те из читателей, кто уже имеет некоторый практиче-
ский опыт в радиоэлектронике, не встретят больших трудностей. К тому же в
предложенных конструкциях редко используются малодоступные или дорогие
радиодетали - большинство из них вы легко сможете приобрести. При прави-
льной сборке и выполнении приведенных рекомендаций все устройства будут
работать надежно.
Для удобства практического изготовления конструкций вся необходимая
информация (расположение выводов и основные характеристики элементов)
помещена в конце книги. Справочный раздел избавит от необходимости искать
дополни гельные справочники.
Вероятно, вы уже подружились с компьютером — это очень пригодится. Во
второй книге показаны возможности, которые предоставляет современный
персональный компьютер для радиолюбителя и радиоинженера Правда, при
этом предполагается, что основами компьютерной грамотности вы уже овладе-
ли или же собираетесь это сделать в ближайшем будущем. Литературы на эту
тему более чем достаточно.
Радиотехническим творчеством увлекаются люди разных профессий и заня-
тие это интересное, к тому же имеет много направлений, где можно найти для
себя наиболее подходящее. После накопления определенного объема знаний
их количество переходит в качество. Перед вами откроется дверь в мир творче-
ства, который может принести немало радости и позволит сделать реальными
многие свои мечты. Вспоминаются слова К Э. Циолковского: «Сначала неиз-
3
Зачем ora книга_________________________________________________________
беж но идут мысль, фантазия, сказки. За ними шес1вусг научный расчет, и уже
н компе концов исполнение венчает мысль».
Конечно, в одной пли двух кишах невозможно научить всему, что необхо-
димо знать радиоинженеру Этому учат в институте в течение 5 лет (а потом
приходится доучиваться cine и самостоятельно), но тем нс менее, основные ба
зовыс знания и навыки вы сможете приобрести. Дчя лучшего понимания про
исходящих процессов мы рассмотрим также основы теории, так как ото помо
гаст решать практические задачи. Ведь как заметит классик: «Нет ничего при к
тичнее хорошей теории». Впрочем, в этом вы скоро убедитесь и сами.
Независимо от того, свяжете ли вы свою жизнь в дальнейшем профсссиоиа
льно . радиоэлектроникой или пет, полученные знания наверняка пригодятся.
Они помогут отремонтировать различные бытовые приборы, да и более уверен
но себя чувствовать в общении со сложной современной техникой. Ведь в жиз-
ни сегодня нас все больше окружает электронных устройств, разбираться в ко-
торых просто необходимо.
Последние годы радиоэлектроника очень бурно развивается. То, о чем со-
всем недавно можно было прочитать в сказках и произведениях научной фан-
тастики, сегодня - реальность. Но путь к этой реальности был нелегким и по-
рой поучительным. Поэтому' мы начнем с краткого знакомства с исторически-
ми зтапами развития электротехники, радиотехники и радиоэлектроники,
остановимся на самом павиом и постепенно перейдем к их современному со-
стоянию.
Одна из задач, которую ставили перед собой авторы, — научить логически
мыслить и анализировать происходящие процессы и на основе этого прини-
мать правильные решения. Эги навыки просто необходимы и пригодятся не
только в радиоэлектронике, но и в повседневной жизни.
Насколько удалось создать полезную книгу', которая сможет научить осно-
вам радиоэлектроники, судить вам, уважаемые читатели. Свои замечания, пред-
тожения и вопросы авторам можно передать через издательство по адресам.
для обычных писем 123242, Москва, а/я 20
или по электронной почте Solon.avtor@coba.ru
4
Глава 1
Электричество в мире вокруг нас
Окружающий нас мир и живая природа — это неисчерпаемым источник *гу-
дес. Часть из них ученым уже удалось разгадать и использовать на благо людей,
другие же до сих пор остаются загадкой В природе мы можем найти прототипы
многих изобретении, которые человек сделал для себя в виде технических
устройств, ио пока большинство из них по размерам, чувствительноеги, точно-
сти, потребляемой энергии и многим другим параметрам уступают тем, что воз-
никли в процессе эволюции жизни на Земле. Почему и как это вес не только су-
ществует, но и работает, откуда берется столько энергии? Пыыивый ум может
задать еще много вопросов. Давайте попробуем разобраться сначала хоть в неко-
торых из них.
Электрическая энергия в природе
Предоставим природе действовать по ее усмотрению:
она лучше знает свое дело, чем мы
Мишель Монтень
Оамып мощный источник энергии, который мы видим ежедневно, — это
Солнце. В его недрах постоянно происходят термоядерные реакции, из-за чего
температура поверхности достигает 6000 градусов Цельсия. Для поддержания
высокой температуры в такой «печке* постоянно нужно <подбрасывать дро-
вишки», расходовать вещество, поэтому энергия излучения постепенно убына-
сг. Но не пугайтесь — благодаря своей громадной массе (диаметр Солнца в
109 раз больше, чем у Земли) эти потери так малы, что только через 100 милли-
ардов лет масса Солнца уменьшится всего на одни процент Несмотря на то,
что к нам попадает только одна двухмиллиардная часть ихпучаемоп Солнцем
jiiepi ни, уже благодаря этому существует жизнь на Земле.
Все живые существа научились использовать энергию Солнца. Как это свя-
зано с электричеством? Самым непосредственным образом. Дело в том, что в
природе все взаимосвязано: энергия умеет превращаться из одного вида в дру
гой, накапливаться и расходоваться в нужный момент. Не последнее место в
гаком процессе занимает электричество. Об этом мы и поговорим.
Первое знакомство с электроэнергией у людей началось с атмосферного
электричества, наглядно проявляющего себя во время 1розы в виде мошны К
световых вспышек (разрядов). И, хотя наблюдать это опасное явление прихо-
5
Г паяя 1
дичось <. древних времен, только в самом конце XIX века было выяснено, что
носителями атмосферного электричества являются молекулы газов воздуха, ко-
торые, приобретая или теряя своп элементарные част ины, называемые j.tcki ро-
лами. превращаются из нейтральных в попы с отрицательным или положитель-
ным зарятом.
Молекулы - это несколько атомов, связанных между собой. Далеко углуб-
ляться в строение атомов, из которых состоят вес молекулы вошссгв, мы не бу-
лем — этим занимаются химия, физика и другие естественные науки. Нам до-
статочно уяснить, что ато.м состоит из ядра, имеющего положительны it заряд, а
вокруг него на определенных орбитах вращается много отрицательно заряжен-
ных частиц — электронов, подобно тому, как вращаются вокруг Солнца плане-
ты, в том числе и наша Земля. Почему' электроны вращаются вокруг ядра, нс
падая на него, - об этом мы сейчас тоже говорись не будем. Но вполне воз-
можно, что если бы электроны прекратили движение, то они упали бы на ядро
за счет силы притяжения, так как ядро имеет намного большую массу, чем сам
электрон. К тому же ядро обладает противоположным зарядом, а как вы смо-
жете убедиться позже на практике, противоположные заряды притягиваются
друг к другу электрическим полем, возникающим между ними. Именно элект-
рические силы нс дают электрону далеко оторваться от ядра атома. Хотя ото-
рвать электрон от атома возможно, если, например, ударить по нему какой-ни-
будь частинен движущейся с большой скоростью. Тогда электрон, словно бил-
лиардный шар, получит дополнительную энергию от внешнего воздействия и
соскочит со своей орбиты, став свободным. Возможно также присоединение
лишнего электрона к атому.
В обычном состоянии атомы нейтральны, так как в них число отрицатель-
ных зарядов (электронов) равно числу положительных (протонов), находящих-
ся в ядре. Молекулы, ломы которых лишаются электрона, становятся положи-
тельными ионами, а присоединившие к себе электрон — отрицательными.
Данные процессы, называемые процессами ионишши, происходят непрерывно
под действием лучен Солнца и радиоактивною излучения некоторых веществ,
которые в микроскопических количествах всегда имеются в почве и поде. Су-
шествуют и другие причины ионизации веществ, например разогрев или неко-
торые химические реакции, большое внешнее электрическое поле тоже .может
вызывать ионизацию, что и происходит
во время грозы.
В окружающем нас воздухе всегда
содержатся как положительные, так и
отрицательные аэроионы — так принято
называть соединение примерно из де-
сяти молекул. Положительных аэро-
ионов чаше всею бывает больше на
10...15% чем отрицательных. Для боль-
шинства мест земною шара среднее
число аэроиопов в I кубическом caniit-
Р»к. 1.1. Демоне граним атмоефгршно рлря.14 в
Му м.-с i емшки ('(опчому 1сум) г. Мюим-и. Германнл
6
Электричество в мире вокруг нас
Рис. 1.2. Распределение заряди* * атмосфере
Земли
метре равно примерно 1000 (оно ко-
леблется и зависит от времени суток,
сезона, метеорологических условии
и др.). У поверхности Земли скаплива-
ются положительные ионы, а в атмо-
сферу уходят отрицательные (рис I 2).
Благодаря наличию аэроионов и маг-
нитного поля Земли в атмосфере суще-
ствуют непрерывно тс куш не электри-
ческие токи, которые вызваны движе-
нием ионов, и, хотя величина каждого
отдельного тока очень мала, их общая
сумма имеет большую величину. Во
время грозы создаются условия для концентрации токов в одном канале. Су-
дить о силе таких токов можно по грозовым разрядам (рис. 13), способным
вызвать пожары и нанести немало вреда. Например, в США по вине молнии
каждый год возникает примерно 7500 лесных пожаров.
Ежесекундно на Земле происходит около 300 гроз. Ток в ионизированном
канале молнии кратковременно возрастает до 500 тысяч ампер, после чего в те-
чение примерно 1 миллисекунды он спадает до нуля. К счастью, люди научи-
лись использовать громоотводы, предотвращающие пагубные последствия гро-
зы на свои дома.
Громоотвод выполняется из металлов и дает для тока молнии более удоб-
ный (хорошо электропроводящий) путь в землю. Особую склонность молнии
к металлам заметили сше в древности. Аристотель писал: «‘Случалось, что
медь щита расплавлялась, а дерево, его покрывавшее, оставалось невреди-
мым. Аналогичная ситуация наблюдалась при ударе молнии в кошелек —
золото и серебро, находившиеся в нем могли быть расплавлены, а сам ме-
шок не сгорал».
Автором первого молниеотвода
стал — не удивляйтесь — Бенджамин
Франклин (1706—1790), автор Декла-
рации независимости и Конституции
США, крупный ученый Его портрет
вы увидите на любой стодоллдровон
купюре (рис. 1 4). Франклину уда-
лось на основе анализа накопленного
опыта предыдущих поколении, а так-
же изучения свойств электричества
правильно понять главное и прийти
к выводу, что «вещество молнии» и
Рис. 1.3. Г|хио*ин ргпряд и его электрические
xapjKrcptiei ики
7
Глава i
Рис. 1.4 Портрет Ь. Франклина
на американских нчк’жных Жаках
«вещество электричества» -
это одно и ю же явление
А в 1748 году он экспери-
ментально домки на осно-
вании опытов с воздушны
ми змеями, чю молния
имеет электрическую при-
роду. Франклин писал: «Как
только грозовая туча ока-
жется над змеем, заострен-
ная проволока, прикреплен-
ная к его верхней крестовине, станет извлекать из тучи электрический оюнь
и змеи вместе с бечевой наэлектризуется. А когда дождь смочи г змеи вместе с
бечевой, сделав их тем самым способными свободно проводить электрический
оюнь, вы увидите, как он обильно стекает с конца бечевы при приближении
вашею пальца*. После проведенных экспериментов Франклин немедленно
установил молнией воды на своем доме и на нескольких общественных здани-
ях. Интересно также отметить, что Б. Франклин был избран в 1789 юду почет-
ным членом rieiepGypicKoii академии наук
Итак, у планеты Земля, кроме мощного гравитационного (поля притяже-
ния) и маттпного полей, существует еще и электрическое ноле. Эзи поля, хо-
тя и исвнтнмы человеческому глазу, но влияют на все живые организмы, на
и,ину с вами жизнь, а ючнее на наше здоровье. Достаточно вспомнить газет-
ные проз ноты о грядущих млыиттных бурях с просьбой к похитим людям по-
остеречься. Оказывается также, что и техника может давать сбои в работе в
:л\час резких перемен в .нмосферс Например, сбои электронного оборудова-
ния нроисхо 1яг во время М.НПН1НЫХ бурь.
)дек1 рические и магнитные ноля связаны между собой М.гло того, мож
но сказать. чю ми ноля составляют единое истое. Их выимолспствне и вза-
имное превращение довольно часто используются людьми в различных ма-
шинах и ycipOHciuax. Но с превращением потей мы ра збсрсмся чуть позже
а пока рассмотрим мании нос поле.
Вы наверняка видели постоянные маышты и знаете об ич способности
пршзиивать метал шческие предметы, itfiiiMuiничивать Все эти магниты ныли
сделаны людьми hi специально разработанных сплавов, но, оказывается, су
шествуют и природные материалы, обладающие малинными снопе ними.
Первое упоминание о таких свойствах веществ износится еще ко 2-му тыси
че’зенно до нашей эры. В окрестностях древне 1речсско|о городка Mai не ятя
'ноли находили на березу моря камушки, способные притягивания к металли-
ческим предметам и необычно вести себя при взаимодействии друг е другом
По легенде, именно от ла звания ною города и произошло современное на
звание ♦мапзззг»
Электричество в мире вокруг нас
Люди догадались использовать взаимодействие постоянных магнитов с маг-
нитным полем Земли в качестве компаса сшс до того, как поняли принцип его
работы (рис. 1.5). Отрывки свидетельств об использовании магнитов в качестве
компасов пришли к нам и из древнего Китая. В эпоху Средневековья, прибли-
зительно с XII века, магнитный компас получил широкое распространение в
Fпропс, тогда же были предприняты попытки научно познать магнитные свой-
сим. Французский ученый Пьер де Марикур в 1269 году провел изучение маг-
нитов разной формы
Из наиболее ранних серьезных исследовании магнитных свойств матери-
алов известна работа придворного врача английской королевы Елизаветы.
Вильяма Гильберта (1544—1603), в которой он, изучив опыты де Марнкура. до-
казывает, что поля постоянных магнитов и магнитное поле Земли имеют одну
природу. Гильберту удалось также доказать, что разноименные полюса магнита
нельзя разделить. Другими словами, не существует положительных и отрицате-
льных магии 1 пых зарядов. Возможно только их совместное существование в
виде мш нит кого диполя. В 1600 году вышла книга Вильяма Гильберта под на-
званием «О магните, магнитных телах и о большом машите Земля», где по-
дробно описаны более 600 специально поставленных экспериментов над маг-
нитными телами, которые привели ею к чрезвычайно важному и неожиданно-
му для современников выводу, - Земля ирг гсгавляег собой гигантский
сферический магнит.
Со временем ученым удалось разгадать, почему вещества приобретают
машишые свойства. Все объясняется ориентацией молекул, из которых со-
cioih структура (так называемая •кристаллическая решетка*) некоторых твер-
дых веществ.
\о1я само ноле невидимо, мы вполне можем определить его направлен
i гость и оценить (измерить) силу по взаимодействию с другими объектами.
Постоянные магниты имеют дна полюса, условно названных «северным* и
южным*. 5 всех магнитов одноименные полюса отталкиваются, а разно-
именные притягиваются. Магнитное поле имеет силовые линии, которые на-
правлены от северного магнитного полюса к южному. Эти линии часто изоб-
ражаются на рисунках в виде дуг со стрелками, указывающими направление
поля. Английским ученый Майкл Фарадей (1791 — 1S671 предложил очень про-
9
Г пара 1
сгоМ способ, как можно все же увидеть магнитные силовые линии. Достаточ-
но насыпать железные опилки на бумагу или стекло и поднести снизу магнит.
Опилки изменят свое направление под воздействием силовых линий поля...
Ну а мы пока отвлечемся от магнитного поля и вернемся к полю электри-
ческому.
Электростатика — наш друг или враг?
Наука — это истина, умноженная на сомнения.
Поль Валери
]<роме рассмотренного выше процесса приобретения веществами заряда
благодаря ионизации молекул и атомов, существует другое явление, называе-
мое электризацией Ионизация и электризация — разные явления, и их не сле-
дует путать, хотя результат действия одинаков — молекулы теряют или приоб-
ретают дополнительный электрон на свою орбиту' к атому. При электризации
вещество приобретает местный поверхностный заряд, чего можно добиться
разными путями, например при трении двух тел. В этом случае на одном из
них образуется избыток отрицательных зарядов, а на другом — положительных.
Общая сумма положительных и отрицательных зарядов ни обоих телах окажет-
ся одинаковом, то есть новые заряды не создаются, не возникают из небытия, а
просто разделяются уже имеющиеся.
Впервые явление электризации описал еще древнегреческий философ и ис-
следователь природы Фалес Милетский (625—547 гг. до н. э.). Он обнаружил, что
если натереть шерстью ян гарную палочку, то она начинает притягивать к себе
легкие предметы, например кусочки ткани (бумагу-). Эю говорит о наличии в
природе, кроме гравитационных сил, сше и других, тоже достаточно мощных.
В то время понять, чем вызвано такое явление, конечно, не смогли, но ему
придумали название — электричество Слово это происходит от греческого
«электрон*, что переводится как «янтарь» и связано с тем, что подобное явле-
ние впервые было обнаружено в опытах с янтарной палочкой. Электризоваться
может не только ян гарь, но и многие другие вещества: стекло, пластмасса
и т. п. В дальнейшем. чтобы как-то оценить силу воздействия наэлектризован-
ного предмета или предметов друт на друга, стали использовать понятие «элек-
трический заряд».
Взаимодействие электрических зарядов легально исследовал французский
военный инженер Шарль Огюстен де Кулон (1736—1806), сформулировав хоро-
шо известный ныне закон Купона. Он установил, что сила взаимодействия двух
зарядов убывает пропорционально расстоянию между ними, возведенному во
вторую степень (в квадрат). Вообще-то этот закон был известен и до Кулона,
но никто до него не знал точно, в какую степень нужно возводить расстояние.
Число колебалось от 1,8 до 2,2. И только де Кулон, сконструировав специаль-
ные особо точные крутильные весы, установил, что расстояние надо возводить
во вторую степень.
В результате экспериментов также выяснилось интересное свойство: оказы-
вается заряды бывают двух видов. Первым это установил в 1733 году француз
/о
Электричество в мире вокруг нас
Ш. Дюфэ — прежде считали, что заряды тел отличаются лишь по величине.
Чтобы их как-то различать, ученые присвоили одному из них знак «+» (поло-
жительный заряд), а другому «—» (отрицательный заряд). Из названия заряда
нс следует думать, что какой-то из них чем-то лучше или хуже. Названия эти
условные, просто положительный заряд появляется на поверхности натертого
стекла, а отрицательный — у натертой пластмассы или эбонитового стержня.
Обычно, чтобы наглядно продемонстрировать свойства зарядов при их взаи-
модействии, проводят такой эксперимент: подвешивают легкие электропрово-
дящие шары недалеко друг от друга (рис. I 6, и) и заряжают их зарядами разной
полярности (б) — при этом шары притягиваются друг к другу. В случае, если их
заряд какой-то одной полярности (с любым знаком) — отталкиваются (в). Так
как шары непосредственно не соприкасаются, проведенный опыт говорит о
том, что в пространстве, где находятся заряды, существует особый вид материи,
называемой электрическим полем (порожденным этими зарядами), при нали-
чии которого и происходит взаимодействие. Степень отклонения шаров зависит
от количества заряженных частиц, то есть величины общего заряда на поверх-
ности шара, и расстояния между ними (рис. 1.7).
а)
Без заряда
6)
С разными зарядами
8)
Шары с одинаковыми зарядами
Рис, 1.6. Вид взаимодействия различные комбинации зарягов
Закон Кулона
Заряды
= F
€ • гг
\ Цналектричаская прониц—мосш вещества
Расстояние
Коэффициент, зееистщнй 'сг среды
Рис. 1.7. €к.1й здеюркчедкиго взд и моде нега и я тел. нмеюшлх заряд
Поле, которое имеется между неподвижными точечными зарядами, называ-
ется электросмтпческнм Для его графического изображения принято исполь-
зовать линии со стрелками, которые идут от плюса к минусу — так называемые
силовые линии Этот метод удобен еще и тем. что мы можем сильное поде по-
казать более частыми силовыми линиями. Электростатическое поле может
иметь произвольную форму (если есть много зарядов) или быть одно|хпным
и
Глаза ।
(между двумя плоскостями), когда напряженность его во всех точках простран-
ства одинакова Напряженность электрического поля — это векторная величи-
на, которая показывает. как действует сила на заряд, помещенный в простран-
ство, где есть это поле.
Если заряды, находящиеся в поле, нс закреплены, то действующая на них
сила постарается их сдвинуть. Таким образом, заряды можно заставить выпол-
нять полезную для нас работу например вращать колесо. К слову, существуют
электромоторы, использующие такой принцип работы. Можно создать и элект-
ростатический генератор, способный постоянно создавать заряды. Впервые ис-
кусственную электрическую искру, полученную от электрической машины тре-
ния, изобретенной Отто фон Герике (1602—1686), наблюдал в 1672 г. немецкий
физик (а также философ и математик, создатель дифференциального и пнтсгра-
льного исчислений) Готфрид Лейбниц
(1646—1716). Электрическая машина
Отто фон Герике представляла собой
шар из серы величиной примерно с
волейбольный мяч, насаженный на
ось. При вращении шар электризо-
вался ладонями рук.
Современный вариант электро-
статической машины, предназначен-
ной для непрерывного получения за-
рядов (пока мы вращаем колесо),
показан на рис 1.8. Как работает та-
кое устройство, называемое электро-
форпой машиной, довольно подробно
оппсаид в книге fl} Обычно эти ма-
шины используются в учебных целях
для демонстрации свойств зарядов.
1’ис. 1.8. Электростатический генератор ирядок
С тех пор для получения зарядов люди придумали много разных более эф-
фективных способов, чем трение, но об этом будет рассказано чуть позже.
Мы живем среди заряженных частиц. В окружающем нас мире почти все
пол верже но накоплению зарядов. Электризуется все — от твердых вс шести до
дыма и любых пылевых и жидких частиц микроскопических размеров. Это
свойство нередко используется при создании современных очистителей возду-
ха, когда наэлектризованные частицы просто притягиваются к фильтру.
В сухом воздухе, то сеть при пониженной влажности. что случается, когда
долго стоит солнечная погоди, статическое электричество может накапливаться
и на теле человека. Каждый сталкивался в жизни с такими разрядами в виде
легких уколов в месте касании рукой токопроводящей поверхности или по
время касания другого человека. Эти разряды, сопровождающиеся хлопками,
как правило, пугают, заставляя отдергивать руку, по не приносят вреда. При ис-
пользовании одежды, содержащей синтетические волокна, во время движения
человека происходят электризация и накопление па ней статических зарядов.
В данном случае тело человека, способное проводить электрические заряды, яв-
ляется просто проводником для стекания зарядов и их нейтрализации.
12
Электричество в миро вокру> нас
Воспользовавшись расческой, мы можем «зарядиться* до потен пиала более
1000 В, а если просто снять свитер с ворсом — до 3000. 5000 В Явление элект-
ризации вынуждены учитывать разработчики современной радиоаппаратуры и
принимать меры по се защите от повреждения
Нет жизни без электричества
Наука есть открытие знаний с помощью
очевидности и доказательств
Жан Лакордер
Г Jo мнению некоторых ученых, среди которых был и Чарльз Дарвин
(1809—1882), электричество способствовало возникновению жизни на Земле.
Действие атмосферного электричества в виде грозовых разрядов, по мнению
приверженцев такой точки зрения, свелось к образованию первых органиче-
ских соединении. Впрочем, существуют и другие точки зрения на предмет за-
рождения жизни, связанные с божественным действием. Поэтому мы не бу-
дем здесь рассматривать этот очень сложный философский вопрос. Неоспо-
римо другое — любой живой организм, будь он сотворенным иды
появившимся в результате эволюции, все время «поглощает» из окружающего
пространства ионы и использует их в процессе своего развития. В результате
практических экспериментов установлено, что человек и животные не могут
дышать воздухом, «очищенным» от ионов. В этом случае при избытке кисло-
рода наблюдаются ярко выраженное «кислородное голодание» и постепенная
гибель организма.
Многими исследованиями установлено, что полезными для людей явля-
ются именно отрицательные аэроионы. Причем благотворное действие на
организм оказывают только легкие аэроионы кислорода воздуха, получае-
мые с помощью «тихого» разряда отрицательного электричества Вы, навер-
но. уже слышали о люстре, изобретенной профессором Александром Леони-
довичем Чижевским (1897—1964). Люстра позволяет получать такие аэро-
ионы и в домашних условиях. Люстру Чижевского, промышленно
изготовленную, сегодня можно приобрести в некоторых магазинах. Позже
(во второй книге) вы узнаете, как такое полезное устройство можно изгото-
нить для себя самостоятельно.
При «громком» разряде, например во время грозы, когда образуется светя-
щаяся дуга, кроме нужных и полезных для нас ионов, синтезируется из моле
к ул кислорода новое химическое соединение кислорода — озон (оно имеет ха-
рактерный запах). Вы замечали, что после сильной грозы окружающий воздух
приобретает особый аромат, становится легче дышать, поднимается настрое-
ние. Многие поэты воспели в своих стихах это состояние природы и, навер-
ное, не случайно. В небольших дозах озон обладает полезным бактерицидным
свойством, но в большом количестве он становится опасным для здоровья.
Впрочем, это не помешало использовать данный газ с потьзои, например для
уничтожения микробов (все и нашем мире относительно). Искусственный оэо-
73
Глава 1
Рис. 1.9. Электрокардиограф — прибор лтя лиа1 мостики
сокращении сердечном мышцы
натор, к слову, можно изготовить в домашних
условиях, но пользоваться им. как уже было
сказано, надо осторожно.
Электричество является основой жи знедея-
тельности человека, его внутренних органов и систем, и в первую очередь —
нервной системы. Исследователи, занимавшиеся изучением нервной деятель-
ности. сначала предполагали, что существует какое-то особое «животное элект-
ричество*. Но позже выяснилось, что нервная система состоит из элементар-
ных ячеек, — клеток, называемых нейронами. Внутри таких клеток преобладают
отрицательные заряды, а вне их — положительные. Полярность клеток может
меняться на противоположную при внешнем возбуждении — за счет работы
оболочки клетки (мембраны). Клетки соединены в цепочку так, что без труда
могут передавать информацию в виде импульсного электрического сигнала,
подобно электрическому кабелю. А в некоторых специальных узлах этот им-
пульс даже усиливается. При помощи передаваемых по нервным волокнам им-
пульсов (биотоков) мозг руководит работой всех органов и получает всю необ-
ходимую информацию об окружающем мире. Ведь у каждого нейрона есть своя
специализация — одни реагируют на свет, другие на тепло, третьи на звук.
По электрической активности мозга можно даже судить о состоянии всего
организма, для чего существуют специальные медицинские приборы, кото-
рые способны усилить слабые сигналы и записать их для дальнейшего изуче-
ния. Такое профессиональное оборудование стоит довольно дорого, но мы с
нами можем воспользоваться более простым вариантом, описанным в конце
этого раздела, при помощи которого удастся оценить жизненную энергию
любого человека.
По меркам истории, оперирующей тысячелетиями, все вышеизложенное
стало известно сравнительно недавно. И пожалуй, самыми первыми источни-
ками напряжения, с которым близко и столкнулся человек, почувствовав на
себе разряд тока, были рыбы — электрический ска г и электрический угорь. Во-
обще-то в природе существует около 500 различных видов «электрических*
рыб но из них учеными пока изучено только небольшое количество. Для мно-
гих из таких рыб электричество служит эффективным оружием, с помощью ко-
торого они оглушают или убивают жертву. Тс же, у кого вырабатываемое на-
пряжение поменьше «убойного*, используют его для отпугивания своих врагов
иэи же обнаружения добычи. Природа предусмотрела у них своеобразный био-
логический локатор!
Энергетические органы электрического сома, расположенные по всей дли-
не его тела, дают разряды напряжением до 360 В’ Органы электрических ска-
тов живуишх в тропиках и субтропиках, могут производить серию разрядов
(до сотни) напряжен нем до 220 В.
Но самой мошной электрической
рыбой считается угорь, обитающий
Рис. 110. Эж'ктрп шшфа юграчма — аапксь
ритмов чотга
14
Электричество в мире вокруг нас
в Амазонке и некоторых Других южноамериканских реках. Он может дать раз-
ряд напряжением 650 В с силон тока до 2 А, выдавая мощность более кило-
ватта! Сила разрядов постепенно уменьшается — до тех пор, пока они не пре-
кратятся совсем. Для новой «зарядки»? рыбе требуется время. В одном детском
фантастическом рассказе был даже создан интересный образ аквариумз-элск-
тростампии, питавшей энергией межпланетную космическую станцию. Эго.
конечно, выдумка писателя, но, согласитесь, идея интересная.
Что представляют собой электрические органы рыб? Это специальные мус-
кульные клетки — так называемые электрические пластинки, сильно напоми-
нающие по соединению и принципу действия электробатареи. У электрическо-
го ската эти органы занимают примерно четверть поверхности тела, у сома —
большую часть, а у электрического угря ими не занята только голова.
Практически, не понимая происходящих процессов, древние римляне вре-
мен императора Нерона (37—68 гг. и. э.) догадались использовать электричест-
во, вырабатываемое некоторыми видами рыб, в лечебных целях. Древнерим-
ский врач Гален рекомендовал прикладывать электрическую рыбу к телу боль-
ною, по, кроме него, было немало и других врачей, которые небезуспешно
излечивали подагру стареющих римских патрициев с помощью «освежающего*
удара электрического угря.
Электрические процессы используют и вес остальные рыбы, нс относящие-
ся к «электрическим* Так, большинство из них способны воспринимать даже
очень слабые электрические поля и по изменениям поля ориентироваться в
пространстве, находить себе пищу. Тут следует отметить, что в природе, кроме
рыб, есть немало и других существ, способных чувствовать электрическое (и
магнитное) поле.
При помощи искусственно созданного электрического поля можно заста-
вить рыб двигаться в нужном направлении. Таким способом осуществляют
электродов рыбы, когда она сама плывет к сачку рыболова, к которому предва-
рительно был подключен электрод.
Электрические токи имеются и в растениях. Они играют важную роль в
процессе обмена веществ, который основан на перемещении ионов. Так. на-
пример, если одну половинку листа затемнить, а затем к освещенной и затем-
нен пол частям подсос-
динить электроды, то
между ними потечет
ток Чем, больше света
уп.щет на лист, тем
больше будет неравенст-
во заряда. или. другими
стонами, разность потен
ииалов (среднее значе-
ние око до 0.1 вольт*
Рис. I II. Электрические рыбы:
> ТСКГрН'И'СкНН CKil, мормнус,
хютричеяпмй уп.рк,
Х1СК < ричегжпн «*»ч
между эп ми частями. Теперь вы знаете, почему растения стремятся к свету.
Но с мое )днвительное. что ученые обнаружили существующие в растениях
маленькие живые клетки. способные вырабатывать электричество.
Подводя итог всему сказанному, отмстим, что в любой живой клетке можно
измерить разность потенциалов. В мертвой клетке разности потенциалов нет!
Так чго наличие электрических полей необходимо для жизни
Рис. 1 12.
Лейденская
байка
Получаем постоянный электрический ток
Все на>ки настолько связаны между собою, что
легче изучать их все сразу, нежели какую-либо
одну из них в отдельности от всех прочих
Рене Декарт
Первый эффективный накопитель зарядов придумали в 1745—1746 гг. сразу
в двух местах: в Данциге (Клейст) и в Лейдене. Приоритет в изобретении, од-
нако, был отдан голландскому ученому из Лейденского университета профес-
сору Лизер) вал Мушеибруку (1692—1761). Он изобрел так называемые лейден-
ские банки.
Лейденская банка состояла из стеклянного сосуда, у которого
внешняя и внутренняя стороны были покрыты свинцовой фоль-
гой, имеющей выводы (электроды). Сегодня подобные изделия
мы называем коиленсагорами Лейденская банка была способна
долго сохранять переданный ей заряд, а в случае замыкания элек-
тродов металлической перемычкой образовывалась искра и заряд
мгновенно исчезал. Если же перемычка была из тонкой проволо-
ки то этот провод разогревался и плавился, быстро перегорая.
Данный опыт привел к естественному выводу: между электродами
через внешний проводник движутся заряды, или, как теперь гово-
рят, протекает олсктрическии ток. Почему заряды движутся9 Все
дело в том, что природа любит равновесие, то сеть если где-то
’ возник избыток, а в другом месте недостает, вызванные этим си-
лы с гремя гея компенсировать неравенство и пернуть систему к
стабильному нейтральному, равновесному состоянию.
Для протекания тока необходимо создать замкнутую цепь —
своего рода «дорогу* для движения зарядов, а если точнее — дви-
жения электронов. Эту роль могут выполнять материалы с хорошей электро-
проводностью. К таким материалам относятся металлы.
Почему провод может нагреваться проходящим током9 Ог столкновений
электронов, которые, хотя и движутся в направлении, заданном электрическим
полем, но все же их путь далек от прямолинейного. Аналогичное превращение
механической энергии в тепло происходит при ударах мо,тот ком по металлу, в
чем вы легко сможете убедиться.
Так как заряд каждого электрона очень маленький, для характер и с гики ко-
личества электрических зарядов (ешс называют «количества электричества*»),
для практических целей решили использовать более крупную величину — ку-
Электричество в мире искр,' »ас
Рис. 1.13. Портрет А. М Амисрз на почтовой марые
лон (Кд). Один кулон — это 6,241 Ю18 эле-
ментарных зарядов электрона. Понятно, что
эта единица измерения, как и многие другие,
была названа именем се первооткрывателя.
Сила электрического тока (/) в цепи свя-
зана с числом проходящих зарядов (q) в еди-
ницу времени (/) следующим соотношением:
/=’.
f
При этом за единицу размерности тока
приняли один ампер (А), величина которого
имеет значение: 1 А = I Кл/с.
Единица названа именем Андрэ Мари Ампера (1775—1836), французского уче-
ного, одного из основоположников науки о связи электрического и магнитного
полей, — электродинамики С юных лет Ампер увлекался физикой, математикой,
химией, а когда узнал об «электрическом магнетизме*, то направил все свои уси-
лия на его исследование. Ампер впервые указал, что электрическое напряжение и
электрический ток — разные физические величины. Проводя исследования элек-
тродинамических взаимодействий, Ампер пришел к выводу, что путем комбина-
ции проводников и магнитных стрелок можно «устроить своего рода телеграф*.
Позже Ампера назовут «Ньютоном электричества».
Правда, когда ученые впервые пытались придумать метод измерения силы
тока, считать электроны еше не научились. Это и понятно — уж слишком малы
частицы, да и не стоят на месте, постоянно куда-то спешат. Поэтому сначала
решили оценить силу тока по механической силе, с которой притягиваются
(или отталкиваются) два бесконечно длинных проводника расположенных в
вакууме на расстоянии 1 метра друг от дрхга. когда через них протекает посто-
янный ток. При этом стали считать, что одному амперу соответствует сила
F = 2 10“7 Н (ньютонов). К слову, только в 1910 г. удалось точно определить
величину заряда электрона. Сделал это американский ученый Роберт Эйд рус
Милликен (1868—1953).
Для практического использования электрической энергии нужен мощный
источник, который сможет длительное время отдавать заряды (для чего он их
сам должен п создавать). Впервые такой источник изобрел в 1799 г итальян
скип физик, профессор университета в Павии, Алессандро Вольта (1745—1827)
Интересно еггметить, что Вольта занимался также физиологией и химией в
1778 году открыл газ метан.
Между небольшими дисками из меди и цинка Вольта поместил прокладку
смоченную раствором кислоты (рис. 1.9). При этом в результате приходящей
электрохимической реакции образовывался избыток зарядов — положительных
на медной пластине и отрицательных — на цинковой. При подключении внеш-
ней цепи между дисками в проводнике протекал небольшой ток. Вольта назвал
17
б)
Рпс. 1.14. Устрлнсшо элемента питания, luoupeTciiiioio id u. и. янским фишкпм Вольта (л)
и составленная из нн\ батарея (о). продет анлешмя чпь швже
свое июбретише «электрпчсскпп орган». Это был первый химический источ-
ник тока на модно-цинковом паре
Мы называем такие источники гальваническими элементами, в честь Луиджи
1 альвани (1737—1798), который первым обнаружил электрохимическую реак-
цию Вообше-ю Гальвани занимался анатомией и физиологией. Один из его
известных опытов сокращение мышц препарированных лшуигачьих лапок
при соприкосновении с металлами. Правильное обьясисние этому эффекту,
•ио интересно дат нс он сам, а Вольта! Г.шьваип искат некое «животное»
элек 1 ричестьо, но, по словам Вольта, причина сокращения мышц крылась в
«кон«акте разнородных металлов*. Препарированная же лягушка представля-
ла, «если можно так выразиться, животным электромер, несравненно более
чувствительный, чем всяким другой самый чувствительный элсктромср», -
лисач Вольта
Пивная аисту га Вольта состоит в том. что именно он догадался, как воспо-
льзоваться этими знаниями, чтобы создать источник постоянного напряжения.
В усовершенствование гальванических элементов внесли свои вклад мно-
гие ученые, но современные (сухие) гальванические элементы, широко испо-
инусмыс на праыикс были изобретены в 1865 г. французским ученым Дек-
лан ше (элемент г1скланше). Сегодня такие источники вы можете встретить в
р.плонрисмииках, электрических часах и многих других бытовых устройствах.
Набирая «бутерброды» из элементов, то есть включая их последовательно или
параллельно. можно увеличить соответственно напряжение или ток во внеш-
ней цепи Эго соединение называют уже гальванической батареей, или просто
батареей (рис. 1.15). Так, например, батарея «‘Крона» cocroin из 6 элементов
по 1,5 вольта каждый (6 х 1,5 = 9 В). Па электрических схемах обычно не по-
казывают все элементы, а указывают только напряжение на внешних контак-
тах батареи
Как вы думаете поел ело вате чья ос и параллельное соединения гальваниче-
ских элементов давно известная идея, или она посетила умы ученых педав-
но1’ Оказывается, зга идея «стара, как мир»! Например, бриганскип химик
Хэмнри Дэни (1778- 1829) в опытах с электрической души использовал батарею
in последовательно соединенных 250 элементов. Л английский профессор хи-
мии Джон Фредерик Даниель (1790 — 1845), разработав в 183б году химический
источник постоянною тика, экспериментировал с батареей, состоящей из 7(1
ячеек Впоследствии этот источник назвали «элементом Даниеля». Уны, нс псе
Электричество в мире вокруг нас
Один
элемент
Батарея
из элемента*
а) 6)
Рнс. IJ5. Внешний шмд источников постоянного напряжения (а)
и нт условное обииыченне на электрических схемах (£)
опыты оказались безопасными, и Даниэль, исследуя электрическую дугу боль-
шой интенсивности, получил серьезные повреждения глаз.
Конечно, в современных батарейках используют и многие другие материалы
для получения нужной химической реакции, но принцип действия у них ни-
сколько не изменился. Зная, как устроен гальванический элемент, при жела-
нии его можно изготовить и самостоятельно. Так, например, в книге |2| опи-
сывается, как из подручных материалов можно легко сделать пять разных вари-
антов элементов питания. Правда, выглядеть они будут не так аккуратно, как
промышленные,
Разновидностями гальванических элементов являются электрические акку-
муляторы. Слово аккумулятор имеет латинские корни — от значения «нако-
питель». Он позволяет накапливать электрическую энергию путем преврашс
ния ее в химическую — обратное преобразование выполняется по мерс необ-
ходимости.
Вид типичного аккумулятора показан на рис. 1.16. Он состоит из двух элек-
тродов в виде пластин, между которыми залит раствор серной кислоты — так
называемый электролит Именно такую конструкцию имеют автомобильные
аккумуляторы, в которых 6 элементов соединены последовательно для получе-
ния напряжения 13.6 В Впрочем, электролит необязательно должен быть жид-
ким или желеобразным. Кроме кислотных, широкое распространение получи-
ли щелочные, никель-кадмиевые и ряд других разновидностей, В отличие от
обычных элементов, аккумуляторы допускают многократную зарядку' от внеш-
него источника тока — до нескольких тысяч циклов «заряд—разряд*, — что во
многих случаях применения очень удобно. Других же отличий аккумуляторы
пе имеют и для потребителя энергии совершенно безразлично, каким спосо-
бом она получена. Поэтому на электрической схеме аккумуляторы и батареи
обо тачаются одинаково.
Конечно, гальваническая батарея и аккумулятор — это почти родные брат и
сестра. Но изобретатели у них разные. Отцом аккумулятора принято считать
19
Гллва I
Рис. 1 16. Уviронстио акм чхая горного i аль ваш песке го элементе
английского профессора физики Вильяма Робер га Гроува (1SII —IS96), кото-
рый разработав элемент, получивший название «газовая батарея» Элемент да-
вал ток лишь после зарядки его от внешнего источника и использовался в ран-
них американских телшрафных устройствах (IH40—IS60). В дальнейшем бата-
рея Гроува была заменена на другую, потому что выделяла ядовитый' азотный
газ диоксид. Аккумулятор щелочного типа, в котором вместо водного раствора
серной кислоты в качестве электролита используется гидроксид калия, был
изобретен в 1900 г. Томасом Эдисоном
Насколько много вырабатывается зарядов в любом гальваническом элементе,
характеризует такое понятие, как потенциал. который измеряется в вольтах (В).
Разность потенщi-oов между двумя электродами или точками в любой электри-
ческой цепи принято называть электрическим напряжением или просто напря-
жением. Речь в данном случае идет, конечно же, об электрических целях, по-
скольку' существуют еще и механические напряжения, которые нас пока нс ин-
тересуют. Напряжение (обозначается в формулах буквой U) представляет собой
силу, которая вызывает электрический ток, — иногда се называют ЭДС (элект-
родвижущая сила) и обозначают буквой £. Напряжение (U) связано с работой
(Л) проделанной током при перемещении электрического заряда (г/) следующим
соотношением:
*
ч Теперь поговорим об упомянутой выше единн-
ие измерения напряжения и ЭДС — вольтах (В),
a \ Вы уже не раз встречались с ней в жизни и теперь
х \ наверняка уже догадались, что название эго было
\\ и р и с вос 11 о в ч ест ь у важае м от о итадт ья и с ко г о уч с н о -
\\ го Строгое определение напряжения в I кольт зву-
\ чит так. вольт — это такое электрическое ндепряжс-
Рис. 1.17. Современный аккумулятор от мобильного телефона
20
Элиьтричуспю ь мире uoxpyf юс
пне, при ко юром работа по перемещению электрическою заряда I кулон по
проводу равна I джоулю. I В = I Дж/Кл.
Все металлы обладаю! разной способноетыо проводить юк из-за особенно-
с геи своей с । рук гур!.!, н» есть в реальной жизни нет илеллынлх проводников
При движении электронов под действием внешнего электрическою поля (на-
пряжения) они 11ОС1ОЯНИО cwiKHnaiQTCM между собой с выделением энергии в
виде тепла. Причем чем больше плотность юка в проводнике гем больше те-
ряски эпсрыш на ширен. Чтобы снизить сопротивление и связанные с л нм
потери при передаче энергии до нужною меси, сечение проводов, в завис и мо-
ею ог максимального тока в цепи, соответственно уззеличигзают.
Таким образом, мы подошли к еще одному важному понятию, электрическое
сопротивление (обозначается символом а измеряется в о.мач — Ом) Эш еди-
ница измерения названа по имени немецкою учителя и физика Георга Симона
Ома (1787—1854). В своем труде * Гальваническая цепь, разработанная матема-
тически*, относящемся к 1827 году. Ом изложил основную зависимость между
напряжением, током и сопротивлением. Закон электрической цепи, или такой
Ома, о котором мы поговорим чуть позже, получил признание и начал входить
в науку только в конце 1830-х годов.
Итак, для любого проводника, зная материал, из которого он изготовлен,
легко рассчитать величину его сопротивления для любой длины, рис. 1.18. Эти-
ми соотношениями можно пользоваться, и когда надо сделать нагревательный
элемент с определенным сопротивлением. например для паяльника или элект-
роплиты. Для удобства пользования формулой удельные электрические сопро-
тивления (р) некоторых металлов указаны в табл. 1.1.
Рис. 1.18. Расчет сопротивления электронрошия
Чго такое удельное сопротивление? Это сопротивление проводника длиной
1 метр и поперечным сечением 1 квадратный миллиметр. Представьте себе иди
паковые образны, изготовленные из разных материалов. Удельное сопротивление
лих образцов будет разным, хотя их геометрические размеры одинаковые'
2'
р. Ом мм2/*»
0.055
0.028
Серебро
•Медь
Латунь
Золото
Алюминий
Выполняемая электричеством работа
Прогресс — это длинный крутой
подъем, который ведет ко мне
Жан Поль Сартр
Мег д.1-1
Вонфрам
Р^- = - — = и /.
0,(46
0.017
0,020
0.024
Глава J
Табппы 1.1. Удельное электрическое сопротяилсние некоторых мсиллов
Жскэо 0.1 —
Маи!лнии (сплав) 0,43
Константан (сплав) 0.5
Ничром (сплаа) 1.1
Чтобы определить работу' электрического тока (в джоулях - Дж) на ка-
ком-либо участке цепи, можно воспользоваться формулой:
A*U q = U 1 t.
где U - напряжение, подводимое к цепи (В); q - заряд проходя шип по цепи
(Кд); / - ток в цепи (А); / - время (с), в течение которого проходит ток, то
есть совершается работа.
В радиотехнике для характеристики энергетических возможностей
устройств более удобно оказалось использовать связанную с работой величи-
ну мощность
Мощность измеряется в ваттах (Вт). I I опять мы вспоминаем ученого, с
именем которого связана эта единица измерения. Шотландский инженер и
изобретатель Джеймс Уатт (1736—1819) вообще-то не имел прямого oi ношения
к электричеству. Он изобрел паровой двигатель с новым принципом действия
(так называемая «паровая машина Уатта»). Но, как мы уже знаем, между рат-
ными видами энергии существует тесная связь
Итак, мощность — это работа, которая выполняется в единицу времени. Дан-
ная единица измерения часто используется в качестве главной и наиболее полной
характеристики энергетических возможностей многих технических устройств.
Ну а теперь мы попробуем связать физические понятия с практическим
опытом. Для начни рассмотрим нагреватель паяльника, намотанный нихромо-
вым проводом В этом конкретном случае вся работа электрического тока идет
на выделение тепла, т. с. количество выделяющейся теплоты Q как раз и равно
проделанной работе
Q = A=U I t = Р i.
Электричество в мире вокруг нас
В этом случае, как видно из формулы, параметр «мощность» нагревателя ха-
рактеризует его энергетические возможности, а какая работа будет проделана
при этом, зависит уже только от времени протекания тока.
Энергию тока можно превратить в свет. Например, в лампочке нить накала
раскаляется до таком степени, что, кроме нагрева, часть энергии идет и на све-
товое изучение. Обычно температура нити у разных типов ламп находится в
интервале от 3000 до 4500 градусов Цельсия, и, чем она выше, тем более бли-
зок спектр света к солнечному. Рассматривая лампы в качестве потребителя
электроэнергии, их удобно разделять по мощности, не забывая при этом, что и
рабочее напряжение должна соответствовать указанному на баллоне. Но в
обычной лампе
грев, а в свет
В этом случае
(КПД) у лампы
Рис. 1.19. Лампа
Л. Н. Лодыгина
накаливания большая часть энергии расходуется все же на на-
преврашастся только несколько процентов от затраченной,
специалисты говорят, что коэффициент полезного действия
накаливания очень низкии.
А знаете ли вы, кто первым изобрел электрическую
лампочку? В России им стал электротехник Александр
Николаевич Лодыгин (1847—1923) Именно Лодыгин в
1872 году продемонстрировал первую лампу накаливания
с угольной нитью (рис. 1.19). получив на нее патент спу-
стя два года. Другой, у'же американский изобретатель
Томас Алаа Эдисон (1847—1931), провел большое количе-
ство исследований в поиске лучшего материала для нити
накаливания, которая в то время изготавливалась из
обычных швейных ниток, пропитанных углем. Лучший
результат показал, как это ни удивительно, бамбук. Эди-
сон поместил контакты с нитью накаливания в шарооб-
разный стеклянный бхтлон, из которого откачал воздух.
Патент на это изобретение, которое в общем-то почти в первозданном виде до-
шло до наших дней, он получил 27 января I8S0 года.
По ходу книги мы еще не раз встретимся с замечательным американским
изобретателем, усовершенствовавшим такие продукты цивилизации, которые,
казалось, не подлежали никакому улучшению, А сейчас имя Эдисона стоит
вспомнить в связи с разработкой им первой
системы электрического освещения. Как
известно, до электрического освещения в
ходу было освещение газовое, неудобное и
постоянно коптящее. Легенда гласит, что
впервые Эдисон задумался об электриче-
ском освещении, когда газовая компания
отключила газ в его мастерской. На Все-
мирной выставке, проходившей в Париже в
1881 году, Эдисон представил разработан-
ную им систему освещения. По воспомина-
ниям немецкого промышленника Эмиля
Paietiay. «гигантский генератор тока, на-
вис. 1.20. Люминесцентная ляыпа накаливания
23
Гц м i
Икшнын Лжхмио», копе то, по сноси koncipTкиип и muiiiihkiii пампою yciy-
(11 современным колоссам, однако впервые мы ia создана м-шшиа. кошрая мы
па нрен’н.юнап» на но н ijimuhc Система Iiiicoiij была настолько продумана д&
мсльчашиич дета и и и MacicpcKii выполнена, чт ныека зывшккь мнение, будк»
она десятилетиями опробовалась но мтиих юродах*. Позже '>. I’aicnay оснас-
тил лампами нлкатпнанпя )нконл национальный rcaip в Мюнхене, чюбы на-
мял но продемилс грнропать преимхтеста эюю вида освещения.
Но вернемся к лампам. Сейчас мы можем абсолютно точно утерждатъ. что
лампа накаливания с угольной нитью по своему КПД приблизительно в 10 раз
хуже современной лампы накаливания с нтыо вольфрамовой, то есть ее све-
тоотдача составляет менее 1% от затраченной энергии.
Современное развитие электротехники как раз и направлено на повышение
эффективности использования энергии в устройствах Именно поэтому появи-
лись лампы дневного света, в которых свет нзлччаст уже нс нить накала, а
ионизированный внутри баллона газ под воздействием проходящего тока, что
позволяет значительно повысить КПД Например, от лампы дневного света,
потребляющей из сети 11 Вт. можно получить столько же света, как от 75-ват
тной лампы накаливания. К тому же срок службы люминесцентных ламп в
5—8 раз больше Но в недалеком будущем, возможно в наших квартирах, бу-
дут использоваться сто более эффективные — светодиодные источники света.
Светодиодные источники обладают в 10 раз более высоким, чем у ламп нака-
ливания, КПД при сроке службы, в 100 раз большем, чем у упомянутой лам-
пы. Такие светильники уже разработаны (рис. 1.21), но пока слишком дороги,
так как для их массовою производства требуется .мною специальных светоди-
одов, имеющих белое свечение при повышенной светоотдаче |3|. Ну а пока,
нс дожидаясь «светлого* будущею, воспользоваюся достижениями прогресса
можно уже сегодня, изюговив для себя простои светодиодный фонарик, опи-
санный в коние эюго раздела.
Гис. 1.21. Соиременные сьспиыщки из светодиодов повышенной яркое!и
со станддртным ламповым цоколем
Элек1рическая энерн|я гем и удобна, что позволяет легко себя преобразовы-
вать в различные виды. Ее можно превратить в механическую, тепловую, хими
ческую и другие знерши. К тому же электроэнергию легко передавать на боль-
шие расстояния с относительно небольшими потерями, но об этом чуть позже
24
3/i(MipH4f>c,iao « мире подруг нас
Связь электричества и магнетизма
Как прекрасно цочуштылыгь слинстио целого комплекса явлении,
которые при непосредственном восприятии катались рлротеплыми1
ЛльОирт Эпштейн
Рис. 1.22. Компас kjк индикатор наличия
магнитного поля шнм проводника с
проходящим ТОКОМ
£><> многих электротехнических устройствах работает не только электричс-
cibo, но и мапгеним. Дашине более подробно познакомимся с тем, какая меж-
ду ними сущее[пуст связь. Кроме самых простых вариантов применения элект-
роэнергии, упомянутых выше, существует немало и
юг свойство электрического тока, проходящего
вокруг себя магнитное поле. В этом легко
убедиться, если поднести к проводнику с
постоянным током компас — его стрелка
будет отклоняться от своего обычного по-
ложения в зависимости от направления
тока (рис. 1.22).
MaiHHTHoc поле провода увеличивает-
ся при увеличении тока. Причем, если мы
расположим несколько проводов рядом,
например намотаем катушку, магнитное
ноле существенно усилится, поскольку по-
ля каждого вшка провода складываются.
Такая катушка, пока в ней протекает элект-
рический ток, превращается в электромаг-
нит, который способен притягивать к себе
металлические предметы. Катушка обладает такими же свойствами, что и посто-
янный магнит, т. с. создаст имеющее два полюса магнитное поле (рис. 1.23).
А расположение полюсов зависит от направления протекающего тока.
Только что мы рассказали про знаменитый опыт Эрстеда. Впервые действие
электрического тока на магнитную стрелку обнаружил датский физик, профес-
сор Копенгагенского университета, Ганс Христиан Эрстед (1777 — 1851), причем
других, которые исподьзу-
по проводнику, создавать
б)
Рмс. I 23 Магнитное ноле постоянного мапнгга (в) и капшии с проходом (5),
где В — магнитная шы^киня, являющаяся характеристикой поля
25
Гпава 1
совершенно случайно. Читая лекцию студентам 15 февраля 1820 года о тепло-
вом действии электрического тока, Эрстед сделал неловкое движение, и провод
с током упал на оказавшийся рядом магнитный компас (нс имевший отноше-
ния к теме лекции), стрелка которого отклонилась от первоначального положе-
ния. В память об Эрстеде была узаконена единица измерения магнитного поля,
ноелшая его имя. Правда, эта единица измерения сегодня используется редко.
Справедливости ради, следует сказать, что Эрстед был нс первым, заметив-
шим это явление. Еще в 1802 году итальянский физик Романьези описал в
своей работе, что «гальванический ток заставляет отклоняться магнитную
стрелку» Однако открытие Романьези не получило широкой известности, а
потому и не было оценено по достоинству.
Откуда же берется магнитное поле у постоянных магнитов? Как считают
ученые, вызвано оно суммой кольцевых токов в атомах и молекулах. При опре-
деленном расположении (ориентации) атомов в структуре материала поля от-
дельных микроскопических кольцевых токов складываются так, что это пре-
вращает его в магнит, имеющий два полюса.
Магнитное поле влияет не только на крупные предметы, но также и на за-
ряженные частицы, заставляя их отклоняться от первоначальной траектории.
Данное свойство широко используется в телевизионной технике. Металличе-
ские предметы, побывавшие в магнитном поле, сами становятся магнитами и
долгое время сохраняют намагниченность, то есть приобретают свойство памя-
ти Широкое использование такого интересного свойства мы наблюдаем начи-
ная с XX века. Магнитофоны и устройства хранения больших объемов инфор-
мации электронно-вычислительных машин (ЭВМ) построены именно на прин-
ципе намагничивания участков, как его называют, магнитного носителя.
Оказалось также, что в ряде случаев магнитное поле приносит вред, и избави-
ться от этого вреда бывает чрезвычайно сложно. К примеру, все телевизоры г
компьютерные мониторы имеют наложенные на кинескоп петли размагничивания
(так называют обмотку из проводов, идущих по периметру экрана). Для чего’.
Дело в том, что внутри цветного кинескопа находится специальная маска -
металлический лист со множеством дырочек. Под действием земного магнит-
ного поля маска постепенно намагничивается, магнитное поле начинает иска
жать цвета. Чтобы избавиться от искажений, в обмотку размагничивания пери
одически подастся переменный ток. медленно спадающий к
нию, и маска размагничивается,
сильное магнитное поле, например,
нит, поднесенный к экрану, может
так, что не поможет и петля размагничивания. В та
ком случае принимаются уже специальные меры. Ко
нечно, описанный вред магнитного поля нельзя на
звать фатальным. По бывают случаи, когда ог маг-
нитного поля зависят жизнь и здоровье людей.
В ходе Второй мировой войны немцами была
изобретена магнитная морская мина Как известно
нулевому значс
К слову, очсш
постоянный маг
испортить маек;
/ н<пп*алеиив
f й»иж»иин
буравчика
Напраалмние
движения руидятки
Рис. 1.24. К о npe.ie. icfiino из правления действия век юра
напряженности мап<нтно1о поля
26
Электричества в мире вокруг нас
современные военные корабли строятся из стали, поэюму они намагничива-
ются в земном ноле и в окрестностях корабля земное поле искажается. Обнару-
жив искажение поля, такая мина взрывается, унося жизни сотен моряков. Что-
бы снизить магнитное поле корабля, приходилось специально обматывать его
толстыми кабелями, пропускать по кабелям огромные токи в сотни ампер.
Процедура размапшчиваипя военных кораблей проводится и по сей день, но се-
годня по любому кораблю дополнительно прокладываются постоянные обмот-
ки размагничивания, ток в которых управляется сигналом отдатчика магнит-
ного поля Земли или от специальной аппаратуры, рассчитывающей поле по
специальному методу. Предпринятые меры позволяют значительно снизить
магнитное поле корабля, повысить его защищенность.
Величину магнитного поля научились измерять и математически вычис-
лять. В международной системе единиц измерения (СИ) основная величи-
на измерения магнитного поля, или как говорят специалисты, магнитной
индукции — I тесла. Важно отметить, чго магнитная индукция имеет на-
правление (вектор).
Определить направление силовых липин можно по правилу буравчика
(рис 1.24). Вы уже знаете, что магнитное поле проводника с током имеет вид
концентрических окружностей. Берем в руки штопор (или шуруп) и начинаем
вкручивать его так, чтобы поступательный ход совпхтал с направлением тока в
проводнике. Тотда направление вращения ручки укажет направление силовых
линий магнитного поля. Это очень наглядное правило, по сути, «правило, ко-
торое всегда с собой#, придумал английский физик Джеймс Клерк Максвелл
(JS31 — 1879), создатель теории электромагнитного поля, без которой сегодня
невозможно обойтись ни радиотехникам, ни физикам.
Законы для постоянного тока
Знание законов заключается не в том, чтобы помнить
их слова, а в том, чтобы постигать их смысл
Марк Тулий Цицерон
£> отличие от законов гражданских, придуманных людьми, естественные за-
коны, созданные самой природой, всегда выполняются, хотим мы тою или
нет. Поэтому нам их тоже необходимо знать. Вся электротехника (это наука,
которая занимается практическим применением электрической энергии) осно-
вывается на трех «китах»: законе Ома и двух законах Кирхгофа (первый — для
токов, а второй — для напряжении)
Закон Ома назван в честь уже знакомого нам физика Г. Ома, который, про-
водя практические измерения тока в проводах с различным сопротивлением,
подключенных к гальваническому источнику напряжения, вывел соотношение,
связывающее ток в цепи (/), ЭДС источника (£ —так обозначают напряжение
на клеммах источника, иска к ним не подключена нагрузка) и сопротивления в
цепи (А’1, причем формула учитывает и внутреннее сопротивление источника
(Я„), рис I 25.
2Т
Гла 9 j ?
Эы(М11*Л*И'>НМ Ви^шнм
схема гамиеоничеофло цел*
зл»м«н •
Ток в цепи амперах (А)
I ЭДС нсючиика в еолыах (В)
I
Ro + R
I
Сопротивление в омах (Ом)
Внутреннее сопротивление
источника в омах (Ом)
Рис. L25. Закон Ома дм ыммптои цепи
Внутреннее сопротивление источника (Яо) часто бывает ио много раз мень-
ше чем сопротивление нагрузки, поэтому сю иногда нс учитывают и записы-
вают формулу в упрошенном виде. Это форма записи закона Ома для внешней
цепи при /?п = 0'
I
R R
Суть закона Ома заключается в том, что, чем большее напряжение прило-
жим к цепи — тем больше будет ток в цепи. Все цепи, в которых действует за-
кон Ома, называются линейными, так как зависимость в них тока от сопротив-
ления можно представить на графике в виде прямом линии, рис. 1.26.
Чудь позже немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф (1824—1887) сформули-
ровал еще два закона (их сшс называют правилами) для линейных разветвлен-
ных электрических цепей, впоследствии названных его именем, см. рис 1 27.
Ku гаги, Кирхгоф занимался еще и химией, где заложил основы современного
спектрального анализа. открыл химические элементы цезии и рубидии. А его
электротехнические правила основываются на законе сохранения электриче-
ского заряда.
Смысл первого закона Кирхгофа заключается в юм, что если в узле сходят-
ся гоки разных направлении — втекающие и вытекающие, — то их алгебраиче-
Рнс. 1.26. Вольг-ачнерная характерно и ха галыктичесмло weMeina
28
Электричес гео в мире вокруг юс
скал сумма. всегда с учетом знака, равна нулю
Другими словами, не может вытечь больше, чем
вгекло
Второй закон Кирхгофа является как бы про-
должением закона Ома дтя цепи, состоящей из
множества разветвленных резисторов. В лом слу-
чае сумма напряжении на резисторах цепи будет
равна напряжению на входных контактах.
При практических расчетах линейных цепей
постоянного тока, кроме указанных выше зако-
нов, наиболее часто приходится пользоваться со-
отношениями, приведенными в табл. 1.2. Таблица
показывает, как определить неизвестную величи-
ну по другим, связанным с пси параметрам.
Г. Р. Кир м оф
Рис. 1.27. Закины Кирхгофа xiw токов и напряжении
lao.Tnua 1.2. Технические параметры испей постоянного тока
Фишческая величина Символ обозначения Еднннш и1черевня в системе СИ Основные расчетные сот ношения
1Ыприженне L (или VT В (ВОЛЬТ) и- / Я -р-~4р ц I
Ток 1 А (ампер) 1 II р [р U " XR
Сопротивление R I Ом (ом) R t р f' ' р
Мощность 1 Р Вт (ватт) P*U 1 J -!
Кроме основных единиц измерения, указанных в табз. 1.2. часто прихошт-
ся пользоваться кратными значениями, для указания которых применяют со-
кращенную приставку (их полезно запомнить), табл 1 3 Используя соответст-
вующий множитель, ле»ко перевести производную единицу в основную.
29
Глава J
Для токов это:
1 мА = 103 А = 0.001 А
I мкА = 10-6 а = 0,000 001 А
1 нА = 10-9 А = 0,000 000 001 А
Для напряжении:
1 кВ = 1(Р В = 1000 А
I мВ = 10-3 В = 0,001 А
1 мкВ = I0’6 В = 0,000 001 А
Дня сопротивлений:
1 МОм = 10б Ом = 1000 000 Ом
I кОм = 103 Ом = 1000 Ом
1 мОм = Ю'3 Ом — 0,001 Ом
Для мощное 1 и:
I МВт = 10* Вт = 1000 000 Вт
I кВт = 103 Вт = 1000 Вт
I мВт = )03 Вт = 0,001 Вт
1 мкВт = 10‘6 Вт = 0,000 001 Вт
(I А = 1000 мА);
(1 А == 1000 000 мкА);
(1 А = 1000 000 000 нА).
(1000 В = I кВ);
(1В- 1000 мВ);
(I В = 1000 000 мкВ).
(1000 000 О.м = 1000 кОм = I МОм)
(1000 Ом = 1 кОм);
(0,001 Ом = 1 мОм).
(1000 000 Вт = 1000 кВт = 1 МВт);
(1000 Вт == 1 кВт);
(1 Вт = 1000 мВт);
(1 Вт = 1000 000 мкВт).
Но при выполнении расчетов но указанным выше формулам следует использо-
вать базовые величины единиц измерения, принятые в системе СИ, они приведены
в табл. 1.2. Например, если надо получить ток в амперах, напряжение полета
ляем в вольтах, а сопротивление в омах.
• Ну а для закрепления прочитанного попробуйте выбрать правильный uapnani ответа
вопросы экзаменационных билетов в разных учебных заведениях:
Вуз *В чем измеряется сила гока?» а) л омах; Ь) в волнах; с) в амперах
Техникум: «А не в амперах ли измеряется сила тока9» а) да; Ь) нет; с) не знаю
Военное училише. -Сила тока измеряется в амперах» а) да; Ь) есть! е) так точно.
30
Элекгричес гво в мире вокруг нас
Интересные страницы истории
Истории учит, какие ошибки нам предстоит совершить
Лоурене Питер
Опасно для жизни!
Неизведанное манит своей загадочно-
стью, ио с боем отдает оно свои тайны.
Порой битва за научную истину связана с
риском для жизни. Настоящий воин поги-
бает на поле бои, настоящий ученый — в
сноси лаборатории Так случилось с Геор-
гом Ричманом (1711 —1753). талантливым
русским физиком, профессором Пстербур-
iCKoii академии наук, близким другом Ло-
моносова. Г. Ричман предсказал наличие
электрического поля вокруг заряженного
тела: «Электрическая материя, неким дви-
жением возбуждаемая вокруг тела, по не-
обходимости должна опоясывать его на не-
котором расстоянии - на меньшем рас-
стоянии от поверхности тела действие ее
бывает сильнее, следовательно, при увели-
чении расстояния сила ее убывает по неко-
торому, сше неизвестному закону*.
Научная деятельность Ричмана, по вос-
поминаниям современников, отличалась
тщательностью, i дубиной исследования
Открытия даются не всем
Ни для кого не секрет, что шаги к от-
крытиям делают многие, но именно сде-
лать это открытие, то есть достоверно его
описать, найти причину, удается немно-
HIM. Вот красноречивый пример. После
открытии Л Гальвани и А Вольта умами
ученых завладел вопрос о связи электри-
чества и магнетизма. О том, что эти явле-
ния каким-то образоч! связаны, говорили
многочисленные факты. Интересный при-
мер прмнеч французский ученый Доминик
Франсуа Араго (1786— 1853) относительно
перемагничивания корабельных компасов
во время ।розовых бурь. Как повествует
нсюрия, в 1775 году два английских судна
дтипа'НЕСь параллельными курсами из
Лондона в Барбадос. На шпроте Ьерчтуд-
скич островов корабли попали в шторм, и
один из них был поражен молнией, кото-
вопроса, множеством доступных и инте-
ресных публикации В возрасте 30 тст
Ричман — уже член Академии наук и ру-
ководитель кафедры физики
Во время очередного заседания, про
ходившего в академии 26 июля 1753 года,
на котором Рихман присутствовал вместе
с Ломоносовым, вдруг была замечена
приближающаяся гроза, и оба ученых,
следуя своему долгу, откланялись и по-
спешили к установке по изучению грозо-
вых разрядов. Во время грозы, когда Рих-
ман приблизился к электрометру на рас-
стояние не более 30 см, неожиданно из
толстого железного прута прячто я него
ударил бледно-синим огненный шар раз
мером с кулак — шаровая молния Раз-
дался оглушительный удар, и ученый упал
замертво. «Умер Г Ричман прекрасною
смертью, исполняя по своей профессии
должность*, - писал впоследствии Ломо-
носов.
рая слом,па мачту, Другое же судно не по-
страдало
Вскоре посте шторма с уцелевшею
судна заметили, что поврежденный ко-
рабль развернулся и направился в совер-
шенно противоположную сторону Види-
мо, на другом судне наблюдали ту же кар-
тину, поэтому одни из капитанов на лодке
приплыл к коллеге, и между ними состоя-
лось «бурное объяснение* (так повеет мхет
история). Какими словами разговаривали
капитаны, до нас это не дошло, но суть за-
ключалась в следующем - оба капитана
были уверены, что плывут и правильном
направлении и сочли дезертирами коллегу
В коллекции Арат о нлхо'шлось множе-
ство таких фактов, и он чувствовал. чю
стоит на пороге открытия Но, увы1 Честь
открытия досталась не сиу, а Эрстеду
31
Глава 1 ——_____________________________
Электромагнит — новое слово в
vcroinw вес знаки что такое электро-
маи'нг и где он используется Это основа
дверных звонков, реле и тягловых механи-
ческих устройств 11 зся электромагнита,
как проволочной катушки с железным сер-
дечником впервые была высказана Ампе-
ром Когда одни из ученых похвастался
Ампер}, что см} удалось намагнитить
статьнхю игл}. пропуская через нее элект-
рический ток. Ампер парировал это утпер
адонис, сказав, что намного эффективнее
игла будет нам<н ничиваться. если намотать
на нее провод и пропустить через него ток
Однако и юбрстагезем электромагнита
официальная история техники считает ли
пинского инжслсра-эчектрнка Вильяма
Стсржска (1783—1850) Стер жен в 1825 io-
д'. создан первый электрона) нит. способ-
ный узержнвап. летали больше собствен-
ного все.» I го 200-1 раммопыи aiCKipoMJi-
пит был способен держать 4 ki железа,
исиопнзи ток мансио ьтсмсни щиания
II' лру1их и юбретенин ( Эсркепа упомя-
нем jivm родвш a i е. <ь ’,1832) и «алышно-
мор с подвижной катушкой (1836)
основу ссюгняшнич стрелочных нзмериге-
льных приборов
Пнос,|ед1 шип ф|к?кт преобразования
шерит д ickJpnncckoio юкл к механическую
энертию перемещения cvp темника (якоря)
лет к (хнопу ра ыичных j текгромеханичсекнх
устройств элекчххвяш (1с.кчрафии и тсле-
<(Ю1нп|), шкт}>огс\ник11, элск1рол1ерпгтики
Одним из первых таких устройств было лск-
i рома гниз нос ре те, и «обрс* теннис американ-
цем ;1ж Iенри в 1831 ।
Американский физик Джозеф I енрн
(1797- 1878) усивиршс'нсгмовал "тектро-
технике
магнит «к произволегву магнетизма в мяг-
ком железе более экыснсинно, чем. по
моим снедениям, было до этою, от ма-
ленькою гальванического элемента* Ген-
ри выполнит намотку кагушки очень
плотно ♦ вместо свободной намотки, как
обычно опнсыиасгся», исследовал различ-
ные методы намотки провела и пришел к
выводу, что если для тнания использует-
ся один элемент, то катушка должна со-
стоять из нескольких параллельных обмо-
ток. Если же напряжение выше, то эффек.
тинное использовать одну обмотку.
Генри создал в 1831 г. 29-килограммо
вын магнит, удерживаюшии гигантский по
тем временам все 936 кг! На основе
притяжения и отталкивания электромаг-
нита создал колебательный электродвига-
тель Также продемонстрировал прообраз
• чемромагни i hoi о renei рлфа.
Телеграфное усiроисто состояло кт
батареи и электром.п ни из, соединенных
медным проводом длиной 1,85 км, проги
нупого ио стенам лекционного зала. Меж-
ду полюсами подкоиообраиюги электро-
манима был помещен поегояппый маг-
нит Копы на э'зскгрома1 ниг подавали
напряжение, постоянный магнит отталки-
вался от одною полюса и притзп ивался к
другому. После изменения полярности ба-
тэрси постоянный мании возвращался в
первоначальное положение. С помощью
переключателя полярности питания Генри
вставил попоянныи магнит стучать по
маленькому звонку
В память Джозефа Генри hj iiuiij ел
ниш электрической пнлук i ивнисги
генри.
Задача о компасе
Так назвал небольшую главу своей
книги «Занимательная фишка* известный
популяризатор науки Яков Нсзсшронич Пе-
рельман (1882—1942). Несмотря из то, что
книги Перельмана вышли в 20-х годах
Х,\ века, они до сих пор читаются с нео-
слабевающим интересом. Вот красноречи-
вый пример того, как всем известные фак-
32
1Ы, обработанные талантливым нсроНм
приобретают новизну. Эю тоже история
науки — по уже науки рассказывать самы
ми простыми словами о самом сложжЛ
Псретьман ни классика популярна
зоре кого мастере гва 171. 1
• Мы привыкли думшь, что строп®
компаса всегда обрушена одним кощ*с*м
Электричество л мире вокруг нас
па север, другим -- на юг. Пам покажется поэтому совершенно
несуразным следующий вопрос; где на земном шаре магнитная
стрелка показывает на север обоими концами*
И еще нелепее прозвучит вопрос: где на земном шаре магнит-
ная стрелка обоими концами показывает на юг'
Вы готовы рвсржла1ь, чго подобных мест на нашем планете
ист и быть нс может. Однако же они существуют.
Вспомните, что магнитные полюсы Земли не совпадают е се
географическими полюсами — и вы, вероятно, сами догадаетесь, о
каких местах нашей планеты идет в задаче речь. Куда будет пока-
зывать стрелка компаса, помешенная на Южном географическом
полюсе? Одни ее конец будет направлен в стороне ближайшего
магнитною полюса, другой — в противоположную Но в какую бы
сторону мы ни шли от Южного географического полюса, мы всегда
будем направляться на север, другого направления от Южною гео-
Я И 1ШТ тьмлп
занимательная
физика
» J»* I
графического полюса нет, — кругом него всюду север Значит, помешенная там магнит-
ная стрелка будет показывать на север обоими концами
Точно так же стрелка компаса, перенесенною на Северный географический полюс
обоими концами должна показывать на юг*
Не правда ли, оригинально?
Еще о магнитном поле Земли
Все вы отлично знаете, что земные
магнитные полюса постепенно псреме-
iiiaioicH, из-за чего распределение маг-
нитною поля по поверхности планеты
постоянно (по. к счастью, нсгначнтсль-
но) меняется. ')нг гименснии отслежива-
ются HHiTHiy гамгг в ратных странах
мира. Например, в США существует На-
Рие. 1.28. «Млнииыя карга», покашааюшаа распределение чаптпюго поли на ммноЛ пиаеркмосхн
(«ертнкм_1М1ая компонент-*). ilu данным NGUS ((.1UV)
33
Глава 1
штопальный гсофнзнчсскни банк данных
(National Geophysical Data Center), кото-
рым публикует данные о распределении
земною магнитного поля, предоставляет
магнитные карты на которых нанесено
значение индукции (в микротсслах) в лю-
бой точке земной поверхности (рис. 1 28).
Взгляните на карту: приблизительно в об-
ласти экватора вертикальная компонента
магнитного поля равна пулю — в этой зо-
не силовые линии поля идут параллельно
земной поверхности Интересно также
отметить, что изменение поля невозмож-
но предсказать. Магнитные измерения
начали производиться не так давно.
где-то около полувека назад, и за про-
шедшее время закон изменения положе-
ния магнитных полюсов установить в
точности нс удалось.
Сказанное выше - вещь известная
Однако мало кто знает, что магнитное по-
яс Земли нс только <• плавает*», меняя полон
же и не магнитных полюсов, ио еще и пуль
сиру ст с период! г, носило примерно одно
колебание за 1 секунды. Величина этой
пульсации невелика — опа составляет со
тые доли процента от постоянной велнчиЧ
мы. по тем не мецсс хорошо фиксируется
современной измерительной техников
Земля «дышит»! |
Будущее — за светодиодами!
Мы стоим на пороге еще одной рево-
люции в светотехнике — революции све-
тодиодной Открытые в 20-х гг. XX века
светодиоды не находили практического
применения из-за крайне низкой эффек-
тивности. Спустя 40 лет, благодаря трудам
нашею ученого Жореса Алферова, полу-
чившего в 2000 юду Нобелевскую премию,
светодиоды стали эффективными источ-
никами световой энергии - их светоотдача
превысила светоотдачу ламп накаливания.
Полупроводниковые лазеры получили воз-
можность рибо инь при комнатных темпе-
ра! ерах.
В начале 1990-х tr. японский инженер
111. Накамура изобрел евсюлнолы на осно-
ве нового химическою соединения ни-
трида галлия. Свсюдподы, изобретенные
Накамурой, изд 'чают в фиолетовой, голув
бои и зеленой областях спектра. Были
сконструированы светодиоды белого све-
чения, создаваемого одновременными
включением трех цветов, — синего. красЯ
ного и зеленого.
В настоящее время исследования а об-
ласти светодиодов на оспине ширил.т га^В
лия передний край науки. По мнению
ученых, работающих в этой области, XXI
век сыпет веком liO'iynpimoHiBiKCBu^^^H
точи икон света По подсчетам американ-
ских специалистов, в результате применс-1
пня светодиодов в качешве нечочников
-.веш можно будет ожаыться от 10(1 аюм-1
пых '.ickipochiimiin Я
Первые практические конструкции
Час работы научит больше, чем день обьяснеппМ
Жин Жак Уф с со
“Эти конструкции, при желании, вы Дсчко сможете илотшшть самостояте-
льно уже ccirnac. Для этого не нужны глубокие знания н области ралиоэлекцин
ники, а необходимые радиодетали и материалы можно приобрести в мага ник
Ну а если раньше вам никогда ничего не приходилось собирать своими рукаьЯ
и возникли какие-то вопросы, можно сначала познакомиться с последним раз*’
делом данной книги, рассказывающим об основах радиолюбительской техно*:
логин. — у мен ин работать руками. I
Электричество в мире вокруг нас
Светодиодный фонарик
Очень экономичный малогабаритный фонарик легко можно сделать, если
воспользоваться специальными белыми светодиодами типа NSPW500BS (или
NSPW5I0BS), разработанными японской фирмой NICHIA [4] Внешне по
форме они похожи на обычные светодиоды, но имеют прозрачный (бесцвет-
ный) корпус и светятся очень ярким белым светом (фирма выпускает свето-
диоды с разными цветами свечения, но для фонаря подходят только белые).
В отличие от ламп, они нс боятся уларов и тряски, так как не имеют спирали.
Стоят такие светодиоды, конечно, тоже дороже, чем обычные (в Москве их
можно купить за $1,6...2). Отечественная промышленность начала выпускать
аналогичные, имеющие световую отдачу даже больше (например, типа
КП ПД80С20-Б-П6 — изготовитель АО «Протон», г. Орел [5j), но пока спрос
на эти изделия намного превышает производство, и простому радиолюбителю
их показывают только на выставке (к тому же стоят они не дешевле импорт-
ных). По рано или поздно такие светодиоды появятся в широкой продаже, а
иена станет более доступной.
Для выполнения фонарика достаточно трех светодиодов. Все они через
включатель SAI подключаются параллельно к трем аккумуляторам типоразмера
LR6 (АА), рис. 1.29. Для питания также можно взять чуть меньшие по разме-
рам батарейки (типоразмера ААА).
а)
б)
Рис. L24. См-мз (1< I. (ключей и я сю и тиолов (а) и их внешний иид (б)
Все три светодиода от аккумуляторов при номинальном напряжении 3,6 В
по1ребляюг ток нс более 75. .80 мА (по мере разряда элементов ток будет сии-
жан.ся, но вес равно свечение будет достаточно ярким для подсветки).
Аи.иогичная по светоотдаче лампа потребляет ток не менее 250...350 мА
11рос|сй1пии расчет показывает, что фонарик на светодиодах будет значитель-
но экономичней
При необходимости питать фонарик можно и от более мощных элементов
питания, но в этом случае ток через светодиоды нужно ограничить при помо-
щи внешнего добавочного резистора R, включаемого в разрыв цепи — на схеме
он показан пунктиром (его величину лучше подобрать экспериментально, так
35
Глава 1________________________
KJK обычно неизвестно внутреннее сопротивление источника питания, которое )
.также ограничивает ток)
Несколько слон о том, почему нельзя эти светодиоды напрямую (без доба-
ночного сопротивления) подключать к обычным Iальваническим элементам
типа АЗ 16 (типоразмер АА) или более мощным аккумуляторам. Все дело в том,
что у таких источников из-за малого внутреннего conpoiпиления ток через
каждый светодиод может превысить 100 мА, что больше допусчи.мого. Объяс-
няется это тем. что характеристика роста тока через светодиод от поданного на
него напряжения довольно крутая, к тому же зависит от температуры, и при
работе происходит их саморазогрсв (не вся энергия переходит в свет, а часть
теряется в виде тепла). Разогрев в свою очередь ведет к еще большему увеличеЯ
нню тока, а это .может привести к повреждению светодиодов. Для надежной
.гантельной работы в непрерывном режиме общин ток через три светодиода
(включенных параллельно) не должен превышать 90 мА.
Большой отражатель для светодиодов не нужен — сами они уже имеют нуж-9
ную диаграмму' направленности. А располагать их удобнее в л и ненку, на рас Л
стоянии около 5 мм друг от друга, например, как это показано в конструктив
на рис I.jO. Для изготовления корпуса можно воспользоваться стандартными
отсеком для размещения 6 элементов питания. В три отсека установить сами *
элементы пишния, а в неиспользуемой части закрепить отражатель и любой
миниатюрный включатель (SA1) Светодиоды фиксируются в отверстии на от- j
ражатсле при пом опт клея. й
Рис. J.30, Возможный ьарманг Монструкили фонаря на евемшюдах (расмеры skumhli в мн.ыимеграМ
Такой фонарик сможет непрерывно давагь свет около ста часов и будет по-!
лезем не только в походе или на рыбалке, но пригодится и в быту. А если его
закрепить при помощи ремня на голове или прищепкой к карману на груди, в
темноте снега будет вполне достаточно для чтения кшпн, карты или распуты«
винил лески. Причем спектр света подсветки, приближенный к естественно-!
му - белый, в отличие от обычной лампы, которая даст большую «желпииу*.
Аналогичные фонарики с тремя и шестью переключаемыми светоаиодамц ।
промышленность уже выпускает, но стоят они более $30,
36
Электричество а мире вокруг яре
Индикатор биоэнергии человека
£5осиользо1завшись изобретениями Л. Гальвани и А. Вольта, мы можем сде-
лать простейший индикатор биоэнергии человека, который напрямую отражает
состояние организма. Оценивать мы будем в условных единицах, так как абсо-
лютных на данный момент не существует (лаже врачи пишут' диагноз —
практически здоров*»). К тому же по одному параметру невозможно с высокой
точностью оценить такую сложную биологическую систему, как Человек. Но
тем не менее полученный результат зас га виг многих задуматься и, может быть,
скорректировать свой образ жизни.
В основе принципа работы прибора лежит гальваноэлсктричсскмй эффект,
который возникает при касании руками металлов. Тело человека обладает про-
водимостью за счет наличия солеи, обеспечивающих кислую среду. Причем по
степени кислотности можно судить об интенсивности протекания обмена ве-
ществ в организме и состоянии здоровья. Если же коснуться руками разных
металлов (вполне определенных), то на их поверхности образуются заряды с
противоположными потенциалами. Мы получаем гальванический элемент, в
котором роль электролита играет организм человека. Если при этом во внеш-
ней цепи включить микроамперметр (рис 1.31), мы увидим небольшой ток.
Величина тока зависит от созданного электрохимического потенциала на плас-
тинах. Ну и, конечно же, ток будет связан с состоянием организма.
РАТ
а)
Ь)
Рис. 1.31. Cwmj соединений (и) и аил конструкции jcrpmk-гы (6)
Необходимые для сборки рал и одет ал л показаны на рис. 1-32. При изготов-
лении устройства может быть использован любой микроамперметр, имеюшлй
шкалу 0—50 или 0—100 мкА, например типа M424S (вид приведен на рисунке),
М4205, М906 и др.
Резистор R1 служит для ограничения чувствительности, а переключатель
SA1 нужен на три положения (одно из них нейтральное). В этом случае он по-
37
Глава 1
зводит закорачивать измерительную головку при транспортировке, что исклю-
чит ее повреждение. «Крокодилы» позволяют обеспечить удобство быстрого
подключения пластин датчиков к устройству.
В качестве измерительного прибора можно применять и универсальный тес-
тер (мультиметр), если установить его на самый чувствительный предел изме-
рения постоянного тока (в этом случае резистор и переключатель чувствитель-
ности нс потребуются, так как можно воспользоваться имеющимся в приборе).
Причем тестер может быть как стрелочным, так и цифровым.
Для измерительных контактных датчиков El —Е2 нужно вырезать две плас-
тины размером примерно 130 х 120 мм. В качестве материала для одной из них
подойдет оцинкованное железо, а для другой — медная фольга или латунная
пластина (чувствительность датчика возрастет, сели медная пластина будет
иметь серебряное покрытие) Дтя лучшего контакта с ладонями на поверхно-
сти пластин можно сделать выступы с шагом I см в виде сетки (накернить).
Чтобы металлические пластины не замыкались между собой, их можно закрс- |
пить на диэлектрическом основании, например из органического стекла или
стеклотекстолита.
Для пользования устройством достаточно на 5... 10 секунд плотно прило- I
жить ладони к измерительным пластинам (El, Е2) — при этом вы увидите
показание на индикаторе прибора (РА I). Во время теста состояние рук додж |
но быть естественным. При частом пользовании устройством пластины следу- ’
ет периодически протирать спиртом, устраняя возможное невидимое загряз- j
пенис (засаливание).
Если сделать несколько физических упражнений или просто глубоко поды- I
шать, то при следующем измерении значение показании сначала немного у вс* I
дичится, а потом через некоторое время опить вернется к норме. Это говорит о I
том, что эноритю можно пополнять через воздух или при физической активно- *
ст и (здоровый образ жизни се стабильно повышает). При таболеванияч снаб-
жение организма кислородом ухудшается и нарушается обмен веществ, что
приводит к снижению биоэнергии.
38
Электричество в мире вокруг нас
Показания прибора зависят и от
возраста человека. Согласно дан-
ным, приведенным в [6J каждому
возрасту соответствует свой интер-
вал значении и если за единицу
биоэнергии принять I мкА, то пока-
зания прибора будут следующими:
Значениями этой таблицы
можно пользоваться в качестве
ориентировочных. Ваш прибор, в
зависимости ог качества покры-
тия никелированной пластины и
внутреннего сопротивления при-
мененной измерительной головки
(PAD, может иметь меньшую чув-
ствительность. Поэтому его, ско-
рее всего, придется калибровать
экспериментально.
Boipdvr St'.WBCkJ Единицы UUOJHCptHH
10 80...85
15 75. .80
20 70...75
25 65.. 70
30 60 65
55...60
40 5O...55
45 45. 50
40.. 45
55 35,40
60 и более 20 .30
Литература
1. Калашников С. Г. Электричество. — М.: Наука. 1970. С. 668.
2. Ольгин О. Опыты без взрывов. Изд. 4-е. — М : Химия. 1995. (Научно-по-
пулярная б-ка школьника).
3. Материалы сайта http://www.kdironics.com
4. Материалы сайта hltp://wuv'.nichia.co.jp
5. Материалы сайта htlp://www proton.orel.ru/caialog/prudrus-htnd
6. Резкое В. Индикатор энергии человека. — Минск: Радиолюбитель. 2000.
№ 2. С. 29.
7. Перельман Я. И. «Занимательная физика» в 2-х тт. Издание 22-е. - М
Наука, 1986.
39
Глава 2
Секреты взаимного превращения энергий
Раньше мы говорили только о постоянном токе, то есть у которого нс ме-
няется направление протекания. Электроэнергия, добытая в результате хими-
ческой реакции, получается довольно дорого!!. Жизнь современного человека
немыслима без повседневного использования электричества, а для того, что-
бы иметь такую возможность пришлось придумать более экономичные спосо-
бы ее получения.
Кроме постоянного тока, нам часто приходится пользоваться перемен и ы>м toJ
ком. Переменное напряжение, рождающее переменный ток, подведено к розет-
кам вашей квартиры и питает осветительные лампы, компьютеры, электриче-
ские пли гы. Вся стационарная бытовая рад иоаппаратура также питается пере-
менным напряжением (током), часто называемым сетевым. В промышленности
переменным током питают оборудование — станки, краны, электроинструмент.
Более того, почти вся электрическая энергия у нас в стране и за рубежом выра-
батывается в виде переменного тока, который при необходимости можно пре-
образовывать в постоянный или оставлять таким, какой он есть. Поэтому да-
вайте сначала познакомимся именно с переменным током, а потом научимся
преобразовывать его.
Как получить переменный ток
Думать — самая трудная работа, вот, вероятно,
почему этим занимаются столь немногие
Генри Форд
Что может быть проще в современном мире, чем получение элск1рпческо-
го тока? Достаточно лишь подключиться к сетевой розетке и киаршре, и по
проводам потечет переменный ток! Обычно, пользуясь электросетью, мы не
задумываемся, откуда там берется напряжение. Об электричестве вспомина-
ем, только если происходит что-то необычное. Все, в том числе и вы, уважае-
мые ниппели, наверняка сталкивались с ситуацией, когда из-за чьих-то неу-
мелых действии или технических неисправностей обесточивался подъезд и
приходилось сутками сидеть без света, вытирая воду вокруг разморозившегося
холодильника.
40
Секреты взаимного превращения энергий
Вам интересно узнать, откуда берегся напряжение в электрической розетке?
Давайте ненадолго забудем об электросетях и обратимся к основам получения
переменного электрического тока. Оказывается, можно преобразовать механи-
ческую энергию в электрическую! Для этого нам потребуется поместить в со-
зданное магнитом магнитное поле рамку с проводом как это показано на
рис. 2.1, и начать ее вращать руками. Конечно, много электроэнерти мы та-
ким «ручным» способом нс произведем, поэтому лучше врашать рамку с помо-
щью водяной турбины парового или бензинового двигателя. Мы получили
простейший генератор переменного тока. Как видно из рисунка, направление
токов в верхнем и нижнем проводниках рамки противоположны друг другу'.
Концы рамки подключаются к кольцам, от которых с помощью скользящих
контактов ЭДС поступает на выходные контакты (клеммы) генератора. Напря-
жение на выходных клеммах станет изменяться по простейшему периодическо-
му закону — синусоидальному
Рис. 2.1. Внутреннее устройство простого
генератора переменного тока
Рис. 2.2. Форма напряжения на вычоде генератора
и векторный график, помогающий построить синусоиду
Как выглядит синусоида, знают все. Это — бесконечная «змейка». Напряже-
ние в сети имеет такую же форх<у, как показано на рис. 2.2. Его величина —
амнлшула — в конкретный момент времени зависит от того, в каком положе-
нии находится обмотка (рамка) электрогенератора относительно силовых ли-
ний поля. Так как напряжение и ток взаимосвязаны, ток тоже меняет свое на-
правление при изменении полярности напряжения. Насколько часто будет ме-
няться направление протекания тока, зависит от скорости вращения рамки с
проводом, а величина тока — от силы магнитного поля (т. с. магнитной индук-
ции В) в зоне вращения и длины витка катушки рамки.
Как видно из графика, процесс периодически повторяется. Время, и теме
нпе которого рамка совершает один оборот, называется периодом и обозначает-
ся буквой Т. Период измеряется в секундах — с. Период напряжения в нашей
осветительном сети 0,02 с = 20 мс.
Последний важный параметр синусоидального сигнала — это ею фаза Фаза
показывает, в какой сталии находится колебание. Например, в начале коорди-
нат (в нулевой точке) (раза колебания на рис. 2.2 равна нулю, в точке Ем — рав-
на п/2. 11 так далее
4!
Глава 2_____________________
Поноса магнита, в котором крутится рамка, называются полюсном парой
Если добавить дополнительные пары полюсов, то сеть использован, несколько
пар магнитов в зоне вращения, в соответствующее число раз уменьшится и пе-
риод Впрочем, катушка может оставаться и неподвижной, а вращаться только
магнитное поле — результат будет гот же. Например, промышленные генерато-
ры переменного тока большой мощности выполняются как раз с неподвижном
обмоткой — статором и вращающимся магнитом — ротором. Так получается
более удобная конструкция, в которой нет необходимости использовать трущи-
еся контакты, способные пропускать большие токи
В промышленных генераторах обычно имеется не одна, а три обмотки, при-
чем конструктивно смешенных относительно др\г друга на 120 градусов, как
сегменты круглого торта, поделенного на три равные части. В результате мы
получаем так называемое трехфазное напряжение, рис. 2.3.
Электрогенератор ! Линия электропередачи Нагрузка
(лампы)
•а Фала Б
(лимонный провод)
Фазе А
(линейный провод)
Фаза С
^линейный провод;
Нулевой провес
; (нейтральный провод)
Рис, 2.3. Получение трехфалино напряжения (а), а такле нектарным и .ишеними графики (и),
поясняющие работу
Напряжения в обмотках в этом случае гоже будут иметь едшн по фазе меж-
ду собой на 120°, что лучше всего видно из векторной диаграммы на рис. 2.3, 6.
Такая система была предложена в 1888 г. М. О. Доливо-Добровольским
(1861 — 1919) и с тех пор получила распространение во всем мире. Причин тут
несколько.
42
Секреты взаимного превращения энергий
Во-первых, трехфазная система переменного тока обеспечивает более эко-
номичную передачу электроэнергии. Обратите внимание: если мы измерим на-
пряжение между фазами, то вольтметр покажет 380 В, а нс 220 В. Чем больше
напряжение в сети, тем меньше потери
Во-вторых, она позволяет создавать довольно простые и надежные в работе
электродвигатели.
Третье достоинство заключается в том, чго если
нагрузки по фазам имеют одинаковые параметры,
то в нулевом проводе нс будет течь ток и необхо-
димости в нем нет. Именно поэтому электромото-
ры переменного тока подключаются всего тремя
проводами.
Обычно трехфазное напряжение применяется в
промышленности для питания мощных потребите-
лей энергии: электромоторов, сварочных аппара-
тов и других устройств. В быту с ним очень редко
приходится иметь дело, поэтому подробно трех-
фазную систему мы рассматривать не будем. У се-
бя в квартире мы используем только одну фазу и
ноль от такого источника (генератора), а соседи
подключены к другим фазам. Нулевой провод —
общий для всех квартир.
Почему же возникает ток в цепи генератора? Раньше мы уже наблюдали про-
цесс, когда провод с током создавал магнитное поле, сила которого заставляла
двигаться намагниченные предметы (стрелку компаса). Очень многие исследо-
ватели пытались добиться и обратной реакции, но первым, кому удалось полу-
чить электричество из магнетизма, был талантливый английский физик Майкл
Фарадей (1791 — 1867) В 1821 году Фарадей получил вращение проводника с то-
ком в магнитном поле, то есть создал прообраз электромотора. В 1831 году он
сделал первый в мире электрогенератор, названный «колесом Фарадея*, В нем
электричество вырабатывалось при помощи постоянного магнита.
Ток во вращающейся катушке создаст электромагнитная сила» которая воз-
пикает всегда при изменении поля магнитного или электрического, Уже само
название этой силы подчеркивает их неразрывную связь. Если мы будем ме-
нять электрическое поле — сразу возникнут изменения в магнитном поле про-
водника Если такой проводник с током будет находиться во внешнем магнит-
ном поле, созданном постоянным магнитом или электромагнитом, то эти поля
будут взаимодействовать. Как мы уже знаем из предыдущего раздела, на про-
водник с движущимися зарядами в магнитном поле действует сила, старающа-
яся сдвинуть заряды, создать им препятствие. А подавая переменное напряже-
ние на рамку электрогенератора, можно заставить ее вращаться. На этом прин-
ципе как раз и работают электромоторы.
Элскгродшпатсль переменного тока может работать и как электрогенератор
такого же тока Мы не раз еще убедимся, что многие электротехнические про-
цессы являются взаимно обратимыми
Электромоторы совершили революцию в бытовой технике, в промышлен-
ных механизмах и установках, в ноеннои технике. Что может быть проще элск-
43
пл tM 2
три пип,И ’1ч ' He нужно 4iH4.iii.iii. нсфн, перено иггь и нужное мест, П1.|целм||(
HI IIC4 ЮрЮЧСС .1 |lO|OM ИО DCe <KIH.lll> C HI.I ICICI11 ICM ОI \ОДоц Дли
I ipconp.l it’ll.ШПЧ ICHh’HOll )1|Гр|ИИ HO Hp.llHCHIIC < ICHVCI O| MC IIII I. CHIC ДН;| Н.цд.
ных । к ।икни и.। iicKi po inin .iie.'icii инн он i.i'ioioi очень высоким КПД (д(|
OX ) при МНИВШИХ I .to.ipll I.IX Но Cp.llll IC1IIHO и Ц 11ЧОНЫМН MOIOpIIMII
I lepuMdiiiini Юк hmcci iicM.no д(.ч loiiiiciii. no i'i.iihioc cio HpciiMvnieciiu)i
hi 1.1 koiop.no (>n широки pjnipoc i p.nicn no всем мире, но imoahoci i. под учи ii,
II.IUpHikcnilC IBAIlUil lie IH’HIHbl при ПОМОЩИ ЛОН02И,НО UpOCIOlO ус I poikiua
НЦ KIpllHCl'kOlO ip.Hk форм.порч.
Трансформатор и его изобретатели
Великие идеи приходит, когда мир нужлпгин и них
Уильям Ф('ЛП(
[ рлисформ.иор HOL'ipocH ПЛ llplllllllllic ЭЛСк1]10МП1 IIHIIKHI ПНДУкНИИ. Olkpi.l-
|ом Фдрадейм и 1831 юлу )нн шкои один и i основных и сфере wicKipirie-
и. (лиате и мы вслед га Фарадеем нринннни.ип.но р.иберсмся, н чем сое ro-
il I CIO G\"ll». Ill
HiVl.lM СВЯЛ» между ).!Ck ipil'ICLKHM током II M irilC'l IHMOM, опытным nyii’M
он обнаружил очень важное явление - возможное! ь передавать переменный
юк Hi катушки в катушку на расстояние без какой-либо прямей электриче-
ской связи между ними. Сун. этою явления в том, bio переменный ток, те- I
кмипи в одной из катушек, преобразуется в переменное матптмое поле, пе-
ресекающие ши к и второй катушки, и тем самым возбуждая в ней перемен-
ную ЭДС.
Mhoihc важные изобретения в истории развития цивилизации почти одно-В
временно приходят в голову разным людям. То же самое произошло и с от-
крытием явления электромагнитной индукции. Первым был преподаватель
физики и математики из небольшого городка Олбани (США) Джозеф Генри
(1797—1878). Так же как и Фарадеи, Генри задумывался пал задачей получе
ния электрического тока при помоши магнитного поля. У него появилась
идея воспользоваться переменным магнитным полем. Генри удалось обнару-
жить, чю, если просто водить магнитом возле замкнутого куска провода, и
нем можно вызвать электрический ток. Эффект, названный электромагнитной
индукцией, был открыт в 1829 г., но опубликовать основные результаты своей
работы Генри смог только в 1832 г., уже после Фарадея.
Трансформатор играет очень важную роли в электроте.х-Я
ники и радиотехнике Зачем он нужен? Вы знаете, что ccie
_ ное напряжение равно 220 вольт IIhi.ui. заким нанряженицИ
| электронные конструкции нельзя. Элементам, имеющимся в
I * Нк сосга1,е’ обычно достаточно значений порядка единиц и
. десятков вольт. Следовательно, напряжение нужно нониииь.
Лс| че всего это сделан» с помощью трансформатора. Назва- I
нис произошло от латинского «трлисформо» — преобразую. I
44
няниного энергии
B<hH)I11C io cyincci нукм II Jipyi НС способы пониже ния напряжения Hee ОНИ
iH iioni. tyiojcH на iipai iiikc, например при помощи лоблючно!о ринк inp.i, но в
лом с чучас Луле । 1срян.ся Гюлыпая час и, энергии, расходуемая •.впустую*,
па hi.nn'iiciine icii'ia К н>му же iukoIi парпаш не oOcciie'inicici 1 зшаыпичеи аш
ра 1ня 1ки первичной и нюрпчиоп пеней, которая во мши их случаях просто нс
обходима (в । рлв.форман»ре ни будет прохождения пос loiiinioiо юга) Jlpyinc
и,1рн,ины уме) 1ЫНСНПН нмпряженпи южс не hiiiiichi.i целое 1 л i ков, нос ними вы
по hiакомп reel, уже на примере ирам нчески.х конструкций.
Как ycipocn современниц |рансформлюр? )ю железный сердечник спепи-
а п.нон конфигурации, на Koiopi.ni намотаны проводом обмотки Минпмц паюс
число обмоток — лис, причем одна из них называется игрнмчнои а другая
июрнчпоИ BiopiiMiiiax обмоюк можем бып. несколько. В первичную обмотку
пол.1с‘|ся iQKoi ис ючипка нерсмснною chi нала например oi сечи Перемен-
ный юк, проходя через обмен ку, рождаем в окружающем проел panel вс перс
менпое м.н nniiioe ноле При изменении манппною hoiok.t в обеих пазушках
индуцируемся ДДС электромагнитно!! индукции (/,), ветчина когороп будем
пропорциональна числу витков в обмотках первичной («/) и вторичной (/?_.)
Ef * И, . U, k\ S* И, •£,
здесь с — наведенная )ДС индукции, возникающая водном витке мюричноп и
первичной обмоток. Следовз!елыю, будет справедливым cooihoihchiic:
Ег1Е, = Ut -иг:п, = к,
где к — коэффициент трансформации. Зная его. можно находить токи и напря-
жения в одной обмотке, используя данные другой обмотки. Эти токи и напря-
жения будут связаны так'
U, = к и I, = к Л
Понижая напряжение, мы повышаем ток, и наоборот. Теперь, если ко вторич-
ной обмотке подключить нагрузку (резистор, лампочку пли другую), через вто
ричную обмотку и нагрузку потечет переменный электрический ток, рис. 2.4, а.
КПД трансформатора довольно высок (95.. 99^). то есть потери на преоб-
разование очень малы и можно считать, что мощность, потребляемая первич-
ной обмоткой, равна мощности, поступающей из вторичной обмотки в на-
грузку (Ru):
Ut или
Если U, > U?> го транс(|>орматор называется понижающим, а если U2 V, —
повышающим. У понижающих трансформаторов коэффициент трансформации
(к) меньше единицы, у повышающих — больше. Таким образом, повышающий
транс(|)орматор уменьшает силу тока, а понижаюшпп — се увеличивает
Почему трансформатор наматывается на железном сердечнике, а скажем, не
па пласт массовом? Дело в том, что не все поле, рожденное первичной обмел кой,
попадает на вторичную и эта часть энергии нс трансфдрцируется. Учеными бы
до выяснено — железо собирает магнитные л пни и поля в nvioK. налраатяя их
туда, куда нужно. Поэтому в большинстве трансс)юрмагоров мйлштное поле рае-
45
Гпава 2
простран я етс я нс в воздухе, а по железному сердечнику — магнитонроводу. Су-
ществуют и специальные воздушные трансформаторы, но мы о них пока гово-
рить не будем. 1
/X теперь немного истории. Один из первых трансформаторов, использован-
ных еще Фарадеем, выглядел так, как показано на рис. 2 4, в. Этот трансфор-
матор был весьма несовершенен, обладал характеристиками значительно худ-*
шего качества, чем соврс.менныс. Большой качественный скачок к современ-*
ному виду этого электротехнического изделия сделан инженером Уильямом
Стенли, который в 1885 году предложил набирать магнитопровод из тонких
пластин III-образной формы, улучшив ochobhoi'i его показатель, — КПД
Следующий скачок связан с изобретением в начале 1900-х гг. специальной
трансформаторной стали, в которую вводились соединения кремния. И нако-
нец, современная технология производства трансформаторов разрабатывается в
начале 30-х ir. XX века, когда американский металлург Норман Гросс выяснил,
что мало получить трансформаторную сталь — нужно се прокатывать особым
способом, при котором сталь приобретает свои уникальные свойства.
Характеристики переменного тока
Когда мы пытаемся вытащить что-нибудь одн<и
оказывается, что оно связано со всем остальные'
Закон Муира
У1меть дело с переменным напряжением (током), и не только сетевым, нам
придется довольна часто, поэтому давайте рассмотрим более подробно основ-
ные понятия, характеризующие переменные электрические величины.
46 <
Секреты взаимного превращения энергий
Для характеристики скорости изменения часто указывают параметр, связан-
ный с периодом (7’). Величина, обратная периоду, называется частотой (обо-
значается буквой /):
Частота численно равна числу периодов в секунду и измеряется в тернах
(Гн), по имени немецкого ученого Генриха Герца, о котором мы подробнее по-
говори м позже. Частота сети переменного тока является государственным
стандартом и составляет в России и в Европе 50 Гц, в США — 60 Гц. Вообще
для всех электрических переменных сигналов синусоидальной формы предпоч-
тительнее пользоваться частотой, а нс периодом, так как эта единица нагляд-
нее характеризует сигнал.
Почему мы не замечаем, когда включаем световую лампу, что за одну се-
кунду ток в нити накала меняет свое направление 50 раз? Просто у нас с вами
слишком инерционно зрение и смена яркости нити накала (мигание изображе-
ния в кинотеатре или на экране телевизора) с частотой более чем 24 Гц вос-
принимается как неподвижный образ. Аналогичная ситуация происходит и с
магнитной стрел кой компаса в переменном магнитном поле. Она просто не
успевает менять свое направление и поэтому остается на месте, как будто ни-
какого поля и нет.
Существует разновидность этой характеристики, называемая круговой часто-
той Связь частоты с круговой частотой очень простая:
w = 2п • /,
где «п» — число Пифагора.
Как мы видим, круговая частота просто в 6,28 раза больше обычной часто-
ты. Единица ее измерения — |/с или рад/с (радиан в секунду). Круговая часто-
та достаточно часто используется в электротехнике и электронике.
В отечественной бытовой сети действующее напряжение может находиться в
интервале 187...242 В (220 В -15 +10S&). Такое отклонение считают нормальным
н называют допуском. Тут следует дать некоторые пояснения — действующие
значения (пли эффективные — второе название, тоже часто используемое)
связаны с максимальными амплитудными (/.у) следующими простыми соот-
ношениями
и =изм = ^- = 0,707 /=/^=^=0,707 ^.
v — v 2
У большинства измерительных приборов шкала показаний проградуирована
как раз в дснсгвующих значениях величин. Так оказалось более удобно. Посто-
янный ток со значениями тока и напряжения, равными действующим значение
ям, приводи г к выделении) в электрической цепи с активной нагрузкой за пе-
риод точно такой же энергии, как и переменный ток с амплитудными значени-
ями E\j и /и Поясним это утверждение на простом примере. Допустим, нам
нужно поднять тяжелую коробку с компьютером на десятый этаж, где мы жи-
вем, с первого, куда нам ее привезли из магазина. Поднимать мы се можем
двумя способами либо, взяв ее в руки, пробежать без остановок по пролетам
47
Глава 2
лестницы, либо — останавливаться на каждом пролете, «переводя дух». В том и
в другом случаях мы затратим одинаковое ко.тпчесню эперлш, но в первом слу-
чае мы эту энергию израсходуем в непрерывном режиме. а во втором — частя-
ми. чередуя • затратное время» с временем отдыха. Так и с определением дейст-
вующего значения. Постоянный ток, равный по величине действующему зна-
чению переменного тока, затрачивает одинаковое количество энергии на
нагрев на] ручки, хотя в первом случае нагрузка будет третьем равномерно и по-
стоянно, а во втором - как бы порциями.
В цепях переменного тока, кроме чисто активной нагрузки, то есть той, кото-
рая всю энергию источника преобразует в тепло, часто вс! рсчаются еще индук-
тивная и емкостная Эти виды нагрузки вносят фазовый едпш (<р) между током и
напряжением в цепи (с такими элементами вы познакомитесь более подробно в
следующем разделе). Поэтому формула мощности для переменного тока отлича-
ется от аналогичной формулы для постоянного тока дополнительным коэффи-
циентом cos<p, который принято называть коэффициентом мощное i и
г» I г г м и ' COS О
Р = U / cosep = —-—-
Если нагрузка чисто активная, то никакого сдвига между током и напряже-
нием нет и cos<p = I. Там же, где сдвиг фаз достигает 90’, — средняя мощность
в на1рузкс оказывается равной нулю и не выделяется в виде тепла. Это значит,
что вся она возвращается источнику — нс удивляйтесь, в цепях переменного
тока и кое бывает1
мКосинус фи» — очень важный параметр, который в практической электро-
технике стремятся свести к единице применением различных технических
ухищрении. Дело в ЮМ, что реактивная нагрузка нежелательна для электриче-
ских сетей, и. чем более выражен ее реактивный характер, тем в худших усло-
виях находится сеть
Почему реактивные элементы вносят сдвиг между током и напряжением в
цепи? Все дело в том. чго они обладают способностью накапливать энергию в
разных вилах электрической или магнитной ее форме. Так. для конденсатора
эта энергия (в джоулях) составляет:
В- = 0.5 С U\
а для катушки индуктивности:
Bz^0,5 £ Р.
Можно также сказать и по-лруюму: конденсатор «запасает* напряжение, а
индуктивность -- ток. Из этою следует, что:
а) пап ряже пне на конюнсаторс не может увеличиться mi повито — процесс
накопления заряда требует времени;
б) ток через катушку, к которон приложено напряжение, увеличивается посте-
пенно
У реактивных элеменюв (конденсатора н катушки индуктивности) сопро-
тивление п цени переменною тока зависит не юлько от их параметрон, но и от
частоты. I го можно определить по формулам (в омах):
48
Секреты взаимного превращения энергий
— для конденсатора
<0 С 2-я- f С’
— для катушки индуктивности
где о — угловая частота в рад/с.
С — емкость конденсатора, в Ф;
к = 3,14159. — число Пифагора.
Для практических пелен удобнее воспользоваться вариангами этих же фор-
мул, приведенными в табл. 2.1 и 2.2.
V, = ю-£ = 2я-у L,
/ — частота, в Гн:
/_ — индуктивность катушки, в Гл
Таблица 2.1. Выбор значении размерности .ыя расчета реам (шепни сопры явления
конденсатора
Формула для риски X, /
У _ 15900 f с Ом Ги МкФ
Ом кГц нФ
К<7М кГц пФ
v _ 159 '* f С Ом . кГц МкФ
кОм кОм кГц МГц нФ „ф
Таблица 2.2. Выбор значении размерности для расчета реактивного сопри г явления
катушки индуктивности
Формула для расчета XL = 6.283/2 .л. f 1: О« Ги Гн
Ом । кГц мГн
Ом МГц , мкГн
кОм j кГц Гн
Способы соединения этих элементов, часто используемых в радиотехнике,
имеют вид, показанный на рис. 2.5 Там же приведены формулы для определе-
ния полного сопротивления конкретной цепи, называемого еще импедансом (Z).
Лс1ко заметить, что в формулах реактивные сопротивления имеют разные
знаки и возможна такая ситуация, когда Л’с = Ад . В этом случае общее сопро-
тивление всей цепи будет чисто активным Z — R. Данное явление называется
резонансом и очень часто используется в радиотехнике. В электротехнике же
сю сыраюгся не допускать. Почему? В результате возникновения резонанса ь
не пи напряжения на реактивных элементах могут во много раз прениемib на-
пряжение источника питания, что, как правило, является причиной разного
рода неприятностей и лаже опасных явлении.
Другое опасное влияние резонанса - пробой изоляции кабельных трасс.
Впрочем, с резонансными явлениями в мощных электротехнических схемах се-
49
годня научились успешно бороться. (Мы же в полной мере познакомимся с резо-
нансным состоянием электрических цепей во второй книге в главе, посвященной
радиотехнике.)
Конечно же, существует и ряд других параметров, которые более полно ха-
рактер» гуют цепи переменного тока, но, так как нам с ними в ближайшее вре-
мя не придется иметь дела, рассматривать их пока не будем.
Переменный ток превращаем в постоянный
Почему работает электрическая лампа, мне понятно, но, как
керосин по проводам течет — до сих пор понять не могу.
Вопрос к преподавателю
Теперь вы уже достаточно много знаете о переменном токе, о его парамет-
рах и способах получения. Но переменный ток начал широко использоваться
позже, чем постоянный. Первые промышленные электрогенераторы, создан-
ные на заре практической электротехники, вырабатывали именно постоянный
ток, который применялся только для питания осветительных фонарей.
Конструкция электрогенератора постоянного тока отличается ог приведен-
ной на рис. 2.1 только наличием большего количества рамок, каждая из кото-
рых имеет отдельные выводы на якоре для подключения контактных щеток,
как это показано на рис. 2.6 В результате при вращении к щеткам будут под-
ключены только тс рамки, н которых направ-
ление протекания тока нс меняется. Как ви-
дите, все довольно просто, чего не скажешь
об изготовлении самой конструкции якоря с
обмотками. Стоимость этого электрогенера-
тора, так же как и вырабатываемой им энер-
гии, будет существенно выше. Да и преобра-
Рис. 2.6. Внутреннее устройство тлею рот еиератора
нос гонимого тока
50
Секреты взаимного превращения энергий
зовывать постоянный ток намного сложнее, чем переменный — здесь уже не
годится трансформатор.
Электрогенератор постоянного тока может работать и в качестве электромо-
тора, если на него подать постоянное напряжение. В этом случае магнитное
поле, созданное протекающим в рамке током, взаимодействуете полем магни-
та, что заставляет рамку крутиться. Причем скорость вращения будет линейно
зависеть от величины подаваемого напряжения, а направление вращения — от
полярности напряжения. Это замечательное свойство обратимости преобразо-
вания энергии используется во многих технических устройствах и системах ав-
томатики. Например, если у вас под рукой окажется любой электромоторчик
от какой-нибудь механической игрушки или от магнитофона, вы сами можете
проверить данное утверждение, подключив к его клеммам измерительный при-
бор или светодиод. При вращении вала вы увидите отклонение стрелки, свиде-
тельствующее о генерации тока (это простейшее приспособление можно испо-
льзовать для проверки наличия электрических цепей — «прозвонки*).
Рассказывая о развитии электротехники нельзя не упомянуть, что один из
первых в мире практических электродвигателей с вращающимся рабочим ва-
лом создал в 1834 г. русский академик Б. С. Якоби (1801 — 1874). Электродвига-
тель Якоби отличался крайне неудачной конструкцией и не нашел практиче-
ского применения. На совершенствование преобразователей электрической
энергии в механическую до возможности их массового применения ушли еще
десятки лет, и этот процесс продолжается до сих пор.
Дпя практического использования электричества в жизни довольно часто
бывают нужны постоянный ток, постоянное напряжение Например, электро-
поезда в метро и пригородные электрички питаются постоянным током. Поче-
му именно постоянным? Ведь есть же электромоторы, работающие от перемен-
ного напряжения? Все дело в том, что плавно управлять скоростью вращения
якоря проще всего у электрод вига геля на постоянном токе. Постоянный гок
часто нужен л в промышленности, например, он незаменим в технологических
процессах получения алюминия.
Кроме использования электрогенератора постоянного тока, есть и другой,
более простой способ его добывания. Постоянный ток можно получить из пе-
ременного при помощи простого преобразования, называемого выпрямлением.
Для л ого нам потребуется установить в цепи элемент, способный пропускать
ток только 8 одном направлении. В простейшем случае им может являться
выпрямительный диод. Почему он обладает
таким необычным свойством, вы узнаете в
следующем разделе, пока же просто доста-
точно запомнить, что ток через диод прохо-
дит, только когда на его выводе, называемом
анодом, напряжение превышает +0,6 В отно-
сительно катода
Работу двух самых распространенных схем
выпрямителей поясняет схема на рис. 2.8, где •
показана и форма выходного напряжения на
Рис. 2,7, Современные миниатюрные ътектриджнгателн
51
Глава 2
Рис. 2.8. Схема оллопо.ппериодного (о)
и дяухпоиупериодного (б) выпрямителей с диагрхммами напряжений
нагрузке. Выпрямить можно и тречфазныи ток. используя так называемую схе-
му Ларионова, состояшуто всего из шести диодов. Напряжение, получаемое нз
выходе этой схемы, в любом случае не имеет «-провалов» до нуля. К сожале-
нию, трехфазные сетевые выпрямители в бытовых условиях используются
крайне редко по причине частого отсутствия в квартирах всех трех фаз, и поэ-
тому мы нс будем рассказывать об их работе. Просто запомните, что такая воз-
можность есть
Легко заметить, что в двухполупериодном выпрямителе напряжение источ-
ника используется полностью, но оно пульсирует. Нс всем такое понравится —
вы вряд ли захотите слушать радиоприемник, в котором слышен еше и сетевой
фон с частотой 100 Г и Поэтому тут самое время вспомнить об элементах, кото-
рые способны запасать энергию, а потом отдавать в .моменты, когда се поступ-
ление от основного источника недостаточно. Для уменьшения фона применяют
фильтры, для чего индуктивность включают последовательно в не ль с нафуз-
кой, а конденсатор — параллельно нагрузке На низких частотах (до 1000 Гн) в
маломощных источниках питания для уменьшения пульсации наиболее часто
применяют только конденсаторы большой емкости (100. 4700 мкФ), так как
они занимают меньший объем по сравнению с катушкой индуктивности
Говоря о способах получения электрической энергии в виде постоянного
напряжения (тока), следует упомянуть еше один. Он пока менее известен, так
52
Секреты взаимного превращения э* версий
как используется в основном в атомной энергетике и на космических станци-
ях. Это так называемые топливные элементы (ТЭ)
Топливные элементы относятся к химическим источникам тока. Оли осу
шестая я ют прямое превращение энергии топлива в электричество в результате
высокоэффективного «холодного* горения топлива Электрохимическое горе-
ние может идти при невысоких температурах и практически без потерь. В ТЭ
электроны отбираются у реагирующих веществ на одном электроде, отдают
свою энергию в виде электрического тока и присоединяются к реагирующим
веществам на другом. При непосредственном получении электроэнергии из
топлива экономия последнего составит порядка 50%
Впервые открытие такой способности было сделано английским ученым
У. Гроувом еше в 1838 году. Исследуя разложение воды на водород и кислород,
он обнаружил побочный эффект — электролизер вырабатывал электрический
ток. Чуть позже биохимики установили, что аналогичный биологический нодо-
родно-кислородныи топливный элемент имеется в каждой живой клетке Ис-
точником водорода в организме служит пища — жиры, белки и углеводы. Кис-
лород из воздуха попадает в кровь через легкие, соединяется с гемоглобином и
разносится по всем тканям. Процесс соединения водорода с кислородом со-
ставляет основу биоэнергетики организма. Химическая энергия с высоким
КПД преобразуется в тепло, электричество (электрический скат), свет (насеко-
мые, излучающие свет). Таким образом, в топливном элементе человек повто-
рил давно созданный природой способ получения энергии
Почему же такие прекрасные элементы мы пока не видели в широкой про-
даже? Все дело в цене. Стоят ТЭ пока значительно дороже гальванических, так
как требуют специальной подготовки топлива и применения катализаторов
(ускорителен химической реакции) из дорогих материалов Так что пока ими
пользуются те, дтя кого цена не является главным критерием выбора, — воен-
ные, космос. Но настанет время, когда мы будем с улыбкой вспоминать совре-
менные гальванические элементы, так распространенные сегодня.
Электроэнергия от Солнца и других источников
Природа — зримая мысль
Генрих Гейке
1Мы уже знаем, что для получения электрической энергии необходимо за-
тратить какую-то другую: механическую, тепловую или же энергию химиче-
ской реакции. По, оказывается, свет тоже можно превратить в электричество.
Л юли с древних времен пользуются бесплатной энергией Сатина. Оно каждую
секунду даст Земле 80 тысяч миллиардов киловатт, а это в тысячи раз больше
чем вырабатывают все электростанции мира. Мощность потока солнечной
энергии, измеренная на уровне земли на широте экватора, доходит до 1500 jr
на I м-, но при облачности или изменении угла падения луней (т. е. их непер
псндикуляриости) она снижается до 750...150 Вт. Весьма заманчиво воспользо-
ваться этой энергией и для питания бытовых электроприборов и машин.
53
Глава 2 1
Впервые такая возможность случаи но была обнаружена в 1839 г,, когда
Эдмон Беккерель наблюдал явление фотоэффекта в полупроводниках. Эю от-
крытие оставалось незамеченным до 1873 г., когда Уиллоуби Смит обнаружил
подобный эффект при освещении селеновой пластины. И хотя первые преоб-
разователи световой энергии в электричество были далеки от совершенства,
но с этого момента начинается истории развития полупроводниковых солнеч-
ных элементов.
В поисках новых источников энергии в лаборатории ♦Bell labs» был изоб-
ретен солнечный элемент на основе кремния, который стал предшественни-
ком современных фотопреобразователей. Произошло это событие в 1938 году,
когда сотрудник этой лаборатории Рассел Ол, исследуя кремниевые материа-
лы, случайно зарегистрировал наличие напряжения на контактах, подключен-
ных к образцу. В 1940 году этот эффект Ол продемонстрировал руководству
лаборатории.
Первая солнечная батарея на основе кремниевых элементов была разра-
ботана сотрудниками этой же лаборатории Джеральдом Пирсоном, Дерилом
Чапином и Кельвином Фуллером в 1954 году. Батарея обладала очень низким
коэффициентом полезного действия: преобразовывала в полезную энергию
(электрический ток) только 6% энергии солнечного света. И только совер-
шенствование технологических возможностей промышленности позволило
изготовить солнечные элементы питания, пригодные для широкого практи
ческого применения.
Не вдаваясь в физику происходящих сложных процессов, мы только отме-
тим. что с помощью специальных фотоэлектрических преобразователей энер-
гия света может сразу, напрямую превращаться в электричество. В современ-
ных солнечных батареях наибольшее распространение получили кремниевые
преобразователи, упрощенная структура которых показана на рис. 2.8. Об осо-
бенностях полупроводниковых материалов и изготовленных на их основе так
называемых «пэ-эн» (р-n) переходах у нас будет идти разговор в следующей
главе. Пока же достаточно иметь представление об энергетических возможно-
стях самих преобразователей.
• Несмотря на то, что плотность потока энергии у поверхности земли дохо-
дит до 10 мВт на I см\ КПД преобразования этой энергии в электричест-
во зависит от применяемого материала в преобразователе — для кристал-
лического кремния не превышает 16%, а хзя других материалов — даже
меньше. Это значит, что элемент размером 100 х 100 мм при стандартных
условиях (освещенность 1000 Вт/м? при температуре 25 ‘С) может отда-
вать I. 1т6 Вт
• Величина тока, отдаваемого преобразователем, зависит не только от его
освещенности, но и от площади. При этом напряжение почти не зависит
от этих параметров и составляет 0,4...0,6 В (конкретная величина связана*
с материалом).
• Солнечные элементы можно подключать последовательно, чтобы увели- [
чить напряжение в нагрузке, а их параллельное включение позволяет уве-
личить отдаваемый ток. ч
• Солнечный элемент не боится короткого замыкания в нагрузке,
54
Секреты взаимного превращения энергий
Рис. 2.9. Схематическое устройство солнечного элемента (а), обозначение на схеме (ff)
н схема его подключения для подзаряда аккумулятора (в) при смешанном питании устройств
и внешний вид зарядного устройства для сотового телефона (?)
В мире существует целое научное направление, которое занимается иссле-
дованиями и внедрением различных преобразователей солнечной энергии в
электрическую, — гслиоэнергетика. Постепенно идет и процесс совершенство-
вания полупроводниковых фотопреобразователей. Рекордных достижений в
этом добились ученые компании «Боинг». Созданный ими элемент преобразу-
ет в электроэнергию 37% попавшего на него солнечного света. И это не пре-
дел, теория говорит, что от такого вида элементов можно добиться КПД, до-
ходящего до 100%
Так как Солнце не всегда сможет освещать батарею из преобразователей,
обычно они используются в системах так называемого «двойного питания».
От солнечной батареи производится заряд аккумуляторов, которые обеспечи-
вают бесперебойное питание устройств в перерывах между солнечной актив-
ностью, рис. 2.9, в.
Сегодня световые преобразователи получили широкое распространение не
только для питания радиоаппаратуры на космических орбитальных станциях,
но и в быту (рис. 2.9, г). Многие калькуляторы и некоторые часы имеют такие
элементы в своем составе. Уже есть фермы в Англии и дома в Европе и США,
в которых все потребности жителей в электроэнергии удовлетворяются только
за счет прямого преобразования энергии Солнца. Например, в Швейцарии в
данный момент построено более 2600 гелиоустановок на фото преобразователях
мощностью от одного до тысячи киловатт.
Кроме традиционных кремниевых фотоэлементов, ученые разработали не-
сколько новых технологий. Например, специалисты Института физической
электроники при университете в городе Штутгарте (Германия) придумали син-
тетические волокна, которые под воздействием света могут генерировать элект-
рический ток. Его силы достаточно для питания мнопи маломощных
устройств. Например» рубашка, сшитая из такого материала, может питать кар-
манный компьютер, сотовый телефон или какой-либо другой прибор, нужный
человеку. Эту ткань вполне можно стирать, и она не потеряет своей работоспо-
собности А если из нее сделать парус на яхте, то использование солнечного
света будет гораздо эффективнее: от этого генератора можно будет питать элек-
тричеством всю бортовую электронику [I].
Но это — перспективные технологии ближайшего будущего. Сегодня же по-
ка встречаются в продаже небольшие промышленные солнечные преобраэова-
55
Глапа 2
тел и, которые можно применять для автономного питания радиоаппаратуры.
Единственное, что сдерживает массовое применение таких элементов пита-
ния. — их цена п большие размеры. Хотя солнечная энергия и бесплатна, по-
лучение из нее электричества в промышленных масштабах обходится нс всегда
достаточно дешево.
Еше один «даровой» способ получения электрической энергии без наруше-
ния экологического равновесия и загрязнения окружающей среды — использо-
вание ветра. Идея способа достаточно проста: на ротор генератора насажен
пропеллер, который раскручивается потоком воздуха. Установив такую элект-
ростанцию в районах, где ветры дуют постоянно, можно, вложив средства
лишь на постройку и на периодическое техническое обслуживание, круглый
год получать электроэнергию. Фантастика9
Если читатель думает, что ветровые электростанции, годные не для развле-
чения, а для обеспечения жизнедеятельности — проекты далекого будущего, -
он сильно ошибается. Ветряками сегодня буквально покрыта территория Гер-
мании, представляющая собой холмистый рельеф и открытые пространства.
Это — гигантские мачты высотой с 12-этажпый дом, на которых закреплены
генераторы с трсхлопастными пропеллерами, совершающими полный оборот
за ^-—6 секунд (рис. 2.10). Вращающиеся генераторы видны издалека, и они,
кроме практической пользы, оставляют колоссхльнос впечатление от своих
внушительных размеров, неспешного вращения. Два-три ветряка круглый год
обеспечивают электроэнергией небольшой поселок.
На самом деле энергия ветра тоже не дастся даром. Ведь ветер не может рав-
номерно врашать генератор и, более того, поддерживать с высокой точностью
частоту врашения. А если ветер на некоторое время вообще затихнет, что делать,
например, персонхзу больниц, в которых
включена аппаратура, поддерживающая жизнь
человека? Как бы то ни было, но инженеры
добились возможности использования ветро-
вой энергии. Эксперимснтхзьные ветровые
электростанции появляются и у нас в стране.
Один из пробных ветряков недавно установи-
ли на Кушской косе, находящейся педх1екоот
Калининграда. Читателю интересно будет уз-
нать параметры подобного генератора.
Генератор мощностью 1 кВт с 24-пол юс нои
парой и с трехлопастным пропеллером диа-
метром 5 метров смонтирован на 12-мстровоп
мачте. При оптнмхзьных оборотах вырабаты-
вается напряжение 80 В частоте® 40—60 Гн
В месяц такой генератор вырабатывает не ме
нес 100 кВ г ч. И еще одна интересная цифра:
примерная стоимость электростанции состав-
ляет $2000. Попробуйте прикинуть, за какое
время окупится такой электрогенератор.
Гис. 2.1И. Ветровые элем pt и си ера горы в Германии
56
Секреты взаимного превращения энергий
Немного истории
Научная истина торжествует по мере
того, как вымирают ее противники
Макс Планк
Что было до электрической лампочки?
Люди постоянно задумываются об усо-
вершенствовании освещения своих жилищ
в темное время суток. Еще в 1802 году рус-
ский физик Василии Владимирович Петров
(1761 — 1834), один из первых русских
электротехников, наблюдая ослепительным
свет электрической дуги, высказал смелое
суждение, что в дальнейшем человечество
сможет отказаться от свечей, лучин, газо-
вых фонарей Создание генераторов элскт
р и чес кого тока с приводом от паровой ма-
шины позволило значительно продвинуть-
ся по пути использования электричества
для пелен освещения.
Предтечей электрических ламп стали
дуговые светильники. Увы, они оказались
несовершенными, поскольку достаточно
быстро выгорали, и приходилось вручную
сдвигать электроды. Затем появились раз-
личные механические приспособления для
автоматического сдвигания электродов.
Среди них выделялся оригинальностью
конструкции регулятор Аршро. Светильник
на основе этого регулятора состоял из не-
подвижного положительного электрода и
подвижного отрицательного, связанного с
регулятором, состоящим из трех дета-
лей, — катушки, блока и грузика.
При включении светильника через ка-
тушку протекал ток, сердечник втягивался
в катушку и отводил отрицательный элек-
трод в сторону, автоматически поджигая
лугу. При уменьшении тока втягивающее
усилие катушки уменьшалось и отрицате-
льный электрод приближался к положите-
льному, двигаясь под тяжестью грузика
Высокой надежностью такая система не
обладала, поэтому скоро ее вытеснила
«свеча Яблочкова» («русский свет»)
В 1875 году русский электротехник
Павел Николаевич Яблочков (1847—1894)
додумался до оригинального и простого
расположения электродов, разместив их
параллельно друг другу' и положив между
ними изолирующую прокладку. Изобре-
тение имело колоссальный успех как в
России, так и в Европе.
В наше время электрическая дуга ис-
пользуется только в очень мошных про-
жекторах. Даже в кинотехнике дуговые
лампы были заменены специальными ксе-
ноновыми
Суд над электролампой
Так уж устроена жизнь, что зачастую
новое и полезное техническое изобретение
с трудом пробивает себе дорогу- среди не-
понимания, нежелания и отторжения. И
только потом люди начинают удивляться,
почему они не принимали сталь полезное
ноишеснзо.
Нечто подобное случилось и с элект-
рической лампой, которая прошла через
судебный процесс, прежде чем начала по-
являться в быту. Оказывается, ближе к
концу \1.\ пека ведущие газовые компа-
нии. производившие газ для освещения,
стали распускать слухи о «вреде» электри-
ческих ламп. Чтобы прекратить распро-
странение слухов, английский парламент
в марте 1879 года учредил комиссию на
правах судебной, с предварительным до-
знанием и другими атрибутами судебною
следствия Ответчиком выступало. элек-
тричество!
Председателем избрали профессора хи-
мии Л. Плейфера. в защите находились из-
вестные ученые Томсон, Сименс, Кук. На
суде выступали спиде юл и, которые приво-
дили различные сведения о свойствах элск-
57
Глава 2
тричестна В зале заседания был также стол,
застадтенный разными электротехнически-
ми устройствами того времени. Обвинения
оказались слишком шаткими: •электриче-
ский свет холоден», *он придает дамам
мертвенность лица и затрудняет выбор
О чем писали в начале XX века
Каждая эпоха имеет свой, неуловимый
настрой, под который нельзя подделаться.
Это особое настроение можно почувство-
вать, лишь листая старые газеты и журна-
лы. Чтобы узнать, о чем думали в начале
XX века, приведем короткую выдержку из
статьи инженера В. В. Рюмина, появившу-
юся в русском журнале < Природа и Люди*»
в 1912 году.
«Электрический свет, еще недавно —
«свет будущего», все более и более стано-
вится «спетом настоящего». У наших сосе-
дей, в Германии, нс только города и мес-
течки, но и целый ряд деревень перешли
за последние годы на электрическое осве-
щение. Говорить о дос гоинсттзах электри-
ческого света по сравнению со всеми
остальными способами освещения — зна-
чит повторять давно известную истину.
одежды, так как ивста костюмов искажают-
ся» «рыба на прилавках кажется несве-
жей», «свс г вызывает рези в глазах».
В приговоре суд постановил: «Электри-
ческому свету предоставить возможность
конкурировать с газовым освещением».
Почти полная безопасность в пожарном
отношении, । игисничность и удобство —
вес эго с избытком покрывает главный
недостаток электрического освещения -
дороговизну. Новейшие способы приме-
нения электричества к освещению дают
возможность и этот, чуть не единствен-
ный, недостаток ус гранить совершенно.
Тогда, конечно, электричество окончате-
льно вытеснит и газ, и керосин из всех
населенных пунктов. Пройдет одно-дру-
гое десятилетие, и газом станет выгодно
освещать только те немногие местности,
где естественный горючий газ выходит из
земли, а керосин останется в ходу лишь в
деревушках, на фермах и хуторах; да и
там электрическое освещение от элемен-
тов и аккумуляторов будет медленно тес-
нить его год от году». J
Первые шаги отечественного электросвета
Самая первая электростанция в России
появилась в Петербурге в 1879 году. Она
давала ток для освещения Литейного мос-
ла. Через два года была построена элект-
ростанция и в Москве. Она освещала Лу-
бянский пассаж. В 1886 году в России ра-
ботало уже несколько станций — в
Санкт-Петербурге, Москве, Киеве, Ниж-
нем Новгороде, Баку, Харькове. Эти элек-
тростанции вырабатывали постоянный
ток, предназначенный исключительно для
уличного освещения
В 1886 юду первая гидроэлектростан-
ция появилась в России на реке Охте, в
столичном Санкт-Петербурге. Следующая,
уже мощнее — в 1903 году, вблизи Ессен-
туков. Энергия этой станнин освещала
улицы сразу трех городов: Кисловодска,
Железноводска и Пятигорска.
58
В 1888 году «Общество электрическом
освещения 1886 года» возвело в Москк
первую электростанцию большой мощно-
сти, способную к снабжению частных по-
требителей. Интересно отметить, что
станция вырабатывала постоянный ток
напряжением 120 В. который передавало»
по подземным трассам. Опыт экегыуата
иии этой электростанции показал, чги
при доставке энергии к потреби гелю Ш
кабельных трассах теряется значительна*
часть выработанной электроэнергии. На
умный анализ показал, что выгоднее вы-
рабатывать высокое напряжение и лпий
рядом с потребителем преобразовывав
его в низкое Такой подход нс пользуете!
по сен день. <
В 1897 году новая электростанция, со-
оруженная на Раушской набережной, шй
Секреты взаимного превращения энергий
рабатывала переменное напряжение 2 кВ
с частотой 50 Гн (частота питающей сети
сохранилась до настоящего времени) По-
требитель получал напряжение величиной
127 В.
С 1910 года все электростанции проск
тировались на напряжение 6,6 кВ
Напряжение 220 В «первые появилось
в Москве в 1925 году, а через 20 лет его
получало уже 20% территории страны.
Самые-самые
Самая большая современная гидро-
электростанция находится в Гранд-Кул и.
штат Вашингтон, США. Станция введена в
сгрои в 1942 году. Ее номинальная мощ-
ность — 11000 МВт.
В феврале 1982 г. было объявлено о
строительстве гидроэлектростанции мощ-
ностью 20000 МВт на реке Нижняя Тунгу-
ска, в Красноярском крае. Однако в резуль-
тате эколо( пческой экспертизы строитель-
ство признали опасным для природы.
В мае 1982 года в Экибастузе (Казах-
стан) начала работу крупнейшая в мире
угольная электростанция ГРЭС-1 мощно-
стью 4000 МВт.
Первой атомной электростанцией,
давшей ток 20 декабря 1951 г., была ERR-]
в США.
Первой атомной электростанцией у
нас в стране стала Обнинская АЭС .мощ-
ностью 5 МВт. Станция была построена в
г. Обнинске Калужской области и дала ток
и 1954 году
...Самой крупной в мире атомной элек-
тростанцией является АЭС в Фукусиме,
Япония. Мощность станнин — почти
10000 МВт
В январе 1982 г. академик Е. П. Be
ли.хов сообщил об успешно проведенных
работах по разработке лаборашриои тер-
моядерной энергетической установки, бе-
зотказно работающей несколько месяцев.
Однако ввод в эксплуатацию серийных
термоядерных реакторов возможен не ра-
нее 2030 г.
В апреле 1982 г. в США были прове-
дены испытания крупнейшей в мире сол-
нечной электростанции .мощностью 10
МВ г. Стоимость станции составляет 141
млн долларов.
...Крупнейший аккумулятор с мощно-
стью 40 МВтч находится в Чайно. штат
Калифорния, США Он используется в ка-
честве электрической подстанции для
компенсации провалов напряжения в сети.
...Самая долговечная батарея из су.хих
серно-шшковых элементов, изготовлен-
ных в Лондоне еше в 1840 г., до сих лор
питает электрический звонок в одной ла-
боратории Оксфорда.
.Материальные потери Нью-Йорка
13 июля 1977 г., включая грабежи, дос тиг-
ли цифры в 1 млрд долларов. Причина
аварийное отключение электроэнергии во
всем городе всего на 52 минуты
Практические конструкции
Наука — капитан, а практика — солдаты.
Леонардо да Винчи
Для изготовления этих устройств будет вполне достаточно тех знании, что
вы уже получили при прочтении данной главы. Для соединения элементов схе-
мы потребуется воспользоваться электропаяльником. Как можно соединять ра-
диодетали при помощи пайки, подробно описано в последнем разделе книги
Нс лишним будет также предварительное знакомство и с правилами элекчробс-
зопасноетп. приведенными там же.
59
Ггпва 2
Индикаторы сетевого напряжения
£5 жизни не всегда нужно проводить точные измерения. Иногда достаточно
знать просто о наличии напряжения, а в этом можно убедиться при помощи
простейших индикаторов. Яюбой электрик постоянно носит с собор один из
вариантов такого устройства, так как перед проведением работ с электропро-
водкой он должен убедиться, что в цепи не г напряжения. Дня этой же цели час-
то индикаторы напряжения выносят на лицевые панели приборов. Давайте и
мы познакомимся с особенностями таких устройств.
Простейшим индикатором напряжения является маломощная (индикатор
пая) лампа накаливания на небольшое напряжение, например на 24 В, пклю
ченная последовательно с добавочным резистором,
2700. 3300 Ом. Мощность добавочного резистора
имеющим сопротивление
должна быть
нс меньше
15 Вт -- он ограничивает ток через лампу, и на нем будет выделяться
напряжение Такой индикатор имеет три существенных недостатка:
лишнее
1) относительно большие размеры и выделение тепла на резисторе;
2) низкая надежность, так как спираль нити в лампе может быть поврежде
на при неосторожном обращении или тряске (поэтому электрикам запре
щено использовать обычные лампочки для контроля напряжения);
3) нс позволяет определить, какой из двух проводов цепи является фазой!
Промышленность выпускает специальные двухполюсные указатели на
пряжения, лишенные первых двух из вышеуказанных недостатков. Они со
стоят из сигнальной лампы типа НН-3, МН-3 или МТХ-90 и ограничиваю
щсго ток резистора
100.
200 кОм)
Для подключения к электрической
цепи
используются штекера, соединенные гибким проводом, имеющим хорошую
ИЗОЛЯЦИЮ.
Такие
индикаторы работают по принцип}
протекания
активного
тока в цепи.
Нередко бывает необходимо точно знать, какой провод является фазой
Так
например,
при
установке
сетевого выключателя он должен
отключать именно
фазу (иначе при смене ламп можно попасть под напряжение). Некоторые эл«
тронные схемы, имеющие бсстрансформаторнос питание от сети, тоже небез
различны к способу подключения.
В настоящее время наиболее широко используются два типа индикаторов
которые позволяют не только узнать сам факт наличия напряжения, но и опре
делить, который из проводов является (|>азой. Эго индикаторы на основе нео
новой лампы или жидких кристаллов
Индикаторы фазы на «неонке»
Промышленность выпускает их в виде ли электрической отвертки, имс
ющеп один контактный полюс (XI) и сенсорную контактную площадку
рис. 2.12, б. Такое изделие вы легко найдете в любом хозяйственном мага
зине. Основой для этого индикатора является неоновая лампа типа ПН-
ил и
ром
МН-3, включенная последовательно с токоограничивающим рсзисто
сопротивлением 0,47. .3
МОм (типа
МЛ Г .мощностью 0,5
Вт),
помсв
щепных в корпус из изоляционного материала. В «неонке» нет нити пака
60
Секреты взаимного превращения энергий
Рис. 2.11. Разные типы неоновых пачп
ла (поэтому она нс боится тряски) и
ее свечение происходит за счет иони-
зации смеси инертных газов внутри
баллона под действием напряжения,
превышающего уровень 100 В. Для то-
го чтобы это свечение было заметным,
достаточно тока в цепи порядка тн-0*э ТНА2
10..50 мкА (но полная яркость будет
при токе, в )0 раз большем). При подключении отвертки к токоведущему
фазовому проводнику и касании сенсорной площадки рукой неоновая
лампа светится, сигнализируя о напряжении (индикаторы на «нсонках» ра-
ботают по принципу протекания емкостного тока).
Такое простое приспособление позволяет контролировать в цепях наличие
постоянного или переменного напряжения в диапазоне от 110 до 600 В. Мини-
мальный порог срабатывания ограничен уровнем напряжения, при котором
возможна ионизация газа в баллоне «нсонки* — обычно он бывает не менее
60...65 В
Х1 Х2
Лампа
ка 24 В (1 ВО
Сенсор
КонтеггушР
полюс
В}
Рис. 2.12. Различные виды индикаторов сезевого напряжения: a — с лампой накаливания;
б — на неоновой лампе; г-на жидких крист аллах
Аналогичнын индикатор можно изготовить и самостоятельно, для чего по-
дойдет любая малогабаритная неоновая лампа тлеющего разряда с прозрачным
баллоном, например типа ТН-0,2, ТН-0,3, МН-3. Неонки с матовым люминес-
центным покрытием внутри баттона (из серии ТЛО. ТЯГ, ТЛЗ) требуют боль-
шего тока для работы, и в них будет хуже видно свечение при ярком освеще-
нии, поэтому такие лучше не использовать.
61
Глззл 2
Для свечения га »а в индикатора необязательно делать сенсорную площад-
ку - достаточно рукой касаться самого баллона лампы, но и этом случае свече-
ние б\дст хуже видно.
Индикаторы фазы на ЖК-кристаллах
С* начали 70-х гг, широко применяются жидкокристаллические (ЖК) инди-
каторы в дисплеях наручных часов, карманных шрушках, калькуляторах и
многих других устройствах. Работа Ж К-индикаторов основана на использова-
нии эффекта изменения плоскости поляризации света слоем специального ма-
териала. У них довольно простая конструкция: между двумя стеклянными пла-
стинами, склеенными между собой с фиксированным зазором, находится спе-
циальная жидкость, которая под действием внешнего электрического поля
может менять отражение проходящего света.
Дтя управления таким элементом требуется еще меньше тока , чем для <шс-
онки», и достаточно потенциала в единицы вольт, что позволяет применять его
ДЛЯ создания любых индикаторов напряжения, даже низковольтных.
Следует отметить высокую чувствительность промышленных ЖК-индикато-
ров напряжения, которые воспринимают даже наводки от поля сетевых прово-
дов, что можно использовать для быстрого бесконтактного поиска неисправ-
ной лампы в елочной гирлянде или обрыва в длинном сетевом кабеле. Для это-1
го достаточно, касаясь сенсорной контактной кнопки, провести индикатором
над проводом с напряжением.
Такой индикатор тоже несложно приобрести (рис. 2.12, г) — стоит он
очень дешево. Но можно изготовить его и самостоятельно, воспользовавшись
индикаторным блоком от какой-нибудь сломанной электронной игрушки
или цифровых часов. Напряжение к сегментам индикатора подводится по
прозрачным токопроводящим дорожкам, контакт с которыми обеспечивает
специальная токопроводящая резинка. Достаточно экспериментально (пода-
вая на контакты напряжение до 3 В любой полярности) определить наиболее
удобный .тля индикации сегмент панели и подключить его через резистор со-
противлением в 5,1. 10 МОм к внешнему контактному электроду. При этом
для надежности лучше, если одновременно подключено будет несколько сег-
ментов индикатора.
Индикатор фазы на других электронных компонентах
Кроме самых простых, и потому наиболее распространенных, существуют
другие варианты индикаторов. Но так как при контроле напряжения через че-
ловека не должен проходить большой ток, а все остальные способы оповеще-
ния (звуковой, светодиодный) требуют большего тока, то в этих устройствах
устанавливаются дополнительные батарейки для питания, либо же использую*
принцип накопления заряда на конденсаторе с последующим его быстрым раз-
рядом через индикатор (процесс периодически повторяется) В этом случае ин-
дикатор работает в импульсном режиме и много тока нс потребляет, что позво-
ляет обойтись без внешнего источника. Но такие схемы лучше изготавливая
62
Глапз 2
попке, после приобретения некоторого практического опыта в лзгоншлснни
более простых устройств.
Встроенные индикаторы напряжения
Д настоящее время пользуются популярностью индикаторы напряжения,
встроенные в световые выключатели и включатели радиоаппаратуры,
рис. 2.13, а. Вариант подключения «неонкн» показан на рис. 2 13, б (она мо-
жет, кроме желтой, иметь и другие цвета свечения: ТЛЗ-1-1 - зеленый,
'ГЛО -I -1 — оранжевый, 'ГЛ Г-1-1 — голубой).
а)
Рис. 2.1.3. Внешний вид и устройство встроенных индикаторов напряжения: на неоновой ламле (а, о)
и на светодиоде (<)
В промышленных выключателях чаше всего устанавливается специально
разработанная «неонка», которая уже не требует добавочного токоограничива-
юшего резистора. Наличие подсветки позволяет легко находить включатель в
темноте и одновременно контролирует исправность лампы накаливания, так
как, пока включатель не замкнут, цепь питания <неонк1ы проходит через нить
накала лампы, имеющую очень малое сопротивление. Мощность световой лам-
пы, которая стоит в цепи, значения не имеет.
В сетевых включателях для этих же целей иногда используют и светодиод-
ный индикатор, выполненный по схеме, приведенной на рис. 2.10, 6. Светоди-
од (11LI) светится только на одной полуволне питающего напряжения (когда
« + приложен к аноду), а во время второй полуволны диод VDI будет открыт и
ус1раияет воздействие на HL1 высокого обратного напряжения У такого инди-
катора все элементы имеют малые размеры и при желании легко размещаются
в любом выключателе, даже нс имевшем ранее такой подсветки. Для сборки
лучше применять светодиод из серии КИПД24 (они имеют диаметр корпуса
3 мм), но подойдут и другие, резистор RI — типа МЯТ мощностью 0,5 Вт.
VDI — любой малогабаритный: КД522Б. КД 102, КД243(А~Г).
63
Глава 2
Получение «живой» и «мертвой» воды
Как и все другие живые существа, человеческий организм состоит в основ-
ном из химических соединений воды (до 80%). Вес знают, что благодаря воде
имеются условия для жизни на Земле Это одно из самых распространенных
химических сочинений в природе, которое может находиться в равных состоя-
ниях и обладать уникальными свойствами- Причем все эти свойства аномаль-
ны и неожиданны по сравнению с поведением других жидкостей. Например,
замечено, что вола может растворять чуть ли не все вещества, встречающиеся в
природе, а также существенно влиять на ход большинства химических и биохи-
мических реакций, в разной степени, конечно. Вода демонстрирует нам немало
загадок, вокруг которых ученые до сих пор ведут бурные споры, пытаясь найти
им объяснение. Здесь мы рассмотрим только два интересных свойства воды,
которыми можно воспользоваться дома.
В 80-х гг, в журналах «Наука п техника», «Изобретатель и рационализатор»
|2], «Химия и жизнь» [3, 4] и ряде других появились статьи о методах получе-
ния активированной воды с необычными свойствами, полезными для растите-
льного и животного мира. После ионизации такая вода приобретала способ-
ность излечивать большой список болезней, нс поддающихся лечению тради-
ционными методами, причем нс давая никаких побочных эффектов. Этого
факта официальная медицина долгое время старалась нс замечать, и по рукам
ходили размноженные «самиздатовекие» материалы, составленные энтузиаста-
ми на основании собственного опыта исцеления, практики друзей и родствен-
ников. В них приводилось подробное руководство по методам лечения. Но эту'
книгу', хочется верить, читают люди, не отягощенные болезнями. Поэтому по-
желаем нашим читателям крепкого здоровья на долгие годы, а лучше на всю
жизнь, и вернемся к технике.
Енге одной областью применения такой воды являются цветоводство и ого-
родничество — для обработки семян перед посадкой (что значительно увеличи-
вает число всходов при проращивании). С помощью такой воды можно лечить
домашние растения f5).
Никаких чудес тут нет, просто люди догадались использовать ранее откры-
тый физический эффект. Давно известно, что если вести электролиз (пропус-
кать постоянный ток) в химически нейтральной жидкости (например, в воде)^
то около анода будет образовываться кислая среда, а у катода — щелочная
В домашних условиях это можно проверить при помощи лакмусовой бумажки
У химиков существует специальный прибор для определения степени кислот-
ности и щелочности жидкости (обычно оценивается так называемый водород-
ный показатель pH, измеряемый прибором «Иономер»).
При отключении тока через некоторое время жидкость снова становится
нейтральной за счет теплового движения молекул и их перемешивания внутри
ограниченного объема. Для того чтобы разделить эти два состояния жидкости
и воспрепятствовать их Перемешиванию, ученые, открывшие этот эффект,
придумали использовать полупроницаемую перегородку. В простейшем случае
сю может являться брезент. Он пропускает ток, но нс даст смешиваться про-
зу кт а м электрод i ( за
64
Секреты взаимного превращения энергий
XPI
Crr«»M »*nici
Рис. 2.15. Внсшиии вил конструкции
Около отрицательного электрода (катода) образуется так называемая «живая
вода» (ее еще называют ♦католит»). Название объясняется Text, что такай вода
стимулирует процессы регенерации и развития клеток. Чисто химическим пу-
тем эффект «живой•> воды получить нс удается. Соответственно, около положи-
тельного электрода (анода) — «мертвая», или «-анолит*.
Электрическая схема для получения такой воды хорошо известна (рис 2 14)
по публикациям, но конструкция самого аппарата может быть гораздо проще и
удобней, чем та, что предлагают другие
авторы (они обычно берут 3-литровую
банку или канистру, куда опускают
электроды, один из которых пометают
в брезентовый стакан, чтобы воспрепят-
ствовать смешиванию жидкостей).
Так как обычно в домашних условн
ях много активированной воды не нуж-
но. для изготовления простейшего
устройства раздельного получения «жи-
вой» и «мертвой» воды вам потребуется
две чайные ложки (сделанные из не-
ржавеющего материала, они и будут яв-
ляться электродами: или же можно
взять две пластины близких размеров
из нержавейки), а также пластину из
диэлектрика (подойдет любой матери-
ал, нс смачиваемый водой, например,
оргстекло). Обе ложки закрепляются на
пластине, как это показано на рис. 2.15
Расстояние между ложками должно
быть таким, чтобы можно было поста-
вить рядом вплотную две керамические
чашки (или стеклянных стакана), куда
они опускаются на краях В этой посуде
у пас и получится ризный состав воды.
Нсонка HLI (подойдет любая) закреп-
ляется так, чтобы се свечение было
видно, — она служит для напоминания
о том, что схема подключена к сети,
В начале процесса в чашки надо на-
лить воды и опустить между ними плотно скрученный в трубочку медицинский
бит, смочив его водой. Теперь можно включать электроды через выпрямитель
к сети.
Процесс ионизации воды можно считать законченным примерно через
10. .15 мин.
При лом «живая* вола будет иметь pH около 8...10, а «мертвая» имеет кис-
лотность pH — менее 3...5 (водопроводная вода нейтральна и имеет pH = 7).
Нтмерения были сделаны через сутки после электролиза.
65
Гпава 2
Несколько слов о длительности сохранения свойств активированной воды,
Таких испытании нс проводилось, но по сведениям приведенным в других
источниках [4|, анолит остается активным более 2-х месяцев. Католит уже че-
рез педелю утрачивает нс менее четверти своей первоначальной крепости.
Теперь об использовании такой воды - обычно те, кто ее получают ало- 1
машпнх условиях, уже знают о возможных способах се применения. Тут гро-
мадное поле для экспериментов, но их лучше проводить сначала на животных
или растениях. Любопытные результаты дали опыты с рас гениями, когда одну
группу поливали простой водой, другую — щелочной, третью — кисло)пой Пи
сравнению с первой растения второй i руины развивались заметно быстрее, а у
третьей всходов вообще нс было. Но когда этот третий участок затем стали гю- '
ливать щелочной водой — растения не только проросли, но и быстро обогнали ।
обе первые группы
Еще одна поле тая особенность, которая может пригодшься в быту, — это
то, чю кислотная вода способна увеличить сроки хранения скоропортящихся
продуктов
Примечание
При имюченпом в сеть уоропегье следует соблюдай» меры .ыектробсзонасносчн и
чс сбывать что вода является электирпроооЛнои жидкостью, поэтому нельзя касаться
рчкзмп в.тлкпых стаканов, иок-д схема подключена к сети
Литература
1. Материалы сайта: littp://wnAv. nicnibrana.ru/articles/simply
2. «Неожиданная вода». — М: Журнал - Изобретатель и рационализатор*.
1981. №2. I
3. Журнал «Химия и жизнь» 1985. № 6.
4. Рсмпель С И. Еше о «живой* и «мертвой» воде — М: Журнал «Химия и
жизнь* 1986. № 6. I
5. Хахалин В — М Моделист-конструктор. 1987, № 3. |
66
Глава 3
Знакомство с радиоэлементами
У людей обычно принято сначала знакомиться друг с другом и уже лотом
приступать к развитию деловых, дружеских или других отношений Так и в ми-
ре радиоэлектроники: первый шаг — эго знакомство с используемыми вещест-
вами и материалами, с элементами, составляющими основу этой техники, с ис-
торией их появления. Доброжелательное отношение к электронным компонен-
там и понимание принципов их работы — гарантия успешного и интересного
времяпровождения в мире электронных схем и конструкции1
Проводники, полупроводники и диэлектрики
Все тайное рано или поздно становится явным.
Закон разоблачения
Сегодня электротехника окружает нас с самого рождения. Электрические
лампы, стирильные машины, электропечи, аудио- и видеотехника — всеми
этими достижениями человеческой мысли мы ежедневно пользуемся в быту.
Но, выходя на улицу, тоже не прощаемся с электричеством. Ночную дорогу' Нйм
освещают уличные фонари, мы перемещаемся в автомобиле, троллейбусе, трам-
вае, метро. То и дело перед нами мелькают линии электропередач, трансформа-
торные подстанции, электрощиты. Иногда, путешествуя куда-либо по загород-
ному шоссе, приходится проезжать под низко висящими проводами высоково-
льтных линий, * высоковольток», как их называют в пароле... Удивительно — мы
нс ошушасм при этом никакого вредного действия электрического тока.
Но с рождения нас предупреждают: «Никогда не беритесь за оголенные
провода руками», «замену лампочек, ремонт выключателей и прокладку прово-
дов производите только при снятом напряжении*. А вслохгните классическое
предупреждение, которое можно встретить на задней крышке любою отечест-
венного телевизора: «Запрещается работа аппарата со снятой задней крыш-
кой- Предупреждение неизменно вызывает улыбку у обывателей, дсскагь, и
теле.мастсру запрещается работать «под током», как же тогда ремонтировать
технику? На самом деле все очень просто: неподготовленный человек может
легко попасть пол высокое напряжение, а телемастер знает, чего нужно опаса-
ться проишодя манипуляции со включенным телевизором.
67
' лава 3______________________________________________________________
Обрамите также Ш1имание на инструмент тглемастсра Например, па отверг„
ьу с иластмзссовым наблыашииком, которой он подстраивает и к и paGojq..
W1UCM те (свизоре, пли на бом-рези с изо шровлиными ручками и паяние^
«1W0 В. .Гнем) нс случайно профессионалы jюльзуюiся именно таким инсг,
румептом, а не первым попавшимся пол руку.
Обетонте явный pjiiunopo принципах электронекшасностн у нас обязатвл^]
но состоится. но потже А здесь таваптс поговорим о проводниках и ли J-чектрц*
ка\ Именно проводникам МЫ обяЗПНЫ ВОЗМОЖНОСТЬЮ Iio.ll> JOll.ll ВСЯ ЗЛСКТ PH'IC-
скпм юном, а ли «лсюрики защищают пас от опасною дейе i пня ысктрпчсскощ
юка. I Io на jюм функции данных M.iiepn.iiOB не заканчиванием 11р<чюлннкц и
и:> гектрикн пос i оянно дополняют друг друга, в природе они связаны и работу.
НИ СОВМСС1НО I lo/IHOL I !»Ю нроводяшни мир, как И мир полное ( ыо ДН ЗЛСКТрЦ|ц..
скип сушсствчвагь он не cmoi
M/iohic Занимались пссгсловапиями электропроводноеiи матерщиюв, ц0
первым, кю oni^eieain, что всщссым делятся на два класса, — проводники^
способные переносить заряды и изоляторы (дизлсклрики), не умеющие этодс-
лль, — был .iHcjHi'idHHH С|сфан I'pcii (1666—1736) Произошло >ю событие
в 1729 । Что ссн> cine один класс матерп.глоп, называемых ио .ту проводниками,
было обнаружено значительно позже. Без полупроводников немыслима совре-
менная электроника. Из названия ясно, что эти материалы нельзя четко отнес-
ти пи к проводникам ни к диэлектрикам Полупроводники обладают особыми
снсисгп ши. которые .мы рассмотрим после тою, как разберемся с проводника-
ми и диэлск1риками
Кто такие проводники
Вы знаете вежливых девушек в форменных курточках, которые разносят
чаи пассажирам в поездах дальнего следования. Так вот, здесь речь будет идтв
не о них Проводники — это любые материалы, по которым может течь злею*
рическии ток. Проводниками могут выступать твердые вещества — .металлы и
графит, жидкие — электролитические растворы, и газообразные. Но обо веем
по порядку'.
Наиболее часто в качестве проводников .мы используем металлы. Эти удГ'Н
вительные природные вещества применяются нс только в электротехнике, но
и во многих других сферах деятельности человека Немецкий ученый ГеоМ
Бауэр (1494—1555) пилы о металлах: «Если бы не было меиллов, люди влачи-
ли бы самую жалкую жизнь среди диких зверей, вернулись бы к желудям и
лесным яблокам, когтями выгребали бы себе логовища, днем бродили бы по-
добно зверям. Поскольку же такой образ жизни совершенно недостоин чело1
вепсского разума, самого лучшего дара природы, неужели кто-либо окажется
столь глуп и упрям, чтобы не согласиться, что металлы служат для поддержа-
ния человеческой жизни?»
Учеными давно было установлено, что при прохождении тока через мекы-
ты в них не происходит никаких структурных или химических превраще-
нии, — атомы металлов нс перемешаются вместе с электрическим током. В ю
же время при этом мопт происходить различные физические превращения —
выделяться тепло или свет.
68
Мы уже юворнли о том, 'ио >лектропы, вращающиеся вокруг атомного ял-
Moiyr легко шдсляиля <н атома, в результате чего образуются ноложигсль-
П1 ie ионы и свободные электроны И наоборот, ионы могут легко присюеди-
iiMii. j'lCKipoin.i, сыновясь нейтральными атомами. В металлах содержится
очень мною «свободных» электронов, бессистемно "кочующих» между ионами
(qpyioe название этою «сбориша» — «электронный газ»)- Пол действием элект-
рическою поля, ношикающего в металле при приложении к нему напряжения,
j'icKipoHL.i «висipaiiBaioioi в ручеек» — образуют элск1 ричсскии ток
Здесь мы просто обязаны вспомнить об одной принппниальнепшеи ошибке,
коюрую ли насЮЯП1СЮ времени совершают все, гак или иначе связанные с
j'teKipoiexiiiikoii I Io эта ошибка никому не мешает жить. Удиви гелию, но факт!
( простис у закоренелою 11рофсссион;ьтл-элсктроншика. в какую сгирону
будет направлен электрический юк, если замкнуть электроды oaiapeiiKii про-
волочной перемычкой Вам, не моргнув глазом, (нвегиг чго от электрода «+» к
электро iy «“•>- Все! Можею произнести вслух и широмчс: «Два балла!» Мы
ведь только что выяснили, какие частицы обрагуюг электрический ток. Поско-
льку элсмроны заряжены отрицательно, они всегда отталкиваются от одно-
11МС1П1ОЮ полюса, притягиваясь к npoiивоиодожному, — положительному
(рис. 3.1) । ок на самом деле идет в обратную сторону! A oibct, полученпыи ва-
ми от профессионала, исторически появился задолго до тою, как люди выяс-
нили насюящую природу тока в металлах.
а)
б)
1'нс. 3.1. Электрический ток п металлах: лви/кение элеюронов бел напряжения (а)
и иод действием напряжения (о)
Но . позвольте вас удивить еще раз! Вы только-только подбираетесь к
конструированию электронных схем, а профессионал, кому был задан про-
стои вопрос, уже давно разрабатывает сложнейшие, но работоспособные кон-
С1рукции. II его совершенно нс смущает, что он постоянно гак ошибается.
( мссм вас уверить, что знание об истинном направлении тока в металлах
важно иметь тем, кто разрабатывает новые Элементы ня электронных схем, а
лля тех, кто их использует, — нет. Более того, в описании принципов работы
Дементов учптывасюя эта путаница, заставляя думать, что ток течет от ♦плю-
са» к «минусу». В дальнейшем, разрабатывая свою схему или анализируч ее
(если что-ю не работает), вы просто обязаны будете сделать описанную толь-
ко что ошибку
Сейчас нам станет понятно, что такое электрическое сопротивление и ноче-
,чу проводник |кнрсвасюя при прохождении через него электрического тока
Д‘3 очень просто! Двигаясь под действием электрического поля, хзектроны
Глава 3
встречают на своем пути препятствия в виде других электронов и полей ато-
мов. Это вызывает торможение, и электроны изменяют свое псрвонач.стьиос
направление движения, но в дальнейшем, под действием внешнего электричс-
ского поля, снова двигаются в нужном направлении. Тем нс менее на соударе-
ние расходуется энергия, которая выделяется в виде тепла. Это и есть электри-
ческое сопротивление. Чем меньшее количество своОодных электронов прихо-
дится на единицу объема металла, тем выше его сопротивление.
У всех проводников сопротивление зависит от темпера гуры - при се по-
вышении сопротивление тоже увеличивается, так как электроны начинают
более интенсивно и хаотично двигаться, мешая друг другу- Ну а при очень
сильном охлаждении проводников (до —273 ’С) можно наблюдать еще одно
уникальное явление — сверхпроводимость, когда сопротивление становится
практически равным нулю Интересно отмстить, что учебник физики 1966 го-
да, которып в числе многих других книг использовался для подготовки этой
книги, нс говорит читателю о причинах возникновения сверхпроводимости,
констатируя неизведанность этого феномена. Все правильно — теория сверх-
проводимости была разработана американским физиком Дж. Бардином толь-
ко через 5 лет — в 1971-м.
Какие металлы используются в электротехнике и электронике? Почти вся
таблица Менделеева! Но наиболее часто встречаются медь, алюминий, олово,
свинец, серебро, золото, плагина, никель, сталь, латунь и разные другие спла-
вы, Отличны)! электротехнический материал — медь. Она обладает высокой
электропроводностью и теплопроводностью, хорошо поддастся различным по-
крытиям (лужению, пайке) и механической обработке. Из меди — главного ме-
талла электротехники — изготавливают кабели и провода, токоведушие шины,
выводы радиоэлементов, моточные изделия (дроссели и трансформаторы). Ла-
тунь (сплав меди и других металлов) хорошо зарекомендовала себя для созда-
ния токовслушнх проводников в сильноточных устройствах, контактов разъем-
ных соединений. Олово в сплаве со свинцом и некоторыми другими металлами
применяется для соединения элементов при помощи пайки. Из специальной
элек1рогехничсской стали изготавливают сердечники трансформаторов. Сереб-
ром, золотом никелем, главным образом покрывают контакты, чтобы они нс
окислялись и не увеличивали из-за этого свое сопротивление. 1
Несколько в стороне стоит алюминии Этот металл обладает худшими, чем
медъ. показаюлями электропроводное)и, быстрее ломается при перегибании, а
на своей поверхности образует плохо проводящую окисную пленку. Поэтому в
элекгренных схемах алюминий практически нс применяется. Исключение со-
ставляют аЛ)омннпсвыс де тали некоторых ра нюкомнонентои, например корпу-
са и обк-кикн электролитических конденсаторов, icn.'iooiBo;i4iuiie радиаторы
Металлы, нспо п.гу смые в электронной технике, дотжны об ла гаи, не только
выс’окими пок.нагелями элемронронознос)и и механической cioiikociи, но
1акжс бтять ycioHMinji.iMH к тсмпср.пхрным возлейс!впчм Особенно ли слова
опикяк.ч к пачным соединениям Чистое олово очень удобно испольюна 1ь
ля па) ки. но, к сождтеншо, при тсмпер.иурс минус 13 ipaiycoi; Цельсия оно
грескается и превращается в порошок По.нсшу ня пайки применяю! си кипа
олова с тругнмц iciкип гавкимп метал гами О секретах пайки мы uoionopiiM
70 I
Знакомство с радиоэлементами
>0 а сейчас приведем лишь пример, который красноречиво говорит о
отдель < (О ВИ11мателы1о относиться к выбору материалов, из которых
Х'цюлагается что-то изготавливать.
"г * |9|0 году полярный исследователь гоиерг Скотт решил собрать экспсди-
чтобы добраться до Южного полюса, куда не ступала нога человека. Не-
и111°ько месяцев путешественники передвигались по заснеженным просторам
СК°мотонартах, оставляя за собой небольшие склады с продуктами и топливом
HJ тттиый путь. В 1912 году Скотт добрался до полюса, обнаружив там запи-
11 а о т | * о*
---- Г. Амундсена, — который на месяц раньше поиы-
*1 полюсе По ладно бы Скотту досталась честь побывать вторым — обид-
зато нс смертельно, — а то произошло гораздо более печальное. На первом
складе обнаружились протекшие керосиновые баллоны — не на чем было
на мотонартах
ckv другого исследователя
вал н;
ио, за
приготовить пишу и согреться. С трудом люди добрались до второго склада, ио
и там парила та же картина. До третьего склада ис добрался никто. Виной все-
му оказался пустяк — канистры были запаяны чистым оловом, которое на мо-
розе разложилось.
Конечно, электронные самоделки, приведенные в этой книге, никому нс
нанесут ущерба. Тем нс менее любая конструкция должна быть хорошо проду-
мана, чтобы не превратиться в источник разочарования для ее пользователя.
Вернемся к проводникам. Другой их вид — электролиты — используются в
электротехнике и электронике тоже часто. Главное отличие электролитов от
металлов — превращение внутренней структуры при пропускании электриче-
ского тока. Данный процесс носит название электролиза.
Процессы электролиза детально были исследованы английским физиком
Майклом Фарадеем (1791 — 1867), более того, им открыты два закона электроли-
за. Мы нс будем останавливаться подробно на этих законах, так как они не име-
ют прямого отношения к электронике. Но, если вам понадобится в процессе са-
мостоятельной работы покрыть какую-нибудь металлическую деталь декоратив-
ным слоем из другого металла, самое время будет вспомнить об электролизе
Давайте мысленно представим ванночку с опущенными туда двумя электро-
ламп (рис. 3.2). Один — положительный — будет анодом, а другой — отрицате-
льный — катодом. Это исторические названия электродов, которые им присво-
ил Фарадей! Электроды, естественно, должны быть соединены с щеточником
пиlaiHiji Если теперь мы нальем в ванночку
раствор медного купороса (C11SO4), то на като-
де будет ciкл.щынагься медь. Масса выделен-
ной меди будет пропорциональна времени про-
хождения юка. Го есть чем дольше проходит
электролиз, тем больше меди «нарастет».
Нам (иисрссио другое — что создает элскт-
ршкекий ток в электролига\' Электроны’’ Нет,
не ‘лсмроны! Все сложнее, но не менее ише-
ресно i вер toe вещество, cine не растворенное
в ноте, состоит из электрически нешран.ных
молекул При р.ктворении вещество Оукп.ьтьно
.1. о
Гис. J.2. Э/1СК1 ричсскии ток n ‘j tcKipo.iHiav
ГrteW 3
-ра пылиI’.teicH» на изе части, образуя равно злражешн.Тй положи ючьные и огри-
цдте тьные ноны Ионы не эпемецторныс чао ины ины пектроноп! »ю как бы
кусочки молекул, ра-зиршннт.тх, чго низы пае гея, «по живому*. При иотиикповс-
нии разности потенциалов ты электродах начинается движение положительных
ионов — к каюту, отрицательных — канолу. Возникает электрический ток!
Не всякое вещество в воле раепамстсм на ионы Если мы 'заменим медный
купорос, например раствором сахара, то тока в цепи не получим — сахар нс
обладает свойством электролитической диссоциации. Л медный купорос им об-
ладает.
Чтобы долго не утомлять вас чисто химическими вопросами, упомянем
здесь о гальванопластике — интересном способе покрытия рельефных предме-
тов слоем металла Метод гальванопластики, и поныне широко использую-
шийея в технике, разработал русский немец Борис Семенович Якоби (настоя-
щее имя Мориц Герман Якоби) (1861-1874). Чтобы познакомить европей-
ских ученых со своим изобретением, Якоби сделал гальванопластическую
копию ₽ металл ич е с кой пластинки, на которой было выгравировано: «Фара-
дею е приветствием» - и отправил се в Англию, Английский ученый прислал
ответ пронизанный тонким и доброжелательным юмором, пониманием с по-
туслова. Меня так сильно заинтересовало Ваше письмо и те большие резуль-
таты, о которых Вы даете мне такой обстоятельный отчет, что я перевел его и
передал почти целиком издателям •Фплософикал мэгэзин» в надежде, что
они признают эти новости важными для своих читателей...». Фарадей не
ошибся - мастерские гальванопластики стали возникать во всех странах, а
-отчет» Якоби представленный на Всемирной выставке 1867 года, оказался
одним из самых популярных экспонатов Из других изобретений Якоби изве-
тны телеграфный аппарат и линия связи между Зимним дворцом. Царскосе-
льским дворцом, Главным штабом
Наш разговор о проводниках завершим рассказом об электропроводности
газов Ггзы тоже часто используются в электронике и электротехнике.
В обычном состоянии молекулы газов нейтральны и не могут создать элект-
рический гок Чтобы газ стал электропроводным, его нужно ионизировать, то
есть расщепить молекула на ионы. Но если в растворах этот процесс происхо-
ди!. что называется, автоматически, поередстном лнссопиаппи, го с газом дело
оСкгоит нлхнтото южнее. Иоштьтния г пл может происходить, во-первых, под
BoxiciTCiBiTcM высокой кмисрагуры (илами), во-вторых, под деПсглием ра.'шо-
акгитюго итлучення. I счи источник ионит-ипги удалить, кониеп границ ионов
в । а зе bi н три и. т происходит рекомбинация иотвш Гат вновь егашнппси
центра н.иым uemvemow
I л юные ионы t у щсс июнно ш шчаютец от ионов, ио iniikJiumiix в t’lcKipti-
iiiT тх. оо как нрлиидо, •комки»- молекул, -с пптшихся* е однночными
ионами bimjMHHic ич ионп inponaiiHUX ион. во первых ис иыиоятвиоця
iKi’HJ । > ickipo th та ( такопы <|> ар.гкчт) и, ио вторых что пахт у iii.hi, на кисе, не
III! ыг HOI hlhon ( Тмл
Ви । |анш нмос т и н>к пт,lie от напряжения. нри'юк иною к нему, снят,по
iuiiuh от Tina . i.i та. но имеет н о(чит черп.1, пока ынныс на pm Г). При
m ।»«। Наной piHiiMin ннтспина вш Юк почти iiiiirlnni р.н лч нпш.нш пнем
Знаьомггви c рмпожмммми
Гис. Л Л I шнгнмн Ihiji.i - империям \U|iiik(«fHirtiik*.i
ЛК к I |Hkllpi 111(1,<ilfOVlit l.l (fill
напряжения, за гем, в какой-io момент,
при дальнейшем увеличении напряже-
ния, юк уже не увеличивается — на-
ступает состояние насыщения Причина
насыщения тоже очень проста — по-
скольку в j азе необходимо постоянно
поддерживать определенную концент-
рацию ионов, их число не может в
данном случае возрасти от приложения
напряжения, а лишь от интенсивности
источника ионизации.
Что происходит при дальнейшем увеличении напряжения? Очень интерес-
ная вешь! В какой-то момент ток через газ резко подскочит. Вы наверняка сей-
час в недоумении: «Только что было сказано, что газ находится в состоянии
насыщения, — и вдруг такое увеличение тока». Все правильно. Просто мы на-
меренно нс упомянули еще одну причину ионизации газа — сильное электри-
ческое поле. Высокое напряжение само начинает ионизировать газ, и необхо-
димость внешней ионизации преподает. Специалисты говорят что проводи-
мость I ва из несамостоятельной области переходит в самостоятельную
Маленький вопрос на сообразительность: какой метода всегда находится в
жидком состоянии? Вы его нс раз видели и хорошо знаете (в электротехнике
его тоже иногда используют). Впрочем, у химиков есть металлы которые при
25 С мягкие, как пластилин.
Вот мы и рассмотрели все возможные варианты проводников, использую-
щиеся в электронике и электротехнике. Осталось ответить на единственный
вопрос — с какой скоростью течет ток в проводниках? Отвечаем — со скоро-
стью света — 300000 км/с. Если быть точнее, то с такой скоростью передается
толчок вызванный электрическим полем, в то время как сами электроны
движутся довольно медленно. Скорость зависит ог величины приложенного
напряжения (поля), но все же из-за внутренних препятствий средняя ско-
pocib движения электронов в металле не превышает 10-3. 10 4 м/с (она зави-
сит и ог ниш металла)
•'Для любознательных»
С с , пнем самое lonicviMioii пропоя и мост и газов сияыны такие интересные явле-
нии, i.:i p.iipitiia Вст речас icn нсскипжо видоп р,иря.-1<т.
IUkjiihhhi paijHui. Наверняка вы нетрешшеь е искровым разрядам r лизин, знаете
уложсс [иенпым фн'П.мам В карпныч про физикой имины можно упиэстьсе
ин icii пай пч ынилнх -молнию» между двумя металлическими шарами
Искровой pa ipit I С(41рошыо1.1сгсн харамерным цкском Молния южс нри
>|цнюн> pa tpiifia В ыимрои’хннкс ш.к|ниюи paipiin « скорее к|кцноа щ.же«й
1 гните 11и и t1" лю ш плечи un i. ш iHijhionaii. tvfic но Ukiio
h'i|Hriiinaii (i.u|»n i. »roi un i р.нряла. начинаемый unv чином cir '’imh» чм«£Т HO
( n< щ» pu ioihiv i m 'ii line ни hi nt чггл’1 iiimCvm пч П|цшщтин 11 и MHipvonX,
«.'км тихим шипением (hini id авторов этой киши наблюдал однажды ночью краев-
•на коронный pa >рцд вокруг inibipcit 11.1 опорах tiiiiiih этектропсредач in.it »кою папря-
жсн >i 1лкже коронный p.ripu.i можно увидеть, поднеся oiiicpiKy с и lo.iiipoiiaiiHoii
рхчкой к tпрочному грансформа гору сырою телевизора — на р.йючей HOBcpxiiociи ор-
ucpiKH iyi Же aoiiHiKiiei квеченпе Причина коронного разряда — тоже действие
Hoiltl MIUII! Кор«ШН1 Hl разряд ИСПО'Н. lyvit ’l В ГГХНПКС НрИ ОЧНС1КС шзов ог Н1..1ЛЦ
С* 'ск ।рофн ты р), в счетчиках » теме н тарных час ihii (сметчик Itiiiepa Мюллера), н л,Ю-
Cipc 1 I >1 жег-с koi о — гш со пання лечебных .гipoiioiioii Ралио'тюбн iciiii л |обя i зкеиерц-
?н I ирона 11, v коронным раарч юм, например, так как iiok.ii.iiio в |1|
Гис 3.<i. 11« кроной |» i tjt’i <
Гис. Л 5.. b loiioii p.i 1|п| i
Ъюнои рации С • на.।рпчес кой цюй мы уже знакомы но первым двум ihuhiim
’ I юны со । tan. i \ 1 \, их ж но сдвину 1 в. а ноюм ра 1 шипуч ь два in 1 ырм hi 1 рлфинт, к кото-
рым полке к'но »темрическос напряжение. Между .«.тек троими BomiiKaei cio iG раска-
iciinoio пони нрОк iiihoiо га ы (pin ^5) I Initpeciio oimciiiii., чю если лае i.ibiiii. jiyiy
горем» н oXiiom 1 a <e ( KHcitHiie не менее 26 .им(чфср). io можно дивен и ее iCMiiepaiypy
до 6000 ipaiveoB П.СЛ1.СШ1 llpu niton icxiucparype ноблюдаегсп patiriaiLicHiic ipai|inio-
Bt (x LicKiptt’oii ho — iCMiiepaiypa новерхностн Солнца /Ivioboh pa ip’i i сейчас актив*
но применяйся в jлек»роен.ipne [ те одно применение ayioiioio разряда, происходяще-
го в ко 1бе с нарами piym, — кварцевая лампа Она служи! ис|очником улырафнолен»-
i.oio поучения и 1Г11Начасгея врачами как процедура при лечении разных наружных
болезней. Другая профессия кгырпевои лампы — стирание информации в электронных
запоминающих усгройспзах.
Глеюшии разряд. С л нм видом разряда мы встречаемся практически ежедневно.
Вспомни IC цветную светящуюся рекламу, составленную из топких дтинных трубочек, -м
эго и есю пример клеющего разряда. В трубочку накачан с определенным внутренней
давлением инертный га», с торцов трубки закрегыены электроды. При приложении
между электродами напряжения в несколько тысяч вольт газ ионизируется, возникают
разряд и характерное свечение Разные газы светятся разными инетами, что и использу-
ется в рскл<1мнотт технике. В электро технике, как правило, применяются небольшие
«неоновые» лампочки с цокольным патроном и свечением оранжевого цвета — для ин-
дикации подачи напряжения на аппаратуру Правда, сегодня индикаторные «-нсонки» —
уже вчерашний день электротехники. На смену им приходят светодиодные индикаторы
Они более компактны и лучше смотрятся Продолжают использоваться неоновые лам-
почки в так называемых «индикаторах фаз» — специальных отвертках со встроенной
лампочкоГт. имеющихся в кармане у любою электромонтера. Мы уже познакомились с
этими индикаторами в предыдущей 1лаве Я
Каютные лучи. Если сильно понизить давление газа в трубке, описанной выше, воз-
никает свечение уже не газа, а стекла трубки зеленоватым светом В разреженном пр^"
странстт-с ионам двигаться легко, и они начинают бомбардировать стенки трубки, на-
гревая их Отсюда возникает свечение. А причина возникновения катодных лучей "
сизьная бомбардировка катода положительными ионами, которые выбивают из катода
Знакомство с радиоэлементами
Что необходимо знать о диэлектриках
<)io hcihccib.i, которые нс проводят электрический ток. Вообще, строго го-
|И)ри, идеальных диэлектриков в природе нс существует — даже диэлектрик в
K;iKoii-io мере способен проводин» ток. 11о э зсктропроводиост ь у диэлектриков
'* щи 10-° р.п ниже, чем у проводников. 1JS|
Казалось бы, чю может проиюйги с диэлектриком при помещении его
между плас । инами, к i спорым приложена разность потенциалов? Аи нет! Диэ
/icKipnK юле pcaiiipyci на электрическое поле — в нем он поляризуется Чтобы
пинан, меха и и im 1 юл я pi кап ни, представим Biiyi реп и 1010 структуру дпалсктрика
и вппс (иромною числа «1 ан ic.ick», на одном шарике которых нарисован знак
, I ,, ,i на др VI ом Ган 1СЛ1а<н * л о мол скулы А их вид i la ч.шас 1ся . ишо-
,)см Ди шин. hick।ричсст и нейтрален Предсншим шкже, чю диноли жестко
>л репчены в Hciiipv «ручки-’, но Moiyi свободно врлщлн.ся (рис, 1.6)
а)
6)
Pm J Ь Г.Ы I1UJD АГННС UIIIO НН 111 > ICkipilhJ 1>С1 НОЛЯ (и) И ll|HI H.I 11441111 ) (СК I |)1ГНЧ кО| <> Н<1 |Я ((/)
Вне >лек।ричсско!о ноля диполи расположены как кому забтл!орассуднт»
c i \ао1ичсски При помещении диэлек|рика в элексическое поле •1лшель-
ки> bi к । р.1иваю1ся по направлению поля — происходи! потяри заиия. Ноете
Сюлсс потрясающим является следующие! факт: внутри диэлектрика электриче-
ское поле по своей величине будет отличаться от поля, создаваемою пластина-
ми I ели юворть точнее, ю оно будет по величине .Meni.inc внешнего поля’
' Объясняется эго явление тем, что на поверхности поляризованною диэлектри-
ка появляется заряд — положительный у внешнего отри нательного электрода и
наоборот Важно также отмстить, что электрические заряды не могуч свободно
“разгуливать» внутри диэлектрика. Им предоставлена возможность перемеще-
ния только в пределах своей молекулы. Отсюда понятно, почему диэлектрики
практически не проводят электрический ток.
Тем нс менее диэлектрики все же обладают некоторой электропроводио-
енло, связанной с дефектами в структуре вещества. Дефекты в крислалличе-
скои решетке, по-другому называемые вакансиями, заполняются ионами так,
'"о вакансия может передвигаться. А движение зарядов, как мы хорошо зна-
Как оценить диэлектрические свойства вещества? Для такой опенки введе-
но понятие ли электрической врошшаемости, показывающей, во сколько раз
J'ектрическое иоле внутри днэлекзрнка ослабляется но сравнению с внешним
ic\i, приложенным к нему. Диэлектрические проницаемости некоторые
хмехничсских материалов приведены в табл. 3.1. * *4 4
75
Г лэвл 3
Лаб ища 3.) . 1м> 1ск)рическме сиоиспы нсынорых m.jicpiia.io»
(Ujbjiikc иииктрнка
Слюда
Стекло
HI ..30
Ноли стирол
Полиморпитш
Текстотит
Ктрботнт
fl.ipi'f нн
Пяексш таи
Рад цех фарфор
Резина
1 IpOUlHHLl» MUtlpMAetlllUVlh.
МП, м
Ди KICK I pH'IVCR.Ut
проницаемое')ь ( ।
5.. 6.5
i Генжлкс
Канж] юль
10..14,5
20 .30
IS.5
25.. 50
50
15...25
50.. 200
4.5 ..8
20. 30
4 10
2...8
7
3 .4
30
3,0. .3,6
2.2.. 2,8
3,1 3,5
6,0
Ue n> юна
В таблице имеется сше одна величина называемая пробивной на пряженной
стью. Эта характеристика диэлектрика показывает, при каком напряжении
между торнами образна диэлектрика длиной 1 м произойдет пробой.
Оказывается, не только газы обладают свойством пробиваться, но еще и
диэтсктрики. Природа пробоя связана с наличием небольших токов в толще
диэлектрика и с тепловым действием тока При повышении напряжения ток.
как известно, возрастает и разогревает канал своего прохождения. В опреде-
ленный момент разогрев вызывает лавинное увеличение числа вакансии и
происходит пробои. Диэлск1рическип пробой имеет особенность, называемую
шнурованием, когда образуется очень тонкий канал с высоким значением то-
ка В канале часто протекают химические реакции, связанные с осаждением
на его сгснках металла. В подавляющем большинстве случаев «пробитый» ди-
электрик, нельзя использовать.
На самом деле величину пробивного напряжения используемых материалов
очень важно знать даже радиолюбителю И пот почему. Вся современная элект-
ронная и электротехническая аппаратура должна работать так, чтобы нс иансс-|
гн вреда здоровью люден Представьте, что в ней случился пробой изоляции и
высокое напряжение попало на металлический корпус, При прикосновении к
аппаратуре легко иолучи'И» удар гиком
Чтобы проконтролировать прочность и юля ни и, вся промышленная а пиара-
тура обязательно проходит проверку высоким напряжением, прикладываемым
между корпусом и другими се цепями. Радиолюбшедю, конечно, нет необм>
нт мост и контролировать таким методом свои конструкции. Однако эго налагз
ст на него обязанность ипим.нсльнее о i носиться к выбору ли электриков, iw
76
Что еще можно сказать относительно свойств диэлект-
риков? Все сказанное выше относится к постоянным электрическим нолям и к
полям невысоких частот. Ил очень высоких частотах — в области гигагерцо-
вой диэлектрические свойства материалов ухудшаются. Связано это с тем.
что <ч антелькп» просто нс успевают за изменениями внешнего поля. Мало то-
го. в тол шс диэлектрика возникают диэлектрические потери, влияющие на па-
раметры схемы. Все это накладывает необходимость специального выбора ма-
териалов для разработки техники сверхвысоких частот Например, печатные
платы для СВЧ-устройств предпочтительнее делать из фторопласта или специ-
альной керамики (поликора), а нс из стеклотекстолита. Как правило, радиолю-
бители нс занимаются такими разработками — это очень сложно и дорого. По-
этому просто запомним, что существует и такой вид потерь.
Упомянем также особый класс диэлектриков, называемых сегнетоэлектрика-
ми. Эти вещества могут приобретать поляризованность даже в отсутствие элек-
трического поля. ЭДС, возникающую на гранях образца из этого вещества,
можно зафиксировать измерительными приборами. Сегнетоэлектрики находят
применение в различных ударных датчиках, в пьезокерамических фильтрах, в
акустических излучателях.
И напоследок отметим, что диэлектрики бывают жидкими — например дис-
тиллированная вода, масло. Примеры использования диэлектриков в электро-
технике и электронике мы не будем приводить — они настолько очевидны, что
1ми назовете с десяток’
Полупроводники — особый класс веществ
нажды кто-то достаточно неумно пошутил, назвав полупроводником
Ивана Сусанина. Сусанин — народный герой, и обижать его нс нужно. Сказать
лжое мог только тот, кто совершенно нс разбирается в полупроводниках. Что-
бы наши знания не были ограниченными, разберемся, что на самом деле пред-
авляют полупроводники и почему они широко используются в современной
технике
П iy проводники — это материалы с величиной удельного сопротивления,
р шшей между проводниками и диэлектриками. Но давайте сначала обра-
тней к истории открытия этих материалов, и тогда нам станут яснее вес их
особенное!и.
В 1КЗЗ (оду вездесущии Фарадей, исследуя свойства сульфгада серебра, об-
наружил, что эго вещество против всяких законов, присущих проводникам,
иисг при нагревании свое сопротивление. Фарыей не смог объяснить
л явление правильно, и сю современники назвали сульфид серебра плохим-
шиком. Исследовав другие материалы, ученые того времени каштн не-
аплохих1 проводников Тогда же появилось нлзвшпе полупроводник Д«-
77
глава 3
лее. спустя сорок пять лет, У, Смит открыл явление уменьшения сопротпиле-
ния се тепл при иго освещении Чю селен «плохом проводник*, к тому времени
знати многие, поданное явление удивило всю научную братию.
Через юл, в 1879-м, известный немецкий ученый Карл Фердинанд Браун
(I85Q—1918) обнаружил одностороннюю проводимость у сульфидов некоторых
металлов, То сеть при подключении образна из такого материала к источнику
напряжения iok либо возникал, либо нет — в зависимости от юго, как под-
ключались клеммы. Надо сказать, чю в то время еще не научились выделять
чистые полу провод.!hiки, да и теории их строения еще нс существовало,
А вопросы накапливались, и главные звучали так:
• Почему ешцчл пиление полупроводников падает с ростом темпера гуры?
• Почему и месте кошакта полу проводника с проводником наблюдается ол-
носюронняя электро проводим ость?
• Почему при освещении полупроводников возипкаег ЭДС?
X ясные долю пытались неверно объяснить эффект односторонней проводи-
мости чисто термическим явлением, и только н 1906 г. Г Пире доказал — од-
носторонняя провози мое п. связана только с электрическими явлениями и ни-
какою отношении не имеет к тепловым. Результаты згою исследования натол-
кну 1И на мысль об испотьзовашш полупроводника в качестве детектора
(выпрямителя) переменного электрического тока.
Научное познание редко существует в отрыве ог жизни. Часто ученые вы-
полняют заказ времени А ближе к концу XIX века началось бурное развитие
средств связи, появились проводные и беспроводные аппараты. В них уже не.
пользовались полу проводники, называемые кристаллическими дегскторамН
Кристаллический детектор представлял собой пластинку из полупроводника с
* упертой* в нес иголкой - точечным контактом. В мире проходит развитие и
теоретической физики: возникают квантовая механика, волновая механика, те-
ория поля, теория твердою тела Активно работают Эйнштейн., Планк, Бор.
Шредингер — эти имена не нуждаются в представлении.
Мы немного расскажем о гораздо менее известном советском ученом Ojct>
Владимировиче Лосеве (1903—1942), внесшем большой вклад в разниiне полу
Проводников. Экспериментируя с кристаллическим детектором, Лосев в 1926 г,
обнаружил у него интересное свопство. Повышая напряжение на контактах де»
тсктора, сначала, как и обычно, ученый видел увеличение тока, но в один пре
красный момент с увеличением напряжения ток начал палягь! Подняв еще на-
пряжение, увеличение тока бы то восстановлено. Используя данный эффект,
Лосев при iyM.LT генератор этсктричсских колебании — кристадин — первый
тве р дотел ьн ы и ге н ера гор.
11м же бы ю открыто свечение по туп ро вод ника в зоне точен
ноте контакта - прообраз современных свсюдиодов. Лосец
предположит, что свечение возникаем « некоем «иминном слое«<
на границе кошама и полу проводника. До открытия знамени
того р-п-псрехои оспш.ыось сделать юп.ко шаг. Но сделать сг<1
Лосеву не удалось. |
Гис. 3.8. Bin киис||вкц(|п k(nivi.ia нрнчкон» ai’H'Kiopa
78
Знакомство с радиоэлементами
II все же Олег Лосев сделал очень много для
развития современной электроники. Первые крис-
таллические дсГекторы были очень капризными —
приходилось вручную искать на поверхности полу-
проводника точку односторонней проводимости.
Искать наугад, с тонкой иголочкой. Лосев разрабо-
тал методику, как при полиции звукового генерато-
ра отыскивать коварную точку с первого раза.
С 1932 ио 1934 год, по настоянию коллег, он заре-
гис1рпровал шесть изобретений. А сколько их было
до этою, никто сказать не может, — Лосев нс лю-
бил заниматься бюрократией, предпочитая практи-
ческие исследования.
О. В. Лосев
Трагична судьба лого ученого. Оставшись в
блокадном Ленинграде, он продолжал исследова-
1елыкую работу и регулярно сдавал кровь для раненых солдат. Одно из по-
следних изобретений Лосева — прибор для поиска осколков в теле человека.
Он мер ! января 1942 года ог истощения, в возрасте 38 лет...
А чю с полупроводниками? Первая, близкая к истине теория была построе-
на ч iciiom Лондонскою королевского общества Аланом X. Вильсоном. Вильсон
вл шятие дырки как особого переносчика электрического гока. Немецкий
(|л iK Вальтер Шотки в 1939 юлу экспериментально установил два типа полу-
пр цинков - избы г очных и дефектных. В тридцатые годы XX века уже могли
шпечать на поставленные выше дна вопроса Ост ал ось только экспсрименталь-
но выясни 1 ь, почему происходит выпрямление тока па границе «металл—полу-
прог т.ник> II это было сделано! В 1935 году американский ученый Рассел От.
coip’ шик компании Bell Telephone Laboratories, тот самый, который открыл
фоте эффект в кремниевой пластинке, проводя исследования полупроводников,
tiiно обнаружил р-п-барьср в кремнии — дефект, который привозил к од-
ониси проводимости и генерированию ЭДС. Ол вырезал из образца этот
ын участок и гфо.темонстрировал его поведение специалистам. Итак, в
1935 >ду <плохие проводники» выжали все свои тайны, и этот год стал годом
- . я современных полупроводниковых элементов.
Iinan him пока совсем непонятны названия, приведенные в ггредылутем
аб I тс Чю ж, давайте разбираться вместе.
По споен внутренне!! структуре полупроводник очень похож ня металл -
юн тлекфичеекого заряда тоже выступают электроны Но если н ме
гачл каждый атом приходится примерно по одному свободному электрону,
<\проводниках свободных зарядов в миллионы раз меньше. По мерс на*
tn дння полу проводника происходит увеличение числа свободных электро-
in ловлклыю, уменьшается и сю сопротивление. Земпердгура «выжи
ick граны н 1 аюмов, как воду m губки. Эго ответ на первый вопрос
К .ни как мы знаем, сопротивление проводнику с |xict«im температуры
(ичивасгся. Однако, если сравннвлгь величину и вменения сопротивления
ников и полупроводников, приходящеюся на 1 градус. то окажется. что
ичнна у полупроводников во мною раз выше, Данное спозктзю исполь
сыронике в юрморешегорах и арутих даггнках температуры.
79
Гнам 3
Емс. 3.9. 1ыро*лпя' «рихолммость
1№.Т« 1фОВ4» ДММКЦ»
А теперь, киг ы < хюктроннон проводимое ыло н*1*1 ,5Се более-менее ясно,
поспорим о дырочной» провозимое!!! hoi пид мы с вами уже наблюдали, л
V i адате где ’ Ни за чю не догадаетесь в япхисмриках I ели noMiiitie, в ли J-
ккгрнкс имеются вакантные места е положительным зарядом l.cib такие мсс«
та и в позу проводник но здесь они пл иапаютсн дырками Предположим, что в
по ту проводнике сеть пннплм цепочка, состоящая in миожес1ва центральных
ломов, л в се н place имеется дырки положии'льпый ноп При приложении
1сктрнческо1<т напряжения электрон отрывистей от прелылутею .нома и за-
полнме дырку Таким образом, дырка едви1зс!ся в o6p.nnyio строну по пе-
ночке (рис З1))
В иолу проводнике ocyi nevi вл нося движе-
ние электронов против ноля, и передвижение
местоположении дырок но направлению поли!
Но Ли CUIC ПС все ОКМИ.111ЯС1СЯ дырки и
.электроны < пучешесчвуют* с примерно рав-
ными скорое гимн.
В Природе, как мы убедились, идеалов не
бывает Полупроводник не можс! содержат!,
равное количество дырок и электронов уже
сипу ТОЮ Ч1О ОН Н.1СЫ111СН примесями лруыкш
элемсиюв Но примеси служат и добрую
службу. Вводя примеси, можно дать «зеленый
свет» одному >н типов проводимости, а дру-
гой ослабить. Полупроводник с преимуще-
ственной электронной проводимостью (избы-
ток свободных электронов) называется полу-
проводником п-тяпа а с пре имуществен ноя
дырочной (избыток положительных ИОНОЙ) —
полупроводником р-ти«а
Вначале полупроводники изготавливались на основе химического элемента
германия (G< затем появились кремниевые (Si), позже арсенил-галлмевы*
As 4 Ga, А в качестве примесси часто применяют мышьяк (As) и индии
Hr,» При «.пользовании мышьяка полу проводник приобретает проводимое»
п-типа, при иелпйьэовании индия - р-тиг а.
А теперь давайте мысленно соединим кусочек полупроводника p-типа с ку-
сякком n-rwra, ист пшиком напряжения и выясним, что же проис-
ходит на ранние /тих av.iynpo*<4 |иков при приложении к ним напряженней
Ми-рочзстмилм на месте не силзпся - они всегда н ровят куда-то пере»
прыуть, к жму-ьжбдоь пргсъса.шиться и. нот чего-то оторваться. На грант
ьчинается паника: ияид в дырки в p-области, электроне
из п-ойчасти начинают перепрыгивать через границу, заполнять вакантные мй
.та. В то же рсмя в области л-тнпа, близко к границе увеличивается числи
дырок. Ди.ркн н э • лстроны в григри ни ной обтасти поменялись местами!
Во/ и границы волн в кает запорный слои, обедненный электронами (его etiw
»*эывают потенниальным барьером; Сопротивление лого слоя велико, и, по
тм. только оно опредс ют об*»лес сопротивление р-п-персчода.
&0
Знакомство с радиоллгмснтими
Гис. ЗЛО. (ЬиИН'ЮрОНПИЯ иршн» 1ИМОСП, Г1ОЛулр<НМ)ДПИКО»ОП1 лио-juj
Теперь подключим вынол ог облает п-тигш к минусу батарейки, а огоблас-
III р-нша — к плюсу Чю ироизоплез в переходе? Внешнее электрическое поле
бе рлвнет пенно пройдет по полупроводнику и сосредоточится на Гранине пе-
рехода Дырки и электроны начнут движение друг к другу, запорный стой обо-
niiin я электронами, и ею сопротивление станет маленьким (рис. 3.10, а} Пе-
ревернем полюса багарсп. Внешнее поле будет двигать электроны и дырки в
m [ивогюложныс стороны, подрастет запорный слой — сопротивление перс-
I ipjcicr (рис. 3.10, б). Вог и ответ на второй вопрос.
Почем} возникает ЭДС при освещении полупроводника? Эго тоже просто,
В обычном состоянии в полупроводнике существует баланс дырок и лтектро-
иов Но стоит квантам света попасть на полупроводник, как они начинают вы-
_1ск1роны, образуя дырки. Баланс нарушается — возникает ЭДС Вот и
ити’Л । .1 ।ретин вопрос
П । у проводники сегодня — это основа подавляющего большинства 'д,К*т-
энентов, так называемых «кирпичиков электроники»
Пассивные и активные компоненты
Все великие открымя делаются л«
Закон великих открыялй
(его состоит любая электронная схема? Ну конечно же из электронных
ichtob, соединенных по определенным правилам схемотехники’
:я выпускаются и широко используются десятки тысяч нанмец^^^И
1 ровных кирпичиков*. Время от времени появляются
и забываются за ненадобностью.
просто невозможно. По мерс приобретения опыта вы
змитьсм с новинками и разбираться в их устройстве. Мы лопц||^^^М
зонных компонентах — о тех, что имеются в
И электронной схемы. Что это за райиоветалит»
эш.тпа. как пр шильно нспозьэовать, чтобы создать рлххтгояМЙ
Давая те сначала назовем их, а затем остановимся на кажаам
в<
Глаза 3
В составе wick i ройных приборов имеются:
• резисторы (постоянные, переменные и подстроечные);
• конденсаторы (постоя иные, электролитические, переменные и поде троеч-
ные);
• трансформаторы;
• катушки индуктивности и дроссели (постоянные и переменные);
• диоды и стабилитроны;
• индикаторы (единичные и знакос1п|тезпру1ошпс),
• электронные лампы,
• транзисторы:
• микросхемы,
• коммутационные элементы (переключатели, тумблеры, разъемы) и предо-
хранители;
• источники напряжения и тока.
Кроме упомянутых, имеется ешс немало разных других, более редко приме-
няемых, но с ними мы будем знакомиться только по мерс необходимости, если
Pill 3 1 I I ||>ННЯ1ОГ 11 loftp.lACHHC )Ы )|(М pfriVCMMf Cftl'MC (ЫИНЧПМЧ fill (ОН imivu,
щнcnt.’i)iijJH)UiH\ toe Htiioiiit > kmiiikih ti jkiiiii
Сразу оилюримся, чю об активных элементах (т. е способных усиливал-
любые анналы) электронных лампах, транзисторах и микросхемах у пас со-
стоится отельный подробный разговор. Сейчас мы но шакомимся с самыми
простыми компонентами • теми, что составляют основу элск1ронпои схемы,
ее каркас
Все радиоле шли на электрической схеме соединяются цепями, условные
обозначения которых показаны на рис 3.11.
Резисторы
Зы хорошо запомнили закон Ома? Чему равен ток о цепи? Правильно —
отношение напряжения, приложенного к участку цепи, и сопротивления эгого
участка. Если необходимо задать определенный ток, нужно установить в цепь
известное сопротивление. Для эгои пели и используются резисторы — элемен-
ты с известным сопротивлением. Значение сопротивления резистора называет-
ся ею номиналом
82
Зншом5 rso с радиоэлементами
Р
—О— Общее обозна <енио на схеме
МЛ Г. С2-23
Рис. 3.12. Внешний вил постоянных резисторов и
Обозначение с указанием мощности
ик условное изоГцыжсннс на схеме
Чтобы можно было задавать разные токи, выпускаются резисторы с номи-
налами от десятых долей Ома до десятков и лаже сотен МОм! Как выглядит ти-
пичный постоянный резистор, изображено на рис. 3.12. Он имеет вид цилинд-
ра с торцевыми выводами, покрытого цветной влагонепроницаемой краской
На боковой поверхности цилиндра нанесена маркировка — сведения о сопро-
тивлении резистора и точности его номинала. Иногда на корпусе можно встре-
тил и значение допустимой рассеиваемой мощности
Номинал промышленного резистора не может иметь произвольную величи-
ну Количество номиналов велико, но все же ограничено типовым рядом, при-
веченным в разделе «справочная информация*. Если в результате расчета полу-
чится шачспис сопротивления, не совпадающее со стандартным (так оно чаше
я о п бынле1), берут ближайшее из типового ряда
Очень важный параметр — мощность резистора. Вы уже знаете, как рассчи-
1ыиан» мощность, выделяющуюся на сопротивлении при прохождении через
него постоянного тока. Допустим, для сноси схемы вы выброди I-ваттный ре
ин гор сопротивлением 10 Ом и намереваетесь полключигь его к источнику на-
пряжения 10 В Возводим напряжение в Kuwipar и делим на сопротивление.
В результате у нас получилась выделяемая мощность 10 Вт. Выбранный вами
рсшсюр очень быстро почернеет, пустит дым и сгорит В данном случае дня
схемы нужен был ре шетор мощностью по крайней мере 10 Вт, а го и немнож-
ко больше, чтобы оставить на всякий случай j?inac. Отсюда правило сначала
вычисляйгс мощность и уже потом выбирайте резистор, а не наоборот
Промышленность выпускает резисторы мощностью 0,062 Вт, 0.125 Вт
0, 5 Вг, 0,5 Вт, I Вт, 2 Вт, 5 Вт, 10 Вт, 25 Вг, 50 и 125 Вт. Главное их отли-
чие в размерах. Маломощные резисторы - маленькие, мощные боль-
шие. Запоминаем еще одно правило: следите за размерами своих констрхк-
цип, не используйте 125-ваттный резистор там, где можно установить
0 1 ваттный. Это нс к рас и но'
Отличаются резисторы также по точности. Например, возьмем два север-
tn ню одинаковых резистора с номиналом 10 кОм и мощностью 0,5 Вг. Одна-
о х одного точность нормирована на уровне т!0%, а у второго — +0,25%. Это
1ЧИТ, что реальное сопротивление 10-происнтного резистора, взятого наугад
из россыпи, может оказаться и 9 кОм, и II кОм, и любым значением, заклю-
нным между этими цифрами. «Ворота*, предоставленные для второго рези-
стора, намного меньше — его сопротивление имеет право отклоняться до зна-
чении 9.975 Ом и 10,025 Ом. Чувствуете разницу?
» 3
bpivM IIXAIIM IB 11рОНСНГН14С pCdHCTOpM МИД.1 ИМГЮ1СИ 0,25 lipoiiCH 1НЫС?
Ofii.ii показывает. 41 и h реальных схемах редко нужна икая .'uhic4h;ih« i оч-
ное) ь, в но wb imjoiiicm Cmiu.hhihctbc случае» xnniiicr 5* и даже Н)-нро!кчнноЙ
ючносю И только я некоторых к тучаях, например при проектировании и imc-
ригсльнои техники. номиналы приходшея нормирован» очень ючно, иначе рс-
.ультиы измерении окажутся недостоверными. Точные резисторы, кроме всею
прочею. с гоя г дорою и их трудно купить. А обычные резне юры малой юч по-
сти продаются свободно.
Существуют также дручие параметры решеторов, такие, как зависимость ве-
тчины сопротивлении от нагрева, стабильность с течением времени Но мы
их не будем рассматривать здесь. Со временем читатель познакомится и с ни-
ми, если займется электроникой всерьез и надолго.
Резисторы величиной до I ома обычно и <го-
1'ис. 3 13. Внешний жнд
ЧИП pt Mei ра ири сильном
IMVM'ttKMN
гавливаются прополочными, то есть навиваются
из проволоки с высоким удельным сопротивле-
нием. Резисторы с сопротивлением более I Ом
выполняются, как правило, нсирово.точпыми
Здесь существует несколько разновидностей,
углеродистые, бороуглеродистыс, композици-
онные, металл олле ночные, пленочные Какими
рекомендуется пользоваться начинающему ра-
диолюбителю? В свое время были популярны
типы МЯТ, 9M/IT. Ныне они отчасти устаре-
ли, уступая свое место С2-33, С1-4. С2-23 и
многочисленным импортным аналогам.
недавно появились так называемые ЧИП резисторы для новерх-
иоегшле мрнтажа, г рсдс. являющие собой прямоугольнички голшиной менее
миниметра и ми т ш мег росы ми размерами (рис. 3.13) К слову, бывают также
дрУ'н4 Ч И И-гомпояс1иы, например, ЧИП конденсаторы, ЧИП-диолы и г, л.
В г ромы им» и кос г и ЧИП компоненты уже акгивш исношлуился, но радио*
лиЛиг1|ям м более начинающим, работай* с ними нс рск.омсiтдус 1ся —
лини 4 уж они маленькие'
Nнюни нинлмо реш'.юр! всю применяющегося в электронных схемах,
ЯИЛЯКМСЯ 1Н |Н МСИНЫИ 11<ьк Г|НЛ ЧИМИ и риулиронвчныи ргяклчры (рис. 3 15),
1 «кои ргли юр имсе| !ри (или более; выводя Между крайними выводами
!К1ЮЧ*-П обычный ПОСГОЯИНЫИ рСИКЮр, ВО! средний ВЫВОД 1ИС1ОЧ-
11Д1 IIP 1КД >!< KOHIxiK' КОЮрЫИ ' К<>Л1.}ИГ ИО поверх ШИ HI pCiHCiHBHO-
ДОЯ | И I ОС/1ИП1П1, икгку одним иг выводов мы сможем «укорячИ-
Ч|»ь иди «УДЛИНИ!!»* рсшсюр НМ е.ГМЫМ меняя сю С<Н1рО1ИВЛСНИС. В од-
ном К|ыиним НО fOA' HIHI WllpOl НВЛСНИС буд< | p,l|lliC
нулю в лруюм подниму соиро1ииленшо решсю|м
I С [CLf 11(111)0 МОЖНО yCUHOBHIb и нромежуючпые
пычения. В PCOCI.HHOM ш .11041 нив у резне юра пспо-
1ЬЗУЮ1СЯ два ПЫКОД.! ОДИН иг которых свякш с по
Д1Ц1ЖНЫМ КОН nil ЮМ
Рис 3 И Вил fiiujurnnil я»... с 11 III I Mi.MiiinnHia.MH4 ре шгеирими.
ано мчи и koiui iit-JHiiHiMH
Д4
Г ~' у W
Знчгомстко (,
11одсгрое шив резне юры
Специальные резисторы
Регулирскяиые резисторы
Рйостикл ао/жм«»ян*
Фспс^вистор
l*pMOC*XTOp
1'ш.. Ч 15. Внешний вид резисторов с изменяемый сопротивлением и их схемное изображение
Переменные резисторы могут быть ззозшрозкыми, движковыми и мпоимюо-
ротными Поворотный резистор конструктивно представляет собой пост, иную
ui.li юл ценную в виде разрезанного колечка, и шетку, закрепленную до
Вр.нпая ось, мы можем перемешать метку по поверхности колечка Ось
.вершат в только один оборот. Движковый резистор выполнен с прям<-
юи постоянной частью, по которой шетка скользит вправо-влево. Мно-
орогпын переменный резистор напоминает поворотный, но для П(ЖШВМ|
ш пил (истки необходимо сделать с десяток-другой боротое. Д»
П'ременные резисторы используются в основном для внешних регупиро-
Н.шримср, бызовая техника имеет органы регулировок зромкоспд^^^Н
;1и KoiiipacjiiocrM, выполненные на основе поворотных и ДВИ'жЛи
рсш< jnpoB. Мно|ооГ)ор<нныс переменные резисторы встречаются горвдео
и< лютьзую1ся ыч, зле необходимо более точно pci ул ирозыть какие ш<-
j H ip iMCfpbl.
Поп. !роечный злеменг опшчасчся из переметило гем, чзо он регулируется
не |н 1ко п процессе заводской настройки или ремонта прибора. Пчд-
НП.1 рсик1о|>ы не пмекн удобных конструкций узлов управления щетка
। них груд но * насад и и»» красивую декоративную ручку. Однако и now
। лю/ноМнслп все же iiciio.ibiyioi чк)Л1лросчпики» в качестве переменных рс-
! н( до|ы6.||Ы1заю1 их (применять полс1рос«|ныи решегор в катсегззе пе
io io ecu. часзо pviy.nipycMoio, нсАелагс.тыю, i.ik клк их конструкции
пиана на но Cu.icipec и шапшилегся резистивный слои, ззо которому
нои ио KoiiiaKi)
I IcpcMCHHi.ie и н<1ЛС1р<)ечныс ,)сзнс1оры так же, как и постоянные, имскт
плмннальныч coiipui пилении, пормпрузозся но точности и по расС.ИВНС-
и и мопнюеш. Обычно точноси, эзнх злемешов начолнтсн и прететах .Ю%,
Гпана 3_________________________________________________________— I
а мощность — не более I Вт. Для большинства конструкций этого достаточно.
Изготавливаются переменные и подстроечные резисторы как проволочными,
так и нспроволочными.
Конкретные советы по использованию каких-то типов этих элементов дать
сложно Хорошо работают и не отягощены дефицитом СПЗ-19а, СПЗ-196,
СПЗ-38а. СПЗ-39а, СП5-2, СП4-1 Много импортных — на все вкусы. Общее
правило такое: если сеть возможность, то предпочтительнее выбирать мн ни а-
торные конструкции, Другом совет: никогда нс использовать старые перемен-
ные резисторы, которые утке побывали в аппаратуре. Пленочный слои от час-
того перемещения щетки у них поврежден, а значит, можно ожидать от собст-
венной конструкции неприятных сюрпризов. Подстроечные элементы, как
правило, сохраняются лучше: можно смело использовать даже извлеченные из
старой аппаратуры.
Кроме резисторов с механически изменяемым сопротивлением, промыш-
ленность выпускает специальные, которые в состоянии менять свое сопротив-
ление от внешних воздействий, свега — фоторезистор; температуры — термо
резисторы, протекающего тока — термисторы; приложенного напряжения —
варисторы.
В радиолюбительской практике, да и нс только в ней, бывают случаи, копи-
ист подходящего номинала резистора, но есть много других. Что делать? Мага
зин дхтеко. а резистор нужен срочно. Тогда прибегают к параллельному или по-
следовательному соединению резисторов (рис. 3.16). Если обозначить сопротив-
ление первого резистора как RI, а второго — как R2, то при последовательнол
соединении общее сопротивление будет:
R = AI - R2 + .+ Ап,
а при параллельном'
l-± + J_ 1
Л Л1 + Л2 + + Rn
б)
1’нС. 3 lft< Hjpii’.unu iw (ннпиы pciwviopuB в схемах: a — пос ндован'льког, 6 iuip.i хклыые
Знакомство с радяозлеменглми
Если параллельно подключены только два резистора, то формула после не-
большого преобразования приобретает вид:
д_ Я1/?2
“ Я1 + R2
В этом случае для определения номинала можно также воспользоваться уже
посчитанной таблицей, приведенной в справочном разделе,
Общее правило здесь такое: при последовательном соединении обшес со-
противление будет «больше большего» номинала, а при параллельном —
«меньше меньшего». При соединении двух одинаковых резисторов последова-
тельно общее сопротивление удваивается, а при параллельном — уменьшается
в два раза. Если же параллельно подключить и резисторов с одинаковыми но-
миналам и (Я! = R2 = = Rn), то формула для определения общего сопротив-
й d Д’
ления приобретет вид: R = —.
п
Конденсаторы
Г]омните Лейденскую банку? О ней, конечно значительно модернизирован-
ной, пойдет ccirrac речь. Конденсатор — это накопитель электрической энер-
гии, электрического заряда. Он состоит из двух проводящих электродов (обкла-
док), между которыми проложен слой диэлектрика. Способность конденсатора
накапливать электрический заряд характеризуется электрической емкостью Чем
больше емкость, тем больше заряда конденсатор сможет накопить. Электриче-
ская емкость измеряется в фарадах. Догадайтесь, имя какого ученого увекове-
чено в этой единице измерения? Ну конечно же это — Майкл Фарадеи! Е.м-
косп в 1 фарад — очень большая величина. Радиолюбитель оперирует величи-
нами от единиц пикофарад (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ). Для
конденсаторов это:
1 мкФ = 10-ь ф (I Ф - 1 000 000 мкФ);
I нФ =10-9Ф (1 Ф ~ 1 000 000 000 нФ);
I пФ = 10-12 Ф (I Ф = 1 000 000 000 000 пФ).
Определить заряд, накопленный в конденсаторе (в Кл), можно по следую*
щей очень простой формуле:
<7 = С Г,
i ie С емкость конденсатора, Ф; ( — напряжение на его обкладках, В.
Как пока лапают расчеты, емкость конденсатора в значительной степени за-
мш in от качества диэлектрической прокладки л от расстояния между обкладка-
ми. Чем меньше расстояние п чем болы не диэлектрическая проницаемость ма-
териала, гем больше емкость. Но в реальносгп нельзя бесконечно уменьшать
ссгояние между обкладками, да и к выбору ди электрика нужно оиюипкя
(рожно, Мы уже знаем, чю любой ш »лсктрнк обладает конечным напряже-
нием пробои. и, чем он тоньше, тем меньше по напряжение. Вторая пробчема
я мил с пенделл!-носило ди нк’К1рика н нем, как мы помпам, могут ноянлч*
и.ся юки В конденсаторе пн токи 1[1|1Ы1мюг юкамн >1сч*и. Блакэддря токам
0?
Глава 3 ____________________„__________________ .. '
-------------------------------- —
сгсчкп заряженный конденсатор может постепенно разрядиться. Электрическая
емкость также может меняться от температуры, причем по-разному. Одни кон-
денсаторы увеличивают свою емкость с температурой, другие — уменьшают.
Вог мы и назвали основные параметры реальных конденсаторов — электриче-
скую емкость, 'юпхстимос рабочее напряжение, ток утечки и температурную
стабильность.
Выбор номиналов электрической емкости выпускаемых промышленностью
конденсаторов так же, как и для резисторов, ограничен типовым рядом. Он та-
кой же, как и для резисторов, только вместо омов поставляются фарады и про-
изводные от них единицы. Точность номиналов воспроизводится с допуском
10% и 201Б, доходит даже до 50% у электролитических конденсаторов. Немного
реже встречается 5-процентная точность, совсем редкие и дорогие — I-процен-
тные и 0,5-пронентныс. Допустимое рабочее напряжение у конденсаторов ко-
леблется в пределах от единиц вольт до нескольких десятков киловольт. Мало-
габаритные конденсаторы рассчитаны обычно на низкое напряжение, круп-
ные — на высокое.
К настоящему моменту разработано больше десятка разных типов конденса-
торов: бумажные, слюдяные, керамические, полиэфирные полистироловые,
поликарбонатные> полипропиленовые тефлоновые, стеклянные, фарфоровые,
ганталовые, масляные, воздушные. Название здесь относится к типу диэлект-
рика. Очень важно при выборе конденсаторов для своих конструкций не «про-
махнуться». Неправильный выбор может привести к нестабильности электрон-
ной схемы, к ее большим габаритам или высокой стоимости. Некоторые реко-
мендации относительно предпочтительного выбора следующие.
км
С1
т
Проходной
л-
Опорный
1
УУГ9
Рис. 3.17. Внешний вил неполярных, кондеи сатира в постоянной емкости и их обо jna*ieiinc »и схемах
В бумажных и мс галлобумажных конденсаторах обкладки представляют со-
бой скрученные в рулончик полоски фольги, между которыми проложена бу
Maia, пропитанная парафином. Это — один из самых старых видов конденса
торов. Они обладают большими габаритами, но в го же время чрезвычайно
дешевы. Бумажные конденсаторы предпочтительнее использовать в нпзкочле
тотных цепях и в сетевых фильтрах. Из распространенных типов назовем
МЫ О, МЬМ.
88
Знакомство с радиоэлементами
Слюдяные конденсаторы обладают невысокой температурной стабильно-
стью, зато малой утечкой и хорошей точное]ыо номинала, максимальным ра-
бочим напряжением до 600 В. Использовать рекомендуется в высокочастотных
цепях. Пример: КЛС.
Керамические конденсаторы имеют низкую точность, но обладают удовлет
верительной утечкой и температурной стабильностью. Диапазон рабочих на.
пряжений простирается до нескольких десятков киловольт. Это конденсаторы
широкого применения. Пример: КД-2, KI0-I7, К10-42
Полистироловые конденсаторы применяются в точных приборах. Они име-
ют малую утечку, высокую точность и температурную стабильность, но, к со-
жалению, крупногабаритны. Пример: К71-7.
Полиэфирные конденсаторы обладают малой утечкой и хорошей точно-
стью, но их температурная стабильность оставляет желать лучшего. Эти кон-
денсаторы широко применяются, и к ним относятся К.73-17А. К73-17Б,
К73-22, К73-26, К78-2,
Довольно дороги танталовые конденсаторы, ио они имеют значения емко-
сти до 500 мкФ и крайне маленький ток утечки.
Несколько особняком стоят электролитические конденсаторы. Называются
они так потому что между обкладками, выполненными из тонкой фолы и
п >жсна лента, пропитанная специальным электролитом. Как мы знаем,
электролит проводит постоянный электрический ток, а конденсатор его прово-
дить нс должен! Зачем здесь электролит? И где диэлектрик? Это — неизвестное
кс явление? Отнюдь! Диэлектрик в таком конденсаторе тоже есть Одна из
ок ладок покрыта тонким диэлектрическим слоем окисла, а второй является
; раствор электролита.
Особенность электролитических конденсаторов — большие величины зала
.юн емкости — до сотен тысяч микрофарад. Однако надо помнить, что кон-
денсаторы этого типа жестко нормируются по рабочему напряжению, которое
пи в косм случае нельзя превышать. Рабочее напряжение указывается на их
орпусах рядом с номинальной емкостью.
Другое интересное свойство электролитических конденсаторов - условие
одения полярности подключения. Выводы конденсаторов маркируются
<ом «—» у отрицательного вывода. Раньше, правда, маркировали потожите-
ныи вывод, но сейчас маркировка другая. Так как электролитические кон-
/нсаторы (другое их название — оксидные) используются в основном как фи
пир юшпе элементы, их положительные выводы необходимо подключать к
пол итсльным выводам источника питания. Недолгая псреполюсовкя (непра-
вое подключение) обычно нс выводит электролитические конденсаторы из
я. но долгое нахождение в таком состоянии может привести к неприятным
и тажс опасным последствиям.
В свое время один из авторов этой книги, совершая первые шаги в о&ипи
iCKipoHHKii, случайно подключил крупногабаритный полярный конденсатор
ом наперед*. За некоторое время нахождения пол током конденсатор на-
1 электролит в нем закипел и алюминиевый стакан выстрелил в поло-
как новогодняя ракета, разматывая за собой обкладочную ленту. Горн-
ем родит брызгами разлшслся во вес стороны, испачкал обои и мебель к
Хорошо что все обошлось благополучно для окружающих!
89
Слапа 3
'||.юН .wmimmhi ИС тмрялся. и смкоен. ко, mica гора 1№ падала, сю
чрсмикн сделан, по |,о,мола1<и.1И 1срмечнш,1М. 1лес>. о крое.ся причина пи-
poH-KHirK'cKox Л|И|И К<О11 Но иеК1ро'Ш11Г1счК1,е коилсисаюры псе равно спи
|'1Н>>|>| не СЦИНКОМ ll.nieAIH.IMH H'MVUI.IMH Но HpOIHCCHHIII нескольких лсм
lltKipO'IHI Ilk ПЛИ ин.НС М<»ШС1 IlClinpll НА и. л ириипр. В КШороМ Oil С1ОИ1, —
Hk lMII. Ч|о IM lip.lktllkC П 1|.|(»1П'Ы<1<Я. Ун-IMI у Н1СК1ро'НН11-1Г( MIX кондеи
..норов JOkv Hl.KOk.IM <Ч|Н.»( НЯ ЦОРШ.11.Н1.1М, ССЯИ OH.I IIV lipi-Hl.lllhICI Illil’IC
ИМЯ 0.1 мА II.I I мк‘й емкост.
Ili oidvi । венных примерив модно p.iih.iii. К SO 29, К SO <5, КМ) 6К,
К 50 77, К.Ik UCI’I la. именем мной» HMiiopHiMX анаши oit Mi l iроли IНЧССКИГ
k« MHICIU .11 upl.l UlJHVl ЬНЮН Л < |).l ULI IMIM'I H ilkl tl.l 1Ы1ММ |NH HOUOAClHH'M IIHIHh
дин, pm I IS Pn HiauLiii.iii kOHiK iiu нор похож h,i not kbhuii.iH pc iih lop, а у
HlH.IHIIOIo h|.llto,ll.l СЛСЛ.1Н1.1 I 0/llloli С1ЩНЦ1Ы I ДК1Н1 К Dill I pvi 1111Я L1II1IMH1T
МП11.ШС MCt | Л ILI 101.IH
a)
Д)
I’uc, 3 IK. I Hkipo жнгвчмее unut in aiopiJ С iM’Ui ц.иым (u) it рхнм.п hi.im (6) pinнчлажипк-м
шин iub i) it\ nuuMU'ieiHiM вы схсчич: < - iitnuiiiiut; г — нмпммрнмх, i) — cmhoi-iiiii,i\ и одним мфнущ
HoionopiiM теперь о переменных и подстроечных конденсаторах. Перемен*
мыс конденсаторы используются сегодня псе реже, так как им найдена непло-
хая л.'плсрнлгнвл и пиле полупроводниковых элементов — варикапов. Перемен-
ные копдспеаюры представляют собой конструкцию, состоящую из двух час-
юн, рис. 3.19. Неподвижная часть составлена из одинаковых пластин, между
которыми оспинепы зазоры Подвижная часть, вращающаяся вокруг оси, вы-
полнена точно так же. Пластины подвижной части входят в зазоры между пла-
стинный неподвижной части, увеличивай пли уменьшая размер обкладок. Bqt
таким простым меюдом регулируется емкость конденсатора, которая напря-
мую зависит от площади обклалок. Диэлектриком в таких конденсаторах слу-
жит воздух, а сами конденсаторы называются воздушными (они долгое время
применялись в массовых ламповых радиоприемниках). Емкость этих конденса-
торов не превышает нескольких сотен пикофарад. Разработаны также подстро-
ечные конденсаторы с керамическим диэлектриком, основанные на том же
принципе. Но неподвижная и подвижная обкладки у них имеются в единствен-
ном экземпляре
Подстроечные конденсаторы (регулировочные, триммеры) конструктивно
не отличаются от переменных, разве чго емкость к,х составляет десяток-дру-
гой пикофарад. Этот тип конденсаторов (рис. 3.19, и) до си.х пор активно
применяется в радиотехнике. Интересно, что подобный тип накопи тельных
элементов радиолюбители называют ♦молотковыми конденсаторами». Назва-
ние идет ог условною графического обозначения, на котором символ конден-
90
Знакомство с радиоэлементами
иг
Переменные
Одинарный
<л
Г>|Жб«^(ыф
Подстровчны»
! 19. BlHIHIfilll tilt) И JC IflHtMH* 0Л0 1114'14 ИНГ КОНДГНГ.Н О|ЮН V И 1М1ИИГМОЙ ‘ *Mrt I МН
ляс (ihKJhi'im — перечеркну! пакдопнои ч<рнш г гори иинлльной
H.IIKI'II.OH H:iH«»MHII.I|OIIK ii M'HKHOK, "А |ДС Жс СЧ'рН?» CUIpOVIIIC !<Ы Ни
hoi вопрос мы (ici.hiiim бе i oiBeia.
( Jlllll dlllfLie 'Н1СМСН1Ы НрПМСНИКИСЯ BIHlOIL Д() высоких 4IICIOI. ‘Iio ЛСЛ.111,
ivm к io p,i i]);i6;hi»ii»;icг icxiuiKy ( ВЧ ' Ведь гам уже чувствуется в (нянис емко-
in ю.с между соседними проводниками! В ( ВЧюхннкс нет нновых кондеи
юрон их приходи1ся рсализовыван, конс1руктивно, например, намаливая
па нср i икал ы пап шнарек кусочек провода в изолинии. Чем больше буле г еле-
йно шиков, 1см больше получится cmkocil дою ко плене а гора Оаким же об-
ра юм (слали некоюрыс высокочастотные конденсаторы в первых иериипых
<и । венных радиоприемник,IX и телевиторах).
1юб(П1 конденсатор по огношению к постоянному току является лишекгри-
। м. Запомшне: конленсаюр не проводит постоянный ток! Но перемечшый
ток он проводит, и неплохо, имеет сопротивление, измеряемое о омах. Однако
coiipoiннчепие эго 'зависит от частоты в соответствии с формулой, приведен-
ной в разделе 2. Чем больше емкость конденсатора, тем меньше его сопротив-
ление на одинаковой частоте.
Что делить, если под рукой нс нашлось подходящего номинала конденса-
ора? Правильно — соединять имеющиеся параллельно или последователь-
(Г
С = С1 ♦ С2 <
а)
б)
нее. 3.20. Bilim еемминення кон.'.инса тиров: a — пархчелькое; б — последом те wwr
91
3
нс рис 3 20. Итак. С1 и С£ - два конденсатора. Смотрите внимательно!
Пэн параллельном соединении:
При последовательном соединении:
~ И С2
С1 + С2
Если же последовательно подключить п конденсаторов с одинаковыми но-
миналами (С! - С2 =Сп}, то формула для определения общей емкости при-
обретет опрошенный вид
с=Ц
п
Еще один интересный факт: при последовательном соединении можно уве-
личить рабочее напряжение эквивалентного конденсатора. Например, сели
ваять два элемента, рассчитанных на 450 В, то при их последовательном вклю-
чении рабочее напряжение цепочки поднимется до 900 В.
Вот пока и все необходимые первоначальные сведения о конденсаторе.
Трансформаторы
это что за электротехнический элемент? Вы наперника его знаете — тако-
го большого и постоянно гудящего. Трансформатор сегодня можно встретить в
очень многих электронных и электротехнических изделиях (рис 3 21). Он
прочно утвердился в мире электроники, неизменно будет выручать и вас. Пер-
вое знакомство с ним у нас уже было во втором разделе, поэтому здесь мы
установимся только на их конструктивных особенностях и разновидностях.
Вы запомнили, что магнитопровод реального трансформатора изготавлива-н
ется нс из цельного куска железа, а избирается из тонких пластин? Зачем? Поле
первичной обмотки наводит ЭДС нс только во вторичном обмотке, а также, по->
сколыс железо является проводником, и в магнито про воде. Возникающие при,
этом токи, называемые токами Фуко, разогревают магнитопровод. Более того,
на гики Фуко трагпттся часть полезной энергии Чтобы максимально отрезать
• пути отступления» этим токам, магнитопровод набирается из тонких пластин J
Из предыдущего раздела вы уже знаете, что мощность передается из пер-|
винной обмотки трансформатора во вторичную 6ej потерь. Вообще, строго го-
воря. небольд.ие потери в реальных трансформаторах есть. Они связаны со
многими факторами, в том числе и с тем, что часть магнитных силовых линия
минует магнитопровод и нс пронизывает вторичною обмотку. Однако КПД со-
временного трансформатора достаточно высок.
Здесь мы вынуждены будем огорчить читателя, назвав еще один важный па-
раметр трансформатора, - габаритную мощность Вы не замечали, что в мошной)
аппаратуре трансформаторы имеют внушительные размеры, в то время как
трансформаторы малогабаритной аппаратуры уменьшаются на ладони? РеальН
ный гран с форм.пор не может передавать мощность больше определенного знаЛ
чения. Оно однозначно связано с его габаритными размерами. Что будет проис-
92
Знакомство с радиоэлементами
ходить, если мы все же захотим превысить максимальное значение мощности?
Ничего нс будет — нам просто не удастся это сделать! Продолжив увеличение
тока вторичной обмотки, нагружая ее все меньшим и меньшим номиналом ре-
зистора, мы увидим, что с некоторого момента напряжение вторичном обмотки
начнет уменьшаться. Трансформатор отдал максимум свой мощности, ему
больше неоткуда черпать резервы, и он выходит из положения таким образом.
Что произойдет, если мы просто замкнем контакты вторичной обмотки, ре-
ализуя тем самым так называемый режим короткого замыкания9 Трансформа-
тор начнет громко гудеть и греться, что в конечном итоге приведет к выходу
его из строя. Причина такого поведения тоже проста. Трансформатор лишь пе-
редает электрическую мощность, которая рассеивается в виде тепла в его на-
грузке, — в данном простом случае это резистор, подключенный к вторичной
обмотке. Короткое замыкание концов вторичной обмотки лишает трансформа-
тор внешней нагрузки, и вся мощность начинает выделяться на омическом co-
ni »тивлении этой обмотки, которое, как известно, мало.
Иногда в трансформаторах возникает дефект, связанный с внутренним по-
вреждением обмотки и замыканием части ее витков накоротко. В короткозамк-
нутых витках возникают большие токи, они нагреваются и тоже приводят к
выходу из строя всего трансформатора. Сегодня разработано много методов
определения короткозамкнутых витков, но для радиолюбителя можно реко-
мендовать самый простой. Если трансформатор, будучи включенным в есть да-
же отключенной нагрузкой вторичной обмотки, громко гудит и греется — это
Внешний вид
ТН36
ТП24
Условные обозначения на схеме
Рис. 3.21. Внешний «мл трансформаторов н их ?сло*жое обишчемие м схеме.
a — да т\оом о точною; б — мнопмэбмоточжого,- в — с отжила;
г — с Экраном межа* «холной обмотъоЛ я «семи осп.ш«ым«;
а — высокочастотный трат форма тор с реп эмроеочмым сг^течяжме
О?
Глэаз 3
верный признак короткозамкнутого вилка. Ремонтировать такой трансформа-
тор сегодня уже нс имеет смысла — лучше его заменить новым. !
Если трансформатор имеет несколько вторичных обмоток, можно использо-
вать ту, которая максимально подходит по значению напряжения, а остальные
оставить неподключенными. В другой ситуации, когда, например, напряжения
одной обмотки не хватает, но имеется несколько обмоток, их возможно соеди-
нить последовательно. Нужно только следить за правильностью подключений,
любая обмотка имеет * начало» и «конец» Так, для сложения напряжения об-
моток «начало* нужно всегда соединять с * концом». В противном случае резу» I
льтируюшее напряжение уменьшится. Параллельное включение обмоток мож-
но применять только для обмоток с одинаковым значением напряжения.
Часто первичная обмотка трансформаторов выполняется с отводами, чтобы
иметь возможность подключения к питающей сети с разным напряжением.
Условное обозначение трансформатора приведено на рис 3.21 Точкой, стоя-
щей около одного из выводов, иногда указывают начало намотки — это позво-
ляет узнать фазировку обмоток, что важно при их последовательном или па-
раллельном включении.
Если говорить о сетевых трансформаторах, то необходимо учитывать, что в
радиолюбительской практике удастся использовать только такие, которые рас-
считаны на частоту 50 Гц. Радиолюбителю могут встретиться (в основном в от-
служившей аппаратуре) сетевые трансформаторы на частоту питающей сети
400 Гц. При той же габаритной мощности выглядят они значительно меньше
50-гериовых, отсюда и появляется соблазн «обмануть природу». Но лучше об-
маном нс заниматься - этот трансформатор, будучи включенным в бытовую
сеть 50 Гн, просто сгорит.
Итак, какие основные характеристики нужно учитывать при выборе транс-
форматора? Повторяем: габаритную мощность, подводимое (номинальное) на-
пряжение первичной обмотки, напряжения и токи вторичных обмоток.
Трансформаторы используются не только для получения необходимого пи-
тающего напряжения Их можно встретить в каскадах передачи звуковых и ра-
диочастотных сигналов, в измерительных схемах, в высоковольтных схемах, в
линиях связи, в компьютерной технике.
Очень важный для радиолюбителя вопрос — где взять сетевой трансформа-
тор для своей конструкции? Подходов здесь несколько. Можно извлечь его из
отслужившей свое техники можно приобрести на радиолюбительском рынке
или в магазине радиодеталей. Промышленность выпускает oi ром нос количест-
во таких изделий. Раньше активно рекомендовался и путь самостоятельного
изготовления. Пока вы нс приобретете достаточною опыта, мы настоятельно
рекомендуем не изготавливать сетевые трансформаторы своими руками, и вот
по каким причинам. Во-первых, чтобы намотать первичную обмогку, требуется
не одна согни витков и тонкий провод, который то и дело рвется при неосто-
рожных движениях. Во-вторых, даже если намотка удалась, при плохой сборке
магнитопровода, что чаше всего встречается, он будет вибрировать и рззлра*
жагь слух В-трстьих, о процессе изготовления промышленных трансформато-
ров хорошо отработаны технологии безопасной изоляции обмоток, прочно®
94
Знакомство с радиоэлементами
изоляции контролируется специальными мс годами. В домашних условиях
обеспечить надежную изоляцию намного сложнее.
Не нужно создавать себе лишние проблемы! В качестве сетевых трансфор-
ма горов можно использовать специально предназначенные для мои пели уни-
фицированные серии ТПП, ТА, TH, Можно также взять трансформаторы кад-
ровой развертки из старых телевизоров, типа Т8К70Л2, ТВК-НОЛМ,
ТВК-110Я-1, ТВК-1 ЮЛ-2. Недавно появились очень хорошие отечественные
малогабаритные сетевые трансформаторы серий ТП-Н2, ТП-Н4, ТЛ-Н5,
ТП-121, ТП-321 ТПК-2. Основные параметры трансформаторов данных серии
приведены в соответствующих таблицах справочного раздела этой книги.
Если вы не знаете, какой мощности выбрать сетевой трансформатор для пи-
тания своей конструкции, то умножьте ток вторичной обмотки на се напряже-
ние вы получите габаритную мощность трансформатора (Р -1 U).
Ну и последнее, что мы намеревались рассказать здесь о трансформаторах.
Как определить, где у сетевого трансформатора первичная обмотка, а где —
вторичная? Это сделать довольно просто, имея под руками прибор для измере-
ния сопротивления. Как мы уже установили, ток в первичной обмотке в не-
сколько раз меньше тока во вторичной обмотке, а значит, ее наматывают более
тонким проводом. К тому же первичная обмотка понижающего трансформато-
ра содержит больше витков. Поэтому, измеряя сопротивления обмоток, можно
ск гь, что обмотка с большим сопротивлением — первичная.
Катушки индуктивности
Эти замечательные элементы также очень широко используются в элект-
ронных и электротехнических изделиях. Устроена катушка индуктивности еще
проще, чем трансформатор. Чаше всего она имеет одну обмотку, уложенную на
диэлектрическом каркасе. В каркас может быть вставлен сердечник, он н>жен
для увеличения индуктивноеги катушки. Индуктивность — основной параметр
катушки, и о нем мы сейчас поговорим.
По закону Фарадея, переменное магнитное поле порождает поле электриче-
ское. И мы вплели, как магнитное поле наводит ЭД С в соседней обмотке
трансформатора. Но оказывается, что это же самое магнитное поле наводит до-
сердечника
С регулировочным сврдвчнижом С мвгнитолроводоы
Рис. 3.22. Внешний вил и условное обозначение катушех индуктивности
Глля.т 3
iHVimm ii»h\hi • U и fi cuGiinciiiioii uGmoikc, мдюря cin, no пояс, нородиц.!.
tuill.lH I 1д II,I H.IIMC lUl ' ) U С.1МПЦЦ ЦкНИИ HO| Oil l II Mill I l!\C! 11 k.llVIIIKC.
К IK lipoiUVincrCH C.IMOHll IXMIIIH’,’ 'bliiytlHM, МЫ llOlh'lkl’inCM KlliyillkV IllUiyk
I И ШИК I II к МИН Ik I.IM HlliVIHIlk.l II III p'l AC 1111Я ’III) Gy IV I lipoilVXO'IH I I. I. HlkJ.’M 11
110111!.’ I\ l\ lb U HO IK IIU’ICHIIH pVIHilop.l 1И1М \opiMH<i HlUVClCII ЮК MI IIOIICIIIIO
UI-IP Ik 1 10 Г It* III nviltin, olipv IV'MK Moiu I,IK1II||IM Om.I, /VllOAC l! k.l I у 111 l\< HI ’ < 'll
MiHII I 1\ kllllil. IIO till IK lion HIM И I lv II Прении' I H)C I HO tlllll.lionvilllio HlCk I рН'КЧ MHO
Ulk H |l ucpllllll MOMV11, KOI 1,1 К;|Ц|||К,| to'll.ko lO.ll.kn ПОП, ЧН1Ч11 НИ К 111'10'1
lUtk |H1., n HUH! lie (is ,1C I* I h’lOM II,141k I' я 1111 IVI 11 IOC 11,1 p Ik | Д 111 fv Koi )|.|
II.Ip 1НШ IlkOIIMIIH Г I III Ik Н1Ч1111К н\| | HX’ICIhlC ItllV I pCIIIIVC l onpo I 11IIJ1C*
ЦИС и 'ОМОН I kJlMHKII 1П-1! 11' 11ИЧ 1,1 II I II ic.t !!>! ИН О II pOllO 1110 k,|, IO IHlkOlJhl.
H pi ,| II not 1 H ПС 0 I'lililK IIMCl I К lкос io ki'lipol llhllClinc , Ди II И U ,UI(.|I|.I\ llpoiio/l •
lim.Olt H< (>l,lklCi I Io HOMY IOK Ol Р.111НЧ111 31 11.1 yplHHH OllpCJlr ЧИСМОМ НИМИ CO-
|1|ХЧ ИИ КНИНМ11 I I .ip.lk 1 JIIHC IOh.1 MuAtl lipollk'XOJIll 1 h (11,1V I po, MOAll МСЛ*
ll НПО < коросн, »ЮЮ II,Ip u I III1IM iMlpCAC.IMCtVM ИН’Ц КНШЦОС11,10, Чем 6o>lhin<
И11 1\к I HIHkH 1 I,, ICM MCUk’HHVC lUpJV 1 ЛС I lok
Bfopoc p,IMV‘|,tl< H.IHK’ tin ни I Ho ПНЛХКИИИКК 111 ClllXOblKK Н» tilt III I. Ck.l'IKH
юка ч 1001,1 ПОНЯ11. k.!k HO llpOIICXU Illi , llpc IHO ЮЛИМ, 'Illi II НИНК И схеме lie-.
’ай 11uno «унд io* напри acihii nclo'i11iik,i ип hiihdi. 14; ivjii.iai i.ikdio н imchchhm
111 pCHICIOpk’ Olp.l ИНСЯ tp.lty ЮК 1HKAC УИЛДС1. I 111 k.liyillka HIL'IVK 1ИВНОС1II
и momciii и iMviicHioi напряжения on । сохранит nia'icinie
inK,i, koiopoc Gi i hi ii. и imchci uni нлнри aviiiih Инн: напряжение уже utMcini*’
Н’сь. л гок in оце ос гасим icm же пн лук i hihioci ь ир-пя ici нус i режим п 1-
MiiiciiHMM юна и пени )io choikiuo дюинпо иепшп,iyt-кя в >.ic*kiровике для
фи л ы put । ш । сигналов oi помех, шиюдок
Гик- одно важное свойсню инлукншносги ДЛЯ ИОСЮ-
jl— й миною лика обмола кагугпки прсдсlaiUMci coGoli oGi.uiHiaii
пре возник Нд переменном же юкс ее coiipoiiiiuichhc рас
ci с стом 4JU10HJ гока. Здесь юле прослеживается ана-
лог им с конденсаюром! Катушка индуктивноеiи оСиншаег’
’|дсю!ПО1лвиснмым coiipoiИНДСЧIнем, но ею хараюер про-
ишоноложеи характеру сон рог и плен ня конлинСсТгора
(Juojiia'Hin индукппАНоеть буквой /., мы можем вычис-
ли! ь сопротивление катушки (в омах) на любой частоте
тока но формуле, уже вам знакомой но разделу 2.
И нлуктнвносin и смеряется в генри (Гн), но на практике часто используются
более мелкие значения:
I мГн - 10-3 f н = 6.001 Гн П Гн = 1000 мГн);
1 мкГн = 10 6 Гн = 0,000 001 Гн (I Гн = 1000 000 мкГн)
В современно!! электронике устоялось и другое название катушки индук-
тивности - дроссель Так и мы будем чаше всего называть это изделие.
Олин из параметрон дроссели мы установили — эго индуктивность. Имею»
ся и друтне характеристики, о которых также надо знать рал полюби гелю. Лю
бой дроссель рассчитан на определенное максимальное значение тока обмо!
ки. Если превысить ток, обмотка начнет нагреваться, что может вывести эл^
мент из строя. Однако не только в этом кроется суть ограничения
96
Знагимшпо <; р.1диаэг)емон!ами
I |(НЫП.Г|ЯМШ1С€ больiiihhctho Дросселей памошно на жилетных или феррит«вых
сердечник,'IX При превышении kik;i обмшки м и шы ныс свойспы сердечники
pciht) ухудшакн с я, чго iipniMvini к редкому падению шШукшиной и Исходя m
ни шинных причин н технический докумснlamin для всех дросселей нормиру-
спя м»ксимал1гнып гок.
Кош 1рукн11Я дросселя и млериял сердечники определяют возможности их
in пшн. ишания и щек iponnux схемах. Например, дроссели с железными сер-
денниками >'|и|нч. 1 ипнее применял. в инткочаенлных схемах, например в ее-
icBi.ix филшрах. А дроссели пл or поле ферритов и радиол,тсниных. Вшчн-
пни вил и условное оПошачсние клушек ппцукпишосчи (дросселей) подти-
пы па рис 3.22.
I 1л'1ННЛ1О1||1!Му рад НОЛ «Динелю едва ЛИ Ш»Н4ДобЯ!СЯ МОШНЫС СС1СВЫС фи.иь
|рЫ, полому мы нс будем подробно ИД 1Ы пан, 1ЛСС Ь I ип ы дросселей с желпи им
с| шиком. ()Г»ычп.о для лих целей исноль jyiuiui гл счес 1 ленные дроссели се
рин Д* )iн дроссели внешне похожи на fрансформдюры, шличаился ipowoi
дким Hui in11им нндом, большими шапеннями Ш1лук1шшос|и (ли единиц Гн) и
допуг! IIMOIO юк.т (до 25 А)
В ралиолюби 1ед|»скоп практике наиболее часто -----
н< по ыуюня высокочлсг(н ные дроссели серии
ДМ и Д11М (рис 3.23) Они внешне напоминают g
шпыс рсшсюры, и, если бы не маркиров-
ка, их можно было бы легко спутать друг' с дру-
Номиналы нром иных индукппшосгеп
выбиранмся и । тою же пшовою ряда, чго и речи-
юры п конденсаторы, см. iаблицу в справочном [5г*
— 5% и 10%. Допу-
iiiMi токи не превышают ампера, а величина
лнлукншносш - нескольких сотен микрогспрп. И гг_
Обращаем ваше внимание — можно использовать
и JiMiiopiHbie аналоги, например серии ЕС24. РНС 3 дпл?иДН С<?₽МИ
OiMciHM случаи, когда можно при менять толь-
ко ио!лушные катушки индуктивности. Экспериментально доказано, что ин-
дуктивность дросселя с сердечником, хотя и нс очень сильно, но зависит от ве-
личины протекающего по нему тока. В фильтрах питания это нс страшно, а вот
в аппаратуре передачи сигналов эффекты нелинейности могут внести искаже-
ния в сш нал. Остается единственный выход — выполнять катушки индуктив-
ности без сердечников, что, конечно, «раздувает* их размеры. Такие катушки
можно видеть, например, в высококачественных акустических «колонках*.
Достаточно большой класс составляют переменные и подстроечные катушки
индуктивности. Переменные катушки индуктивности^ называемые вариометрами,
долгое время использовались в радиоприемниках для настройки на принимае-
мую волну. Илен вариометра проела — цилиндрический сердечник катушки нс
закрепляется жестко в ее каркасе, а может передвигаться с помощью специаль-
ной тяги, меняя индуктивность катушки. Сегодня вариометры используются то-
лько в специальной технике. А вот подстроечные катушки индуктивности мож-
но встретить гораздо чаше. Идея их напоминает идею вариометра, только сср-
97
Гпава 3
Рис. 3.24. Бескаркасная калька ыыуктивпости
дечник передвигается в каркасе не с помощью тяг, а
вворачивается в нес по резьбе. Подстроечные катушки ра-
диолюбителям чаше всего приходится наматывать самим,
используя готовые каркасы и подстроечные сердечники
Еше один тип катушек индуктивности (самый про-
стой) называется бескаркасным и используется в высоко-
частотной технике (рис 3.24) Бескаркасная катушка состоит из нескольких
витков толстого провода, наматываемых на круглой оправке. Настраивается та-
кая катушка растяжением и сжатием витков.
Если говорить об области сверхвысоких частот, то там начинает ощущаться
влияние индуктивности даже коротких прямых проводников. Для справки —
отрезок провода длиной 2 сантиметра имеет индуктивность около 10 наноген-
ри! В СВЧ-технике разработаны специальные виды индуктивностей на основе
коротких отрезков проводов.
Вопрос, ставший уже традиционным, — что делать, если нет подходящего
номинала индуктивности? Конечно, соединять последовательно или паралле-
льно, рис. 3.25. Если обозначить индуктивности катушек как £1 и £2, то при
п ос л е до вате л ь н о м сое д и н е н и и:
£ -£1 + £2,
а при параллельном:
Рис. 3.25, Воумажипе соединение дросселей: a — послелипэтеяыюе; б — параллельное
Параллельное соединение индуктивностей используется, главным образом,
не для снижения эквивалентной индуктивное!и, а для наращивания допусти-
мого тока, который, при условии равенства соединяемых элементов, распреде-
лится пополам. Ну а снижение индуктивности в таком случае — это, как говО’
рится. непреложный факт.
98
Знакомство с радиоэлементами
Диоды, стабилитроны, варикапы, светодиоды,
фотодиоды и экзотика
О диодами мы уже успели немножко познакомиться и теме об открытии по-
лупроводников. Со стабилитронами и варикапами мы еще не встречались. Но
всему свое время!
Итак, полупроводниковые диоды Это не что иное, как обычный рчп-переход,
конструктивно оформленный и заключенный в корпус для удобства использо-
вания в электронных блоках. Сегодня выпускается великое множество диодов,
обладающих разными характеристиками. Но основное свойство у всех диодов
одно: они проводят ток только в одном направлении.
Мы можем исследовать электронные компоненты с помощью источника
напряжения. Вначале подключим диод так, чтобы в цепи появился электриче-
ский ток (рис. 3.26, б), попытаемся привести его к режиму проводимости и
взглянем на рис. 3.26, а) Пока напряжение источника равно нулю, тока в цепи
нет. Установим на источнике напряжение около 0,1 Ви вновь проконтролиру-
ем ток Его почти нет! Не спешите делать заключение о непригодности дио-
да — он просто еще закрыт
Теперь давайте выясним, какой диод мы испытываем — изготовленный на
осно с кремния или германия? Допустим, что диод нам попался германиевый.
При превышении источником питания напряжения 0,2 вольта появляется
ток — диод открывается. Если в наших руках кремниевый диод, то же самое
произойдет лишь на пороге 0,6...0,8 В.
При дальнейшем повышении напряжения диод поведет себя совсем стран-
'. Даже крошечное изменение напряжения в сторону увеличения приведет к
большому скачку тока. Из рис. 3.26, а видно, что вольт-амперная характери-
стика (ВАХ) диода в прямом направлении резко «забирает вверх», падение на-
пряжения на диоде стабилизируется на уровне 0,7. 1 В.
1’ис. 3.26. Вольт-амперная \арлктсрислика пол\проводникового диода (<) и мепим к сиггня:
6 -ь- ж прямом включении, а — в обратном включении
99
Глава 3
Нс переусердствуйте’ Диод не может пропускать через себя ток больше, чем
указано в его паспортных данных. Максимальный ток, который диол пропус-
кает через себя в прямом направлении, называется постоянным прямым током.
При превышении этого параметра диод испытывает тепловой пробой и стано-
вится обычным проводником.
Продолжим наши эксперименты, перевернув диод в обратном направле-
нии. как показано на рис 3.26, в. Начинаем повышать напряжение, появля-
ется небольшой ток называемый постоянным обратным током. Значение этого
тока на несколько порядков меньше значения прямого тока, но он все же
имеется, так как полупроводник не обладает идеальными свойствами. Посто-
янный обратны и ток почти нс зависит от приложенного напряжения и тоже
иногда нормируется в справочниках по диодам Тем не менее в этом состоя-
нии диод закрыт
Что происходит дальше при повышении напряжения? А дальше при опреде-
ленном значении разности потенциалов ток резко подрастает — диод пробива-
ется, но уже не по причине тепловыделения, а электрическим полем, как диэ- *
лектрик В справочных данных поэтому указывается максимальное обратное
напряжение, которое диод выдерживает без пробоя.
Так диод ведет себя в простейшем случае — на постоянном токе. Однако
диоды применяются в основном на переменных токах, и здесь проявляются до-
полнительные интересные свойства, которые также учитываются при разработ-
ке электронных схем
Исследования показали, что р-п-переход обладает пусть небольшой, но соб-
ственной емкостью (рис. 3.27). Представьте себе небольшой конденсатор
(1. 40 пФ), подключенный параллельно диоду, и все сразу же станет ясно. Нет.
конденсатор в диод никто специально не вводит — он получается совершенно
«бесплатно», на границе р и п областей проводимости. При прохождении через
диод токов невысокой частоты влияние этого конденсатора незаметно, но на
радиочастотах он становится серьезной помехой, затягивая момент закрытия
диода при смене полярности приложенного к нему напряжения. Указанное
обстоятельство привело к разработке специальных диодов с пониженной емко
стью перехода, пригодных к использованию в высокочастотных схемах. А в
справочниках указывается граничная частота, после которой использовать диод
не рекомендуется.
Рис. 3.27. Внешний вил корпусов и обозначение на схеме полупроводниковых диодов
(пунктиром показана паразитная емкость диода)
1UO
3i ta коме г во с рлдиоэлемен теми
Сегодня выпускаются лноды с допустимыми прямыми токами до сотен ам-
пер и обратными напряжениями свыше 1000 В. Многие силовые диоды уже не
могут обой гнев без дополнительного охлаждения, поэтому их устанавливают на
радиаторы специальные ребристые металлические пластины, облс1чаюшис от-
вод тепла. Кремний, как более перспективный и дешевый материал, вытеснил
германий из области производства полупроводников. Кремниевые диоды оказа
лись лучше по температурной стабильности, да и обратные токи у них меньше
Кстати, о тепловыделении. Почему диод выделяет тепло? Вот простой при-
мер. Допустим, мы взяли для своей конструкции кремниевый диод, рассчи-
танный на II) А, и пропустили через него этот ток Мы знаем, что при макси-
мальном прямом токе на диоде упадет порядка 0,9 В Умножая ток на напря-
жение, получим мощность 9 Вт. Эта мощность рассеивается в виде тепла на
корпусе диода.
Для того чтобы снизить потери в начале 70-х годов были разработаны специ-
альные диоды, называемые по имени своего изобретателя, — немецкого физика
Уолтера I Потки. У них падение напряжения в открытом состоянии не превыша-
ет 0,4 В, но за это приходится дорого платить. К тому же у таких диодов допус-
тимое обратное напряжение не превышает 150 В. По этим двум причинам они
пока не вытеснили обычные диоды и применяются в основном в импульсных
источниках питания.
Называть какие-то типы диодов сейчас мы не будем. При конструировании
схем на них авторы укажут, что можно применить в каждом конкретном слу-
чае, а также возможные замены. В справочном разделе приведены сведения о
некоторых наиболее распространенных диодах.
Поговорим о стабилитроне, или о диоде Зенера, как именует его зарубежная
электротехническая литература. Внешне диод и стабилитрон похожи друг на
друга и даже по маркировке их сможет отличить только специалист. На прямом
токе эти элементы работают совершенно одинаково. Различие наблюдается
только при приложении обратного напряжения. Взглянем на рис 3.28. Хорошо
видно, что при напряжении —7 вольт стабилитрон ведегсебя как полупроводни-
ковый диод. Специалисты говорят, что при этом напряжении стабилитрон проби-
вается «Чго здесь хорошего? — спросите вы. — После пробоя диод отправляют в
мусорное ведро». Вес правильно — но только для диода. Отличительная особен-
ность пробоя зенеровского диода — его обратимость. Если мы снизим обратное
шряи снис на стабилитроне, его высокое сопротивление восстановится.
Название «стабилитрон» предполагает воз-
можное 1 ь использования этого элемента для ста- 4' I
Слышании напряжения Напряжением пробоя I Р
моя но технологически управлять, поэтому раз- I
р отапы стабилитроны с разными величинами /
ю апряжения Ток, проходящий через ста- 7 j
билитрон в рабочем режиме, называется током »- ив
ciauiLiinaiiHii Максимальное значение тока ста- (
билизании не должно превышаться, иначе ста- I
билитрон выйдет из строя по причине теплового I
Рис. 3.28. Вольт-амперная характеристика стабилитрона *
ГОГ
Глава 3__________________________________________________________________I
пробоя. Можно также заметить, что ток стабилизации имеет и нижнюю грани-
цу. за которой стабилизации нет.
Напряжение стабилизации стабилитрона может немного изменяться при
колебаниях температуры окружающей среды. Это свойство элемента отражает-
ся в технической документации параметром температурный коэффициент напря-
жения (ТКН). Интересно отметить, что у стабилитронов с номинальным на-
пряжением стабилизации от 5 до 7 В при определенном токе можно получить
ТКН нулевым, а при менее 5 В с увеличением температуры напряжение стаби-
лизации уменьшается, у остальных — повышается.
Для стабилизации очень малых значений напряжения (порядка 0,5...2,0 В)
используют разновидность стабилитрона, называемую стабистором. Стабисто-
ры работают в прямом включении р-п-перехода, однако это нс обычные полу-
проводниковые диоды! Обычные диоды, как мы знаем, тоже обладают свойст-
вом фиксированного падения напряжения, но стабилизируется напряжение у
них немного хуже, чем у стабисторов.
Сведения о наиболее часто используемых стабилитронах и стабисторах
приведены в справочном разделе. Более подробно о применении таких эле-
ментов будет идти речь в главе, посвященной источникам питания.
Теперь мы опять вернемся к диоду и вспомним «даровой» конденсатор, что
образуется у р-п-псрехола. Ученые исследовали поведение этого конденсатора
при приложении различных значений обратного напряжения и выяснили —
его емкость зависит от величины обратного напряжения! Таким образом, роди-
лась сше одна идея — использовать полупроводниковый диод взамен перемен-
ного конденсатора. Так возникли варикапы (рис. 3.29). Если в полупроводни-
ковых диодах с паразитной емкостью старались справиться, то при разработке
варикапов стояла другая задача — как обеспечить одинаковый вид изменения
этой емкости при массовом выпуске элементов. Задача была решена, и сегодня
мы имеем много разновидностей варикапов с емкостями в единицы, десятки и
сотни пикофарад.
Варикапная
сборка
Вне. 3.29. УсЛошюе отличение из схеме варикапа и характерна нм швнеимистн емкое п(
от приложенного обратного напряжения
Варикапы, как и обычные диоды, характеризуются величиной постоянно!
обратного напряжения, но в справочных данных указываются также максима
явная и минимальная емкости. (Смотри последний раздел книги 2.)
102
Знакомство с радиоэлементами
Со светодиодам» мы уже имели дело даже «живьем*». Приглядитесь к свето-
диоду к тому, что видно сквозь прозрачный пластмассовый колпачок. Два
электрода, к которым подходят проволочки от светящейся точечки. Точечка —
эго кристаллик полу про печника, арсенида галлия или фосфида галлия, карбида
кремния. Разнос вещее светится разным светом — красным, зеленым, жел-
тым. Выполненный июне этих материалов. р-п-переход обладает интерес-
ной особенное!и при переходе электрона через Гранину областей проводи-
мости возникаю! фотоны света. Их-то мы и видим. Светодиоды могут излучать
как видимый свет, так и невидимый — инфракрасный. Оба типа находят ши-
рокое применение в электронике. Сегодня разработаны технологии для изго-
товления светодиодов с любым цветом свечения!
Падение напряжения на светодиоде в прямой направлении ешс больше, чем
у кремниевых диодов. Оно достигает 2,8 В при потребляемом тике от 5 до
20 мА. Еще одна важная особенность светодиодов — малое значение допусти-
мого обратного напряжения, которое обычно не превышает 2 В. Внешний вид
разных светодиодов показан на рис. 3.30, а параметры некоторых наиболее час-
то встречающихся приведены в справочном разделе второй книги.
Светодиоды Условное обозначение светодиодов
Обычный С прерывистым
свечением
Рис. 3.30. Внешний вид и условное обозначение на
Двухцветный
2-х аы водный
Двухцветный
3-х вы водный
схеме различных светодиодов
Фотодиод также нам уже знаком. При освещении р-п-перехода фотодиода
в нем возникают дополнительные электроны, а также дырки. Направление
тока фотодиода совпадает с направлением обратного тока р-п-персхода. Ин-
тенсивность возникающего тока прямо пропорциональна степени освещенно-
сти. Вообще-то любой полупроводник обладает свойством давать элекгриче-
скип ток при освещении. Но фотодиоды разрабатываются специально для ис-
пользования именно в этом качестве. Внешне они сильно напоминают
свсюдиоды — имеют специальную линзу над р-п-переходом (рис. 3.31). Фо-
годиолы используются в различных датчиках, в фотона мерительных устройст-
вах, в солнечных батареях.
У юные догадались связать светодиод и фотодиод в одном корпусе, назвав
такой шбрил оптопарой При помощи‘се можно легко обеспечить гальваниче-
скую развязку пепси. Сегодня это направление конструирования элементов,
названное оптоэлектроникой, успешно развивается. Разработано и выпускается
множсспю опюэлсмронных приборов, все они находят применение в элект-
ронной технике (рис. 3.32).
А тс Верь — об экзотике полупроводниковой техники. Сегодня применяются
j обыс виды диодов, называемые диодом Ганна, диодом Есаки. обращенным ди-
тоз
Глава 3
Рис. 3.32, Диодная оптопара
|»ис. 3.31. Фотодиод
одом. Все эти диоды применяются в области СВЧ-техники. Мы нс будем по-
дробно рассказывать о назначении и перспективах применения данных эле-
ментов, скажем лишь несколько слов для общего развития
Диод Есаки (туннельный диод) был изобретен Л. Есаки в 1958 году, У этих
диодов р-п-псреход имеет очень мп\ю толщину, за счет чего электроны могут
«туннелировать* из одной области проводимости в другую даже при небольшом
обратном смешении перехода. Туннельный диод пропускает ток как в прямом,
так и в обратном направлении при очень низком напряжении. При некотором
значении прямого напряжения эффект туннелирования уменьшается, и в ко-
нечном итоге преобладающим становится обычный прямой ток р-n-перехода.
Но туннельный диол знаменит как раз не этим. После того как преобладающим
становится обычный ток р-п-персхода, эффект туннелирования стремится уме
ньшигь этот ток. Образуемся падающий участок вольт-амперной характеристи-
ки — напряжение повышается, а ток уменьшается. Нечто подобное обнаружил
Лосев при экспериментах с кристаллическим детектором. Диоды Есаки исполь-
зхюгся для создания СВЧ-генераторов малой мощности.
Обращенный диод — это диод, получающийся из туннельного диода мето-
дом специального подбора примесей, вводимых в полупроводник. У обращен-
ного диола нет иадаюшего участка вольт-амперной характеристики, но в одном
направлении — в области очень маленьких прямых напряжений — диод нс
проводит юк. Обращенные диоды применяют в СВЧ-технике для выпрямле-
ния малых значений напряжения
Туннельный диод Обращенный диод
/
Диод Шотки
Ограничительный диод
Рис. 3,33. Обозначение nd электрической схеме редких рлпови.нюстсй диодов
Диод Ганна был изобретен в 1963 голу, при экспериментах над арсенидом
галлия. Эффект Дж. Ганна состоит в наличии у полупроводника, сделанного
на основе этою вещества, такого же падающего участка вольт-амперной ха-
рактеристики. как у туннельного диода, но причина сто появления несколько
иная Интересная особенность диода Ганна состоит в гом, что в нем вообик
не г р-и-псрехода, имеется только область п-проводи мости Диод Ганна быстра
нашел свое применение в СВЧ генераторах на частотах 10 ..12 ГГц.
104
Знакомство с радиоэлементами
Коммутационные элементы и предохранители
эту группу радиодеталей входят различные тумблеры, переключатели,
кнопки, клавиши, разъемы, рис. 3.34. Кроме указанных на рисунке, иногда
можно встретить и другие виды компонентов Такие изделия скорее относятся
к области электротехники, нежели электроники, поэтому подробно о них мы
говори)ь не станем. Вы обязательно будете использовать чго-то из этого набора
уже хотя бы для подачи питания на устройство. Давать какие-то советы здесь
крайне сложно. Обычно в качестве коммутационных изделий радиолюбители
используют IC, что имеются под рукой. Единственное, о чем надо всегда по-
мни ш, — эю никогда нс использовать низковольтные переключатели в высоко-
вольтных цепях. Например, нельзя поставить в цель сетевого питания тумблер,
на котором написано «24 В». Также не рекомендуется использовать коммутаци-
онные изделия, не рассчитанные на ток, проходящий по цепи, в которую они
устанавливаются. Контакты этих выключателей быстро перегорят от возникаю-
щих в момент выключения искровых разрядов, и они выйдут из строя.
Нередко для автоматической коммутации электрических цепей применяют-
ся реле. Само слово реле английского происхождения (Relay — смена, эстафе-
та). Их существует большое разнообразие по принципу действия, но все управ
На два положения
SA1
SA2
Обозначения переключателей
На два положения
С цаитра^ным
положениям
С самовозаратоы
цянтралхоя положения
SA1 1
SA12
SA12
М. У
SA1 1 1 1 SA1 2
SA1 1
И еря ключа (ель
однополюсный
Кнопки
Переключатель однополюсный
многолозиционный
SB1
Кнопка
замыкающая
S02
'р S83
цягы
Кнопка
переключающая
Кнопочный выключат ат* с
возвратом от поя торного
нажатия
SA1
4-----
SA2
Обозначение контактных соединений
XI
XS1 ХР1
Х2
XS1
Контакт
разборного
соединения
Вили
Гнездо
Рагиммоя мнимант аятяо* оо^>нмв«е
’’нс. 3.34. Обоиычсние элсчстни киммутаинн н кин гам мых соединений на электрической схеме
105
Глава 3
ляются внешним сигналом. Наиболее распространенные типы реле — электри-
ческие. Все они в зависимости от наличия пли отсутствия механического
перемещения в самом устройстве делятся на электромеханические (на основе
электромагнита) и электростатические (полупроводниковые, электронные, оп-
тоэлектронные ит. я.). Среди многообразия релейных устройств, применяемых
в технике, электромагнитные реле, как и ранее, занимают ведущее положение.
Все электромагнитные реле по роду управляющего тока могут быть постоянно-
го или переменного тока. На рис. 3.35 показан вид некоторых распространен-
ных реле постоянного тока.
19Г7 Я!
"ПА-ОТНЯ
f062U!230
Вид распространенных электромагнитных реле
Обозначение на схеме разных типов
Эпе гтром а гн и тны1
Тепло*»
(томо*»)
Без фиксации
С фиксацией положения
Поляризованное
Рис. 3.35. Вид современных реле и их обозначение на электрической схеме
Обычные конструкции электромагнитных реле позволяют коммутировать
как постоянный. так и переменный ток с частотами до сотен килогерц. Для пе-
реключения более высоких частот выпускают реле, имеющие специальную
конструкцию контактной системы.
Современная полупроводниковая техника позволила создать коммутаторы,
в которых нет ни одной движущейся детали — так называемые твер4<лслы1ые
реле. Эти элемент!»! в больших объемах выпускаются за рубежом, появляются и
отечественные разработки. Естественно, что ресурс твердотельных реле намно-
го больше, чем электромеханических, но пока, к сожалению. стоят они дороже.
Подробнее следует сказать о предохрани теле. Плавкий предохранитель —
это счскляниая колбочка с н.п я пуши внутри нес гонкой ироволочноп пере-
мычкой (рис. 3.3(0 Обычно предохранитель включается и р.ирыи сетевою
иронот.1. но можег (при необходимое hi) усшн.иыиыны я после сетевого
Iрлнм|юрма1ор.'|. (1релохрани!С.1Ь, как правило, запшшасг источник ниптия
(сеть), я нс iiaipyiKy, если в jiaipviKe случается поломка1 Зачем кида нужен
предохрани гель? Г1рслсгя»ыс, чго в ccicbom 1|ынс<|юрма1орс проившии ко]
106 |
Знакомство с радиоэлементами
FU1
0,25А
Рис. 3.36. Внешний ши разных типов плавких предохранителей н условное обозначение на схеме
роткое замыкание начала и конца первичном обмотки. В таком случае ток
короткого замыкания большой величины пройдет через сетевой провод при-
бора, отключение автомата произойдет па электрическом тите. Автоматы,
стоящие на щите, спасут электропроводку от повреждения. Но если от той же
линии питается персональный компьютер, на котором работают, автомат от-
ключит и компьютер, тем самым, возможно, уничтожив плоды кропотливой
работы. А если в цепи прибора стоит плавкий предохранитель, он перегорит, и
никто нс пострадает
Существуют предохранители и другого типа — электромеханические и элек-
тронные. обладающие свойством многоразового действия (рис. 3.37). Однако
плавкий предохранитель до сих пор активно используется в электронной тех-
нике по причине своей дешевизны.
Предохранители выбираются на ток срабатывания (называемый током
уставки) так, чтобы не происходило постоянное его перегорание от коммута-
ционных бросков в момент включения прибора. Обычно предохранитель за-
крепляется в специальный патрон для облесения смены, но есть и такие, ко-
торые впаиваются прямо в плату.
Часто начинающие радиолюбители пренебрегают
этим простым средством зашиты, а напрасно! Тех-
ническая вежливость — тоже неотъемлемое свойст-
во опытного радиолюбителя.
Одноразовое действие плавкого предохраните-
ля — существенный недостаток. Поэтому разработ-
чики элементной базы попытались найти способ
разработки простого многоразового предохранителя.
И им это удалось: сегодня на рынке радиодеталей
можно купить самовоестанавливаюшнеся предохра-
нители (mullifusc). Принцип их работы основан на
свойстве некоторых веществ при повышении температуры или преугодяшего
тока резко увеличивать свое сопротивление. После устранения причины сраба-
тывания предохранитель восстанавливает свои проводящие свойства. Самовос-
стапапливаюшпеся предохранители фирмы * Bourns» рассчитаны на рабочий
ток о г 100 мА до 9 А Уставка (установка) срабатывания — двукратная
Появились также интересные разработки, называемые термопредохраните. 1Я-
ми Принцип н\ работы такой же, как у самовосстзнавл пваюшихс я, только сря-
б.нынаюг они от внешнего нагрева, а не oi внутреннего. Предохрани 1ел и сегод-
ня иногда ус i л па вл i пт юте я в маломощные трансформигоры на лапе их изго-
товления и злиипшног от перегрева При нормализации теплового режима
ире [охранители также носе гл наши им ня своп свойства
)1И элементы пока нс распространены в конструкциях радиолюбителей, но
щ иекчючепо, что они появятся но мнотих схемах в ближайшее время
Рис. 3.37. Автоматический
выключатели нлрикн при
повышении ток»
:cku.\ изделиях1 Инженерами оыди прнду-
Для любознательных" ______________________________ —-------------------—
--------------------------—" _-.пеМПпюго выхода из строя коммутационные
Искревыи рщим - аричнн» прсжжпреи^ . |пск.пели (особенно рзс.
-еменгоа. таких. ran э.-гктромлпистн^ ix - к Прн «мыкании цепи между ме-
считанных на гажмутаци» токов «Vтьиюй £‘и , пр11вел„т k образованию нагара
хзннческима контактами проскакивает »икрл, к<пг* i
________________________ лг,гитиг’'аШ1? М€ХД^ НИМИ К..1К ООрОТЬСЯ С ТЗ-
(с~оя скнсла) на контактах, хБС.тнчивая гОПротиБ-^ннс '
' ,w^rtT»uMu"ki«\ изделиях Инженерами оыли приду-
КИМ неприятных! явлением В ЭЛСКТрОТхХНМЧсх.КН.Х I.xiuuin г ь
лганы вакуумные контакторы. б которых замыкание кон ак < х L о алл он е, из
которого выкачам воздух. Обеспечивается это с помошью так называемого сильфона
(рис. 3.3S) — металлической гофрированной трхбочки, способной сжиматься под де Йет-
тем сил. как меха гармошки. Например, так устроены высоковольтные вакуумные
контакторы ВБЭ (.рис 3.39) на номинальные токи до 2000 А и токи короткого замык*-
Рис. 3.39. Вия контактора типа ВБЭ
Контаст
Изолятор
Сильфон
♦
Изолятор
Контакт
Рис. 3.38. У (.тройство вакуумного контактора
Системы маркировки, или Как понять
назначение элемента
тнания бывают двоякого рода’ либо мы что-нибудь
наем, либо мы знаем, где найти сведения об этом
Сэмюэл Джонсон
Вы уже успели ошугить, какое многообразие типов таит в себе мир элект-
ронных ком11ононгов. Попав сюда, < непривычки можно заблудиться. Но нс
пугайтесь — дело обстоит нс так плохо, как вы думаете. Во-первых, электрон-
ные компоненты можно отличать друг от друга по внешнему виду. Вы очень
быстро научитесь эго делать и уже никуда не спутаете трансформатор с Дрос-
селем, полупроводниковый диод с транзистором, электронную лампу с лам-
пой накаливания. Характерный и присущий только им вид имеют индикатор-
ные устройства, тумолеры. переключатели, микросхемы, конденсаторы пере-
менной емкости.
108
Сложнее ориентироваться в мире таких радиодеталей, как резисторы кон-
денсаторы, малогабаритные дроссели, диоды, стабилитроны По их внешнему
вИду только опытные радиолюбители, да и то не всегда сразу могут сказать, что
у них в руках. Обычно же определение принадлежности компонента проходит
по-другому. Радиолюбитель вертит элемент в руках, изучает цифры, буквы,
цветные полосы, нанесенные на его корпусе, возможно, перелистывает тот-
стый справочник и только после кропотливого поиска узнает назначение дета-
ли Этот способ называется определением по маркировке
Существует еще один метод определения принадлежности компонента, к
которому прибегают, если не обнаружено никаких опознавательных знаков. —
включают измерительные приборы и проводят измерения. Данный метод испо-
льзуется в крайнем случае, так как не позволяет определить все параметры, на-
пример предельно допустимые.
Мы поговорим здесь о маркировке основных радиокомпонентов, о принци-
пах ее построения. яз д
Маркировка резисторов
Для отечественных резисторов существует два типа маркировки — буквен-
но-цифровая и цветовая
Буквенно-цифровая система обозначений состоит из следующих позиций:
• первая позиция — буква или сочетание букв, обозначающих подкласс ре-
зисторов
Резисторы постоянные
Резисторы переменные
Набор резисторов
Терморезисторы
вюрая позиция — цифра, определяющая группу резистора по материалу
I (епроволочные углеродистые
I к'провлточные тонкослойные метхтлоэлектрические
IIейроволочные пленочные
Нспронолочиые композиииопные объемные
Прополочные
6
Нен ровол оч и ы с юн кося ой и ые мет.ггчиэмров.ишые
• третья позиция — номер разработки (между вторым и третьим
ставится дефис).
глава 3________________________________________________________________I
Для обозначения номиналов и допусков резисторов введены еще при пози-
ции:
• первая позиция — цифра, указывающая вепичипу сопротивления в Омах;
• вторая пазники — бхква русского или латинского алфавита, обозначающая
множитель; если номинальное значение сопротивления выражено полым
числом с дробью, к примеру 4.3 кОм, то единицу измерения ставят па ме-
сте запятой — 4 КЗ;
1 Б>к»а R (Е) К (К) М (М) G (Г) 1 (Г) I
Множиимь 1 10' 10‘* 10Ц 1
• третья позиция — буква, обозначающая величину допуска в процентах; ве-
личина допуска может быть указана под номиналом
Букпа Е । L R Р и 1 в (А) с (У)
1 Допуск ±0.001% ±0.002% tooos% 1 ±Н.Щ% ±П,02% 1 ±0.1% ±0.25%
Б>ква D UU F <П G (Л) | J(IO К (С) М (В) N (Ф)
Допуск ±0,5% ±ф» ±2% ! ±5% U ±10% ±20% ±30%
Очень старые резисторы могут при обозначении омов вообще нс иметь бук-
вы или же после обозначения стоит надпись Ом, кОм, МОм, значок О, кО, МП
или начинаться с бу'квы. Например, записи 100; 100 Ом, кЮ и кЮО обозначают
одно и то ж<> сопротивление — 100 Ом.
ПШЮ
Цветовая система кодирования построена в виде цветных колец, наносимым
на корпус резистора и смешенных к одному из краев резистора. Чтобы опреде-
лить правильный порядок колец, нужно расположить резистор смещением вле-
во Число колец для всех резисторов кроме имеющих допуск ±20%, — пять
Для 20-пронентнык резисторов число ко
леи — четыре. Первые три кольца несут ин-
формацию о численной величине сопротив
лепты в Омах, четвертое — о множителе, ня
тое — о допуске.
Цветовое кодирование резисторов
очень неудобная система для рал полюбите
ля Во-первых, нужно постоянно трсииро
ваться определять номинал. иначе мере
некоторое время ипфцрмания напрочь да
быпается. Во-взорыпри нс очень \оро
щем освещении часто трудно бывает о гл и
чип. коричневый цвет от фиолетовые
I’uc. .Т.40. Марм1(ти»*« тачными ымыичн
f Ю
Знакомство с радиоэлементами
красный — от оранжевого, а голубой — от зеленого. Здесь, конечно, спаса-
ют измерительные приборы, но факт остается фактом — неудобно.
Но ничего не поделаешь, с таким положением дел приходится мириться.
Забывчивым можно перед глазами держать табличку, а можно воспользоваться
компьютерной программой по определению номинала. Мы расскажем о ней
позже, во второй книге.
Ноет кольни Номинал, Ом . Множитель I _ - 1 Допуск, %
1-я полоса | 2-я полоса 3-я полоса 4-я полоса 5-я полоса
Серебристы Н 0,01 — J- ±10 |
1 Золотистый JL | 0,1 ] ±5
Черный 0 0 1 1
Коричневый 1 1 1 10 | ±1 J
Красный 2 2 2 100 1 4-Т 1
Оранжевый 3 3 3 IOJ
Желтый 4 1 4 4 I04
Зеленый 5 | 5 5 10s ±0,5
Г олубон 1 6 [ 6 j 6 10“ ±0.25
Фиолетовый 7 7 I07 ±0.1
Серый 8 8 | S 10» ±0.05
Белы и 9 9 9 ю9
Мощность резисторов определяется по их размерам ориентировочно.
Маркировка конденсаторов
Отечественные конденсаторы также имеют две системы обозначений —
буквенно-цифровую и цветовую. Однако цветовая маркировка конденсаторов,
в отличие от цветовой маркировки резисторов, встречается гораздо реже
!Л квсппо-цифровая система обозначений состоит из следующих позиций:
• первая позиция — буква или сочетание букв, определяющих тип конденса-
тора:
| к Постоянной емкости
| кт Подстроечный
км Перемен 1 ЮН CJHCCK11I
КС | Конденсаторные иберки |
гпава 3
• вторая позиция - число, обозначающее используемый вид диэлсюрика:
10 Керамические на номннап1.нпе напряжение ниже 1600 В
15 Керамические на iktmhh.uh.hoc напряжение 1600 В ц пыше
20 Кк присные
21 с'гсклянные
22 Стеклокерамичечкис
23 Стеклоама icitiae
26
М
32
40
41
42
50
51
52
53
60
61
70
71
I 1М1ЬО1|ПСН1<ЧН|ЛС С IlCtipi .ШИЧССКИМ ЛИ И1СК1 pilkUM
.not шыс малой моши ост и
Слюдяные боен mini мощности
Ь\Минине tin MuMHH.uiHioc пппр>|денне ниже 2 кВ
{Ьъмажныс на HOMHii.vu.tioe напряжение выше 2 кВ
Бумажные метал nt tit романные
। * itki родит ичсскяе a;i him и н немые
i icki политические тангдлипые. ннобненые
—
! анталовые объемнопирнстые
О кс мд но-зле м политические полупроводниковые
Воздушные
Вакуумные
. I loaner иролин ые с фольговыми обкладками
Полистиролы! ые с металл и тированных! и обкладками
Фторопластовые
[ |о.зиэтилентерефталал1ые с металлизированными
обкладками
Поли лн|1ен!ерсф|ала1ные с металлизированными
обкладками
75
Комбинированные
78
Полипропиленовые высокочастотные
J---------------------——
112
Знакомство с радиоэлементами
• ПК’Тья позиция — порядковый номер разработки и применяемость:
II Для paGou.i н пенях постоянного и переменною токов
’1 У II Д|я рабола и цепях переменного тока Дан рабопя в пенях постоянною юка и » имлулы пых режимах Для раСинм и импульсных режимах
( lapue uiiii'i KoJUiciicaiopoH, коюрыс до сих пор использукнся. имеют дру
ivio синему обо шипении —* по конс|рукпни, области применения и др. На
пр ист» КД кондинсаюры дисковые: КМ — керамические моночиннас
KJH к •рлмичсскис ли пас секционные.
Для обопычения номиналов и допусков конденсаторов введены сше 1ри
во ишии.
• первая позиция — номинальная емкость кондснсагора, выбранная из сган-
дарпнио ряда, при лом емкость от 0 до 100 пФ обозначают цифрой и
буквой II (р) после числа, если оно целое, либо на месте запятой, если
число дробное; емкое! ь от 100 пФ до ОД мкФ обозначают в нанофарадах
II (в), а от 0,1 мкФ и выше — в микрофарадах — М (ц);
• пгпрая позиция — допускаемое отклонение в процентах от но.мип.ьта:
t Ьукпа К L R Р и X В (Ж) |
Допуск, Ч ±0.001 +0.002 ±0.005 ±0.01 ±0.02 + 0.05 ±0.1 1
Буква С (У) Г) (Д) F (Р) G (.1) J (И) К (С) м (В)
Допуск, % ±0.2 ±0.5 ±1.0 ±2.0 + 5.0 ±10 ±20
Буква 1\Г(Ф) Q Т (Э) Y (Ю) S (Б) z (А)
Допуск, % ±30 -10..+30 -10..+50 —20...+ 10 -2O...+5O -20...+80 —
• третья позиция — номинальное рабочее напряжение:
Ьу kuj 1 м А С В М L 1 Е
llanp., В 1,0 ? S Зд 4 0 6.3 10 16
Буква 1 S J К L N Р
Вайр,, В 20 40 50 63 80 100 125
Буква р- Q X Г LI — 4
1 Фир., В 160 315 350 400 450 500 —
113
Глава 3
• четвертая позиция — температурный коэффициент емкости ТКЕ — отно-
сительное изменение емкости от номинального значения при изменении
темпера гуры окружающей среды:
м ОзрииателывнТ
п Положительный
МП Близкий к В}лю
II Не норм пропан
Очень старые конденсаторы могут иметь такое обозначение — НЗЗ. Это то
же самое, чго и 330 пФ. Может быть и такая маркировка — I мкФ.
Как смиано выше, цветовое кодирование конденсаторов в радиолюбитель-
ской практике встречается редко. Здесь наблюдаются немного разные системы
кодирования для тян таловых и керамических конденсаторов. В связи с тем, что
едва ли начинающий радиолюбитель будет применяй, в своих конструкциях
тан гадов ы с конденсаторы да еще ы мар Кирова иные цветом, при ведем только
маркировку керамических конденсаторов серии к 10 и других аналогичных, по-
минальное рабочее напряжение которых не превышает 63 В.
Маркировка наносиюя на корпус конденсатора и пиле цветных колец пли
точек Каждому цвету соогищствуст определенное цифровое значение. Марки-
ровочные знаки сдвинуты к одному и » выводов и располагаются слева направо.
Line. MllpMipOUKil 1 hoi и HdTt.ii.«я смылся., нФ jlOIHCK, % 1 1имнналы1ос напряжение, В
1-я и 2-я цифры множитель
ЧсрныП 10 1 + 20 4.0
Корин йены ti , 13 10 + 1 6,3
Красным 15 100 + 2 10
Ofb(ii»uui,iit 18 I03 ±0,25 16
Ж.С71ЫП 22 10< ± 0.5 40
ЗслсныМ 17 10' + 5 25 или 20
Гояхбои 33 I06 ± 1 32 или 30
Фиолетовый 29 пг -20..+50 50
Серый 47 10м -20...+80 —
Белы л 56 10’ + 10 63
г ЗОЛОТОЙ 82 0.1 —
| " 1 Серебряный 68 0,01 — 12
Маркировка индуктивностей
Отечественные малогабаритные дроссели серин ДМ и ДПМ маркируются
очень просто — первая цифра, стоящая после обозначения дросселя, говорит о
допустимом токе вторая, которая стоп г ниже, показывает индуктивность в
1 14
Знакомство с радиоэлементами
микрогенри. Поскольку сегодня отечественная промышленность мало выпус-
кает малогабаритных индуктивностей, читателям, скорее всего, придется ори-
ентироваться на зарубежные аналоги, мы упомянем их маргировку, которая в
подавляющем большинстве случаев — цветовая.
Номинал индуктивности в микрогенри рассчитывается как произведение
двузначного числа, определенного по цвету двух первых полос, на множитель
(третья полоса). Четвертый элемент означает допустимое отклонение.
Цне) килта Номинал нцдум явности Допуск. %'
!-я цифра 2-я цифра 3-я цифра 4-я цифра
кольцо отсутствует — — 20
Серебряный — — “ ю_
' Золою!) — 5
Черный — ° 1 —
Коричневый 1 1 1 1 10 | -
Красный 2 ' 2—"1— 100
Оранжевый 3 1 3 I 101 -
Желтый 4 1 4 j 10< ц
| ic.llfllilH 5 5 10s !~
Голубой 6 6 10“ |
Фиолетовый 7 _ 7 | ю7 ! —
Серый f в К* —
Целый 9 9 i —
Маркировка полупроводников
Существует множество конструкций корпусов полупроводниковых прибо-
ров. Как мы уже успели убедиться, одни полупроводниковые диоды заключены
в цнлиндрнческпл корпус с радиальными выводами, другие имеют вид круглой
п блетки с плоскими выводами, третьи вообще крепятся посредством резьбово-
'гэ соединения. Разработаны также специальные диодные модули, в которых ди-
оды соединены по наиболее употребительным схемам. То же самое относится к
стабилитронам и варикапам. На корпусе этих приборов ставятся цветные метки
или цветные полоски, которые, во-первых, определяют положение р-п-перехода
внутри корпуса (полярность), а во-вторых, предоставляют возможность узнать
тип полупроводникового прибора. Иногда название диода и стабилитрона мар-
кируется на его корпусе по буквенно-цифровому принципу, то есть наносится
простая надпись.
В рамках этой книги мы не сможем привести маркировку абсолютно всех
полупроводниковых приборов — это очень большой объем. Здесь мы дадим
только общие принципы подхода к маркировке, в приложении — отличитель-
ные признаки наиболее часто встречающихся в радиолюбительский практике
компонентов этого класса.
Гпава 3 _________________
Светодиоды и изделия на их основе (светодиодные матрицы, буквен-
но-цифровые индикаторы) относятся к классу оптоэлектронных приборов.
Принцип их маркировки несколько иной, чем у обычных полупроводниковых
диодов. Одиночные светодиоды. однако, маркируются так же, как и стандарт-
ные полупроводниковые диолы Их трудно не распознан, по внешнему виду,
так как они имеют характерную конструкцию в виде прозрачного пласт массо-
вого или металлопластикового колпачка с окошком для выхода света.
Забегая вперед, скажем, что другие полупроводниковые приборы — транш*
стары — имеют как цветовой, гак и буквенно-цифровой способ маркировки
С транзисторами мы по знакомимся погже, а сейчас разберемся в общих* прин-
ципах их кодирования.
Полупроводниковые диоды маркируются несколькими буквенно-цифровы-
ми ПОЗИЦИЯМИ'
• первая позиция — обозначение исходного полупроводникового материала,
из которого изготовлен полупроводник; буквенные обозначения применя-
ются для полупроводников общего применения, цифровые используются
для элементов, специально разрабатываемых для работы при сильных
внешних воздействиях типа ударов, тряски повышенной влажности и
температуры:
Г или 1 Германий и его соединения
К или 2 Кремнии и его соединения
А или 3 Соединения галлия
11 или 4 | Соединения индия
• вторая иопишя — буква, определяющая группу полу проводника:
Л 1 1 ' " — —— . Дшны выпрямительные и импульсные
ц Выпряммтетьные стотбы и блоки
в Варикапы
1 1 Генераторы hi>mj
и Туннельные диоды
•
А С иср к высокочастотные диоды
С С габи.пирены
л. . -
£) Опюпдры
- - - -
II Днннсторы
У । 1 риникторы
.1 | С не Тод И ОДЫ
. тренья полшчя цифра, определяющая основные функциональные во*
мощности прибора,
116
Знакомство с радиоэлементами
• четвертая позиция — порядковый номер разработки;
• пятая позиция — буква, определяющая разбраковку по параметрам прибо
ров, изготовленных по единой технологии
Система буквенно-цифровых обозначений транзисторов:
• первая позиция — исходный материал, из которого изготовлен транзистор
(аналогично полупроводниковым диолам);
• шорам позиция — буква, определяющая подкласс транзистора:
т Биполярные транзисторы |
Н Полевые транзисторы
• третья позиция — цифра, определяющая основные функциональные воз-
можности.
1 С максимальной граничной частотой не более 3 МГц
2 С максимальной граничной частотой от 3 до 30 МГц
L з С максимальной граничной частотой более 30 МГц
• четвертая позиция — число, обозначающее порядковый номер разработки:
• пятая позиция — буква, условно классифицирующая по параметрам трап
знстора, изготовленного по единой технологии (разбраковочная позиция).
• шестая позиция — дополнительная — цифра от 1 до 9, обозначающая мо-
дернизацию транзистора, приводящую к изменению его конструкции или
электрических параметров.
Вот, пожалуй, и все предварительные сведения о маркировке, которыми мо-
жет пользоваться начинающий радиолюбитель. Для расшифровки маркировки
многих других элементов, в том числе и импортных, можно воспользоваться
справочниками, специально посвященными только эгоп теме 11, 2, 3|.
Язык для электрических схем
Язык — одежда мыслей
Cjmj/jm» Джонсон
Зы знаете, как разрабатываются радиоэлектронные приборы’’ Процесс про-
ссснональнои разработки достаточно сложный, и в нем участвуют много лю-
сй Вначале разработчик» рисуют электрическую схему прибора, обозначая все
элементы н связи между ними условными значками. Затем по электрической
схем кинетрукторы разрабатывают конструкцию прибора — размешают эле-
менты на платах, в блоках, проектируют корпус Процесс и а готов теня я дста-
например, как намотать трансформатор, как покрыть прибор краской,
как приклеить уплотнительные резинки. — продумывают технологи. Каждая
П7
Глава 3
деталь рисуется на бумаге — делается се чертеж. Чертежи сдаются в производст-
во, где по ним изготавливают реальный прибор, проверяют его, испытывают и
вносят исправления в чертежи при необходимости
Так работают профосе ион,ты. Радиолюбитель же в одном лице — и разра-
ботчик, и конструктор, и технолог, и производство, и испытатель, и потреби-
тель и готовленного устройства. Естественно, ему не нужно оформлять горы
документации — достаточно лишь эскизов, набросанных «от руки» на листочке
бумаги, да и то часто конструкция создастся <в режиме реального времени» —
псе детали подгоняются по месту.
Без чего не обойтись радиолюбите-
лю в первую очередь? Без разработки
своей электрической схемы или изуче-
ния чужой. Электрическую схему не-
обходимо иметь перед глазами полно-
стью. иначе легко запутаться при
сборке конструкции, при се наладке,
поиске ошибок. Непосвященному че-
ловеку электрическая схема кажется
нагромождением кружочков, стрело-
чек, линий. Следовательно, нужно на-
учиться разбираться во всем этом мно-
гообразии символов.
Если говорить об электрических схемах, то их встречается несколько видов.
Например, структурные схемы укрупнен но, квадратиками с надписями показы-
вают структуру электронного прибора, назначение и его составных частей, свя-
зи (рис. 3.41). Вот как выглядело бы описание квадратиков структурной схемы,
скажем для персонального компьютера: «монитор», «процессор», «принтер»,
«сканер», «мышь», <клавиатура Структурная схема дает общее представление
об электронном изделии, не раскрывая принципов работы его составных час-
тей. Зачем нужна структурная схема? Дело в том, что только простейшие схемы
могут рбойгнсь без прорисовки их структуры — там и так все понятно. Но бо-
лее-менее сложные конструкции требуют при разработке сначала проанализи-
ровать идею построения, не особенно отвлекаясь на детализацию.
Есть еще одни вид схемы, называемый схема подключения. Опять же, если
составить схему подключения для персонального компьютера, то она показала
бы* «Этот кабель нужно подключить между такими-то и такими-то блоками».
Схема подключения вообще нс дает представлений о внутреннем устройстве
электронных приборов. Она лишь позволяет тому, кто намеревается использо-
вать электронный прибор, правильно подготовить его к работе.
Лишена детализации также функциональная схема. Этот тип схем уже несет
больше информации по сравнению со схемой структурной. Если вспоминать
тот же компьютер, то на функциональной схеме «процессора» было бы показа-
но, например, что накопитель информации — «винчестер» — подключается к
шине данных, а нс к разъему «мышки». Некоторые обозначения, рекомендуе-
мые для фу нкнпональиых схем, приведены на рис. 3.42.
Ид
Знакомство с радиоэлементами
Усилитель
Усилитель
Регулируемый усилитель
Усилитель постоянного тока
Генератор (общее обозначение)
Генератор прямоугольных импульсов
Генератор звуковой частоты
Генератор пилообразных импульсов
Генератор постоянного тока
Фильтр нижних частот (ФНЧ)
Фильтр верхних частот (ФВЧ)
Полосовой фильтр
Режекторныи фильтр
Частотный детектор
Амплитудный детектор
Фазовый детектор
Рис. 3.42. Обозначения узлоа на функциональных схемах
И9
------.---.--- 1. !_- Л/ 1ДСЧ
Гпава 3
Официальные п ранил л ikk i роения перечисленных выше схем мы приводиib
не будем Те, что встречаюгся в радиолюб! иильс кои практике, достаточно про-
сты и не гребу ют дополнительных пояснении. Остановимся более подробно па
электрическом iipinmiiiBia.'ibHOM схеме, так как только она дает попять, как
встроено электронное устройство, кпк и почему оно работает.
На электрической принципиальной схеме каждому элементу — будь то ре-
зистор, конденсатор, полупроводниковый диод или разъем — присваивается
условное графическое обозначение (сокращенно — У ГО или просто символ). Вы
уже встречались с У ГО по ходу чтения этой киши. Любой символ нарисован
так, чтобы уже из его изображения были ясны основные физические принци-
пы работы электронного компонента. Например, постоянный конденсатор на-
рисован в виде двух обкладок, катушка индуктивности — напитыми проволоч-
ными витками, полупроводниковый диод — стрелочкой, показывающей, что в
одну сторону он пропускает ток, а в другую — нет. Такое правило изображения
символов, называемое мнемоническим, хорошо способствует их запоминанию.
Очень важно сразу запомнить, где у источника постоянного напряжения
(батареи) положительный вывод, а где — отрицательный. Электронные схемы
часто нс протают ошибок, связанных с подключением питания. Итак, запом-
ним раз if навсегда; если длинную «палочку» батареи сломать пополам, из нее
складывается «плюс».
Будем считать, что изучение символических обозначений прошло успешно
и читатели теперь смогут безошибочно назвать, открыв любую реальную схему,
где конденсатор, а где резистор. Углубляемся дальше в изучение языка элект-
ронных схем, ставим себе вопрос; «Если в схеме, к примеру, обозначено более
одного резистора, как отличить их номиналы друг от друга?» Для этого рядом с
каждым символом пишется позиционное обозначение элемента. Начинается по-
зиционное обозначение с латинской буквы (или серии букв), закрепленной за
каждым элементом. Позиционные обозначения конденсаторов начинаются с
буквы С катушек индуктивности — с буквы L. резисторов — с R, трансформа-
торов — с Т, полупроводниковых диодов — с VD. транзисторов — с VT и так
далее, см. табл. 3.2. После следует порядковый номер элемента в схеме, ска-
жем. Cl, С2, СЗ, L7, VD6.
Элементы в схеме нумеруются подряд, начиная с первого в порядке
сверху-вниз и слева-направо. В профессиональных схемах пропуски нс допус-
каются, в р;щполюбивельских же они бывают. Но желательно пропуски избе-
гать — поиск несуществующего элемента отнимает много времени и рождает
чувство, что в схеме что-то нс так. т. е. допущена ошибка (такое тоже бывает).
В схеме нс может присутствовать двух и более одинаковых позиционных
обозначений, например двух L3. Если необходимо обозначить несколько элет
ментов схемы, принадлежащих одному реальному электронному элементу, ска-
жем, однотипные элементы, находящиеся в одном корпусе микросхемы, поль-
зуются гак называемым разнесенным способом Первый элсмсш обозначается
как DA2 J, второй — как DA2.2, греши — DA2.3 и так далее.
Позиционные обозначения элементам мы присвопаи. Теперь нужно где-то
передтть информацию о воминнлях и тинах электронных компонентов. Дела-
ни эю двумя способами. При первом, наиболее популярном в радиолюбитель’
120
Знакомство с радиоэлементами
Таблица 3.2. Буквенные коды наиболее распространенных видон элементов
Первая Группа видя элемента буква Кол Пример элементов
Л Устройство (общее обозначение)
В . . ... Громкоговоритель
ВВ Магнитострикционный элемент
П реоб ре зовате л и неэлектриче- ских величин в электрические (кроме генераторов и источни- I ков питания) или наоборот, дат- ' чики для указания и измерения I BD Детектор ионизирующих излучений
BE Сельсин-приемник В Г Телефонный капсюль ВС Сельсин-датчи к Тепловой датчик BL Фотоэлемент Микрофон 1 Датчик давления . - -- J BQ Пьезоэлемент BR Датчик частоты вращения — , 1 пин J BS Звукосниматель RV Датчик скорости
Конденсаторы —
D Схемы интегральные. микро- сборки DA Схема интегральная аналоговая
DD Схема интегральная цифровая
DS Устройство хранения информации DT Устройство задержки L .1 ... _ —
£К Нагревательный элемент
Е Элементы разные EL Лампа осветительная
। ЕТ Пиропатрон
Элемент токовой защиты мгновенного дей-
I ’ 1ствия
Разрядники, предохранители, \ 11 !,‘ <ь эл нт |Г'11” мшиты
устройства зашитые | п редохри н i пел ь пла вк и fl
Элемент зашиты по напряжению, разряд-
ник
Генераторы, источники питания С, В Батарея
п Устройства индикаторные и сиг- нальные Н \ Прибор звуковой сшиатлзании 110 Индикатор символьный HL ПрнГзор световой он пали гании
121
Глава 3
Продолжение табл. 3.2
Лерма йукм Группа мсы длемевга
К Реле, контакторы, пускатели
L | Катушки индуктивности. дрос- I сели
М Двигатели 1
Р Приборы, измерительное обору-
дование
Q Выключатели и разъединители в силовых цепях
R
S Устройства коммутационные в • цепях yiipaii'ieiHHi. сшн.ьтнзлиии и измерительных
код
К\ Реле токовое
КН Реле указательное
К К Рете электро тепловое
КМ Контактор, ма<щиный пускатель
КТ Реле времени
KV । Реде напряжения
Пример элементов
LL I —V» ЛЮМПНСх-ДСИПИЭГО IKBCLUCIHIM
Амперметр
rtHiiK. иыг ули:. <
l*F Частотомер
Р( Счетчик активной энергии
РК Счетчик реактивной энергии
---—---------------------------
PR >мыгф
PS Регистрирующий прибор
РГ
!¥
PW
Часы, измеритель времени
Вольтметр
ILfTTMCTp
QF । Выключатель автоматическин
QK Короткозамыклтсль
»?S Разъединитель
RK TepofOHCTop
--------------- -
RP Потенциометр
------- - ————- --------
RS Шунт измерительным
RU Варистор
---г —-------------------------------
SA Выключатель пли переключатель
SB Выключатель кнопочный
SF Выключатель автоматическим
SL Выключатель, срабатывающий от уровня
SP Выключатели, срабатывающий от давления
„ J Выключатель, срабатывающий от положе
k । нив
122
Знакомство с радиоэлементам*
Окончание табл. 3.2
11ервая
6) код
S
I’
Линин и элементы СВЧ, антен-
ны
Группа вила а имен i а
| Приборы электровакуумные к i
| полупроводниковые
Соединения контактные
Коз
SR
Пример элементов
I Выключатель. срабатывающий от чистоты
upaiuciiiM
Выключатель, срабатывающий от темнера-
Устройства связи, преобразова-
тели электрических величин в
электрические
I Трансформаторы, автотранс-
I форматоры
TS D'Pu Транс форматор тока Электромагпи i ный сгабилцзаюр
Трансформатор напряжения
L’R Модулятор Демодулятор
LU Дискриминатор
uz Преобразователь частотнып, инвертор, ге- нератор частоты, выпрямитель
VD Диод, стабилитрон. стабистор
XL Прибор электровакуумный, радиолампа
vr Транзистор
vs Тиристор, симистор
Ответвитель
UK US Ко рот коза м и ка тел ь Вентиль
uu L^Z Аттенюатор Антенна
xa ХГ Токосъемник, контакт скользящий Штырь
\ч Гнездо
XT Соединение разборное
Y Устройства механические с электромагнитным приводом XW VC HI Соединитель высокочастотный Электромагнит Тормоз с электромагнитным приводом Муфта с электромагнитным приводом Электромагнитный патрон пли плита Ограничитель Фильтр кварцевый
L г Устройства оконечные, филь- тры, сираничнтелн ZL zq_
1?3
ГТ)
Г лавя3
с ком творчестве згу информацию указываю! рядом с по шииоииыми обо зна-
чениями или делают сноску под схемой' VDI - КД522Л, 1IL5 — АЛЗ()7ЬМ,
С 34 - 330 нФ. Чтобы не слишком загромодлии» электрическую принципиаль-
ную схему, при обозначениях по первому способу чаще всего пользуются та-
кой системой.
Наименования емкостей в пФ и мкФ при цифрах не ставят, емкость кон-
денсаторов от I до 9999 пФ указывают целыми числами, а емкое!и конденсато-
ров от 0,01 мкФ до 0,99 мкФ — в долях микрофарадов, величины более I мкФ
указываются с приставкой «мк», например: 6,8 - 6,8 пФ, 3300 - 3300 пФ,
0,01 0,01 мкФ, 0,68 - 0,68 мкФ. Резисторы величиной от 0.01 до 999 Ом
обозначаются без единиц измерения, резисторы от 1000 до 999999 Ом — с при-
ставкой «к», более 1000000 — с приставкой М; например: 100 — 100 Ом, 6,8к —
6,8 кОм, 1,2М - 1,2 МОм.
Ваттность постоянных резисторов указывается внутри их условных обозна-
чений, как показано на рис. 3.10. Дтя переменных и подстроечных резисторов
мощность внутри не ставят, а пишут рядом с номиналом.
Приведенные правила носят характер желательных для исполнения, ио нео-
бязательных, поэтому часто встречаются и отступления. Дополнительная ин-
формация относительно типов радиоэлементов, примененных в схеме, обычно
содержится в описании принципа работы, которое делают авторы схем. Там же
они дают рекомендации по замене элементов на аналоги.
Второй способ более совершенен, но в радиолюбительской практике почти
не встречается. Он предполагает составление отдельного перечня элементов.
В перечень можно включить все необходимые сведения о компонентах схемы —
типе, мощности, допуске, технических условиях, в соответствии с которыми он
выпускается промышленностью. Соответственно на самой принципиальной
схеме, кроме позиционных и графических обозначений, ничего не остается
Практика показывает, что пользоваться схемой с нанесенными на нес зна-
чениями номиналов куда как удобнее, чем постоянно заглядывать в перечень.
И наконец, последний тип схем, встречающихся в радиолюбительской
практике, — это монтажные схемы, или «монтажки», как именуют их в профес-
сиональных разговорах Радиолюбители используют монтажные схемы, когда
хотят показать взаимное расположение узлов в корпусе своих конструкции,
предпочтительные пути прокладки проводов для минимизации наволок.
Практический опыт
Как правильно выбрать провода для силовых цепей
Радиолюбители, покинувшие «младенческий* (начинающий) — лап своего
увлечения, если позволяют условия, оборудуют собственную лабораторию, в
которой выполняют все работ: от мон-
flAL dte Ай 1ажны\ до слесарных. В лон лабор.1 Юрии
использую гея такие инструменты и ирибо-
/ ры, к.1к паяльники, дрели, блоки низания,
генераторы сш налов, апготрапсформазо-
ры, осциллографы, частотомеры и прочие
/24
Знакомство с радиоэлементами
Для подключения инструмента и приборов должно обязательно быть несколь-
ко сиговых розеток» используемых совместно. Эти розетки подключаются к
квартирной электросети с помощью дополнительной электропроводки. Другой
типичный случаи — необходимость дополнительной электропроводки в дачном
домике, например для включения нагревателя или телевизора. Давайте позна-
комимся, как правильно ее выполнить, чтобы проводка нс стала источником
пожара.
Вес электротехнические провода можно разделить по типу (наименованию),
сечению токовсдушсй жилы и конструкции Разные типы проводов имеют раз-
ную электрическую прочность изоляции Например, нельзя для сетевой про-
водки использовать телефонный провод «лапшу*.
Дня правильного выбора сечения провода необходимо учитывать величину
максимального тока, потребляемого нагрузкой. Значение максимального тока
(в амперах) легко определить, зная номинальную (приводимую в паспорте на
изделие) мощность потребителей в ваттах (Вт):
Например, для электрообогревателя номинальной мощностью 2000 Вт ток
составит 9 А, а для лампочки на 100 Вт — 0,45 А.
Затем ток всех потребителей нужно просуммировать и учесть значение no-
ri ^тимой для провода токовой нагрузки по правилу:
• 10 А/мм2 для медных проводников;
• 8 А/мм2 для алюминиевых проводников
Измерив диаметр имеющегося у вас в наличии провода, вычислив его пло-
щадь в мм2 и домножив эту площадь на значение допустимой токовой нагруз-
ки, можно найти максимальный ток, допустимый для данного проводника. Ес-
тественно. полученная цифра должна быть больше, чем максимальный сум-
марный ток электроприборов, в противном случае придется приобрести другой
провод, с увеличенным сечением.
Открытая проводка обычно выполняется проводом сечением не менее 4 мм2
из расчета достаточной механической прочности. При выполнении скрытой
проводки в трубе или в стене допустимая нагрузка должна быть снижена с ко-
эффициентом 0,8, то есть на 20%.
Теперь поговорим о конструкции проводов. Они бывают одножильные
предназначенные для стационарного монтажа, и многожильные (шнуры), ис-
пользуемые для гибкого соединения узлов. Некоторые типы проводов могут
иметь дополнительный экран или еше один слой изоляции.
Для стационарной сетевой электрической проводки подойдут провода типа
ГП HIT н\ ГНИ (рис. 3.34) и ППВ (рис. 3.35).
НУНН и 11 NTHП провода имеют медные жилы в полиэтиленовой изоляции
и оболочку из поливинилхлоридного пластика га. Они предназначены для ис-
Рис. 3.34. Провод <ииа 11N 1111 и ПУГНИ
Рис. 3.35 Проспит ППВ
Глава 3 ___________________________________________________
подвижной прокладки в сетях с рабочим напряжением до 250 В и частотой
50 Гц. Количество жил может быть 2 или 3, сечение — 1,0, 1,5 и 2,5 мм2.
ППВ — провод с медными жилами с поливинилхлоридной изоляцией, пло-
ский с разделительным основанием. Предназначен для применения в осветите-
льных и силовых сетях с рабочим напряжением 450 В, частотой ло 4000 Гц. Ко-
личество жил — 2, сечение бывает 1,5 и 2,5 мм2
Допустимый ток для монтажных проводов
При монтаже или ремонте радиоаппаратуры приходится часть соединений
выполнять объемными проводниками. При выборе провода иногда необходимо
учитывать допустимую для него токовую нагрузки. В основном это определяет-
ся сечением проводника, но для проводов в резиновой изоляции значение мо-
жет быть чуть выше, так как они допускают эксплуатацию при нагреве. Нормы
нагрузки для распространенного монтажного провода 6ПВЛ в качестве приме-
ра приведены в табл. 3.3. На нужный ток провод необходимо устанавливать с
сечением не меньше, чем это указано в таблице. Этой таблицей можно пользе
ваться и для монтажных проводов др}гих марок. Очень удобен для монтажа
провод марки МГТФ
Таблица 3.3. Нормы токовой нагрузки на провод типа БПВЛ
Номинальное сечение проводника, мм2 Омическое conpoi hili сине 1 км при 20 ’С. Ом Число и зидметр проволок Допустимая ишрузкэ при хппелыюм режиме работы, А
0,35 58,00 7 х 0,25 4.0
0,50 41,30 7 х 0,30 6.0 J
0,75 26.80 7 х 0.37 9.0 1
«« 1 22.80 7 х 0,40 ; Ю.О _
1.00 20,50 19x0.26 Н.О 1
1,25 16,30 19 х 0.29 13.0 J
1,50 13,30 19 х 0.32 14,0
'93 10.42 19 х 0,36 | 17,0 _ JJ
2,50 8.00 19x0,41 20,0
з.оо 6,58 19 х 0.45 22,0 —
4,00 5.00 7 х 7 х 0.32 25,0
5.15 3,85 7 х 7 х 0,36 32.0 J
6.00 3.30 7 х 7 х 0.39 35,) .
8,80 2.40 19x7x0,29 46,0
126
Знакомство с радиоэлементами
Изготовление плавкого предохранителя
_|'/|ы надеемся, что читатель усвоил одно из важных электротехнических
правил — защищать питающую сеть от перегрузок установкой автоматических
выключателей или плавких предохрани гелей. Иногда можно попасть в ситуа-
цию, когда плавкая вставка перегорела, а под рукой нет замены. Чго делать?
Нетерпеливые прибегают к помощи «жучков» — отрезков провода, которыми
закорачивается предохранитель и электрическаягцель восстанавливается. Пра-
вила техники безопасности категорически запрещают установку «жучков» так
как в таком случае есть оказывается «беззащитной».
И все же выход есть. Плавкий предохранитель можно отремонтировать, вы-
брав толщину плавкой перемычки по определенному правилу, О г материала и
диаметра перемычки зависит номинальный ток предохранителя, который ука-
зывается на корпусе. При токе в цели, соответствующем номинальному, пре
дохранитсль нс плавится, то есть работает в нормальном режиме. Кратковре-
менное увеличение тока сверх номинального значения также нс вызывает раз-
рушения предохранителя, так как требуется некоторое время на разогрев
имеющейся в нем перемычки.
Токи плавких вставок для проводов осветительной сети выбирают по реаль-
ному общему току в цепи (|н) из условия 1||Л > 1,„ но для зашиты цепей, питаю-
щих асинхронные электродвигатели (это электромоторы переменного тока)
Необходимо учитывать, что пусковой ток (1пуск) у них может быть в 5—7 раз
больше номинального. Поэтому выбирать плавкую вставку по номинальному
Таблица 3.4, Значения токов плавления для проволоки, изготовленной из разных чезхзлои
Ток плажлений, А Диаметр про«ода, цы Ток плажленыж, А Диаметр лрожода, мы
«инимип Железо Олойо Медь Алюыии. Железо Олово
0,021 0.04С О.ОЫ 1 50 О.'З | 0,89 Г >.6 2,45
333 1.066 • 132 0,183 60 0.82 1,0 1.8 2,8 ~
2 0,069 С ‘ С, 189 0,285 70 0,91 1,1 2,0 3J
3 । 1 j. ^л?45 ,Л * 1.0 1.22 2.2 3.4
Г 5 0,18 0,193 0.346 0,53 1,08 1.32 2,38 3.65
! 0,203 I 0,250 ! 0.45 0.66 100 1,15 1,42 2.55 3,9
10 0,250 0,305 , — 1 0,85 120 1,31 1,60 2.85 4.45
15 0,32 0,40 1,02 ISO 1.57 1,94 3.2 4,9
_20 0,39 0,485 1 дЛТ 1.33 180 1,72 2,10 3,7 5.8 —-
25 0.46 0.56 1Я 1.56 200 1,84 2.25 ; Д J Г-Т Га | «? ® «0
30 0,52 0.64 L 1.77 225 1.99 2,45 1
1 1 35 1 0.56 0,70 1,26 1,95 250 2,14 2.60 4 7 1 а J
40 | 0,63 ОЛ 1,38 2.14 275 2,2 2.80 | 5 0 | 5.3 П г,;
45 J 0.68 0.83 1.5 2.3 300 2.4 2,95 8,2
т2.7
Гпзва 3
току нельзя - она при пуске электродвигателя перегорит. Обычно можно вос-
пользоваться соотношением I)U >(0.5 .0,6) • 1)|>ск.
Проше всего защитный предохранитель выполнить из провода соответству-
ющего диаметра. Причем диаметр провода дал необходимого тока плавления
(защиты) можно выбрать из таблицы, где приведены значения для разных ме-
таллов. В качестве основания для закрепления (припаивания) плавкой вставки
может использоваться каркас перегоревшего предохранителя.
Наиболее часто для изготовления плавкой вставки используют медный про-
вод, так как он наиболее доступен Например, для выполнения предохранителя
провод нужного диаметра можно взять из многожильных монтажных проводов,
аккуратно сняв с них изоляцию.
Если же у' вас есть медный провод, для определения его тока плавления
можно воспользоваться простыми формулами:
• для проводов диаметром от 0,02 до 0.2 мм
• для проводов диаметром более 0,2 мм
где d — диаметр провода в миллиметрах, мм.
. _ </-0,005.
пл ' 0,034 f
/„, =8oVF.
Габлииа 3.5. Ток плавления для распространенных диаметров проводов
мм
2.5
0.06 ( 0.09
1.62
0.1 0,12 0.2 0.25 I 0.3 0.5 1.0
2.79 J.38 5.74 '.о- 13 28.3 80
Эти формулы обеспечивают достаточную для практического использования
Точность В табл 3.5 приведены результаты расчетов для некоторых часто ис-
пользуемых диаметров медных проводов.
Литература
I Нестеренко И. И. Цвет, код, симво-
лика радиоэлектронных компонентов. —
М.: СОЛОН-Р, 2002.
2. Садченков Д. А Маркировка радио-
деталей отечественных и зарубежных.
Справочное пособие. Том I. •- М
СОЛОН-Р. 2002.
3. Садченков Д. А. Маркировка радио-
деталей отечественных и зарубежных.
Справочное пособие. Том 2. — М
СОЛОН-Р, 2002.
4. Сайт http://ganssrk.narod.ru/liiiks.htm
128
Глава 4
Чем бы все это измерить
Природа ле наделила человека способностью в полной мерс чувствовать
электрические и магнитные поля, видеть инфракрасное (тепловое) излучение,
слышать ультразвуковые сигналы, как все это умеют животные Без помощи
специальных устройств мы не сможем обнаружить и измерить очень многие
физические процессы. Поэтому развитие техники неразрывно связано с совер-
шенствованием измерительных приборов и самих методов измерения. Сущест-
вует целая наука об измерениях и различных способах достижения требуемой
точности — метрология. Для настройки своих собранных схем вам обязательно
потребую гея измерительные приборы. Но иметь сами приборы недостаточно,
ими еще необходимо уметь пользоваться. Поэтому давайте сначала познако-
мимся с особенностями самых распространенных приборов, без которых нс
обои »псь даже начинающему радиолюбителю
Простейшие измерительные приборы
и их принцип работы
Если ничто другое не помогает,
прочтите, наконец, инструкций!
Народная мудрость
Измерение какой-либо физической величины заключается в эксперимента-
льном определении ее значения путем сравнения с эталонно»!, принятой за
единицу. Эго только в мультфильмах можно проводить измерения попугаями
Мы же будем пользоваться теми единицами измерения, которые входят в со-
став Международной системы единиц СП — они приведены в справочном
разделе книги.
По способу получения численного значения физической величины все из-
мерения разделяются на прямые и косвенные При прямых измерениях нужные
значения мы сразу получаем на индикаторе прибора, например, при из.мере
пии тока показания считываем непосредственно по шкале амперметра. При
косвенных искомое значение находится путем расчета по формулам, в копи-
ры подставляются результаты прямых измерений ряда дрмих величин, свя-
занных с ней известной зависимостью Например, выделяющуюся в цепи
129
Г7J84 4
мощность можно pice читать по формую Г К, iiiMcphtt (ок и на-
пряжение, или же толтко ток, если уже известно conpoi пиление.
Увидеть ток или напряжение позволяют самые простые стрелочные измери-
тельные приборы, имеющие магнито-электрически и механизм Они наиболее
распространены в хтектро- и радиотехнике Принцип работ такого прибора
поясняет рис. 4 I.
Конструкция состоит из рамки с проводом, которая удерживается на иолу
осях и может поворачиваться в задоре между полюсами постоянного магнита.
В этом зазоре создается равномерное магнитное поле, а на рамке закрепляется
легкая стрелка. Чтобы стрелка находилась в нулевом положении, в конструк
ции установлена плоская спиральная пру-
жинка, она же может являться одним из
выводов рамки. При работе устройства ис-
пользуется свойство движущихся зарядов
создавать вокруг проводника магнитное по-
ле (помните опыт Эрстеда9). Это магнитное
поле взаимодействует с полем постоянного
магнита и заставляет рамку с проноло.м
сдвигаться до момента, коша сила пружи-
ны, пыщиннейси пернуть рамку в началь-
ное (киоженпе, и силл Miiniiiiiiiiio ноля
сгинут равны, (яком обраюм, 'лог меха-
ми на позволяет ripcoGp.i мнил ь ситу тока и
механическое перемещение рамки и сосни
ценной с ней предки, нище, ос нрншчше,
V|от oiK'ioHiTiuu С1|п*л>и Пуло npnnopiiiio-
пален нжу, нрочонинсму игре» рамку, а ни
upiihiciihc ikk'ioibmihh ывист <н шимрио
сИ1 приложи пион’ илиряжт пни Сушесл'У'
Pin I I У‘( i|»iih )|>п
ни»пиtn > и я »|»П 1(4 кш<1
к <М1 (>»»«« lump* |1|11|Гн»|П|
МН 1Гр|)Ьор|.| L ЛНУ1 KipoiHii’il lllkllToil, у КОН»|Я.1Х нулево: HOJiOA'HHi’ ilplJIXU
Н'1чодп|ся нос родине пиалы, а (ынриысиие (икищп’ппя ечмоои i huh hi tn ш>
dipnoi, in при loAcintofi к ыжнм.1м. Ними нриСю|ым)1 ищ нь ул । Нин» и>мгрнц.
величины. iiufiMpHocfb и in в шрам icitnc действия кнюрых зарине щи шее.him.
Прибор ДЛИ И iMi'pvHHM ЮЫ HHII.HlUlOf ИМ П' рМГ I |»<1Х| (МН'1111|.1М|1ГрМ(Т|ШМ,
mix p'KtMUcpMcifioM), рис. 4 2 ’л мм прибором ш носреж югино HiMtpMioi но
^|оя1И|ыИ Юк, дли чмо амщ-рм<-1|1 пк.ннчамн пш\ц-вны ic ii.iui и iiiMrpitiMyin nriti*
(|ни . 4 1, nj, »i itu i obi-iiit’ii nt <с tdiipioitii h-hih‘ до pioio hiait- как mimiho мгш.нн’ -
i ipCMHitaw к оу и-ному
Чтобы нс |Щ1мизь шкрецикк и, в измерения, внутреннее смирю пн н ике
прибора до 1жио бьнь во мною р,и меньше, чем сонро|ннл<.иш' uaipyiMi Ина-
че он сам уослиши сопрюивлсиис всей цепи и, cootik гывенно, умс1П.ншн.я а
иен к юк, nitccci о спои покаыния ширишшц|ь, то сею <нхлш|еит' <и истин
нон» шачения тока.
Ну а чю дсл.иь, если юк н цени щ<1ЧИ1сльно больше, чем Л‘)нус1имое нш
Чсние для амперметра? В лом случае норил iwihih и iMcpnleni.ntHi юломкс
вкл юч j ю । дополнительное известное conpoi и it ten нс, наи.ныемос шунюм ( ш>
слово переводится на русский язык как обходной пул.) Номинал шупы вмбп
130
Чем бы псеэч> юмеригь
РА1
Амперметр
РА 2
Миллиамперметр
РАЗ
Микроамперметр
Милливольтметр
Микровольтметр
Вольтметр
Гш 4 2. IliiniHiuM »>il »» оГнхил'нiHiv лк > натри Mi ьпх игмат иiMepoicтмил приборок
ОН'
Гт. I ' 1иМйН 1К>'<Г|1ИЯ |(р(|б< |И1« Д>« )1 IMI |>« НИМ.
и, б пш, в ii4о!<>!*> нии к । |ни об npi up in» mia чн«|л/йч»н р«и ijm (мыми* ip
pm-itJi он нм, 'iiofu.t юк n (KHciiHKiM промин! •itjiv । inyiii и лишь исбо'Н.ш ш
CHI Чис 11. IH 1КЧ )UI>I.1Л1Ь k П[1Ш>О|Ц , рис I J, 6. (II)HILI II 1НН-1|1Л1111<1|ОНШ |l I m,iic
plliui.l, l nllJMMHlI-h’IIHC knlopiHO М.Г1О MBIKIU l>1 leMtmpillVPGI, ИлИрИМГр МНИЛ
ншы 11 ipiHCKinikc и > пн । роннке iiiyniM moaho hi i pci и h. jhhhi ii ho ‘i.ii
IO Hp<)Mi.llli'irilllm ll> ПЫИМЫГГ МНОЮ p.l HlOllli illocicil IliyillOU IM tjlMkCHpO
it.diin.H. iokh Они oi'пгмюгси oi обычною решсюра нысокоП ючпосгмо
CuhJiHi 1СНИЯ HOMilll.l 1Ы1ОЮ (OIIPOIHIVICHIIM и РИДОМ kOIKip^kHHH JUIH СОСДИ
Hl lllfll HCIK’II C lljyillOM обычно Ш.ПОЛЫУКН HIIIIIOUUC длжпмы
131
Глава 4
1’нс. 4.4. Шип типа 75HJCM, ШНВО1ЯЮШИИ ниюрять токи бо.не 10 А
Как правило, нес измерительные приборы на ток бо-
лее Ю А работают совместно с внешним шунтом. Ши-
роко распространенные шунты серии 75ШСУ или *
75ШСМ, рассчитанные, например, на ток 15, 30, 50 A,
нормируются одним и тем же падением напряжения
при протекании этих номинальных токов — 75 мВ (мил-
ливольт). Отсюда вы можете рассчитать сопротивление реальных шунтов.
Дяя измерения напряжении применяют вольтметр. который часто выполня-
ется на основе высокочувствительного микроамперметра, имеющего полное
отклонение стрелки при токе 50. 75 или 100 мкА, рис. 4.3. г. При этом в его
цепь последовательно устанавливается добавочный резистор, который ограни-
чивает ток, проходящий через головку прибора. От величины резистора, назы-
ваемого добавочным сопротивлением, зависит максимальное напряжение, кото-
рое можно подавать на прибор. Так что, если вы увидите в какой-либо схеме
микроамперметр, включенный последовательно с резистором, — перед вамп
типичный вольтметр.
Вольтметр подключается параллельно измеряемой цепи, и его входное сопро-
тивление должно бьпь как можно больше — стремиться к бесконечному.
Чтобы измерить сопротивление, требуется иметь источник питания. В этом
случае ток в цепи, согласно закону Ома, будет пропорционален величине со-
противления. Шкалу прибора можно проградуировать в значениях сопротивле-
ния, рис. 4.5 Ну а так как автономный источник питания со временем может
разрядиться, перед каждым измерением сопротивления прибор калибруется,
для чего измерительные клеммы закорачиваются между собой и вращением ре-
зистора RI устанавливают стрелку прибора на нулевую отметку шкалы.
; Последовательный омметр
а)
б)
Рис. 4.5. Схема включения микроамперметра при измерении сопротивления:
а — для значении номиналов более 100 Ом; б — для номинадов менее 100 Ом
Следует иметь в виду, чго в зависимости от выбранного предела измерения
в универсальном стрел очном приборе могут использоваться разная схема сое-
динении его добавочных элементов и, соответственно, разная шкала, — это
нужно для обеспечения необходимой точности измерения в широком днапаю-
нс величин Поскольку зависимость тока, протекающего через микроампер-
метр. от измеряемого сопротивления нелинейная (он обратно пропорционален
132
Чем бы все это измерить
горизонтально»
измеряет постоянный и лароиокаш) ток
измеряет постоянный ток
измеряет переменный ток
Тип прибора:
магнито-злектричесюй системы
с подвижной рамкой
Рабочее положение прибора-
сопротивлению, как вы знаете из закона Ома), то шкалы прибора для таких из-
мерении тоже нелинейные.
Каждый измерительный прибор характеризуется рядом важных параметров.
К ним относятся:
I) максимальный предел измерения — его значение указано на шкале; значи-
тельное превышение предела может привести к повреждению механизма изме-
рительного прибора, разрушению рамки пли изгибу стрелки. Когда невнимате-
льный пользователь пытается измерить прибором величину, намного превосхо-
дящую максимальный предел, стрелка прибора ведет себя как шальная — она
нс плавно перемешается по шкале, а делает резкий рывок;
2) класс точности — это наибольшая погреши ость прибора, выраженная в
процентах от наибольшего значения шкалы (сам знак процента нс указывают).
Например, микроамперметр на ток 100 мкА, имеющий класс точности 2,5, при
измерении может дать ошибку 2,5 мкА как в большую сторону, так и в мень-
шую. Но не более, если прибор исправен!
3) допустимый частотный диапазон для измерения переменных напряжений;
4) рабочее положение (для стрелочных приборов), диапазон рабочих темпера-
тур и другие.
Чтобы грамотно использовать любой измерительный прибор, пусть даже са-
мый простой, необходимо знать его особенности. Для стрелочных приборов
некоторые из важных параметров
даже наносятся на шкалу в виде
условных символов, которые позво-
ляют сразу получить основную, до-
статочно полную информацию
(рис. 4.6).
Кроме измерительных приборов
только для одной величины, на
основе микроамперметров выполня-
ют и универсальные многофункцио-
нальные приборы — ампервольтмет-
ры (в обиходе они называются •тсс
тсры* или «авомстры»), в которых
измерительная головка имеет воз-
можность с помощью переключате-
лей, дополнительных резисторов,
диодов и других элементов измерять
постоянный или переменный ток,
напряжение и сопротивление в ши-
роких пределах. Такие приборы на-
зывают комбинированными, и у них
погрешность для измерения разных
величин будет различной
Для большинства проводимых в
радиолюбительской практике изме-
рений отклонение измеренных велн-
133
наклонное под указанным утлом
- электромагнитный прибор
- числовое значение. указы ы<хцм класс
т&чночтн прибора I наибольшая лэгреихость}
- макси мал ьмо-аолустимое калражамм « итловольтак
которое »ыд«ржиаа»т нмляиня прибора [1 кВ1
- и эмарм тальмам цвгь изолирован от врпуса и
испытана напряжением 500 0
1’мс. -1.6. Расшифровка условных знаков па шиле
стрелочного измерительного прибора
Гпава 4
чин от истинных в 5... 10fc нас вполне удовлетворяет, и только в исключитель-
ных случаях оно требуется не более Такую точность способны обеспечить
только цифровые комбинированные приборы. Строго говоря, профессионалы
имеют возможность измерять величины даже с такой точностью по стрелоч-
ным приборам, но эти приборы довольно громоздки и не универсальны, а по-
тому непопулярны в радиолюбительской среде,
В качестве достоинств стрелочных приборов следует отмстить их относите-
льно низкую стоимость, простоту в эксплуатации, малое потребление энер-
гии, достаточную для большинства применении точность измерении и нечув-
ствительность к кратковременным импульсным помехам, как это имеет место
у цифровых приборов. А из-за наличия сильного внутреннего магнитного по-
ля — не чувствительны к внешним магнитным полям. К тому же такие при-
боры выдерживают кратковременную 10-кратную перегрузку и 3-кратную
длительную.
Теперь несколько слов о цифровых приборах. В них измеряемая величина
с помощью специальной микросхемы (аналого-цифрового преобразователя —
АЦП) преобразуется в цифровое значение, которое показывается на экране
из жидкокристаллических сегмент он. Цифровые приборы имеют внутри уси-
литель и обладают большей чувствительностью. Это позволяет получить из-
мерение более точное, к тому же цифровые измерения исключают погреш-
ность, связанную е невнимательностью человека, — так называемую погреш-
ность о! оператора. Поз каким бы углом мы ни смотрели на индикатор,
показания от этого не изменится, чего нс скажешь о стрелочном приборе.
Там шьао смотреть на шкалу так, чтобы нс было видно отражения стрелки
на зеркальной шкале. придуманной специально, чтобы устранить погреш-
ность считывания и оказании.
Следует знать полезную особенность цифровых приборов — при измерении
сопротивлений они на своих клеммах имеют напряжение нс более 0,2 В — это
часто позволяет измерять величины сопротивлении в цепях схемы, нс выпаи-
вая их из платы (при таком малом напряжении кремниевые диоды или перехо-
ды транзисторов еше закрыты и нс вносят большой погрешности).
Современное развитие цифровых микросхем позволяет не только расши-
рить диапазон измеряемых параметров, но и вводить и эти приборы ряд допол-
нительных сервисных функции:
• автоматическое отключение питания, если вы сами забудете это сделать;
• запоминание текущих или максимальных показаний измерения;
• звуковую сигнализацию при «прозвонке* цепей:
• автоматический выбор предела измерения;
• сигнализацию при неправильном выборе гнезд для измерения величины и
ряд других.
Обычно для автономного питания цифрового прибора используется батарея
типа «Крона» (9 В), а в некоторых устанавливаются сите и 2 гальванических
элемента но 1,5 В. К сожалению, у большинства дешевых моделей нс преду-
смотрена индикация разряда элементов питании, и за этим надо следить само-
сюяк’льно, так как при пониженном питании у прибора резко возрастает по-
грешность измерения - прибор просто начнет «врать». Еще одной особен но-
134
Чем бы асе это измерить
стыо большинства цифровых тестеров по сравнению со стрелочными является
более узкий частотный диапазон измерения переменных напряжений — до
I кГц. К тому же они очень нс любят наличия импульсных помех в цепи во
время измерения и в таком случае сильно обманывают. Признаком этого явля-
стся неустойчивость показаний на индикаторе или их явно нереальный вид, нс
совпадающий с оценками того, что должно быть измерено.
Так как в последнее время на рынке довольно много импортных измерите-
льных приборов (стрелочных и цифровых), будет полезно запомнить расшиф-
ровку нескольких распространенных сокращений, нанесенных на их корпуса:
AC (Alternating Current) — переменный ток;
DC (Direct Current) — постоянный ток;
DATA-Н — сохранение результата последнего измерения на индикаторе (па-
мять данных);
РЕКК-11 — контроль и запоминание максимального значения величины,
например, может использоваться для измерения амплитуды сигнала;
\1 ТО — кнопка включения автоматического выбора предела, в этом случае
на экране появляется такая же надпись,
POW ER — эта кнопка используется для включения/выключения прибора;
СОМ — гнездо общей цепи для внешних подключений прибора.
Что необходимо приобрести в первую очередь
Ум не замещает знания
Люк Иовгнарг
В настоящее время существует очень много видов специальных приборов
тля проведения измерений, а самому процессу измерений посвящены толстые
книги Постоянно появляются новые приборы, все более точные и удобные в
работе. Но так как в этой главе объять необъятное невозможно, да и о многом
пока необязательно знать начинающему радиолюбителю, здесь мы рассмотрим
только несколько основных приборов, которыми наиболее часто придется по»
льзоваться. Причем в ближайшее время! Все они относятся к группе перенос-
ных приборов и. в отличие от стационарных, стоят не очень дорого
Самый первый измерительный прибор, который следует приобрести для до-
ма — это классический стрелочный тестер (мхльтимсгр) Он должен обязате-
льно обеспечивать измерения следующих параметров:
• постоянного напряжения на пределах от 0...75 мВ до 0. 1000 В;
• переменного напряжения в пределах от 0...75 мВ до 0. 1000 В;
- постоянного тока в пределах от 0..300 мкА до 0...6 А;
• переменного тока в пределах от 0... 100 мкА до 0. ,6 А;
• сопротивления от 0 до 1000 МОм.
Например, довольно удобен в работе отечественный тестер Ц4312. Допол-
нительные возможности, которыми обладают некоторые аналогичные прибо-
например измеритель коэффициента усиления транзисторов, и другие, то-
не помешают, по пользоваться ими придется очень редко
135
Г лаял 4
Рис. -I 7. CrpcpPiiiLiii 1I43UH
Выполняв. измерения тестером до-
пои.ио прост Сначала нажимаем кноп-
ку с ниюм измеряемой величины: пере-
менная 1 -). постоянная (-; или сопро-
тивление (г), а после этого ус нш а вливаем
mhoidhojiHiifoniHiiH переключатель на са-
му величину с учетом ожидаемого пре-
дела Iсверь можно выполнять соедине-
ние между прибором и контролируемым устройством, нс забывая при лом о
СОО1ВСТС1ВНИ полярности для измерения постоянного тока или напряжения,
Если значение величины заранее ле известно, нужно начинать с самого «гру-
бого” предела и затем, при необходимости, переключать прибор па более точ-
ные пределы. В этом случае ошибка полярности, как правило, fie приводит к
поломке прибора, так что, если стрелка «зашкалила» влево, рекомендуется пе-
ревернуть шупы прибора, а также легонько постучать по измерительной го-
ловке - бывает, что стрелка «залипает» в таком положении. Еще при прове-
дении измерений желательно, чтобы отклонение стрелки было больше, чем
нахождение в первой трети шкалы. В таком случае погрешность измерения
меньше относительно полученной величины. В ситуации, когда стрелка
чуть-чуть отклонилась от своего обычного положения, что называется, едва
тронулась с места, всякие измерения бессмысленны — тут нужно либо псре-
ключиться на более точный предел, либо, если достигнут предел чувствитель-
ности, взять более чувствительный прибор.
II еше одно важное правило. Допустим, стрелка измерительного прибора
остановилась между делениями, например при измерении напряжения, между
2.5 и 2,6 вольтами. Как записать показания? Малоопытные радиолюбители на-
чинают прикидывать, насколько близко стрелка расположилась к делениям,
мысленно делить промежуток еше на десять частей. В результате рождается
цифра, положим, 2,52. На самом деле последний разряд не обладает достовер-
ностью Мы имеем право записать цифру 2,55, если стрелка остановилась при-
мерно посредине, и одно из значении при делениях, если стрелка ближе к ним.
Поэтому, если шкала прибора проградуирована через 0,1 В, мы имеем право
измерять с точностью до 0,05 В, но никак не точнее. «Половина деления» —
закон стрелочных измерительных приборов.
Следует также знать, что некоторые стрелочные приборы для своей работы
требуют наличия ишаюших элементов, причем этот дополнительный источник
используется не только для измерения сопротивлении и прозвонки цепей, по и
для гш гания электромеханического размыкателя, обеспечивающего защиту |п-
мерительной головки прибора or перегрузки Поэтому до начала измерений
може1 потребоваться нажатие соответствующей кнопки, включающей защиту
прибора (рядом с такой кнопкой имеется условный знак включателя).
При измерении переменных сигналов они предварительно выпрямляются
внутри прибора, после чего подаются на микроамперметр. Для переменного
напряжения иди тока шкала прибора проградуирована в действующих значени-
ях сигнала, имеющего синусоидальную форму.
736
Чем бы нее это измерить
Гели мы имеем дело с синусоидальным стналом, то, зная действующее
шачсиие, легко посчигать максимальное амплитудное. Например, для ампли-
тудною напряжения (Ем) и тока (/и) значения получаются больше действую-
щих в 1,4 14 раза:
ЕЛ1 = V2 t/ = 1,414 {/.
/„ =Л •/ = 1,414 /.
Рис. 4.8. Цифровой
мультиметр
Второ и прибор, который тоже будет нужен, — это цифровой! мультиметр,
рис. 4.8. Ли» 10 назад пользоваться ими могли себе позволить только професси-
оналы, а сегодня «нш|)ро1И1к» вполне доступен всем
желающим. Среди цифровых приборов существует
большое разнообразие моделей! Надо найти такой, ко-
торый, кроме напряжения, тока и сопротивления, мо-
жет измерять еще индуктивность и емкость элементов
(еще лучше, если и частоту сигналов). Удобно также
наличие режима проверки диодов (в этом режиме при-
бор работает как источник стабильного тока (I мА) и
показывает напряжение на р-п-лерсходс в открытом
состоянии в милливольтах, но не более 2000 мВ — та-
кой ток и напряжение не сможет повредить ни один
радиоэлемент).
Основные правила использования цифровых тесте-
ров такие же, как и для стрелочных, но они могут об-
ладать рядом полезных дополнительных возможно-
стей, о которых можно узнать из инструкции к кон-
кретному прибору.
Туг можно дать еше одну общую рекомендацию.
Приборы продающиеся в случайных местах, например
в ларьках с косметикой, и почти даром. •— это на са-
мом деле не приборы. Покупать в таких местах измерительную технику не сто-
ит — се истинное качество нс соодвстствуст привлекательному внешнему виду.
В пом случае говорить о какой-то гарантированной точности просто не)мест-
но. Покупайте приборы в ;магазинах радиотоваров или в специальных магази-
нах. где вам нс только стремительно выпишут чек, но и профессионально отве-
1Я1 на любой вопрос об использовании прибора.
В дальнейшем для настройки сложных схем вам потреб)ется осциллог-
раф (он позволит наблюдать форму сигналов), генераторы сигналов, а так-
же ряд других приборов и приспособлений, часть из которых вполне мож-
но изготовить самостоятельно (генераторы сигналов, частотомеры, фазо-
метры, измерители напряженности полей и др.). С некоторыми такими
устройствами мы познакомимся в дрхгих главах, когда вы приобретете до-
статочный опыт в изготовлении более простых конструкций. И если высо-
кокачественные генераторы сигналов вполне можно изготовить самостоя-
тельно, то такие приборы, как осциллограф, со временем все же придется
приобрести, а пока можно воспользоваться теми, что имеются в любом р«
днокружке или в школе.
13?
Глава 4_________________________________________________________________
В некоторых случаях можно использовать в качестве осциллографа и до-
машний компьютер. Как это осуществить, описано в отдельной главе второй
книги. Там же вы узнаете и о других полезных измерительных возможностях,
которые демонстрирует компьютер.
Осциллограф — «электронный глаз» радиолюбителя
Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать
Народная мудрость
Смеем уверить читателя, что все конструкции, приведенные в этой книге,
можно собирать и налаживать при помощи одного только мультиметра. Но со
временем у вас появятся опыт и желание попробовать сделать что-то более
сложное. В таком случае просто нс обойтись без осциллот рифа.
Чю такое осциллограф? Это большой ящик (если осциллограф старый) или
небольшой настольный приборчик (если новый) с множеством кнопок, гнезд,
переключателей на лицевой панели. Тогда чем он отличается от мультиметра?
Любой осциллограф имеет самый главный свой атрибут — экран, подобный те-
левизионному, на ко юром можпр, что называется, «живьем» наблюдать элект-
рические сигналы, измерять их частоту, амплитуду. Осциллографы бывают од-
получсвые, когда имеется возможность наблюдать только один сигнал, и много-
лучевые. сели одновременно рз зворлчпнасгся нескочько сш налов, Чаще всего
мпоюлучевой осциллограф воепрои tводит два стлала. Современные осцил-
ло!рафы, upon мюли мыс фирмой IcwleU-Packard», moivt шобрлзи! ь до 16 сиг-
налов одновременно, но пена таких замечатель-
ных приборов ераиниваезся с ценой на доро-
гую, нресшжиую автомобильную иномарку.
Мнониучевые осин инирлфы нояюляюг изу-
чал» фли.| сшил лов <н шкитсльно друг друга
(с;шш (|ы 1 — ио рлссюмние между ст налами
на осн времени, например в ючке их пересече-
нии нулевою уровня напряжении).
Современные ociin.inoi рафы имени' присыпку •элсыронно-лученыс» в от-
личие от механических, сен час уже нс исио.тыусмых. На шлипс идс| от способа
отображения сплыла на жране. Осцилло! раф .ио и<»ч1и зелени юр, в юмо-
ром кинескоп заменен очень похожим уороПством j.icKipuinni-Hyienori ipyii-
кой Электронный .туч прочерчивает на экране слева направо горн юизальиую
линию (временную ось), а micm быстро возвраишекя в левый край и вновь
«чертит» линию. IIoHcpxHocib экрана покрыта специальным bchiccibom - лю-
минофором — которое светится при попадании на нею пучка электронов, так
чю мы, благодаря инерционности нашею зрения, видим горизонтальную ли-
нию. Эки процесс пазывиезся разведкой
Теперь вспомните, как вы тля,лит синусоида. Задавая в любой момеш време-
ни ее амплитуду — отклонение от оси времени, — мы сможем увиден» ее на эк-
ране прибора. II такая возможность в осциллографе имеется! Электронho-.iv-
138
Чем бы есеэто измерить
Лпааный
регулятор
усиления
рами
разаергаи
<Л«пвнммм
Пид входного
сигнале
Пе ра «ляха т аль
модного далитапя
капряжамия
а гкм-томнкпа слот
Л ог«ли>»ан п«од
— парами нмый
1
Яид с*а»ала
<оа по шэтсмюму
Ьуда> рабатпь
Р«гупя тор порога
«9*б*ТЫМ>«МЙ
Симяронмаа»ми
Смещение луча гори зонт аланов
ос*1 рашартжм по горизонтали или
•члюманиа ыиоммтеля размотан
Выагманатель
литания
Рагули|Х«а»а паря мет роя луча яркости | О >
фояусироа* а ( ® К нееммметрммости (СО ]
и педсаатка измерительной сито» (Д )
горизонт а/кнои оси
размртш по аартикали
Г»мух ¥
1
размртяи
ЛЛММО
годам. «hoojhM
сииреннмц^,
Гис. 4 9. Апрошей пая ф.х HMUiincLiLHaa схем» отного Камаля оснилю1У)а(к
iiJiie.iH дл)\канальио1о (м?|им.н>ц1мфа типа Cl-yj М Им**пинЙ »нд iKpcimrft
139
ГМвЛ 4_________________________________________________________________
чсвая трубка устроена таким образом, что при подаче сигнала луч сместится
ровно настолько, насколько •ушла» его амплитуда от нулевой липин.
Развертка может осуществляться от внутреннего генератора, тогда достаточ-
но подать исследуемый сигнал на вход, называемый входом »Y», и задать час-
тоту генератора развертки такой, чтобы сигнал удобно было наблюдать. Если
частота развертки будет много меньше частоты самого сигнала, на экране мы
увидим широкую горизонтальную полосу — результат «склеившихся» периодов
исследуемого сигнала. Если же развертка идет намного быстрее (чате), чем
сигнал, мы увидим только его кусочек и не сможем давать какие-либо опенки.
Кстати, первый случаи довольно часто используется, если хочется точно изме-
рить амплитуду сигнала: ширина полоски будет равна двойной амплитуде.
А второй случаи годится для подробного изучения формы сигнала - часто
осциллограф имеет возможность «выдвинуть» заэкранныс куски сигнала. Но
оптимальным считается вариант, когда на экране видно 1—2 периода. Внутрен-
ний генератор развертки можно выключить, но тогда придется самому развора-
чивать сигнал по горизонтали — для этого у осциллографа имеется вход «X».
Сигналы бывают периодическими и однократными. Если с первым случаем
мы разобрались, то как изучать непериодические сигналы? Ведь момент появ-
ления однократного сигнала никак не связан с работой генератора развертки —
он может возникнуть и тогда, когда луч совершает обратный ход, и вблизи пра-
вого края экрана. Результат будет один и тот же — мы потеряем часть сигнала
или весь сигнал. если он короткий. Что же делать? Для регистрации однократ-
ных сигналов бы и повторяющихся редко и нерегулярно, что, в принципе, поч-
ти одно и то же) используется жяушая развертка. Генератор развертки ждет
прихода внешнего сигнала и запускается не сам от себя, а только по «команде»
от внешнего сигнала. Некоторые осциллографы имеют также возможность «за-
помнить* форму сигнала и постоянно выводить ее на экран для детального
изучения. Раньше для запоминания использовались специальные осциллогра-
фические экраны, теперь запоминание происходит подобно тому, как хранятся
данные в ЭВМ. — в электронной памяти.
Осциллограф - это не индикатор, а настоящий измерительный прибор.
Несмотря на то что погрешность измерения у него достаточно высокая, в
большинстве случаев такой точности вполне достаточно. Как производить из-
мерение по осциллографу? Все экраны имеют нанесенную на них масштабную
сетю Регулятор переключения частоты развертки имеет градуировку в едини-
цах «время/деление», а вертикальным переключатель, масштабирующий вход-
ной сигнал. - в единицах «вольт/деленис». Помножив количество клеточек,
которое занимает сигнал, на градуировку мы получим либо период сигнала,
если отсчет клеток был произведен по горизонтали, либо амплитуду, если —
по вертикали Например, определив, что сигнал отклоняется от горизонталь-
ной линии на 2,3 клетки при градуировке «10 вольг/деление», мы будем чечко
зять, что амплитуда данного сигнала — 23 В.
Пользоваться осциллографом с виду просто, но практически к нему нужно,
что нашвасгся, приноровиться. и тогда намерения будут деяться быстро и ка-
чественно.
140
Чем бы все эго измерить
Основные меры предосторожности,
или О том, чего нельзя делать
Таковы суровые законы жизни. Или. короче выражаясь,
жизнь диктует нам свои суровые законы.
Остап Бендер
/а к можно испортить измерительный прибор? Достаточно на его входные
клеммы подать довольно высокое напряжение, например сетевое, при непра-
вильно выбранном режиме измерения (виде измеряемой величины или пределе
измерения). Наиболее типичной ошибкой, приводящей к выводу прибора из
строя, является желание «померить ток в сетевой розетке*. Прибор включается
на измерение тока, щупы вставляются в сетевую розетку — летяг искры, из
прибора валит дым. Хорошо, когда и приборе предусмотрена <фул лруф» —
«зашита от неумных действий*. А если нет? Испортить хорошую вешь доволь-
но просто, и ума для этого действительно много нс нужно. Нс зря существует
народная поговорка, что «мастерство радиолюбителя растет пропорционально
числу выведенных им из строя измерительных приборов». Но измерительные
приборы могут кончиться гораздо раньше, чем появится мастерство, так что
стараитссь быть внимательными.
Вы хотите узнать, как пользоваться измерительными приборами гак, чюбы
они служили долгие годы? Изучение этик правил методом проб и ошибок тоже
возможно, но слишком дорого, особенно если эго происходи! лома, в условиях
ограниченного семейного бюджета. Измерительные приборы стоят денег, и по-
рой немалых!
Но нс будем настраиваться на грустный лад, поговорим о самих правилах.
Их немного — вес они продиктованы здравым смыслом и легко запоминаются.
I. Запрещено использовать прибор с поврежденными соединительными
проволахп! или контактными наконечниками. Сами соединительные провода
должны иметь падежную изоляцию. Иногда (чаше в импортных приборах) на
щупах наносится надпись «1000 В«>, что свидетельствует о гарантируемой проч-
ное ।и изоляции до этого значения напряжения.
2. Все переключения режимов измерительного прибора следует проводить
до его подключения к измеряемой цепи.
3. Измеряемая величина нс должна превышать максимально допустимую
для прибора. Повторяем еше раз: если не известно ее значение, то первое из-
мерение проводится на самом большом пределе, и постепенно чувствитель-
ность повышается для более точного отсчета.
4. Если сеть возможность, то лучше все подключения прибора к проверяемой
схеме проводить при полностью отключенной радиоаппаратуре. Ряд измерений,
таких, как проверка сопротивления или прозвонка цепи, выполняются при от-
ключенном питании н устройствах Токи и напряжения, протекающие во вклю-
ченной схеме, могут внести ошибку в измерения или вывести прибор из строя.
5. При измерении постоянных токов и напряжений стрелочными измерите
льными приборами необходимо соблюдать соответствующую полярность под
ключей ия (цифровые приборы, как правило, допускают любое подключение)
При ошибочном полярное।и нужно немедленно отключить прибор огсхемы
Ж
ГПЗВЗ 4 ______________________________________________-___________________
6. Радиотехника не терпит суеты, спешки, невнимательности, небрежного
отношения и неосведомленности! При проведении измерении никогда не сле-
дует спешить, иначе это приводит в лучшем случае только к повреждениям
прибора, а о худшем догадайтесь сами..
Перед проведением работе напряжением выше 4S В рекомендуется предва-
рительно познакомиться с правилами техники элсктробсзопасноитн. которые
приведены в последнем разделе книги.
Простые вспомогательные приставки
Любое препятствие преодолевается настойчивостью.
Леонардо да Винчи
rJc так давно радиолюбителям приходилось самостоятельно собирать для се-
бя нужные измерительные приборы. Сегодня в этом нет большой необходимо-
сти, так как в продаже уже имеется почти все, что нужно, и по вполне доступ-
ным пенам. Но существуют еше некоторые весьма полезные приставки, которых
нет в продаже или же стоят они неоправданно дорого. С ними мы и познако-
мимся.
Для контроля энергоемкости элементов питания
Раньше, когда у нас было первое знакомство с химическими элементами
питания, речь шла только о вырабатываемом напряжении, а на отдаваемый ток
мы нс обращали внимания. Но любой автономный источник питания не может
работать бесконечно долго — рано или поздно энергия закончится. Как гово-
рят в этом случае, элемент «сядет». Особенно неприятно, если это произойдет
вдали от мест цивилизации, в путешествии, в походе, когда замену взять про-
сто негде — ну нет в лесу розеток! Причем такое может случиться и с батарей-
кой, только что купленной в магазине или у «коробейника» в электропоезде.
Сколько времени она пролежала на складах и в каких
условиях хранилась, - «сия тайна за семью печатями»,
как говорит одна старая и мудрая книга. По эту тайну мы
попробуем раскрыть.
Насколько долго будет работать химический источник
тока, зависит от его эне pi осм кости. Энс pi оем кость авто-
номных источников питания измеряется в ампер-часах
(Ал). Чем она больше, тем лучше. Если не учитывать
внутреннего сопротивления источника, то можно ска-
зать, что элемент с энергоемкостью 1,5 А ч разрядится до
минимального напряжения (обычно ую 1 В) за один час,
если ток в нагрузке будем 1,5 А, или же та два часа при
токе 0,75 А.
Энергоемкость элементов зависит oi их габаритных
размеров (шпоратмсра) и материалов рабочего состава.
Чем больше эле мен г, тем больше в нем активного нсше*
Г42
Чем бы все это измерить
сны, из которого получается электроэнергия. Тем нс менее разброс по возмож-
ной емкости у элементов даже одного типоразмера может быть довольно боль-
шим. Типичные параметры для наиболее распространенных типоразмеров при-
ведены в табл. 4.1 и 4.2 (где NiMh — никель-металл огплридныс; NiCd —
пиксль-кадмнсвые).
Таблица 4.1. Пирамегры цилиндрических гальванических элементов
1н1пцтме|) элемента ио стаидирту Размеры в мм. 0 и длина Диапазон зпсрпнмкости В А'Ч
1 ОСТ М»К ANSI JIS
А286 LROJ ЛАЛ, L30 АМ4 10,5x44,5 ОД. 1.2
АЗ 16 LR6 АЛ. L40 А М3 14,5 х 50,5 I.0...3.7
Таблица 4.2. Параметры цилиндрических аккуму ля торов
Типоразмер элемента по стандарту Размеры в мм, 0 и длина Диапазон энергоемкости в А ч, дм
гост МЭИ ANSI NiMb NiCd
АЖ LR03 AAA 10,5 х 44.5 0.4 .0.65 0.18. 0.28
A3I6 LR6 АА 14,5 х 50,5 0,6...1,60 0,40.0,95
Примечание:
ГОСТ — отечественный Государственный стандарт.
МЭК — стандарт Международной электротехнической комиссии.
ANSI — стандарт Американского национального института стандартов.
J1S — Японский промышленный стандарт.
У всех одиночных элементов номинальное вырабатываемое напряжение
стандартизовано и составляет 1,5 В для гальванических и 1,2...1,3 В у аккуму-
ляторов (для типоразмеров, указанных в таблицах). Но каждый источник обла-
дает сшс н внутренним сопротивлением, которое тем меньше, чем на больший
ток он рассчитан (например, внутреннее сопротивление элементов типоразме-
ра ААЛ должно быть нс более 0,15...0,35 Ом). Таким образом, измерять только
ЭДС (напряжение) явно недостаточно. Нередко встречается ситуация, когда
полностью разряженный или высохший элемент питания в режиме *.холостого
хода» (без нагрузки) имеет ни выходе номинальное напряжение, но при под-
ключении даже небольшой нагрузки оно падает почти до нуля. Поэтому прове-
рни, напряжение на элементе надо под нагрузкой, на которую он рассчитан.
Многие элементы не имеют маркировки даты выпуска или срока годно-
ск1 она есть только на коробке, а продавцы редко могут дать убедительный
и четный ответ. Даже если батарейка нс просрочен.!, се э першем кость зависит
• и лавин хранения. И если для питания приборов приходится подключать
несколько элементов последовательно, то дефектность или низкий заряд одно-
ю и 1 них сделает невозможным работу всей батареи, даже если остальные эле-
менты, входящие в ее состав, норман.лые. кроме того, на рынке есть немало
подделок пол фирмы хорошо и шестых добросовестных производителей — ро-
143
Гпаяа 4_________________________________________________________________
зоный зайчик с рекламы «Энерджайзера» может остановиться, едва переступив
стартовую черту Чюбы зайчик пробежал положенное ему расстоянии, неплохо
было бы проверить элемент прямо при его покупке. Как это можно сделать,
мы н рассмотрим.
В радиотехнической литературе можно найти немало простых схем, позво-
ляющих быстро проводить испытания гальванических элементов с подключен-
ной нагрузкой. Все они работают ни пороговом принципе и дают возможность
оценить только два сое гоя пня: «годен — нс годен», что, конечно тоже полезно,
лак как позволяет выявить явный брак. Эли приспособления предназначены
для ограниченного числа типов элементов (или только одного липа). В качест-
ве примера такой приставки на рис. 4 10 приведена схема, которой можно вос-
пользоваться для отбраковки. Она позволяет выявить дефектные гальваниче-
ские элементы двух самых распространенных типоразмеров ДА и АДА.
а) б)
Рис. 4.10. Схема .ш проверки работоспособности 1а.и»ва|111чсских элементов шпация
тмпоралмсров АЛ и ААЛ
Для проверки элемент устанавливаем в соответствующее контактное гнездо
(соблюдая полярность), переключатель SA I из нейтрального положения пере-
водим в ЛА или ААА, таким образом, подключая имитатор нагрузки. Для ин-
дикации уровня напряжения применен красный светодиод AJ13I0A (можно
установить и из серии КИПД). При этом используется свойство красных све-
юдиодов светиться при напряжении 1,4 В (светодиоды, имеющие другой цвет
свечения, нс юдится, так как им нужно чуть большее напряжение). Резисторы,
являющиеся нагрузкой, можно использовать любого тина, но мощностью нс
менее 0,5 В г.
Подключая переключатели*! SА1 соответствующий резистор, по свечению
индикатора мы можем убеди (ься, что напряжение па исправном элементе (под
нагрузкой) не уменьшилось ниже допустимого уровня. Для проверки аккумуля-
торов такая приставка не годится, так как у них меньше выходное напряжение.
Иносгл бывает необходимо иметь более точную информацию о фактпче-
скоп емкости заряда каждою элемента питания, чтобы сравнивать их между
собой по качеству. Измерить Э1!срюсмкос*гь любою элемента пшання (акку-
му «я юра или i л. и.паническою) удастся при помощи тестера с пределом ihmc-
рения юкл до 5 Ъ А и напряжения пл шкале 1,5 В Такой предел измерения
144
Глава 4
Рис. 4.11. Пропсркл Л1СрГОСМЬОС1И элементов питания при
помощи тсс । ера
имеют только некоторые из стрелочных уни-
версальных тестеров, например: Ц4312,
Ц4317, Ц4352. Для проверки элемента мы
подключаем его на 2...3 секунды (соблюдая
полярность) к тестеру, установленному в ре-
жим измерения постоянного тока на макси-
мальном пределе, рис. 4.11.
По максимальному показанию стрелки можно судить об энергоемкости и
внутреннем сопротивлении химического элемента питания. Именно внутрен-
нее сопротивление ограничивает возрастание тока до бесконечности, так как в
этом случае элемент работает в режиме, близком к короткому замыканию Ведь
сопротивление внешней измерительной цепи д5гя тока будет соизмеримо с
внутренним сопротивлением источника Кратковременная перегрузка дда эле-
мента допустима и нс приводит к его разрушению (при этом происходит не-
большой разогрев корпуса). Внутреннее сопротивление источника зависит от
многих физических параметров, но нам важно знать, что его значение находит-
ся в диапазоне от О, I до единиц Ом.
Следует отметить, что для контроля можно воспользоваться и цифровым гс-
стером, имеющим для измерения постоянного тока предел 10 А, но в этом слу-
чае мы будем перегружать элемент сильнее, а это нежелательно Для сравнения
в табл. 4.3 приведены результаты проведенных измерений для нескольких гюгь-
ванпчсски.х элементов от разных производи гелей выполненные стрелочным
(Ц4312) и цифровым (LР-300) тестерами.
Таблица 4.3. Результаты измерении некоторых гальванических элемент о и
Название, фирма (страил-приизвилн гель) Типоразмер Отдаваемый ток к ачнорах при ujMcpcinin прибором
Ц4312 LP-300
Duracell Ultra М3 (Бельгия) AAA 3.6. 4.4 у 5.5
Power Li Ге. PHILIPS (Бельгия) AYA 3,2,..3,6 4,2(f 4,65
TOSHIBA (Япония) A AY 2,1 -2,4 2.60. 2.85
Duracell PROCELL (Бельгия) AA 5.4 .6.0 8.82 .Я.25 ~
Panasonic PowerMac 3 (Бельгии) AX 6,0. .6.2 8.86 9.0
ГОМ IIBA alkaline (Япония) AA 3,6. 4,4 7,15.. 7,5
PimtT Life XXL, PHILIPS (Белыия) AA 3.8...4,2 j 6.0.6,5
j P.MUMMiic (Япония) 1 2.4 2.6 ’ 2.80.2.95
Посигь с собой универсальный стрелочный тестер в мэяазмн неудобно.
В карман его не положишь -* он весит от 1,5 до 2 кг да и при измерении
воишкаюг некоторые неудобства, особенно с миниатюрными элемент ми для
745
Гляаа 4 ____________________________________———--------------
питания часов - «таблетки* стараются выскользнуть из рук. Поэтому более
удобно для проверки использовать специальную приставку, имеющую контакт-
ные зажимы. Ес можно собрать по схеме, приведенной на рис, 4 12
Рис. 4.12. Приставка для проверки элементов нитиння на основе микроамперметра
Это устройство предназначено для быстрой проверки напряжения и энерго-
емкости, что даст возможность легко оценить качество приобретаемого гальва-
нического элемента или степень заряда аккумулятора с номинальным напряже-
нием 1,2.. 1,5 В. что позволит в магазине выбрать батарейку, которая прослужит
значительно дольше, а также выявить явный и скрытый брак. Аккумуляторы
обычно продаются в магазине незаряженными, и их нужно проверять уже после
зарядки Если продавцы позволят, конечно!
Для удобства подключения устройство имеет четыре пары контактных зажи-
мов XI XS под установку разных типоразмеров элементов питания: миниа-
тюрных гальванических для часов. LR6 (элемент 316), RI4 (343) и R20 (373).
Конструкция зажимов зависит от того, с какими элементами чаше всего прнхо-
Д1ггся иметь дело (их можно приобрести уже готовыми).
Пользоваться устройством довольно просто. Схема состоит из измерителя
напряжения и тока - режим работы зависит от положения переключателя.
При установке проверяемого элемента (соблюдая полярность) в соответствую-
щие зажимы стрелочным измерительный прибор PAI будет показывать напря-
жение «холостого хода». Для новой батарейки оно должно быть около 1.5 В (у
заряженного аккумулятора — 1,2. ,1,3 В)
При помощи переключателя SA1 (НАГРУЗКА) устанавливаем нужную на-
грузку для конкретного элемента н нажимаем кнопку SB3 («U»). Прибор PAI
будет показы пять напряжение па элементе в рабочем состоянии Оно не дол
жпо сильно уменьшаться но сравнению с предыдущим режимом
Номиналы сопротивлении R5. Rlfl подбираются с учетом максимально доч
лусгимгно uiKii мере» элементы Значение разрядного ток« в пени выбрано из
условия не более 0.1Q. где Q HicpiocMKovib, выраженная в ампер-часах. Гак
как па самом j icMcifie часто не указываю! энергоемкость, ю чтобы сорленпт
рон.иься. какую H.iipyiky следует испо.'1ыов«11ь, можно воспою.юн.пьея
гябл. *1,1 и 14 более полную информацию об особенностях различных видон
) темен нш 1||>ыл1|я и их x ip.iKicpnc । Hk.iv можно найти и книге |1|
/46’
Чем бы асе это и смерить
Габ.ппы 4,4, Типичные параметры вскомфыч. видов дшковых гл «ыиишческнч элементов
J.ICMt-Hld ПО tlUlthipl) 1 ОС I МЭК ANSI НЧ Г.1 !М(.рЫ ц мм, 0 и иысота J или юн 'Wicpnic'MfcOciir в А ч 0,038,0.045
азь , К 41 <м, 1>7 G3 7.9 х 3,6
| СЦ-0,08 R42 344, 350 — 11.6x3,6 0.080 ..0,100
R43 »•;». JS6 1,2
R44 303. 357 GI3 11.6x5.4 0,130 .0,190
Энергоемкость у элемента можно проверить при помощи двух кнопок
«ТОК'». При нажатии кнопки SB 1 или SB2 индикатор РЛI работает как ампер-
метр со шкалой измерении 5 или 1 А соответственно. Обычно приходится по-
льзоваться кнопкой SB2 (шкала I А) для проверки миниатюрных элементов,
применяемых в часах.
По показаниям тока легко оценить реальную емкость заряда у элементов и
сравнивать их между собой. При этом, если ток начинает быстро уменьшать-
ся, — это говорит о браке.
Для быстрого измерения температуры
Иногда бывает необходимо точно знать температуру тела или предмета. На-
пример, таким объектом может быть микросхема или радиатор. Знание темпе-
ратуры позволяет сулить о том, в допустимом режиме работают компоненты
схемы или они перегружены и надо срочно принимать меры по улучшению
теплоотвода — увеличивать радиатор или применять принудительную вентиля-
цию. Ртутные термометры здесь не по.могут, так как, во-первых, они требуют
большой площади соприкосновения с чувствительной «колбочкой», а во-вто-
рых, слишком инерционны — за 5.. 7 минут схема может просто сгореть.
Некоторые измерительные приборы имеют внешний датчик для измерения
температуры, но, как показывает практика, измерять ими температуру неудоб-
но из-за большой инерционности еа.мого датчика (требуется больше минуты на
каждое измерение)
Приведенная здесь простая приставка к цифровому мультиметру лишена
этих недостатков и позволяет выполнить измерение температуры за 3...4 секун-
ды В ней в качестве датчика применен полупроводниковый тер.морсзнсгор
CTJ-19 с номинальным сопротивлением 10 кОм (при 20 “С), но возможно так-
же использование тсрморсзистора и с другим номиналом, например !5 кОм
Особенное 1ъю данною терморезистора являются его очень малые размеры (на
рис. 4 13 он показан в масштабе i 1), за счет чего и удается получить высокую
cKopocib измерении. Этот датчик удобно закрепить на конце пластмассовом
трубки or iii.ipnкопой .ниоручкн и соединить со схемой перевитыми между со-
боп гибкими проводами длиной 1.,0,6м
Вообшс-ю. чтобы измерить температуру, необязательно собирать какую-то
дополнительную схему. Достаточно иметь, кроме цифрового шмерите пятого
прибора, сам [врмодлчик с каллбровочноЛ характерней)кой, на мморон ука-
14?
Рис. 4.13, Внешний вид терморсзпсчора (а) и схема измерительной приставки к мультиметру (б)
заны значение его номинала для любой температуры. В этом случае придется
при каждом измерении проводить пересчет показаний прибора в температуру,
что, конечно же, неудобно.
В основу построения схемы взят мостовом преобразователь (рис. 4.13, б).
Изменение величины сопротивления термодатчика RK! приводит к разбалансу
моста и появлению напряжения на клеммах, подключенных к измерительному
прибору. Это напряжение будет пропорционально темпсрапре
Питается схема от одной батарейки или аккумулятора с напряжением
1,2. 1,5 В и потребляет ток не более 5 мА. Дтя удобства настройки переменные
резисторы R2 и R3 лучше применить многооборотные, типа СП5-2, СП5-14
или аналогичные. Регулировочный резистор R1 может быть любым.
Настройку прибора начинают с измерения сопротивления резистора RK1
при фиксированной температуре 20 вС (желательно с высокой точностью, так
как от точности измерения сопротивления термодатчика при этой температуре
будет зависеть точность измерении у прибора). После этого из двух резисторов
R4+R6 подбираем такой же номинал сопротивления и припаиваем их в схему.
Затем, установив движки резисторов R2 и R3 о среднее положение, включаем
схему тумблером SA1 и выполняем последовательно следующие операции:
а) измеряем напряжение на крайних выводах резистора R2 и подстрой кой
R1 устанавливаем его уровень 1,1 В.
б) устанавливаем переключатель SA2 в положение КАЛИБРОВКА и рези-
стором R2 добиваемся показании измерительного прибора — двадцати единиц
(в режиме измерения напряжения на минимальном пределе);
в) помещаем датчик температуры в место с известной постоянной темпера-
турой (в пределах желаемого измерительного диапазона);
г) переводим переключатель SA2 в положение ИЗМЕРЕНИЕ и резистором
R3 устанавливаем числовое показание прибора, соответствующее измеряемой
температуре.
148
Чем бы все ятд измерить
Операции (6), (в) и (i) необходимо повторить последовательно несколько
раз. пока после переключения SA2 показания не будут соответствовать тесто-
вой температуре (замеренной) и эталонной (20 'С) После чего настройку мож-
но считать законченной.
Так как при эксплуатации прибора батарейка может постепенно разряжать-
ся, перед началом измерений необходимо проверить калибровку, для чего SA2
установить в положение калибровки и при необходимости резистором RI под-
строить показание измерительного прибора на значение 20,0.
Аналогичный измеритель температуры, как самостоятельную конструкцию,
можно выполнить и на стрелочном индикаторе. Для этого потребуется микро-
амперметр на ток 0...50 мкА или 0...100 мкА, например, подойдет М4205 Как
это можно сделать, подробно описано в книге [2|.
Литература
I Варламов Р. Г. Современные источники питания: Справочник. — М
ДМК, 1998.
2. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы Книга I. — М.
СОЛОН-Р, 200)
Глава 5
Питание на любой вкус
Л>СС ClCKTpOHHNC хсгроистна ДЛЯ СПОСЙ работы треб) ют поступления JHCp-
гпн от внешнего источника В 6о наппнетве сочлен им необхочимо постоян-
ное напряжение или поеточннын ток. Многие схемы можно пиьнь от гальва-
нических блтлреи или аккхмхляюров, так как им достаточно небольшого на-
пряжения, часто не превышающего 15 В, а потребляемый ток не ие.тнк Тем нс
менее в стационарных хслоиичх хдобнее прнмепчзь сетевой источник пнгання.
)го обои ютеч нам ною дешевле» к тому же и пл пряжение никогда не •сядет*.
ГакоН источник можно сделать хниверсальным Н 11С11ОЛЬЗО|Ы1Ь ятя проверки и
настройки самых ратных схсхт и хелроиетп.
Сушей их ет множество разных схем построения источников электропита-
ния, отличающихся по типу, характеристиках! и принципу работы. Некоторые
н । них будут необходимы нам уже в ближайшее время дли проверки и настрой-
ки своих собранных конструкций В этой главе мы и рассмотрим их основные
характеристики, разберем отличительные признаки Вы также узнаете. как, ис-
под ы\ я современную элементную базу, можно очень быстро изготовить блок
пнгання, удобный хля конкретного применения.
Какие бывают источники и чем отличаются
Когда я желал что нибудь изобрести, я начинал с изучения всего,
что было сделано по данному вопросу за прошлое время
Томас Эдисон
£фх шествует три основных типа сетевых источников, или, как их еще назы-
вают, блоков питания:
I Бсстрансформаторные, с гасящим резисторов! или конденсатором, после
которого ставятся выпрямитель, фильтр и стабилизатор.
2. Трансформаторные, выполненные по классической схеме с понижающим
напряжение трансформатором, выпрямителем и фильтром. При необходимо-
сти посте фильтра ставят еще линейный стабилизатор
3. Импульсные высокочастотные с бсстрансфор матерным входом — на вхо-
де у них стоят выпрямитель, фильтр и импульсный преобразователь, работаю
ший на частоте 20...400 кГц. Нужные напряжения снимаются со вторичных об
моток специального высокочастотного трансформатора.
150
Питание на любой вкус
Существует много разновидное гей импульсных источников питания, и они
значительно сложнее всех остальных видов. но здесь, чтобы не нарушить прин-
цип <от простого — к сложному», их мы пока рассматривать не будем. В даль-
нейшем, более подробно с такими источниками можно будет познакомиться в
книге, специально посвященной только этой теме |1|.
Итак, к делу. Все источники разделяются на две груп-
пы: с гаонли шрощишие. с высокой точностью поддержива-
ющие на своем выходе напряжение или ток, п нестабили-
зиршнишые, нс имеющие специальных схем для поддержа-
ния указанных параметров. Более многочисленны все же
те, в которых стабилизация предусмотрена. В свою оче-
редь. стлби.'щ щроканиые источники питания разделяются по способу реализа-
ции режима стабилизации на лпнеииые н импульсные, Исторически первыми
пон|щ’1ись именно линейные екзбилнмторы, и е тех пор они прошли путь от
достаточно сложных ламповых и ijxniшеторных схем на дискретных компо*
центах до iinicrp.ni.Hi4X микросхем, требующих для работы минимальное чис-
ло внешних элементов Как и было обещано, в этом кише мы будем рлссмлт-
рпи.иь только чиненные стабили заторы, так как они наиболее простые, соби-
раются на легкодоступных и дешевых' компонентах и не требуют высокой
квалификации для изготовления и настройки
Miioiiim электротехническим и электронным устройствам совсем не безраз-
лично, какой параметр источника питания подвергается стабилизации. Учиты-
вая этот факт, сшс на заре электротехники были введены два понятия: источ-
ник напряжения п источник тока Часто обыватели, незнакомые с элек1ротсхни-
ческими азами, называют источниками тика вес устройства, способные
производить или преобразовывать электрическую энергию В принципе, они
не так уж далеки от истины, поскольку при замыкании источника на нагрузку
ток «потечет» обязательно. Но истинное значение, которое вкладывает элект-
ротехническая наука в названные понятия, иное. Чтобы не было путаницы в
дальнейшем, для правильного понимания этих технических терминов следует
запомнить, что стабилизированный источник питания не может одновременно
стабилизировать и ток. и напряжение.
Когда специалисты говорят об источнике напряжения, то имеют в виду го,
что напряжение источника не меняется при любом изменении тока через нагрузку,
например, если сопротивление нагрузки меняется. Идеальный источник на-
пряжения теоретически может отдавать потребителям бесконечно большую
мощность — даже нагрузка с нулевым солрогивление\« нс помешает сбить ис-
точник «с толку». «Где бы такой взять?» — спросят окрыленные этим фактом
читатели Отвечаем: «Нигде!» В реальной жизни источников с бесконечной
мощностью не бывает, поэтому обычно вводят ограничение на минимально
возможное сопротивление нагрузки, подключаемой к источнику
При подключении нашей нагрузки к источнику тока происходит следующее:
ток в нагрузке остается постоянным вне зависимости от сопротивления нагруз-
ки Но закон Ома здесь не нарушается — в этом случае, в зависимости от со-
прел ивлення в цепи, на выходе источника автоматически меняется напряжение
151
Глава 5______________________________________________________________|
так, чтобы поддерживать ток, что называется, «в целости if сохранное 1 и». На-
пример, при увеличении сопротивления нагрузки в два раза напряжение на
клеммах источника тока имеет полное право также увеличиться в два раза. Ис-
точник тока может отдавать в нагрузку фиксированную мощность. Эго свойст-
во часто используется для стабилизации процессов в устройствах автоматиче-
ского упр.Ш'гения, например для стабилизации скорости вращения электромо-
тора в магнитофоне или же в ухтах зашиты радиоаппаратуры.
Все универсальные промышленные лабораторные источники питания могут
работать в любом из этих режимов. Зачем? Представьте, например, что в мо-
мент настройки вашей схемы, находящейся « под питанием*, что-то выходит из
строя и происходит короткое замыкание. Мощный источник, у которого уста-
новлен нужный ток ограничения, переходит из режима стабилизации напряже-
ния в режим стабилизации тока. Он не позволит нагреться и сгореть электро-
проводящим дорожкам платы, соединительным проводам (нс расплавится их
изоляция). Режим стабилизации тока может во многих случаях спасти компо-
ненты устройства от необратимых повреждений. Не менее важно и то, что в
этом случае не пострадает и сам источник питания (ИП). Универсальный ис-
точник стабильного тока может использоваться и в качестве зарядного устрой-
ства для аккумуляторов.
Какие другие параметры характеризуют ИП ? Все источники, например, раз-
личаются по допустимо)! выходной мощности: микромощные, средней мощно-
сти, мощные. Чтобы иметь возможность сравнивать разные ИП, существует
ряд стандартных технических параметров, самыми важными -из которых для
нас являются следующие:
• номинальное входное напряжение (^/Эфф);
• выходное напряжение ((.-„);
• номинальный выходной ток (7W);
• уровень пульсации выходного напряжения (U„ );
• коэффициент полезного действия (КПД) — этот парамор показывает, ка-
кая часть из под веден нои к источнику энергии «уходит» в нагрузку, а ка-
кая рассеивается на его внутренних элементах; любая схема построения
источника характеризуется предельным КПД, выше которого, как пн ис-
хитряйся, не «прыгн\'1Ь»;
• коэффициент стабилизации по напряжению, который показывает, во
сколько раз относительное и змепсние входного напряжения больше отно-
си тельного изменения выходного при неизменном гоке нагрузки:
А -
Поясним. как рассчитывать коэффициент стабилизации Например, мы
знаем, что номинальное входное напряжение сошавляет 20 В, а номинальное
выходное - 10 В. По входное напряжение можег меняться от 15 до 25 вольт.
Соо1вегсгвенно, диапазон изменения входного напряжения — 10 В, а его отно-
сительное изменение составляет 0.5, Разбираемся с нагрузкой: при данном дна-
752
Питание на любой ькус
пазонс изменения входного напряжения выходное напряжение меняется на
I В, а в относительных величинах — па 0,1 Коэффициент стабилизации будет
равен 5.
Разрабатывающим источники питания профессионалам требуется учитывать
ете большое количество специальных параметров, характеристик и требований
(наличие систем защиты, массу, габаритные размеры и другие), влияющих на
эксплуатационные качества, с которыми, при желании, можно познакомиться
в книге |2|
Мы пока не будем рассматривать все то, что напридумывалм в этой области
радиоэлектронщики, а остановимся на наиболее распространенных вариантах.
Их популярность основана на простоте и надежности, а это как раз то, что нам
и нужно. Ведь надежность работы всего устройства в значительной степени
определяется надежностью его источников питания.
Чтобы легче было понять, как работает источник питания, сначала давайте
рассмотрим особенности типовых узлов, из которых они состоят.
Выпрямители и фильтры
Во второй главе мы уже познакомились с двумя типами полупроводнико-
вых диодных выпрямителей. Из них наиболее часто в практических конструк-
циях источников питания применяют двухполупериодные схемы выпрямления
так как в них пульсация имеет в два раза большую частоту, чем на входе, и для
сглаживания напряжения требуется меньшая емкость конденсатора фильтра.
На электрической схеме двухполупериодный выпрямитель может обозначаться
по одному из вариантов, показанных на рис. 5.1. Причем на рисунках 2.7, б,
рис. 5.1, а~в, несмотря на разный внешний вил, представлено одно и то же
устройство (изображения эквивалентны). Соединение четырех диодов, как это
О
Рис. 5.1. (\СМЫ .L1H дв.ччио пщриодного ВЫПрЯМ 1еНИЯ‘
а—в — мостовые; г — под?мостовая и форма напряжения на ил начале —
Глапа 5
показано на рисунке, принято называть «мостом* или мостовой схемой. В по-
лумостовон (двухфазной) схеме (рис. 5.1, г) выпрямление двух нолупсриодов
происходи । за счет поочередной работы выпрямительных диодов. Для реализа-
ции этой схемы обязательно нужен трансформатор, имеющий две одинаковые
обмотки. По этой причине двухфазная выпрямительная схема редко использу-
ется в стандартных ИН и чаще находит применение в высокочастотных импу-
льсных источниках, преследуя цель повысить КПД. В самом деле, при исполь-
зовании диодного моста ток одновременно протекает через два диода, а в двух-
фазной — только через один. Дтя всех этих схем напряжение на сглаживающем
пульсации конденсаторе (и на нагрузке) будет иметь вид, показанный на
рис. 5.1, д.
Реже используются схемы выпрямителей, обеспечивающие увеличенное (в
целое число раз) напряжение по отношению ко входному. Их называют умно-
жителями, рис. 5.2, Когда в цепи нагрузки при высоком напряжении нужен
небольшой ток, такая схема вполне может вам помочь. Аналогичные умножи-
тели имеются в любом телевизоре или в ионизаторе воздуха. Вариант исподь-
У множен не на 2
Умножение на 2
6)
С1
Умножение на 4
С?
УмчО*рни» на !В
( 4 | Щ П(Н/м< П’ОП
vih vine мь-4/ж
Д)
Гиг. я.2. СхсМЫ кынрчмин* НН С )И1 IM’ltUHiM 1Ы11|1МЖ1 hum Hit 1М1|П 1МГ
/54
Питание на любой вкус
зованпя умножителя в практической схеме для увеличения сетевого напряже-
ния в 16 раз (до 4950 В) показан на рис. 5.2. д Представлен пая схема может
применяться для низания аэроном и затора. Впрочем, не будем спешить — о та-
ких устройсгнах у нас будет идти речь в другом разделе. Ну а пока для удобст-
ва сравнения параметров у этих схем можно познакомиться с табл. 5.1, где
символами fox и /, обозначены входная частота и частота пульсаций напря-
жения па naipyjKe; а символом U(1 — максимальное напряжение на нагрузке
1.(блина 5.1. Выходные параметры выпрямительных схем
Тип слсмы Однополупориоднак Умножители на 2 У множите л* на 3 Умножителе нал
Иконок 2.7, a 5.1 5.2. a 5.2, 6 5 2, «
7 /. - л,_ /. 2 /« L - /« /. = 2 Л_= 2 /и
У., " = 1.41 1 * й н - 2^2 U^. ^•23 = - 2JS2 - » 1.41 [
Нсстабилизированное напряжение на выходе имеет большинство сетевых
адаптеров, которые вы покупаете а магазине для питания небольших приемни-
ков, плееров, магнитофонов. Типичная схема такого блока питания, выполнен-
ною в виде сетевой вилки, показана на рнс. 5 3.
XPi
I
VO1 VD4
XS1
ч*
ч-
Рис, 5.3. IXaciipoerp«iiCHH4X с\<яи сеп-жого млзни'ря и его «нгиший цц
Все рлиичия у таких источников заключаются только к уровне выминош
напряжения максимальном шаченнн выхо ihoio тока ). т с. в ичпе-
и|мои мощности iiaipy iMi, а также nine штеккерн (МЧ), с помощью которого
И1.ПИ1 ШЯС1СИ ею подключение к рондпшыран ре. Псп размеры пеючнпка за-
юн пин.ко oi с(о mohuiociи она обычно не iipcnvnn.icr 5 15 Bi >ш не
ЮЧПНКН ПрнХЦ'НЯЮНЧ для НПИИН1Ч )ПрОЙи1П. которые НС 1»Ъ|1 НИ.1Ю1 внимании
па немо 'Наине n\ iiiA.HUiii нос I он I Kioto нанрякеннч они in. с г та есть на кон
нс.норе фн'пдра ( I К ним ycipoiU диам опвкнкч, и шримср, канкхччш
। н асин шинные HipoBi.ic 11|ЧВ'|.1пк11 (у них ci и>и ннпор напряжении имсе!
И ОСЦП11НО.М O'lOKCl и ipyiHC.
11рн iiih.ihiiii oi икон» иеючникп pj.iiiuiipiii мним urn inecpa n плутах
iv mv H.iKini hiii наперник i \c ii.hhhic сетной фон с чинной ИХ) !ц ho,
Т35
Гг зла 5_______________________________ _____________________________
конечно, нс страшно, но и радости не доставляет. Впрочем, фон можно умень-
шись, если значительно увеличить номинал емкосю электролитического кон-
денсатора фильтра CI. Вопрос в другом — поместится ли новый конденсатор в
старом корпусе?
Какую емкость конденсатора надо выбирать для простейшего 11П? Тут все
зависит от тока в нагрузке и уровня пульсаций, который нас устроит. Обычно
радиолюбители решают эту задачу экспериментом — увеличивают емкость до
тех пор, пока не пропадет фон. Но можно также воспользоваться и расчетом по
с|юр муле.
Сф = к 1л~.
I',,
г ic ) - ток в натру же; (U „ ) — допустимый уровень пульсации напряжения
на нагрузке (см. рис. 5.1. d); k коэффициент, который зависит от частоты
пмльсапни (/,) и используемой схемы выпрямителя, так для:
• олнонотуперполного выпрямителя (рис. 2.7, а) при /„= 50 Гп — к = 4:
• для двухнолуиериолного (мостовою и полумосч оного, рис. 5.1, а~н) при
./> |оо Гц _ к = 1,5;
* для схемы умножителя на рис 5.2, а при /я 50 1 н - к - 4;
• ня схемы умножителя на рис. 5 2, б при /Л = 100 Г и к = 2,7.
I як кик с увеличением номинала емкости существенно увеличннакяся габа-
риты легочников и нсна. то для ^вукоусияшсльных уст роист часто лучшим
решением является применение стабилизатора напряжения, который в состоя-
пни ус 1 ран и > I» фон, имеющийся на конденсаторе фильтра. Стабилизатор про-
л о «отрежет» пульсацию. К тому же он может поддерживать стабильное вы-
копюс напряжение при значительных изменениях входного.
Линейные параметрические стабилизаторы
Оамыи простои вил стабилизатора, рассчитанного на небольшие токи на-
грузки. — парамс1ричсскш'1. В нем стабилизация осуществляется за счет пара-
метров применяемого нелинейного элемента а если точнее — свойств его
вольт-амперной характеристики Типичными представителями этой группы яв-
ляются полупроводниковые стабилитроны (имеющие напряжение стабилизации
Uc ~ 3.3. 440 В) и стабисторы (UCI = 0,7. 1.9 Bj Они подключаются к вход-
ному питанию через (асяший резистор, на котором 'гасшся»> избыток напря-
жения, а нагрузка соединяется параллельно со сшбипироном, рис. 5.4.
По внутренней структуре «акне элементы аналогичны обычным кремние-
вым полупроводниковым диодам Как видно из рис. 5 4. я, на своих характсри-
счиках они HMcioi участки, на которых даже небольшое изменение прнзюжен-
ною к р-п-перехолу напряжения приводит к существенному изменению юы»
цепи. 1. с. элемент меняет свое сопротивление так, чтобы лишний ток носппШ
нс в нагрузку, а проходил именно через нею. Стабилизатор работает как дели-
тель напряжения! В лом случае лишнее пап ряжение будет приложено к доба-
вочному резистору, а не к naipyjke. Для нормальной работы таком схемы ну*'
(56
Питание на любой вкус
Ми - 1кг
б)
Рис 5.4. ( \ема включения ставили i р<лы (а), смбинора (б)
и п«1мснии>11ым их притшн рабогы вшит амигриян каракп>исгнка to)
чюбы iok нагрузки нс сильно превышал помина п.ныи юк, проходящий
чсрег элемент стабилизации.
Прямая нет [я, нолы-амперной характеристики диода (когда «+• напряжения
приложен к аноду) исиодь густея в стабисторах. Л вес и i-та того, что окаталось
хнозки ически сложным сделать стабилитроны, работающие на обратном уча-
лке характеристики при напряжении меньше 3 В В качестве стабистором ино-
Д включают и обычные диоды, с вето тиолы или переход «змигтер-баш* <»т
трин иге гора, но стабисторы обеспечивают лучшую ставили ганию и термосы
бильиость. так как спеиихтьно ра шабаты вались для такого применения.
Обратная ветвь характеристики применяется в стабилитронах, для чего они
имеют обратное включение («+• напряжения подается на катот). как эго пока-
зано на рисунке
Для каждого такого элемента, как мы знаем ш главы 3, в справочнике ука-
тается его номинальное напряжение стабилизации номинальным и
максимальный допустимые токи стабилизации (/ст, /1Тит). которые следует
учитывать, не забывая о тел поло пт чес ком разбросе — допуске на параметры.
Ну а тля того, чтобы как-то можно было определить эффективность работы ка~
к ил стабилизации» в справочнике указывают еще и дифференциальное со-
npoi-имение: А’ |#ф =* ~^сг
^СТ
Аб'сг ~ полное изменение выходного напряжения;
Wt г — полное изменение тока в цепи
Внутреннее сопротивление стабилизатора (А„) определяется в (кновнач
фференииальным сопротивлением стабилитрона или стабистора. Эго иозво-
157
Глара 5
лист при постоянном сопротивлении нагрузки (Иц) рассчитать коэффициент
стабилизации по входному напряжению из формулы;
У н
~ ип Л„
При испытаниях схемы для определения фактического коэффициента ста-
билизации каскада можно воспользоваться обшей формулой, для чего выпол-
няются цифровым вольтметром соответствующие измерения напряжений на
входе и выходе (при постоянном сопротивлении нагрузки).
ин
По назначению стабилитроны делятся на три группы, общего применения
(мы их уже рассмотрели, они наиболее распространены); прецизионные термо-
компенсированные и импульсные (сапрессоры) Термокомпенсированные ста-
билитроны в своем составе содержат дополнительный диод, включенный в
прямом направлении, рис. 5.5, а (на электрической схеме он нс показывается).
При этом температурные коэффициенты у диода и стабилитрона выбираются с
противоположными знаками так, чтобы они друг друга компенсировали (из-за
диода такие стабилитроны проверить обычной прозвонкой цепи при помоши
тестера, как эго мы можем сделать с диодами, не удастся). Кроме односторон-
них стабилитронов, выпускаются и двухсторонние — когда в одном корпусе
два сшбилитрона включены встречно, рис. 5.5, б. В этом случае вольт-ампер-
ная характеристика получается симметричной и полярность включения стави-
ли ipoihi уже значения нс имеет.
Структура
6
Вид на схеме
Рис. 5,5. В пут ренняя структура термокомтчк'ирокаиииго (а) и симметричного (#) сг4би.1»нрни«в.
а икже встречающиеся на схемах ткниiijuji’iitiпае замени стабистором («, г)
158
Питание на любой вкус
Импульсные стабилитроны используются для ограничения уровня сигнала
или помехи — их еще применяют и для зашиты цепей электронного оборудо-
вания и отдельных элементов от перенапряжении.
Стабилитроны получили широкое распространение в простейших маломощ-
ных стабилизаторах фиксированного напряжения (на токи до 100 мА), а также
в качестве источников опорного напряжения в более сложных компенсацион-
ных стабилизаторах. Основные параметры часто используемых ставил и тронов
вы найдете в справочном разделе киши.
Кроме полупроводниковых элементов на основе р-n-перехода, существуют
и другие компоненты, имеющие нелинейную вольт-амперную характеристику,
которую можно использован» для стабилизизацпи. Например, ими являются
варисторы. Это специальный вид полупроводниковых резисторов, которые ча-
сто применяют для зашиты цепей от повышенного напряжения и импульсных
помех, но у них коэффициент стабилизации и быстродействие меньше, чем у
стабилитронов, зато могут выдерживать большую импульсною перегрузку
Линейные компенсационные стабилизаторы
компенсационные стабилизаторы, в отличие от стабилизаторов параметри-
ческих, обеспечивают необходимую стабильность напряжения на нагрузке при
помошп цепи обратной связи с выхода, отслеживающей изменения напряже-
ния в нагрузке. При этом сигнал воздействует на регулирующий элемент, кото-
рый компенсирует эти изменения Регулирующий элемент — это переменное
электронное сопротивление, величина его зависит от управляющего сигнала.
В зависимости от схемы включения регулирующего элемента, компенсацион-
ные сгабил и заторы разделяются на последовательные и параллельные
Работу последовательных стабилизаторов лучше всего пояснит структурная
емм приведенная на рис. 5,6. В ней регулирующий элемент (транзистор)
включается последовательное нагрузкой R„ . При изменении входного напря-
жения или тока в нагрузке, в измерительном каскаде в который входят дели-
тель н нтряжения и опорный источник, происходит сравнение уровня сигнала
на выходе с источником опорного напряжения и выделяется разностный сиг
нал между ними (сигнал рассогласования) Этот сигнал усиливается и подается
пл рейдирующий элемент В результате такой обратной связи сопрейнатснис
Регулирующий
Измерительный
элемент
Рис. 5.6. Структурная схема непрерывно!о п<кмсдопюс «ьного стами miuivpa
159
Гпава 5
регулирующего элемента меняется настолько, чтобы это устранило рассогласо-
вание уровней в измерительном каскаде, а значит, и на нагрузке.
Иногда схема может иметь ешс один узел, обеспечивающий токовую защиту
от короткого замыкания в нагрузке (на приведенной структурной схеме такой
узел защиты не показан)
В качестве примера на рис. 5.7 приведены распространенные варианты са-
мых простых схем последовательных стабилизаторов напряжения, выполнен-
ных на транзисторах С номиналами указанных элементов они могут применя-
ться для пи гания радиоаппаратуры (радиоприемника. магнитофона), напри-
мер, от бортовой сети автомобиля. Подробно о работе транзисторов у нас будет
идти речь в следующем разделе, пока же мы рассмотрим особенности схем ста-
билизаторов.
1*мс. * ’ I Ipai.'i-M'icvb.Hc Схемы шк ie юкпельных kumhcik-juiuhuimx сы6м.и<Ы1оро*
На ртк. 5 а транзистор включен как эмнттернып повторитель напряжения
на базе. В результате на выходе будет посте ржи виться напряжение примерно на
0.6 В меньше. чем на сгабнянтрфне (стабилитрон выбирается с учетом лон по-
правки). Коэффициент стабилизации у такой схемы не более 20 и полностью
определяется параметрами примененного стабилитрона. но это позволяет уве-
личить ток в нагрузке, который для данных этеменгов, показанных на схеме,
может быть до 0.5 А. Для того чтобы была возможность подстроить выходное
напряжение более точно, можно установить дополнительный резистор R2, как
это показано на рис 5.7. 6.
160
Питание на любой вкус
Болес эффективным стабилизатором является схема, приведенная на
рис. 5.7, в. В ней транзистор VT2 не только обнаруживает, но и усиливает сиг-
нал рассогласования между напряжением на стабилитроне (опорным) и цепи
базы (обратная связь). Сигнал используется для управления сон рот и мен нем
цепи «эмиттер-коллектор» транзистора VT1. Все происходит следующим обра-
зом. Сели выходное напряжение растет, то увеличивается и напряжение на ба-
зе VT2, поступающее с делителя (R2), в результате чего уменьшается сопро-
тивление эмиттер-коллектор, а у этого транзистора, что, в свою очередь при-
водит к уменьшению напряжения на базе VTI, а значит, и к увеличению его
сопротивления.
В этой схеме выходное напряжение источника жестко не привязано к пара-
метрам стабилитрона (в отличие от предыдущей схемы) и .может регулировать-
ся в интервале от (U н = U -I) до (UlDi +0,6), где 1 и 0,6 — это напряжение в
вольтах
Коэффициент стабилизации у такой схемы небольшой (чуть превышает
100), а выходной ток нагрузки определяется параметрами силового транзистора
(обычно не более 0,5 А). Для обеспечения большего коэффициента стабилиза-
ции необходимо несколько каскадов усиления сигнала рассогласования. Это
как раз н сделано в интегральных микросхемах стабилизаторов, но их мы рас-
cMoipu.M чуть позже отдельно.
Параллельный стабилизатор выполняется по структурной схеме приведен-
ной на рис. 5.8. Из нее видно, что регул ир?юшии элемент включается парал-
лельно HaipyjKc подобно стабилитрону. Выходное напряжение поддерживается
постоянным за счет изменения протекающего через регулирующий элемент
IOKJ. при увеличении входного напряжения (U„ ) автоматически (из-за обрат
ион связи, работающей аналогично. как и в поел слона тельном стабити щторе)
возрастает го к через регулирующий элемент, за счет чего увеличипястся паде-
ние напряжения на гасящем резисторе (Л) на такую величину, чтобы на на-
пл 1кс \cipannib сю отклонение от номин.и.з. При инмсиении тика п.прузки
с i айн .н-ноеп» выходного напряжения подчержинлется за счет того, чю общая
сумма Юкон, и роге кА юн u ix через регулирующий элемент и н.нрхэкх. остается
ПСП 1МС11Н0Й.
Рме. 5.8. Струкпрнля cxcmj непрерывного ялра-ueгьмоги стабалампфа
Параллельные стабилизаторы менее эффективны, чем поспедовательмыг. и
пр меняются довольно редко, так как на больших токах они обладают додаль
Гязва 5
но низким КПД Но такая схема имеет и достоинства, например, не боится ко-
роткого замыкания в нагрузке. Еще одна область, где они могут быть очень по-
лезны, — это быстродеггствуюшая зашита пепси литания or мощных импуль-
сных помех или аварийного повышения напряжения в цепи.
Вариант простейшей практической схемы для такого применения показан
на рис. 5.9. В ней транзистор VTI усиливает сигнал рассогласования, a VT2 яв-
ляется силовым регулирующим элементом, который может пропускать через
себя большой ток.
1*яс. 5.9. Практическая схема napa.viv.iLHoro MiMiicncaiuiiniiioiu стАби.’ши'юра
С теми номиналами, что указаны на схеме, узел нс оказывает никакого вли-
яния при напряжении на входе цепи до 6 В. но, как только оно увеличится до
7 В, - ток (1СТ) возрастает до I.I А (напряжение па нагрузке при этом меняет-
ся с 6,08 до 6,14 В, т. е. возрастает всего на 0,06 В). Роль ограничивающего ток
добавочного сопротивления, имеющегося в пени (/?0), иногда может выполнять
внутреннее сопротивление трансформатора или источника питания.
В заключение краткою обзора можно отметить, что все линейные источни-
ки питания отличаются простотой, надежностью и отсутствием высокочастот-
ных помех, с которыми приходится бороться в импульсных источниках. К то-
му же линейные схемы получаются дешевле. Пожалуй, единственный недоста-
ток таких стабилизаторов, который принципиально невозможно устранить, —
это более низкий КПД по сравнению с импульсными источниками. Ведь для
работы такого сгабил и за гора часть энергии должна выделяться на регулирую-
щем элементе. Поэтому их обычно ставят в устройствах, по гребля юти х не-
большой ток (до I А) Такими являются блоки питания радиоприемников,
АОНоп, систем сигнализации и т. д. В этом случае габариты источника полу-
чаются небольшими, так как нет необходимости и с пользовать огромные ради-
аторы доя теплоотвода потерянной энергии (она ухудшает тепловой режим
всего устройства)
162
Питание на любой вкус
Стабилизированные источники на основе
микросхем
В составе любой радиоаппаратуры вы всегда найдете блок питания (внут-
ренний или внешний). Если раньше для поддержания у него на выходе неиз-
менного напряжения все вынуждены были собирать схему стабилизатора на
дискретных элементах (лампах или транзисторах), то сегодня развитие микро-
электроники позволяет реализовать эту задачу довольно просто — достаточно
выбрать по справочнику микросхему на необходимое напряжение стабилиза-
ции и допустимым током нс менее, чем требуется для работы питаемого
устройства, подивятся к выводам и. готово! Но при этом следует обратить
внимание на некоторые особенности применения микросхем, с которыми мы
сейчас познакомимся.
Промышленность выпускает уже готовые микросхемы, специально предназ-
наченные для стабилизации напряжения. Большая часть из них рассчитана на
стабилизацию фиксированного стандартизованного значения напряжения из
ряда 5, 6, 9, 12, 15, 24 и 27 В. При этом изготавливаются отдельные серин для
стабилизации положительной или отрицательной полярности напряжения от-
носи гсльно общего провода. Появились также микросхемы, имеющие водном
к! рпусе два независимых стабилизатора одной или разных полярностей. Как
< . шссгвлястся режим компенсационной стабилизации, вы уже знаете, а для
того чтобы воспользоваться .микросхемой, не обязательно знать се внутреннее
строение. Тем нс менее, при желании, в справочниках можно найти полную
электрическую схему, состоящую из множеств» транзисторов, резисторов и ди-
одов. Понять назначение нарисованных связей между компонентами вы смо-
жете после внимательного изучения следующих глав книги, посвященных по-
строению схем (схемотехнике). Пока же можно просто попробовать вниматель-
но повторить приведенные конструкции.
На электрических схемах вы иногда будете встречать принятые сокращения
от английских слов, которые следует запомнить:
ADJ (Adjust) — управляющий вход;
GND (Ground) — земля, общая цепь;
IN (Input) — вход;
OL'T (Output) — выход
Данный раздел посвящен только линейным компенсационным стабилизато-
рам и моголам
получения от них нужных технических характеристик.
Популярные интегральные стабилизаторы
1967
.Первую в мире микросхему линейного стабилизатора (/.iA723) разработала в
г. фирма
ный аналог —
Fairchild, и долгое
KPI42EHI4). Для
время она не имела конкурентов (отечествен-
применения этой микросхемы на токах более
150
мА требовалось
подключать внешний силовой
другие дополнительные элементы, задающие режим
биполярный транзистор и
работы Еще почти 10 лет
потребовалось фирме
на то, чтобы на одном кристалле
гулнр)
ющий
транзистор и схему )правления им
Так
совместить мощный рс
появились микросхемы
Глава 5
стабилизаторов для фиксированных напряжений широко известных серии
цА78хх. рА79кх (серия 79 предназначена лая отрицательного напряжения, а
цифрам, стоящие на месте хх. указывают величину выходного напряжения).
В этих микросхемах уже имеются встроенная тепловая защита н зашита от КЗ.
Стабилизаторы серии pA78v\, цА79\х имеют следующие усредненные парамет-
ры |3|:
• максимальное изменение выходного напряжения 2%
• минимально допустимое падение напряжения вход-выход . 2 В
• максимальное входное напряжение 35 В
• нестабильность по току 0,1...0,5%
• нестабильность по напряжению 0,2%
Зарубежные микросхемы в обозначении могут иметь различные первые бук-
вы, которые указывают фирму производителя (например. LM7SI5 — микросхе-
ма фирмы National Semiconductor). Так как все микросхемы одного класса об-
ладают аналогичными параметрами, а значит, и взаимозаменяемостью, обычно
для радиолюбителя не имеет значения, какая фирма их выпустила, разве чго це
на у представителей разных фирм может немного отлич.ньия. Поэтому на элек
трнчсскнх схемах части указывают сокращенное обозначение — только цифры.
Не очень высокие технические параметры таких микросхем оказались впол-
не приемлемыми для большинства случаев. А благодаря удобечву применения
(стабилизаторы имеют всего три вывода) и швкоп стоимосш (из-»а огромных
объемов выпуски) эти микросхемы получили наибольшее распространение в
радиоаппаратуре.
Отечественная промышленность также изготавливает аналогичные стабили-
заторы положительного напряжения под маркировкой 142ЕН5(А—Г),
I42EHS(A— В), 142ЕН9(Д—Е). Последняя буква в обозначении указывает на
величину напряжения стабилизации и допустимое его отклонение — чтобы уз-
нать конкретную величину, придется воспользоваться табл и нс и справочного
раздела (там же указаны основные параметры этих микросхем).
Типовая схема включения микросхем в источнике питания показана на
рис. 5.10.
Рис. 5.10. Схема вкиичсния сгабилпашрон положи тельной к <п рннателыюн тмярлнети
Н ИСТОЧННке ДНуХПНЛНрИПГО (МИрНАГНИЯ
164
DAI. DA2
(V) (в) (?)
Питание на любой гнеус
У микросхем отечественного производства бывают два варианта корпуса,
поэтому и обозначения выводов на схемах можно встретить различные. На
рис. 5.10 в скобках указаны эквивалентные номера выводов корпуса
Применяя такие микросхемы, следует обязательно выполнять следующие
условия:
• входное напряжение всегда должно превышать выходное нс менее чем на
3. 3,5 В;
• микросхемы предусматривают их закрепление на теплоотводе; .максималь-
ные параметры указываются как раз с учетом применения радиатора (при
работе микросхемы на малых токах можно обойтись и без радиатора);
• конденсаторы входного и выходного фильтра необходимо устанавливать
как можно ближе к корпусу микросхемы, а если это невозможно, то на
входе и выходе подключаются высокочастотные конденсаторы с номина-
лом нс менее 0,1...0,33 мкФ.
Для питания некоторых электронных устройств требуется нестандартное на-
ряжение. В другой ситуации стандартная величина должна поддерживаться с
лес высокой точностью, чем гарантированным технологически!» разброс на
лметров обычных микросхем. Учитывая такие потребности, рацыбог.ыи и уже
VD5
voe
Гис. 5 11. Практическая схема нк. печения petx н<р>емых стаfaiauiafпрои
в HcivMtnikC дв)хни.1яриоп> напряжения
165
Гнам 5
серийно выпускают рнзноиндноети микросхем, в которых один из трех нинолов
используется для плавной регулировки напряжения на выходе. К ним относят-
ся: для стабилизации положительного напряжения LM317 (отечественный ана-
лог- KPI42EHI2). а также LM337 (KPI42EIIIS) -для отрицательного.
Вариант включения этих микросхем на примере практической схемы пока-
зан на рис. 5.11 Подстроечные резисторы КЗ. R4 позволяют плавно регулиро-
вать напряжение на выходе. Установленные на схеме диоды VD5—VDI0 обес-
печивают защиту микросхемы от воздействия обратных токов, которые могут
возникнуть при коротком замыкании входа или подаче напряжения на выход
от другого источника. Если такая возможность исключена, то эти диоды можно
не устанавливать.
Стабилизаторы с уменьшенными потерями
Основным недостатком всех линейных стабилизаторов средней и большой
мощности, как мы уже сказали, является их низкий КПД. Это объясняется
тем. что в режиме стабилизации силовой транзистор (имеющийся внутри мик-
росхемы или «навесной*, подключенный к ней извне) включен последователь-
но с нагрузкой. Для нормальной работы такого стабилизатора на регулирую-
щем транзисторе должно «падать» напряжение между входом и выходом не ме-
нее 3...5 В (с учетом возможного уменьшения входного напряжения должен
быть запас, обеспечивающий работу стабилизатора). Чем меньшее выходное
напряжение требуется от источника питания, тем меньше становится КПД ста-
билизатора. При токах более I А это вызывает значительные потери мощности
за счет выделения тепловой энергии, рассеиваемой на силовом транзисторе.
Необходимо увеличивать площадь теплоотводящего радиатора или применять
вентилятор для принудительного охлаждения, что тоже свидетельствует не в
пользу НП.
Процесс совершенствования интегральных стабилизаторов продолжается до
сегодняшнего дня и направлен нс только на повышение их надежности, но и на
улучшение КПД. Существенным шагом в развитии линейных стабилизаторов
стала разработка фирмой National Semiconductor микросхемы (LM2931), кото-
рой для нормальной работы достаточно падения напряжения на регулирующем
элементе всего 0,6 В Такие стабилизаторы называют по-английски «low drop»
(произносится как «лоу дрон»). В настоящее время, благодаря технологическо-
му прогрессу, разработаны стабилизаторы с малым падением напряжения, рас-
считанные на токи до 7,5 А. В продаже имеются импортные стабилизаторы <4ow
drop» разных производителей — SD, DV L I 1083/1084/1085. Эш мощные мик-
росхемы могут работа! ь при пониженном напряжении между входом и выходом
(до I В). В 1ижиии1ии по параметрам oieueciвенный аналог КР142 Е1-122 имеет
максимальный ток стабилизации 5 А На максимальном выходном токе режим
ciaBiiли тапни lapaiirnpycrcM нроизнодшелем при напряжении «вход-выход» нс
менее 1.5 В. Микросхемы также имею! нс i роенную за щи i у m иреш.ппсния гока
в нагрузке д®пустн,мон величины и тепловую зашит у от нйрегрсий корпуса. Теп
лопая яиигпа выключает стабплизагор при rcMiiepaiype 165 Ч
166
Питание на любой вкус
Основные технические параметры микросхем LT1083/84/85
Выходное напряжение . . . 1,2. 34 В
Максимальный выходной ток
LT1083. . 7,5 А
LTI084 5 А
LTI085 ....ЗА
Нестабильность по напряжению . 0,015%/В
Нестабильность по току . 0,01%/В
Диапазон рабочих температур .—55...+150 'С
Типовая схема включения таких стабилизаторов напряжения приведена на
рис. 5.12.
Конденсаторы С2—С4 должны располагаться вблизи от микросхемы, и луч-
ше, если они будут танталовые. Емкость конденсатора Ci выбирается из усло-
вия не менее 2000 мкФ на 1 А тока нагрузки.
Микросхемы выпускаются в трех видах конструктивного исполнения кор-
пуса, показанных на рис, 5.13. Вид корпуса задается последними буквами в
обозначении.
Гнс. 5.12. Схема включения стабнлизагоров нз серии "low drop»
Тип корпуса
Рис. 5.13. Пюи корпусов н расположение выводов у егзбилииторов
Такие стабиш шоры пока имеют большую стоимость, чем осе остальные, по-
згому жономпчсски целесообразно их применять при тике в шгрузие боясс 1 А.
а также и случае недоеьнка места в конструкции пол размещение радиатора.
167
Г7363 5
Туг следует отметить, что в настоящее время фирмами SGS-1 homson и
Unhrodc на основе спешжльных нолевых транзисторов разработаны линейные
стабилизаторы (C7S00. VCC3S3). которым для работы достаточно разности на-
пряжений всего 0.2 В. но пока они стоят очень дорого.
Особенности маломощных стабилизаторов
С этой грхппе относятся интегральные микросхемы с максимальным вы-
ходным током, не превышающим 100. .250 мА. Все больше современных
электронных схем работает в режиме микротоков, и для их питания требуют-
ся стабилизаторы, также потребляющие мало энергии. Впервые такие стаби-
лизаторы на фиксированные напряжения были разработаны за рубежом фир-
мой Fairchild (pA78Lxx. pA79L\x), а сегодня они изготавливаются многими
производителями. Эти микросхемы выпускаются в миниатюрных пластмассо-
вых корпусах с тремя выводами, очень напоминающими транзисторы.
У нас и стране в радиоаппаратуре широкое распространении получили аиа-
•киичныс отечественные серии для положительной) напряжения KPI I57FI 1хх,
KPI 1701’Нхх и КП 168ЕП\х — для огри11а|елыю1о, а также зарубежные серии
781лх и 79Lxx В справочном разделе згой книги вы найдете большой перечень
laKiix микросхем, воспользовавшись которым, можно легко подобран» нужный
стабяли i.iHip, Маркировка их очень похожа на маркировку слабили та горой, о
мнорых рассказывалось в предыдущем разделе, поэтому при покупке будьте
ВНИМИТСЛЬНЫ.
Риг. 5.14 11|мк ги'кчкам iximj (иишсинил ммомошлыч <. I ачнл» ia горни шможи i v.n.inih
И OlpHHJfV «ЛОИ НО Ж|Н1О< 111 и •« Iочнике Л1)МИМИрИМО напряжении
I 2 3
б)
крпагЕНм
(Kojxi/l ТО-'й)
H i рис 5 И показана ннпришя схема включения микросхем для слабили ia-
НИИ 110ЛОЖН1СЛЫ1ОН И OlpHlhHCabHOH ||<>лярное1 И IcHJIOOiBOJ Ш1Я П1КИХ ClilGli
лиыпзрон НС нужен Lifeiec юю, kghciрукггня корпуса них ciafm.'inзаторов не
ирслусма!рииас1 ycl.inoUKii их на iciliooiboji.
Специализированные стабилизаторы
/роме микросхем с одним линейным ciaGitin ытором, вы пускаю зся и мио
। ок пылыплс Фим пчелки в одном корпусе бывает пл томлено лва или три
ci ин iH3ai,JP;|. обеспечивающих (vnioupcMvinio напряжение как положи гель
168
Питание на любой вкус
ной, так и отрицательном полярности, пли же разные напряжения одной по*
лярносги Такие микросхемы изготавливаются и многовыводных корпусах раз-
личных видов и. как правило, предназначены для небольших токов. По осталь-
ным параметрам они нс имеют существенных отличий от одинарных
стабилизаторов, по стоят значительно дороже, из-за чего в радиолюбительской
радиоаппаратуре применяются довольно редко. Радиолюбители вполне обхо-
дятся набором одинарных стабилизаторов.
В качестве примера двухполярного стабилизатора можно привести типовую
схему включения микросхемы 142ЕН6(А), показанную на рис. 5.15. Дополни-
тельный резистор RI (показанный пунктиром) позволяет регулировать, при не-
обходимости, выходное напряжение сразу на двух выходах в диапазоне 5...25 В.
Эта микросхема может работать при выходном токе в нагрузке до 0,15 А.
Во всех выше рассмотренных микро-
схемах, при работе в режиме стабилиза-
ции напряжения, срабатывание токовой
шины происходит при фиксирован-
ном токе, и изменить его порог нельзя.
Но ии<нда бывает необходимо более
ючко усганавливать уровень oipann'ic-
ния юка в нагрузке. Для этих нелеп
можно воспользоваться специальными
микросхемами и которых имеются до-
пил ни ильные вы волы для под ключей ия
iokoboii обратной связи В качестве
примера на рис, 5,16 показан вариант
включения микросхем К142ЕН31Л, Ь) и
юк (ираничения, а при пдмошп 1<4 можно регулировать выходное напряжение
иабилизаюра и диапазоне 3...30 В для К142ЕНЗ и 1,5.. 15 В дня KI42LH4,
Данные микросхемы позволяют также управлять выключением выходного на-
ряжения элек1ропиым способом — путем подачи напряжения на вход 6.
Основные параметры л их и некоторых других сиешшиных стабилизаторов
прицелены в 1.(блине справочного разлила. В конструкциях, опубликованных в
<юй кише, они не применяются, а поза редкою использования таких стаби-
С1 C2SMW СТС*- 0 005 - 0
С5 Ы>2мг
Рис. 5.1.5. Схема включении микросимы
диухкаих11.»ои) стабилм шора
K142EI141A, Б) Резистор КЗ задает
DA1
KU2EHXAO
КМ2Г»<4(АЕ)
I’m 5 16. ( \ниа и ключи! hi и микросхем о'шпкана.1Ы1ыч стабнлим'@риа, инеюишх «oimoaximtk
JC1JIMB шали. 1ю6он гок сирлимчеиня
ООП
Гпава 5_____________________________________________________________________
ли за горой в другой радиоаппаратуре подробно мы их рассматривать не будем
(при необходимости всегда можно воспользоваться соо|встс!вуюшим справоч-
ником). Пика достаточно того, чтобы вы просто знали, что такие компонент
существуют и их тоже можно применять.
Стабилизаторы, показанные на рис. 5.15 и рис. 5.16, имеют выводы для под-
ключения конденсаторов малой емкости (СЗ и С4 на рис. 5.15 и СЗ на
рис. 5.16) Это — компоненты обеспечения устойчивости схемы стабилизации,
С понятием «устойчивость» радиолюбитель стад кидается всегда, когда имеет
схему с обратной связью, — и неважно, какие функции выполняет каскад (узел,
блок). Дело в том. что при определенных условиях стабилизатор может превра-
титься из источника постоянного напряжения в генератор переменного напря-
жения (на его выходе будут наблюдаться автоколебания). Специалисты говорят,
что схема ^завелась», начала «генерить». Вот для того, чтобы таких неприятно-
стей нс происходило, и введены конденсаторы, предотвращающие автоколеба-
ния. С точки зрения устойчивой работы схема может быть спроектирована
удачно, и крайне неудачно. Как показывает опыт использования этих специаль-
ных микросхем, работают они неустойчиво даже с корректирующими конденса-
торами, так что применять их нежелательно еше и по этим причинам.
Стабилизаторы тока
Лобой компенсационный стабилизатор напряжения можно легко превра-
тить в стабилизатор тока. Достаточно внести небольшое изменение в цепи из-
мерительного элемента, чтобы подавать на него для сравнения сигнал, пропор-
циональный уже не напряжению на нагрузке, а току в ней. Обычно для этого
включают последовательно с нагрузкой резистор небольшого номинала, и вы-
деляющееся на нем напряжение сравнивают с опорным. Как это может выгля-
деть в практической схеме, показано на рис. 5.17, а.
В простейших схемах стабилизаторов тока, выполненных на дискретных
компонентах - полевых транзисторах, управляющее сопротивлением канала
(транзистора) напряжение обратной связи также выделяется на резисторе (RI).
От величины этого резистора зависит, какой будет ток в цепи нагрузки, а ста-
Рис. 5.П. Варианты амдолш-ммя пэбм..китогов том:
а — м ииьросхемг; б, t — ма пслевьа тршлмстораа
170
Питание ни любой нг/с
бильносгь поддержания тока связана с усилением транзистора (у лих имеется
больший техноло!ичиикий разброс по параметрам). Такое положение нас не
всегда усчраиваст, поэтому стабилизаторы тока на микросхеме применяются
чаше (у них коэффиписи! усиления больше), Указанная на рисунке микросхе-
ма может поддержи ван, стабильный ток в нагрузке для любых значений диапа-
зона 0.005 1,5 А
С некоторыми другими вариантами схем стабилизаторов тока вы познако-
митесь чуть позже, уже на примере практических конструкций зарядных
гв для аккумуляторов, приведенных во второй книге
Универсальные источники питания
Рано или поздно перед вами возникнет задача изготовления универсально-
го блока питания, Такой источник должен иметь регулируемое в широких пре-
делах выходное напряжение, достаточную мощность и зашиту от короткого за-
синия в нагрузке Это позволит использовать его для настройки большин-
радиотехничсских устройств. Удовлетворяющие этим требованиям
мы шлейные изделия стоят довольно дорого, поэтому давайте рассмотрим
л сколько вариантов блоков питания, которые можно легко изготовить сзй>-
тельно Сделать это можно и чуть позже, при возникшей необходимости.
Они нам очень пригодятся в дальнейшем, так как во многих случаях избавят от
долов на приобретение батареек-
С переключаемым выходным напряжением
SСыч но в радиотехнических изделиях используются известные Фиксиро-^Ш^
е значения напряжений, Воспользовавшись уже знакомыми вам интсгра- Ц
мз кросхсмами, можно легко изготовить универсальный источник, по-
ддет дтя питания от сети большинства устройств.
На рис. 5.18 приведена схема блока питания, имеющего два ЯЯЯВИВ
дых обеспечивает фиксированное напряжено 12 В. а на другом —
) переключаемое из ряда 1,5, 3; 4,5, 6; 9. 12 и 13г6 В При этом мак*
ок на обоих выходах допустимо «разгонять» до 1,5 А (л*я увеличе-
но тока требуются более ыошный трансформатор и замена ммкро-
<а KPI42EH22) А так как выходные напряжения на клеммах XI -
отся положением переключателя SA2, их контролировать вольт
G ход и мост и — достаточно маркировки на самом срсжлючателе.
1 потребуются какие-то дополнительные мветомия мтряжвмвй,
указаны, их легко можно получить, nnanflfBB резисторы в дет
При этом для сохранения режима спКяьмюмшм |в окно со-
ме когда входное напряжение микросхемы всегда превышает
/•дснес чем на 3.5 В.
пс издаться конденсаторы и ремгхоры «обито типа, микросхемы
ггными диалогами DAI - J-A7812, DA2 — LM3I7 (с любой
эй в обозначении». Сетевой вклкмягеяь (5А1) япмМИГт «юбого
переключат ть выходного маьрАжемия »SA2) шнжги иметь лм
17'
Гпана5
VD9
Обозначение на схеме С UlipolHLICIHIC. Ом lluxfMHuc наирнАешн', В
RI 1.5
R2 МО 3.0
R3 29(1 4.5
R4 380 6,0
R5 517 7,5
R6 620 9,0
R7 860 12
R8 988 13.6
Рис. 5. IX. Схема «птичника ииишим с ицнклочасмым выхи.шым иапря-АСИНс-м
/72
Питание на пюбой згус
группы кон (актов и быть рассчитан на ток не менее I А. например, удобно
использовать малогабаритные типа ЛГ2-10-12П2Н (12 положении, 2 направ-
ления).
Монтаж большинства радиодеталей может выполняться на универсальной
макетной плате. Микросхема крепшея к теплоотводу. Габариты конструкции
во мио!ом'зависят от размеров сетевого трансформатора, и при использовании
типа 7 II36-I27/22O-5O они могут быть не более 150 к 150 х 90 мм.
С плавной регулировкой напряжения
Дтя иасгроики или ремонта радиотехнических устройств иногда удобно
иметь стационарный источник, которыи может обеспечить плавную регулиров-
ку стабили тированного напряжения на выходе. Для большинства видов быто-
вой радиоаппаратуры достаточно диапазона регулировки напряжения 2. 12 В
при максимальном токе до I А. Довольно просто изготовить такой источник,
если воспользоваться микросхемой KPJ42EHI2/K (6) и у инфицированным
трансформатором ТП П255-220-50.
Электрическая схема устройства приведена на рис. 5.19 блок собран по ти-
повой схеме последова( ел иного компенсационного стабили затора напряжения.
Для того чтобы на микросхеме DAI нс рассеивать слишком большую тепло-
вую мощность, в стабилизаторе предусмотрено дискретное переключение вы-
водов вторичных обмоток трансформатора секцией SA2 I переключателя. От-
VD5-VD7 КД212А
I’lH. 5.19. Схема нсгочника тнлшя с ii.ijoihui pvry.nipoiiMiii »ы\<иш»го it.i пряжения
173
Гпава 5
соды трансформатора в этом случае соединяются в зависимости от нужного
уровня выходного напряжения так, чтобы разность между входом и выходом
микросхемы не была очень большой (на ней нельзя рассеивать мощность бол- ie
10 Вт), Одновременно другой группой контактов этого же переключателя ко'Н
мугнруются и резисторы R4—R7 делителей обратной связи для установки гра-
ницы регулировки выходного напряжения. На каждом из поддиапазонов ну к-
ное напряжение можно плавно устанавливать переменным резистором R3. пе-
реключатель SA2 обеспечивает установку интервалов ре1улировки выходп/ых
напряжений: 2...5; 5,..7; 7.,.9 и 9... 12 В. В результате напряжение источника ло-
же г регулироваться в пределах от 2 до 12 В, при этом амплитуда пульсаций вы-
ходного напряжения не превышает 2 мВ (на токе I A). j
Микросхема DA1 имеет внутреннюю защиту от перегрузки по току, которая
ограничивает его значение на уровне 2,2 А, и тепловую защиту — при nepeipe-
ве корпуса. Индикатором работы источника является светодиод HLI. Так ||ак
измерять напряжение на клеммах мультиметром неудобно, БП схему лучше
сразу дополнить встроенным стрелочным измерительным вольтметром (PV1).
В конструкции источника литания трансформатор можно заменить более
мощным из этой же серии: ТПП276-220-50, ТПП292-220-50, ТППЗ19-220-50
(нумерация выводов подключения обмоток при этом не меняется, но увеличат-
ся габариты и вес устройства)
Микросхема рассчитана на работу с теплоотводом, и ее необходимо прикре-
пить к радиатору с габаритными размерами не менее 80 х 80 х 20 мм, при этом
радиатор не должен иметь электрического контакта с корпусом конструкции,
так как корпус микросхемы соединен с выходом (вывод 2). В качестве радиато-
ра лучше использовать не просто металлическую пластину, а нормальный ва-
риант с ребрами, поскольку в этом случае эффективность рассеяния тепловой^
мощности повысится. Лучше, если ребра будут располагаться вертикально, тог-
да нагретый воздух беспрепятственно движется вверх
XL'ifl удобства настройки границы диапазонов выходных напряжений введе-
ны подстроечные резисторы R4 R7 Их лучше использовать многооборотные,
например типа СГ15-2 или СГ.15-14. Конденсаторы Cl, СЗ типа К50-29; К50-68,
К50-35; С2, С4 - К73-17.
На этой микросхеме реально сделать аналогичный стабилизатор с плавной
регулировкой напряжения на выходе, но без механического переключателя.
Однако то|да электрическая схема получится немного сложнее. Вместо пере-
ключателя задачу коммутации выводов обмогок трансформатора вполне может
выполнять автоматическое устройство, выделенное на рис. 5.20 пунктиром.
Для переключения четырех отводов вторичной обмотки трансформатора TI
дос гагочно всего двух реле, имеющих по две группы переключающих koi (так
ion Реле вкчюччиотся в определенной последовательное! ш На схеме показано
исходное положение контактов К1 и К2, когда ни одно из них нс включено,
чю соошетствхег минимальному выходному напряжению (0 .7,5 В).
Коммуциор имсегтрн порога. Управление работой реле выполняется следу'»
Ю1НИ.Х1 образом:
I) как только напряжение на выходе превысит 7,5 В, включится реле KI;
2) при превышении уровня 15 В сработает реле К2;
3) при превышении уровни 22.5 В отключится KI
Питание на любой вкус
Рис. 5.20. Вариант с\сми и и Очинка питания с п. иеной рег).1кр<*мкон на пр и л си им
*2
<
При правильном подключении обмогок трансформатора напряжение, сни-
маемое с вторичных обмоток TL будет ступенчато возрастать
Уровень порога переключения определяется рабочим напряжением приме-
няемых стабилитронов (VD4-A Db). В данном варианте схемы для стабилитро-
нов KCI75A он составляет 7,5 В. Это позволяет на выходе источника питания
изменять напряжение от 1,5 до 30 В только одним регулятором (R6).
Схема исключает дребезг контактов реле при переключении, и при правиль-
ном монтаже коммутатор» он в настройке не нуждается.
В устройстве использованы ломти. переменный резистор R6 типа СПЗ-4а.
остальные резисторы МЛТ, С2-23, С2-33 или аналогичные, имеющиеся под ру-
кой Полярный конденсатор СЗ лучше использовать танталовый, например ти-
па К52-1Б, К53-4А. но в крайнем случае сгодится обычный элекгролитичс-
скип. Конденсаторы Cl. С2 и С4 могут быть любого типа
Тран шеторы VTI VT2 должны быть с большим коэффициентом усиления.
Их можно заменить на KTN29(A—Г) — они в теплоотводе не нуждаются. Мик-
росхема DAI обязательно устанавливается ни радиатор.
Реле KI, К2 должны быть на рабочее напряжение 24 27 В и иметь две
|р\ппы переключающих контактов, допускающих коммутацию тока до 1 ? А.
Например, ыкими являются Р )C4S паспорт РС4.520.203, РЭС4* паспорт
РФ4 500.407 и некоторые другие
В качестве ситового трансформатора выбран унифицированный типа
TII36-127/22О-5ОМ. коюрып имеет четыре вторичные обмотки с допустимым
175
Глава 5
током 1,3 А и нлпряжением каждом нс менее 6,3 В Но подойдут и более мощ-
ные из этой же серин, например ТН56-I27/220-50M
Обе схемы довольно простые и их монтаж может быть выполнен на универ-
сальной макетной плате или контактных колодках при помощи объемных пе-
ремычек.
Когда-нибудь, да пригодится...
Иногда в радиолюбительской практике возникают ситуации, когда необхо-
димо срочно решить какую-то проблему, а под рукой нет нужного элемента, но
есть похожие, в том числе и внешне. рассчитанные на другие параметры. Не-
большие хитрости, применяемые в этом случае, позволят вынти из затрудните-
льного положения оперативно.
Двухполярный источник — из однополярных
Стабилизаторы отрицательного напряжения серии 79х\ значительно менее
распространены, чем стабилизаторы серин 78\х Ркинолюбитель, когда ему тре-
буется собрать стабилизатор, в своих «запасниках* без труда отыщет пару-трон
ку «положительных* стабилизаторов. За «отрицательными*, как правило, нуж
но отправляться л магазин или на радиорынок. Но можно обойтись и одним
типом микросхем, имея в наличии трансформатор .хотя бы с двумя независи-
мыми обмотками. Схема, показанная на рис. 5 21, используется не только ра-
днолюбителями. ко часто встречается и в профессиональной аппаратуре.
Рис. 5.21. («жжиарпый источник mi лв>\ оыигкияркых
Детали. применяемые в этом БП. лп.ио1ичны тем, чю были х катаны в пре
тылушнх конструкциях, а могут и оттнчатьсн. если помадобшея и.ичповип. нс-
ючник на .труте значения напряжения «й |
Этим же вариантом можно воспользоваться. имея под рукой два независи-
мых однопол мр| нах источника. Достаточно соединить их «+• и «-* - попчш
ся «средняя точка* с путевым потенциалом
г 76
Питание на любой &>;ус
Двухполярный источник от одной обмотки
5ываст ситуация, когда в имеющемся трансформаторе есть только одна
вторичная обмотка, а для питания схемы нужно иметь два двухполярных на-
пряжения. В лом случае может выручить схема, приведенная на рис 5.22 Она
состоит из связанных общим проводом двух однополупернолных выпрями щ-
лси на диодах VI) I, VD2, при помощи которых мы и получаем два напряже-
ния Далее устанавливаются стандартные стабилизаторы положительной и от
рииатсльнои полярности на нужное напряжение. Такая схема иногда примени
ется и в профессиональном маломощной радиоаппаратуре, например для
питания модема
Рис. 5.22. Вариант выполнения чхючошлого двт\|1олярного источника
Друг за дружкой
Вам уже п ик'стно, что интегральные стабилизаторы имеют ограничение на
максимальное входное напряжение Превышать его нельзя - стабилиыюр
может выйти из строя даже при минимальном токе в iiai рузке В свищ с
этим - дрхюп типичный случай: у радиолюбителя собрана схема, которую
нужно питать, к примеру, напряжением 5 В Имеется *под рукой*» вроде бы
подходящий трансформатор, но напряжение, получаемое после выпрямления.
От диодного
моста ♦
Г ял о. j 5
прспышле1 дин)С)имос для 5-но.'1ыШой kl’l-421 1I5A. например па 5 полы
{ОНО составляет' 20 В) Ген. также и другой сгибнлн штор — КГ 1421 ПХГ» - с
выхопным напряжением 12 В. Чго делан.? Рискнуть ладан, iiiii.hiiic па
5-вольтовом сгаСн|.’1п ипоре выше допустимого? Пскоюрыс радиол юбш ел и
так и делаю», а нотозт сожалеют о своем «авось выдержит». Эту ьшячу лучше
репинь (лк. как покачано на рис. 5.23: каекадно соединить дне микросхемы.
Их даже можно установить на общий теплоотвод, так как к корпусу Стабили-
затора подключен средний вывод.
Максимальный ток. который разрешав гея стабилизировать згой схемой,
нс
должен
превышать тока для стабилизатора с минимальным значением
□того
тока
Кстати, точку соединения стабилизаторов DA1
DA2
можно использовать
для гинанпя каких-либо элементов схемы,
гальванически связанных с общим
проводом, но требующих повышенною напряжения (на рис. 5.23 показан «до
полнитсяьнып выхода).
и
Повышаем напряжение стабилизации
£5от еще один «дефицитный* случаи: под рукой есть трсхвыводиои стаби-
лизатор без подстройки, рассчитанный на меньшее напряжение, чем требует-
ся. Можно ли его как-нибудь повысить? Можно! Для этого нужно включил
стабилитрон (если требуется значительно повысить выходное напряжение)
или несколько диодов (если повысить нужно чуть-чуть), как показано н;
рис. 5.24, помня, что прямое падение напряжения на кремниевом диоде со
ставляет 0.7 В, а на германиевом — 0,2 В (на эту же величину возрастет и вы
ходкое напряжение)
Рис. 5.24. 1Iomjuivhhc напряжения стабилизации на ниходе микросхемы
Параметры стабилизации такой схемы хуже, чем в случае классического не
пользования
микросхемы стабилизатора, но иногда такой
вариант
позволяет
выручить ш, казалось бы, безвыходной ситуации Стабилитрон и диолы иодби
раются пи месту. примерно ориентируясь на напряжении стабилизации
лих
компонентов В дальнейшем лучше приобрести нормальный штатный стабили
затор и установить его в схему.
17в
Пиганио на любой вкус
Управляемый стабилитрон
r>ieiih и и tvpcciii.iii парили г элемента ciaOii nt uiiiim предложила фирма
[( \as Insltiiments* — управляемый сыбилiiipon 11431 GL’in него отечествен
ni.iii аналог — КГ142ГИ 19Л, Б). Энн элемент имеет особое условное обозначе-
ние, рис. 5.25. 6. Возможный iiapiiain применении такого сi лбин и i рона пока-
зан на рис. 5.25, в.
А
б)
Рис. 5.25. Вид >Tip являемо го стабилитрона (о)
и варианты его условного графического обозначения (<7>. а также типовая схема включения (к>
Работает он следующим образом. Резисторный делитель, образованный ре-
зисторами R.2— R3, задает на управляющем электроде напряжение стабилиза-
ции, которое определяется по формуле, указанной на рисунке
Чтобы вы лучше представляли возможности таких элементов, параметры
регулируемых стабилитронов приведены в табл. 5.2.
Таблица 5.2. Основные параметры регулируемых стабилитронов
Наименование параметра 1L4.4 ВТ431 КР142ЕН19Х 1
Диапазон регулировки напряжения стабилизации 2,5. 36 В 2.5. .36 В 2.5 . 30 В j
1 Диапазон рабочих токов 1... 100 мА 1 I..JU0 мА | 1 ИЗО мА
Максимальный ток стабилизации 150 мА 150 мА 150 мА
Выходное сопротивление( 0,2 Ом 0.2 Ом 0.5 Ом
Допусти хин рассей вас млн мощность при 25 ‘С | 0,77 Вт 0.7 Вт 0,4 Вг
Отличие пою элемента от интегрального стабилизатора заключается в том.
‘по его нельзя использовать без балласт пито резистора. Рассчитать такой ига-
179
бит и затор можно по методике, как и для обычною ciaGuniiipoiia. Елипствец-
,,и» пд что следует обр'.нигь внимание, чюбы ток через делитель iu резисторов
и цепи управления бы.» не менее 0 5 мА
DA1
Рис, 5.2b Получение дн|имиитслыюго
стабилизированного напряжения
0А1
КР142ЕН5А
peufi)
1‘нс. 5.27. Превращение обычною стоилиптора
в регулируемы» мезочник
Схема, приведенная на рис 5.26, может быть использована для питания ча-
сти микросхем с пониженным напряжением питания (3,3 В).
Ешс один вариант возможного применения приведен на рис 5.27, В этом слу-
чае добавочным резистором для стабилитрона являются элементы микросхемы, а
цепь делителя R1 — R2 позволит изменять напряжение на выходе схемы от номи-
нального для микросхехгы DAI {U +2,5 В - это когда RI = 0) до максималь-
ного. связанногос напряжением стабилизации стабилитрона (Е/О(| + Ucr).
Литература
I Семенов Б. Ю. Силовая электроника ятя любителей и профессионалов. —
М СОЛОН-Р 2001. С 336
2 Источники электропитания радиоэлектронной Ипнирзтуры: Справочник /
Наивельт Г С Мазель К Б Хусаинов Ч И и др. — М Радио и связь. 1986
С 472.
3. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников пита-
ния и их применение. — М Л ОД ЭКА. 1996. С 228.
180
Глава 6
История технических изобретений
□ушссгвует немного шуточное мнение, что двигателем изобретений явля-
ются. человеческие лень н нетерпение — «-necessity is the mother of inventi-
on» — «-потребность — мать изобретения». Трудно было человеку передвигаться
пешком, и он придумал колесо. Трудно ему было вручную, с помощью весел,
путешествовать по морям, и он установил сначала парус, а потом наладил па-
ровую машину, двигатель внутреннего сгорания. Слишком долго и ненадежно
ходили письма — и родились телеграф, телефон, радиопередатчик
Отчасти с этим утверждением можно согласиться. Но, скорее всего, глав-
ным двигателем все же является интерес. Интересно проникать в неизведан-
ное, узнавать тайны природы. И уже потом оказывается интересным приду-
мать, как использовать открытия себе во благо. Именно благодаря открытиям в
области электроники произошел мощный технический прорыв во многих обла-
стях практической науки. Современной электронике можно поручить контроль
даже за сложными технологическими процессами, связанными с большим рис
ком. Электронная техника действительно облегчает нашу жизнь. Можем зи мы
хотя бы на секунду представить, что замолчало радио, погас экран телевизора,
что нет персонального компьютера, а в кармане нс звонит сотовый телефон”
Жизнь сразу станет скучной и неинтересной.
Этапы большого пути
До глубины мысля надо подниматься
Станислав Ежи Лем
Сегодняшнее обилие техники вокруг нас возникло нс на пустом месте, бо-
лее того, прослеживается закономерность в появлении изобретений, своеобраз-
ная логика. По словам нашего современника, прогресс — это не отдельные от-
крытия. Каждый ученый, исследователь, изобретитеь добавляет свой небольшой
вклад в общее дело. Любое изобретение — это кирпичик здания, в котором в ди ь-
нейшем будет жить человечество. Чтобы стать хорошим, технически грамот-
ным радиолюбителем, необходимо не только уметь пользоваться современной
техникой и знать, как она устроена, но также быть в курсе изобретений про
шлых лет и веков.
181
Гнава 6
. юлям всегда хотелось быстро обмениваться между собой информацией
быстро подучай» необходимые сведения, быстро отдавать указания — незави-
симо ог расстояний и преград. Для этого человечество во псе времена исполь-
зовало разные средства связи. В стародавние времена способы свят носили
примитивный характер — при помощи громких звуков, костров на возвышси-
ностях. При помощи ГОНЦОВ И НОСЫ И.ПЫХ. Световой ИЛИ звуковой СИНИЛ МО|
распространяться по вестовой1» цепочке намного быстрее бегущей лошади с
всадником и конвертом га пазухой. Письмо, понятно, несло гораздо больше
1,1 "|юрм и hi и, но носы н.пог о мог ли по дорог е ог раби г г. и даже убит ь. Вол ыштп-
< । во нолен мири юсь с г а коп спя в до, поскольку лучше ничего нс было Напри-
мер, \ пер*, н гского ндря Кира (V| век до н ».) состояло па службе 30 000 чело-
14 к, именуемых *нлрскнми ушами». Располагаясь на вершинах холмов и сюро-
жсвых оагисп в пределах слышимосгн друг друга, они псрсдапалн сообщения,
н|Ч иы иI.I4CH।нас царю, и сю прнка lainoi, Греческий нсюрпк Диодор Сшш-
пнцкий (I век до н г ) < пиaeic’ibcinwi, чю га день и шесгия ио гакому гслс-
<|’он\ передана гнев на расстояние три цьнпдценною перехода.
Мга \же шлем, чы н \\ III веке иочвияс’сь мною oiKpi.inni в облает алскт-
ричесгва К'нлснекие банки, г л плыинче». кис исмснгы. Конечно, все ин от-
крытия нс тихо ан тп Ирак»ичссКкЧ о нрименснич. л пребывали в положении та
б.шных. курье шт-гх 1а('орлторных •ииучск». Первое серьешое Ирактичсскос
прихтснсние иск т ричсс т ну пашет н 1771 юд\ (жортж Пу и Лееги Он нроасмои-
сгрМрона 1 и швст|царско\| юроде Женеве первый З'1ск1рос1ан1чсский телеграф.
П теч телег рлфл . lecai а нам кажете»! тежаигей на иоверхност и и неорит нтт.сть-
ной к гелет рафному лпп.тр.нм подходили 24 прово га. и вотированных друт ог
грхгл. К однохгх концх каждою прово га бы т прикреплен шарик, совершнюинтй
движение тогда, когда к г.питому проводх ио.гключдти источник напряжения.
За каждгам шариком закреплялась онределенная буква алфавита... По не будем
слишком строги к пертгои ноиытке «оседлать» oicKipii'iccKiiii гок!
Гелегрлг}' Лесага нс получил практическою распространения, иосколт-ку нс
накопи юсь в .достаточном количестве ’алсктрогехническнх и (обретении — ие-
ны г кг г у
.-даваемой информации. В 1795 юлу англичанин Джордж Муррей
15 сганггигт. a Myppeii получил :
нею популярность в Англии и США. До сих пор гам
„cKvccTi.cnNNK «телеграфных холмов... особенно в при-
Прнложил К телец .ирон Муррея, » 1794-м,
I л7К 1Ч1ХУ Кулионн на год раньше м >
Ky.iHomi (I735-IMM- усло1)11ых ciiriuuiou.
оптический телеграф »» /ла» в Мюнхенской академии
Идея Лесага неожидан но i сложную 35-нроводнук
Самуил фин Земмери.п W*»"скгрох„м(1ческих токах. Устроен бы
162
История технических изобретений
Зсммериига так: выводи батареи, поставленной на одной станнин, могли сое-
диняться с любым из проводов связной трассы. На приемной станнин концы
проводов опускались в сосуд, заполненный водой, содержащей немного кисло-
ты Пропускание тока приводило к разложению воды и выделению на проводе
пузырьков заза, чю свидегельствов.ию о передаче той или иной буквы. После
многочисленных усовершенствований Земмсрингу удалось в 1812 году передать
сообщения на расстояние свыше 3 км, но ею телеграф оказался настолько мед-
ленным и сложным, что не двинулся далее экспериментальных образцов.
Ьолынос будущее для электрической телег ра-
фии щкрыл адсктромш ни г. В 1832 i. русский
и юбреча (ель Напел JIlboibim Шилпшг (1786—1837)
р(ирлбо1лл клавишный icjiciрафный amiapai и
ысыромшпитый телеграф, в котором передача
.ысктричсских chi налов велась по 8-проводной
дшшп созданным IIIil'Ijihiiiom б-шачным кодом
(рис 6 1). На приемном iiinaparc предки были
подвешены на шелковых шнях пал кзнушкамн из
проволок. На них же uninx были укреп тепы кар-
1ОНИЫС кружки, окрашенные белым цветом с од-
ной еюроны и черным — с другой При пропуска-
нии по обмотке катушки тока cooibciciвуюшая
стрелка поворачивалась, oiкривая белый пли чер-
ный кружок. Опера гор осуществлял передачу при
помощи 16 черных и белых клавиш, сое пшенных ,, , 11Г
., J I. . I. 1Ии i.niut
с кагхшками семью проводами. Восьмой провод
йено й, ювался „щя вызывного звонка.
111н.тшнг нродемонезрировлч свой телеграф императору Николаю Первому,
чем привел его в полный восторг ог «электрикомагнезичсского телеграфа'».
Вскоре были установлены аппараты в Зимнем дворце и у ipex самых близких
императору людей — шефа жандармерии, министра путей сообщения и одной
Позже, в 1835—1836 гт.. Шиллинг построил разновидность телеграфа, и ко-
тором использовался аппарат с единственной индикаторной стрелкой и двух-
проводной линией Совершенствуя свой аппарат, Шиллинг разработал систему
кодирования букв, сзавшую намного позже прообразом двоичного кодирова-
злектронно-вычислительных машин.
Свои изобретения в области связи Шиллинг демонстрировал в 1835 году в
Бонне, па съезде немецкого общества естествоиспытателей. Далее, выполняя
правительственное распоряжение, проложил в 1836 году телеграфную линию
'’"Угри Адмиралтейства в Петербурге. Попутно Шиллинг разработал конструк-
"ию надежных электрических кабелей. /\ в планах намечалась прокладка под-
|1олной линии электромагнитного телсфафа между Петергофом и Кронштад-
**’мвнезапная смерть Шиллинга помешала осуществлению сто замыслов.
;,к это часто бывает в России, нужное и полезное дело держится трудами од-
ною человека и с его уходом затягивается тиной на многие десятилетия. Со
МсРтью Шиллинга в развитии идей электрического телеграфа Россию догони-
Глапа 6
G \
li.ii ОО iii« *• О । О J I । • । • । । ।
е'Ж' иг ч <ги
ю ।о। i»ib । ioiJi ti•i•। /
?a .> &o- л- I
I i ЮЮ lOQHi I««| II X
Piu\ 6.1. l\ кчрафния аиЪм, pa цыГинашмя
11. J. Шиллингам
Примерно в эго же время, в IS32 голу,
появился первый источник напряжения,
преобразующий в электрическую энер-
uno не химические, а механические про
цессы. Французский инструментальщик
Ипполит Пикси (ISOS—1835), разработал
динамомашипу переменного тока с руч-
ным приводом. Конструкция устройства
представляла собой подковообразный
магнит, который имел возможность вра-
щаться. При вращении торцы магнита
проходили вблизи двух катушек с прово-
дом. При подключении к динамо-маши-
не внешнего электромагнита он был спо-
собен удерживать все до 15 кг. Француз-
ская академия наук выделила Пикси
средства на эксперименты.
Но вернемся к основному направлению развития электротехнической мыс-
ти — к геле! рафии Не дол гая эра стрелочных телеграфов была прервана изоб-
ретениями электромагнитною телеграфа в 1837 юлу. Однако в мире все же
успели построить еще несколько разновидностей с щелочных телеграфов —
• Гаусса и Вебера», <1111 emu едя », ♦Ушстона и Кука ». В пятне грелочном аппара-
те Чарльза У итстона (1802—1875) для усиления тока было впервые применено
»лск1ромагнигное реле (рис. 6.2). Ему же принадлежит авторство двухстрслоч-
ного и односгре 1ОЧНОЮ телеграфов жля железнодорожных линий Англии. Для
пере гачи сообщения в ол я ос грелочном гслет рафс отправитель вращал колесо до
тех пор, пока хка тигель нс остлнанлп-
вался на нужном символе Во время
вращения аппарат формировал соот-
ветствующее число электрических
и-м пульсов, которые посылались по
проводам на удаленный приемник.
3 казагсль ведомого приемника вра-
щался синхронно с указателем веду-
щего 3 дивит ел ьно, но данное сред-
ство связи сохранялось на некоторых
линиях Англии до середины Х.\ века!
Еще один интересный факт: в 1829
юду У и «стон сконструировал музы-
кальный инструмент — аккордеон, в
1844-м изобрел широко нспольтую-
шийся шане метол мостовых элект-
Рнс. 6 2. Пипн-т рамочный гг.кчрдф
Ч, Унг стоил н В. Кжз (1Я37)
184
История технических изобретений
рц’юскнч измерении, в IS67-M измерил скорость движения электрических заря-
дов ио проводнику: Мостовой метод никакого отношения не имеет к мостам,
перебрасываемым через реки! Этот метод весьма популярен в современной из-
мерительной технике, п вы обязательно с ним еще не раз встретитесь.
Итак, на передовые технические рубежи выходит Самуэль Морзе
(1791 — 1872), художник, профессор живописи. Однако не только живопись бы-
ла его увлечением Первая мысль об электрическом телеграфе зародилась у
Морзе в дсвятнадиатилетнем возрасте, когда сшс в колледже он слушал лекции
об электричестве. На одной из лекций было сказано, что электрический ток
«можно сделать видимым в любом месте на его пути». В 1832 голу, плывя на
корабле «Суллп» в Нью-Йорк и будучи под впечатлением от мысли, что ток
передастся мгновенно по проволоке любой длины. Морзе разработал знамени-
тую азбуку, названную его именем и на все последующие годы ставшую основ-
ным колом телеграфирования.
В 1837 голу Морзе изготовил свой первый, весьма несовершенный телеграф-
ный аппарат (рис. 6.3). И только через зри гола он создал аппарат, применяв-
шийся потом на телеграфных линиях всех стран почти сто лет. Интересно, что
при проектировании своего аппарата Морзе обращался за консультациями к ве-
ликому американскому электротехнику Джозефу Генри (1797—1878). Именно
Генри посоветовал Морзе при-
менить электромагнитное реле,
чго резко увеличивало даль-
ность передачи сигналов. Генри
по праву можно считать одним
из создателей электромагнит-
ного телш рафа.
Сейчас мы ставим имена
Генри и Морзе рядом, а тогда,
в первой половине XIX века,
все происходило совершенно
нс так Окрыленный успехом,
Морзе не захотел разделить
славу с Генри, и они стали про-
ги вин кам и, встречаясь в раз-
личных судах по нарушению
авторских прав с IS45 по IS54 г.
Рис. 6.3. Принцип действия П'.ичрафиого аппарата.
Рисунок, сдсааннын Мири
Кажскя, принцип действия аппарата Морзе знают все, но тем нс мснсс мы
напомним его устройство Па передающей станции установлен специальный
ключ, nocpv'iciBOM которого телеграфист кодирует буквы и цифры точками и
тирс (коротким н длинным сигналами). На приемной стороне устанодлечз элек
гром.и ни I. коюрый притягивает якорь, с которым связано окунаемое в ван-
ночку с черни 1амп колесико. На длинной бумажной ленте колесико оставляет
след п виде точек и тирс.
Нервам линия с использованием телеграфа Морзе длиной 40 километров бы-
ли построена о 1844 году, соединив Вашингтон и Балтимор Морзе послал пер-
вое сообщение: <*\\hat hath Cod wrought!» («Вот что застпип бога
Гпава 6
А что в это время происходит в России? А в России, между Варшавой и
Санкг-Пстербургом, в 1839 году запущена в эксплуатацию линия оптического
семафорного телеграфа. В дальнейшем эта линия стала одной из самых протя-
женных в мире — 1200 км. Передаваемый по ней сигнал проходил из конца в
конец за 15 минут.
Начинают появляться электротехнические фирмы, многие из которых,
конечно в измененном виде, но все же дожили до нашего времени, являя
всем образцы процветания и устойчивости. Эрнест Вернер фон Сименс
(1816—1892), немецкий инженер-электрик, в 1847 году убедил молодого меха-
ника Йохана Хальске организовать телеграфную фабрику.
В Берлине была основана компания «Telegrapiienbauansiall
( Siemens & Halske». Компания быстро стала развиваться,
О\\ЛЛ\ выполняя крупные телеграфные проекты и расширяя дся-
тельность в других направлениях электротехники. Сименс
ОДФу* ) | построил несколько заводов в Лондоне, Санкт-Петербург
] гс (1853). Вене и Париже. До настоящего времени ком-
пания «Siemens» является одним из мировых лидеров в
производстве электронного и электротехнического обо-
рудования. Штаб-квартира «Siemens» сегодня находится
в городе Мюнхене.
прочно вошел в середине XIX века в жизнь человечества.
Рис, 6.4.
I апцрныП знак
«Sieiuens&l lalskc*
Итак, телеграф
В это же время берет начало идея предоставления коммерческих услуг и ин-
формации по электронной связи. ’‘Континентальная Телеграфная компания
Берлина» стала первой телеграфной информационной службой, предлагавшей
новости для газет и других периодических изданий. Местные и междугородные
линии постоянно гране л провал*» сообщения, появились идеи прокладки меж-
континентальных линий связи Прокладка кабеля Европа — Америка, осущест-
влявшаяся американским бизнесменом Цирусом Файлдом, началась в 1857 го-
ду, но первые попытки оказались неудачными. И только в 1866 году, когда был
изготовлен кабель одним отрезком длиной 5000 км, удалось его проложить
между континентами. Интересно, что одна только погрузка кабеля на корабль
заняла восемь месяцев! К концу XIX века все континенты были соединены
между собой кабельными трассами, а к 1934 году длина только подводных ка-
белей во всем мире достигла почти 650 тысяч километров.
Еще один шаг в развитии средств связи был сделан в 1859 году амери-
канским изобретателем Джоржем Фелпсом. Изобретатель создал печатающий
геле1раф В устройстве Фелпса использовалась клавиатура, содержащая
2S клавиш, включая точку и клавишу «пробел». Джеймс Рейд, признанный
1‘нс 6 5. Iпк выглнпма конструкции транса»ланiнческого кмбс.тя,
приложенного Пнртсом Ф-анлюч (18540
186
История технических изобретений
авторитет в области телеграфии XIX века, отозвался об устройстве Фелпса
так: «Эю может быть расценено как образец самых высоких достижений че-
ловеческого разума».
Изобретение Джованни Казелли, итальянского профессора физики, отно-
сящееся к I860 году, сегодня можно встретить в любом офисе, «Передайте
нам документы по факсу», — говорит вежливый голос офисного секретаря.
Тогда, в 1860-м, это устройство было названо «Pan telegrapher (рис. 6.6). От-
правитель сообщения записывал его на оловянном листе чернилами, нс про-
водящими ток. Далее лист крепился к выгнутой металлической пластине и
сканировался маятниковым пером с достаточно высоким по тем временам
разрешением — зри строки на миллиметр! На приемной стороне изображе-
ние воспроизводилось специальными чернилами, которые вступали в хими-
ческую реакцию с бумагой, также пропитанной специальным составом
(рис. 6.7). Для обеспечения синхронной передачи и воспроизведения изобра-
жения маятники управлялись высокоточными часовыми механизмами.
В 1863 году Казелли организовал первую коммерческую факсимильную служ-
бу между Парижем и Лионом. В первый год эксплуатации системы было пе-
редано почти 5000 сообщений.
Рис. 0.6. Один in первых аппаратов
для тргддчн u toil раже пи и. нюбре генный
Лжопаннн Кателли (I860)
Рис. 6.7. Пэибрлжсниек полученное
посредством передачи с аппарата Казелли
(первый фдке)
Гелсфои. Сегодня только очень дремучие люди не знают, что это такое Зна-
чение телефона в современной жизни столь велико, чго авторы решили посвя-
ГП 1ЯА 6
ГИЙ. зтому замечательному изобретению отдельную главу. По на всякий случай
напомним - это средство передачи голоса па большие рассюяния.
На лом мы оставим пока tcjici рафпую, телефонную н факсимильную связь,
чтобы вернуться к их современным разновидностям — сотовой связи, Интер-
нет-связи, спутниковой связи — немного позже, в других главах.
Чока мы изучали новшества проводной связи, незаметно подступила эпоха
связи беспроводной, с помощью электромагнитных волн. Честь открытия этих
волн принадлежит немецкому физику Генриху Рудольфу Герцу (1857—1894).
Герц в 1$87 году экспериментально доказал существование электромагнитных
волн, подтвердив тем самым гипотезу Максвелла.
История создания беспроводных средств связи богата событиями и имена-
ми, поэтому мы встретимся с ней в главе, посвященной радиосвязи и радиове-
щанию.
Развитие радиотехники было бы невозможно без создания активных эле-
ментов, способных усиливать слабые сигналы. Прежде чем начать рассказ об
истории и принципах работы электронных компонентов, использующихся для
получения и усиления электрических сигналов, вспомним еще одного челове-
ка, который, по суди, предвосхитил появление той электроники, достижения
которой мы наблюдаем в наше время
Т, \. Эдисон
Томас Алва Эдисон (1847—1931), американский
изобретатель-самоучка. В США его считают од-
ним из образцов воплощения «американском меч-
ты» — судьбы человека, добившегося честно, сво-
им умом и своими способностями уважения и
процветания. Но начинал Эдисон нс с техники, а
с. журналистики. Родившись в крохотной дере-
вушке, затерянной в штате Огайо, с 15-ти лет он
стал выпускать железнодорожную газету, в кото-
рой помешал шуточные истории про местных
обывателей. Газета бойко расходилась между пас-
сажирами железной дороги. Однажды Томаса
подкараулил один из «прописанных» героев, и
Эдисон навсегда порвал с издательским делом.
Элисона не взяли на военную службу из-за
{духоты на одно ухо, и он обучился профессии
телеграфиста Томас научился посылать и при
нимать телеграммы с рекордной для того времени быстротоп, по нс отли-
чался дисциплинированностью Первыми сто изобретениями стали «шкод-
ные<> технические приспособления, благодаря которым старший телеграфист
на липни был уверен что Эдисон работает, в то время как тот отдыхал.
В поисках более перспективной работы Эдисон приехал в Бостон, где, слу-
чайно зайдя в офис одной фирмы, оказался единственным человеком, способ-
ным починить сломавшимся телеграфный аппарат. Гак началась звездная карь-
ера изобретателя, которого мгновенно назначили управляющим отделением
этом компании. Но .хлеб администратора пришелся Элисону не но вкусу. Ort
основывает свою техническую лабораторию.
188
Истории технических изобретений
Чю удилось сделать Эдисону за свою долгую жизнь? Объемы книги нс по-
зволяют подробно рассказывать об этом уникальном человеке, поэтому приво-
дим лишь краткий список. Эдисон усовершенствовал биржевой телеграфный
аппарат, наладил его серийное производство; придумал способ передавать по
одной линии несколько независимых сообщений - многоканальный телеграф;
разработал электрическую лампочку и систему электроснабжения; сконструи-
ровал мощный двухфазный генератор переменного тока; первым в мире приду-
мал устройство для записи звука — фонограф
Идея «говорящей машины» пришла изобретателю в голову, когда он разра-
батывал метод записи телеграмм на поверхности плоского вращающегося дис-
ка. Для воспроизведения телеграммы плечо рычажка помешалось в желобке
цинкового диска, и, когда диск вращался, плечо опускалось и поднималось в
соответствии с пометками на диске. Однажды Эдисон запустил машину на
большой скорости, п плечо рычажка начало вибрировать, издавая звуки.
В 1885 Томас Элисон изобрел вид беспроволочного телеграфа, наиболее
близко подойдя к идее радиосвязи. Высоко над землей и на расстоянии друг от
друга устанавливались металлические пластины. На передающей станции одна
из них соединялась с землей через катушку, которая давала высокое напряже-
ние, i другая — на приемной станции — подключалась к земле через телефон-
ный аппарат Белла. При подаче высокого напряжения в пространстве между
пластинами возникала разность потенциалов. Как предполагалось, через при-
емную пластину должен был течь ток достаточной силы, чтобы передавать тс
лефонныс сообщения. Модификация этой системы, в которой приемная плас-
тина была установлена на крыше железнодорожного вагона, а в качестве пере-
дающей использовался телеграфный провод, протянутый вдоль полотна,
работала на Лсйской железной дороге. Система работала вполне сносно. Это
первый случай телеграфной связи с движущимся объектом.
А вот еще одно уже открытие Элисона, положившее начало эре электронных
ламп Он первым обнаружил движение свободных электронов через вакуум.
I? 1883 году, когда Эдисон работ ат над угольными нитями накаливания, он за-
метил, что внутренняя поверхность стеклянных ламп постепенно темнеет. Уго-
льный налет равномерно покрывай всю поверхность лампы, кроме одной поло-
ски, в том месте, где крепилась нить. Создавались впечатление, что подпорка
как бы отбрасывала тень Эдисон предположил, что угольный налет на стекле
появляется из угольной нити, но не мог объяснить происхождение «тени*. Он
поместил маленькую металлическую пластинку между двумя ножками, держа-
щими нигь. Когда пластинка соединялась с положительным полюсом, в цепи
в ывлялся небольшой электрический ток. При присоединении к отрицате,тьно
му полюсу этого нс происходило. В течение следующей четверти века эти его
наблюдения оставались почти незамеченными Только в копне XIX века <*ф-
фскт Элисона» лег в основу создания радиолампы
111лк, мы закончим нугешсствие по истории электротехники, в которойежа-
io моменга появляется новое направление - электронное. В слоцаре У14ММ»
изобретателей и инженеров появляется новое слово - электронная дампа
гЛЗЛЛ 6
Первой была радиолампа
Василин Иванович говорит Петьке
Петька, мы на бронепоезде рацию поставили
Василий Иванович, а рация на лампах или на транзисторах?
~ Я же сказал, Петька... Рация — на бронепоезде!
Анекдот «с бородой»
^еюдня, в XXI иске, радиолампы кажутся обывателю чем-то устаревшим,
отжившим, ненужным, излишним и недостойным внимания. Да, технический
прогресс потихоньку уходит от электронных ламп в сторону полупроводников
нс окончательно списывать их пока рано. Эти изделия электронной техники до
сих пор работают в старых телевизорах, радиоприемниках, магнитофонах, в
других тлсктронных приборах. Например, разновидностью электронной лампы
является кинескоп телевизора и монитора компьютера. Более того, мощная ра-
диопередающая техника пока не знает других способов построения, кроме ис-
пользования электронных ламп Среди радиолюбителей, занимающихся созда-
нием высококачественной аудиоаппаратуры, бытует мнение, что ламповые
усилители имеют более мягкий, более приятный для слуха тембр звучания, чем
полупроводниковые, Поговорим обо всем по порядку. *
Мы уже знаем, что первый шаг к созданию электронной лампы сделал Эди-
сон, но он нс смог правильно объяснить замеченное явление, что вполне логич-
но. Неслучайно лампа названа электронной — по основному принципу ее дейст-
вия. А о существовании электрона мир узнал только в 1897 году, из результатов
открытия Джозефа Джона Томсона (1856—1940), создателя теории проводимости
в металлах. Но нам нужно также узнать об эффекте термоэлектронной эмиссии
электронов.
В любом металле, как мы хорошо знаем, имеется очень много свободных
электронов. Однако при обычной температуре энергии электронов нс хватает,
При нагревании скорость движения
При определенной температуре они получают воз-
Чем выше температура металла, тем большее коли-
h. Для справки, чтобы начался вылет
чистые металлы необходимо нагревать
чтобы «выскочить» за пределы металла,
эд с к ] ронов у вел и ч 11 вае гея.
мО/КНость покидать металл
чсство электронов способно его покинут!
электронов в заметных количествах, 1 —
примерно до 2000 градусов Цельсия (рис. 6.8). I
Упорядоченное движение электронов называется электрическим токо>ь
К' .к в. уже знаете чтобы получить электрический ток, нужно приложить к
V истку на котором имеются электроны, разность потенциалов, то есть со-
у тыку, Нпггхичя спираль электрической лампочки как p‘lJ
здагь электрическое иолеJWciaB ошраз ^6y
юразовала иокР>\; _ itrK k. ||CMV положительный вывод источника пита-
;рис. 6.9). Электроны начнут npii-
возникнет электрический ток! По
ения электронов назван катод0*1.
ним
положи ГСЛ1,ному элеюролу -
анодом.
190
История технических изобретений
Рис. 6.8. «Электронное облако» — результат
термоэлектронной эмиссии электронов
Рис. 6.9. «Простейшая электронная
лампа — диод*
Почему при обратном приложении напряжения электрический ток не на-
блюдается? Это тоже просто — электроны будут удерживаться катодом, кото-
рый в данном случае выполняет роль «плюсового» электрода. Анод же электро-
нов нс излучает, поэтому и электрического тока нет. Впрочем, если анод и ка-
тод лампы выполнить по одинаковому принципу — встроить две нагретые
спирали, — лампа будет проводить ток в обоих направлениях. Обозначение
простейшей электронной лампы —диода — представлено на рис. 6.10. *
На рис. 6.10 изображены два ви-
да ламп — с прямым (о) и косвенным
накалом (б). Прямой накал мы только
что рассмотрели. Зачем придуман еще
и другой вид? В лампе с прямым нака-
лом роль катода выполняет сама спи-
рать, при косвенном накале спираль
никак не связана с катодом — она
только подогревает его, подобно газо-
вой горелке, греющей чайник. Тут за-
ключена одна техническая хитрость.
Рис. 6.10. Обозначение диода па схеме:
о — с прямым накалом, б — с косвенным накалом
позволяющая упростить использование
электронной лампы в схеме. Если питать накальную нить постоянным током, ни-
чего особого не произойдет. Но, запитав се от источника переменного напряже-
ния, количество свободных электронов, вышедших с помощью термоэлектрон-
ной эмиссии, будет «пульсировать» в такт с изменением накального напряжения.
Jl° — колоссальная помеха для электрического сигнала, который будет пропуска-
ться через электронную лампу. Чтобы исключить помеху, возможны два пути:
1Ц)-псрвых, ввести выпрямление и стабилизацию напряжения накала, что неоп-
равданно усложняет схему, и, во-вторых, нагревать спиралью другую мстдпличс-
пластнцу, которая и послужит катодом. Техника пошла по второму пути
«'mi. многие промышленные трансформаторы серий ТА. ТАН имеют специа-
"ie мощные обмотки, называемые накальными Названия этих трансформато-
'пава 6
Рис. 6 11. Сопрсмсшшм JCHi'pamjHhia JUMiia
ров так и расшифровываются - Tpaiiujiopматор Анод-
ный, или Трансформатор Анодный Накальный
Зачем лампе стеклянный баллон, из коюрого от-
качивается воздух9 Для красоты или для зашиты от
пыли н влаги? Нс проще ли отказаться от баллона?
Оказывается, от баллона отказываться принципиаль-
но невозможно. Во-первых, накальная нить в воздуш-
ной среде будет быстро выгорать терять эмиссию
Во-вторых, молекулы газа будут прениювовагь сво-
бодному движению электронов. На заре ламповой
техники создавать глубокий вакуум не умели, поэтому
старались исключить только преждевременный выход
из строя накальной нити, заполняя баллон ртутными
парами. Позже научились создавать хороший вакуум.
Раз уж мы заговорили об эмиссии, напомним чи-
тателям, что электронные лампы обладают свойством
садиться* после определенного срока работы (их ресурс редко превышает 1000
ч). Причина кроется в постепенной потере катодом эмиссии В связи с этим
счсные мною времени посвятили разработкам специальных материалов, позво-
ляющих продлить Сроки службы электронных ламп, повысить электронную
эмиссию без дополнительных затрат энергии. Кроме традиционных металличе-
ских (вольфрамовых и ниобиевых) катодов, в ламповой технике использовались
также карбидированныс, оксидные и бариевые катоды.
Отвлечемся ненадолго от технических подробностей и обратимся к истории
появления радиоламп. Впервые патент на двухэлектродную лампу был получен
английским физиком Джоном Амброзом Флемингом (1849—1945). Исследовав
«•эффект Эдисона» и открытие Томсона, догадавшись о природе возникающего
затемнения, Флеминг запатентовал двухэлектродную электронную лампу —
-диод Флеминга ». Устройство стало применяться в приемниках в качестве де-
тектора радиоволн. В первый период ламповый диод нс мог конкурировать
по чувствительности с другими видами детекторов, но через несколько лет
усовершенствования ламповые устройства вытеснили другие типы детекто-
ров. Конструкция «диола Флеминга» представляла собой стеклянный баллов
с нитью накаливания, окруженной металлическим цилиндром, — анодом.
Двухэлем родные лампы нс умеют усиливать электрические сигналы. Но
решительный шаг к усилению сигналов был сделан спустя совсем короткий
промежуток времени В 1907 году американский инженер Ли де Форесг
(1873—1961) получит патент на ♦устройство для усиления слабых электриче-
ских токов» (рис. 6.12) Форест назвал свое летите «ауди а пом», В дальнейшем
аулион стал известен как трех эле кт родная вакуумная электронная лампа
триод. Детектор на основе аудпона был намного более чувствителен, чем нее
гругие детекторы.
Интересно отметить что де Форест подал заявку на илеит в 1906 голу-
В этом же году — уже в Германии - австрийский изобретатель Роберт кин
Либен (1878—1913) запатснювал электронную «трубку Либена», очень нипоми-
92
История технических изобретений
Рис. 6.12. А>;ию»1. Э. wk тронная лампа,
разработанная Ли де Форестом
наюшую аудион. Либен использовал спою лампу в качестве реле для телефо-
нии В 1910 году Либен создал ртутный триод, на котором в 1913 голу немец
кии инженер Александр Мейсснер (18X3—1958) построил первую схему лампо-
вого генератора электрических колебаний. В этом же году полнился «усилитель
Арнольда», разработанный сотрудником американской компании «Bell Labs*
Г. Д. Арнольдом (рис. 6.13).
Чги же такое триод, аудион. трубка
Либела? Понять эго нам помогут зна-
ния о диоде. Предстаньте, что мы вве-
ли в электронную лампу ешс один
электрод, который расположили между
анодом и катодом. Этот электрод вы-
полнен нс сплошным, а с множеством
отверстии. Назовем его сеткой. Сетка
нс оказывает никакого влияния, пока к
ней нс подведен потенциал, — лампа
работает как обычный диод.
А теперь мы подключим источник
питания между сеткой и катодом (на-
зовем его источник G2). Понятно, что
нужно также оставить источник пита-
ния (G3) между анодом и катодом, да
так, чтобы лампа проводила электриче-
ский ток «Плюс» источника G2 мы
подключим к сетке (рис. 6.14, д). Что у
нас получилось? Сетка стала как бы
вторым анодом, который будет заби-
рать к себе все электроны, выходящие
с катода. Если увеличить напряжение
на сетке, возрастет как анодный ток,
так и ток сетки. Вообще может случи-
ться так, что ток сетки станет больше
анодного тока, — сетка «заберет* к се-
бе почти весь ток. Получается, что та-
кое использование электронной лампы
просто бессмысленно. Мало того, в реальных лампах сетка выполняется юраз-
до менее мошной, чем анод, — следовательно, при таком использовании она
вполне может перегреться и перегореть. В чем же тогда заключается изобрете-
ние Фореста1’
Перевернем источник G2 так, чтобы его «минус» оказался на сетке
(рис. 6 14, б). Мы е удивлением обнаружим, что анодный ток стал меньше. При
увеличении напряжения на сетке анодный ток может упасть вообще до нуля,
но сетка даже и не подумает нагреваться'. Объясняется эффект просто' по-
скольку сетка расположена ближе к катоду, чем анод, она задерживает электро-
ны, и они не достигают анода. По некоторые - быстрые электроны все же к
анолу прорываются, поэтому небольшой ток течет Ока»ывается, анодный ток
Рис. 6.13. Ламповым усилитель
Г. Д. Арнольда, рлработанныи в -В сП Labs*
в 1913 г.
193
Глава 6
а)
Рис. 6.14. Исследование работы трсхзлектридиой лампы: а — па сетке положительный потенциал,
б — на сетке отрицательный потенциал
б)
зависит от напряжения, приложенного к сетке, и величина тока сетки много
меньше тока анода. Управляя напряжением на сетке, можно управлять током
анода и усиливать электрические сигналы! Такой простой приборчик, но
сколько времени понадобилось, чтобы люди смогли прийти к его изобретению.
В 1911 году, когда заработали первые радиостанции, в США отмечено нача-
ло радиолюбительского бума. Как писал очевиден тех лет: «Хотя в продаже
имеется большой ассортимент наушников, множество общественных телефон->
ных кабин разграблено».
В России первые отечественные электронные лампы появляются благодаря
трудам Николая Дмитриевича Папалекси (1880—1947). ставшего в 1939 году ака-
демиком. Под руководством Папалекси в 1911 —1912 гг. была разработана пер-
вая приемно-передаюшая радиостанция для связи самолетов с землей. Разра-
ботка и производство первых отечественных ламп проходили в Санкт-Петер-
бурге, где в 1914 году он разработал триод, впоследствии названный «лампой
Папалекси». Начиналась Первая мировая воина, фронту требовались новые
устройства связи и ученые сразу стад и заниматься военным использованием
электронных ламп. Понятно также, что все «именные» лампы отличались толь-
ко конструктивными и электрическими характеристиками. Принцип работы,
заложенный в них, был одним и тем же.
А что происходит в общемировой технической науке в это время’
В 1915 году немецкий ученый Уолтер Шоткн (1886—1976) изобрел электрон-
ную лампу с экранирующей сеткой — тетрод (рис. 6.15, а), а в 1919 году -
лучевой тетрод (рис. 6.15, в).
Как выглядит тетрод? Почти точно так же, как и триод, но имеющий еще од-
ну сетку, расположенную между анодом и управляющей сеткой. Эга сетка бьш
названа экранирующей. Отчего? Дело в том, что триод хорошо работает только
194
История технических иообретений
Рис. 6.15. Условные обозначения
многоэлектродных ламп
и анодом. Сетку назвали защитной и
на сравнительно низких частотах. Когда возникло желание проиикнуи» в об-
асть мегагсриопых частот, выяснилось, что паразитные емкости, имеющиеся
между электродами лампы, превращаю г усилитель и генератор. Подав на экра-
нирующую сетку относительно катода положительный потенциал, уменьшают
паразитную межэлсктродную емкость и устраняют самовозбуждение.
Разновидность тетрода, называемая лучевым тетродом, заключается в кон-
струкции экранирующей сетки, которая как бы повторяет управляющую сетку.
Электроны «летят» к аноду пучками (лучами), а экранирующая сетка не меша-
ет им.
Значительно позже, в 1930-х гг., по-
явились пентоды (рис. 6.15, б) — пяти-
элсктродные лампы, успешно боровши-
еся с ди патронным эффектом. Эффект
состоит в следующем. Представьте, что
электроды, бомбардируя анод, выбива-
ют из него другие электроны, которые
1етят навстречу, уменьшая суммарный
лектрический ток, усиление лампы па-
лет, Динатрон ному эффекту поставили
преграду в виде еще одной сетки, рас-
положив ее между экранирующей сеткой
соединили ее с катодом. Поэтому электроны, выбитые с анода, отскакивают от
изкорасположенной защитной сетки, как от теннисной ракетки.
Чтобы уменьшить габариты радиоаппаратуры, придумали совмещенные лам-
пы. Например, в одном баллоне помещалось два триода или триод совмещался
с пентодом. Интересные варианты ^интегральной электроники» предложила в
1926 году германская фирма «Loewe», которая выпустила на рынок комбиниро-
ванную электронную лампу «Loewe 3NF». Лампа представляла собой устройст-
во, состоящее из 3-х триодов, 4-х резисторов и 2-х конденсаторов в одной кол-
бе. Для создания радиоприемника к этим *интегральным схемам» добавлялось
всего два внешних элемента — катушка индуктивности и конденсатор, под-
ключались питание, громкоговоритель и антенна. Выпускались различные мо-
шфикации интегрированных ламп: 3NFK, 3NFL, 3NFW — 3 триода, 4 рези-
стора, 2 конденсатора; 2HMD — 2 тетрода, конденсатор; HF30 — 2 триода,
2 резистора, конденсатор; МО44 — 2 тетрода, конденсатор, WG33 — 2 триода,
пентод, резистор, конденсатор; WG34 — тетрод, мощный пентод, резистор
конденсатор; WG35 — тетрод, мощный пентод, диод; WG36 — 2 пентода, три-
од, WG37 — 3 пентода, резистор, конденсатор.
Вновь вернемся к отечественной истории. Лидеры послереволюционной
России остро нуждались в таком средстве пропаганды, которое могло дохрднть
до самых отдаленных уголков страны, привлекать на свою сторону людей, на-
страивать их на новую жизнь. И это средство было найдено — радиовещание
Вообще можно сказать, что начиная с 20-х гг. XX века, «электронные средства
массовой информации» становятся не только забавой, но реальным политиче-
ским инструментом.
?55
Гпава 6
Гис. 6 16 -Галиотроны» американской фирмы -RCA*, 1930-е п.
Имевшиеся к 1918 году лампы хороню усиливали радиосигналы, но служить
источниками мощных высокочастотных колебании они пока нс могли. Поэто-
му в августе 1918 года в срочном порядке была создана знаменитая Нижегород-
ская радиолабиратория (НРЛ). Здесь под руководством бывшего военного ин-
женера Михаила Алскса1Шровнча Бопч-Бруевича (1888—1940) были созданы ва-
куумные лампы с водяным охлаждением, принципиально отличные от ламп дс
<Uoptfc(T?i. )ти генерлорные лампы, названные «пустотными реле*, смогли да-
вать мощное и» сигналов в десятки киловатт! В 1923 году сотрудники лаборато-
рии разработали лампу мощностью 25 кВт, а юд спустя доспи ли мощности
100 кВт Лаборатория также занималась разработкой радиопередатчиков для
радиовещательных станнин.
Созжние мощных ламп продолжалось и в последующие десятилетия как в
ССС В, так и в других странах В начале 1930-х юдов генераторные триоды
мощностью 300 ». Вт выпускались в Англии и Германии. В Ашлни в 1933 году
была соддана 500 киловаттная лампа с водяным охлаждением' Развивалось так-
же нроишолиню приемно-усилительны# ламп На их основе создавались быто-
вые радиоприемники.
Небольшая ретро подборка внешнего вида отечественных радиоприем никои
позволит мочуhciвонать настроение той эпохи — эпохи ламп. К сожалению, в
нише время многие выброси нт свои старые радиоприемники и радиолы, заме-
нив их современной техникой Однако во все времена находились энтузи-
асты коллекционеры, которые бережно относились к предметам старины. Ecu»
такие коллекционеры и сстодня. Один из них, шип современник, радиолюби-
тель Вадим Брусникин, восстанавчив.icT старые приемники, создаст свой до-
м.чшнин музеи. Некоторые экспонаты из его музея и приведены на рис. 6 17.
В святи с развитием техники раннею обнаружения самолетов — радарных
станнин — усилия ученых направлялись на рафаботку источников мощных
chi налов высокой частоты. В 1939 году британский физик Генри Бут и британ-
ский же биофизик Джои Рл1дал.1, работая нал этой проблемой в лаборатории
Бсрмнтн смското университега, создали новый тип электронной лампы — маг-
nci|j(iii |\ирабогка лампы способствовала развитию микронозикшФП) радлра. со-
зданию лазера. СНЧ-натреиателей и микроволновых печей Радарные систе-
мы, ратрабоганныс в конце 30-х юдов, сьпрали важную роль во время Второй
/96
История технических изобретений
1“ие. 6.17 Димин ламшшых радио прием ник он разных .чет:
а — 9-114 (1(Л0); 6 — -КПМ- (J940); и — • Фестиваль- (1950); е — размола < Гамма В» (I960)
мировой воины в воздушных сражениях над Великобританией с августа по ок-
тябрь 1940 г. Гитлеровским «Люфтваффе» нс удалось захватить господство в
небе над [Великобританией.
Интересна история появления микроволновой печи кухонного прибора,
имеющеюся сегодня, пожалуй, в каждой десятой семье В 1946 году инженер
американской корпорации "Raytheon* Перси Спенсер проводил испытания маг-
нетрона. Когда он проголодался и достал из кармана плитку шоколада, то за-
метил, ‘Ио шоколад растаял. Ученый сделал предположение, что так тиокола/!
могло расплавить только излучение магнетрона, а тепло человеческого тела
здесь ни при чем, Для проверки догадки он поместил пакетик с воздушной ку-
курузой перед магнетроном. Кукуруза начала лопаться! Следующий экспери-
мсн1 был проведен па куриных яипах, которые взрывались при приближении
их к магнетрону. Спенсер предположил, что магнетрон можно использовать
дл 1 нриютовлепия пиши. Он сделал металлический короб и направлял в него
екгромагнигныс волны аг магнетрона. Устройство создавало электромагнит
пос поле высокой интенсивности, которое за короткое время доводило продук-
ты до готовности. В 1947 г. компания * Raytheon* начала выпуск коммерческих
микрокод новых ничей на .магнетронах
В рамках згой киши мы не будем практически осваивать основы работы с
ыек 1 ройным и лампами и создавать конструкции с их использованием Воз-
можно, с приобретение'ст опыта читатели сами захотят 'Поковыряться» в лам-
повой технике
С няшдссягых голов XX века началась новая эпоха — трап шеторная
Как изобрели биполярные транзисторы
Транзистор — это тоже диод, только трех4^ньцк
Шутка
Помните к.шры из любимого всеми фильма "Иван Васильевич меняет про’
фсссию», |дс нарь Иоанн Грозный, попавший в наше время, не теряется, а
кричи) на горе-изобрети геля Шурика, чтобы тот срочно отремонтировал свою
машину времени: «Ток покупан эти транзисторы!» Шурик бежит сначала в
। ин, потом в яругой радномагазин, но нигде транзисторов наиги не может
И только в третьем магазине перед ним открывается пола пиджака усатого лн-
Г97
Глава 6
льки с прикрепленными на ней радиодеталями. Вот так кинематограф 70-х го-
дов XX века отреагировал на тогдашний дефицит этих необходимейших элект-
ронных приборов.
Сегодня транзисторы уже нс продаются из-под пиджачной полы’. Этот ра-
диоэлемент в нашем продвинутом XXI веке покупают в радиомагазинах и на
радиорынка.х свободно или просто выпаивают из отслуживших свой срок элек-
тронных приборов. Можно запастись небольших» количеством денег и отпра-
виться за покупкой, например, на ближайший к дому ралиорынок. Или вы уже
идете между лотков с торговцами всякой радиоэлектронной всячиной, выби-
рая. к кому бы подойти с просьбой: «Дайте мне транзистор!*
Стоп, стоп! Нс спешите! Еще наш великий полководец Александр Василье-
вич Суворов говорит, что расторопность только при ловле блох годится. Резу-
льтат действия вашей просьбы на продавца будет од»nt и тот же — нс в пашу
пользу. Продавец будет неизменно задавать всякие незнакомые вопросы, типа;
*.\ какой транзистор — биполярный, полевой, ай-джн-би-ти или БСИТ? А на
какую мощность? А на какую рабочую частоту? А с каким рабочим напряжени-
ем? А с каким коэффициентом усиления?* Смеем уверить: по мере поступле-
ния вопросов вы будете вес больше и больше хлопать глазами, невнятно лепе-
тать: «Я нс знаю..,*
Только двоечники сегодня не понимают, что интересная и насыщенная
жизнь может быть только у того, кто научился отвечать на поставленные во-
просы. Чтобы нс выглядеть двоечниками, давайте вместе разберемся, что такое
транзистор, зачем он вообще нужен, как выбирать подходящий дчя своих ра-
диоэлектронных поделок чтобы потом нс плакать над сгоревшей конструк-
цией- Вот уж чего-чего, а радиорынок с транзисторами никуда нс убежит.
Сначала давайте поговорим об историческом. Поверьте, изобретение тран-
зистора в конце 40-х гг. XX века перевернуло современный мир с ног На голо-
ву, позволило воплотить в жизнь самые смелые радиотехнические идеи 20-х —
30-х гг. Девяносто девять и девять десятых процента современных электронных
приборов имеют в своих схемах это чудо техники.
Начиналось же все примерно так, как описывает Валентин Холмогоров в
своей «Всемирной истории» [J]:
«'Так уж получается, что практически все наиболее важные открытия чело-
вечества знаменовались какой-нибудь легендарной фразой, входившей впо-
следствии в многочисленные учебники н передаваемой многими поколениями
благодарных потомков из уст в уста, словно грипп посредством поцелуя.
— Эврика! — воскликнул древнегреческий ученый Архимед, открыв одно-
именный закон, благодаря действию которого небезызвестный мореплаватель
Христофор Колумб достигнет много лет спустя берегов Америки, осчастливив
человечество такими бесспорными благами цивилизации, как джинсы, хот-до-
ги и ракетно-бомбовые удары НАТОгзекой авиации.
— Земля!' — крикнул дежуривший на рее матрос из корабельной команды
Колумба, завидев на горизонте туманные очертания далекого континента.
II свалился ог ралоегн с мачты.
— Ох ну дела, бра/иы!!! — произнесли инженеры компании Bell Telephone
I aboratonts Джон Бардин и Уолгер Бретен, смастерив и декабре 1947 годи пер-
19в
История технических изобретений
вый в истории нашей планеты полупроводниковый транзистор. Они и не подо-
зревали, эти славные в общем-то ребяга, что их изобретение — нечто несоиз-
меримо болыиее, чем просто маленькое смешное устройство, которое можно
поставить на стол в стеклянном футляре в качестве украшения или приклеить
на стену в гостиной. Именно в тот самый день,'когда упомянутые выше джен-
тльмены, попив с утра кофейку и прочитав свежий выпуск «Таймс», быстрень-
ко изобрели транзистор, и начался отсчет новой эпохи в истории человеческо-
го общества.
Злые языки утверждают, что специалистам Bell транзистор достался в об-
шем-то совершенно бесплатно. Дескагь, большая часть величайших открытии
нашего века произошла случайно: Менделееву привиделась его Периодическая
таблица в ночном кошмаре, Ньютон же открыл Закон всемирного тяготения
вообще с перепугу, когда его ни с того ни с сего треснуло по голове здоровен-
ным яблоком. Говорят, на голову инженеров из Bell свалилось не яблоко, но
нечто более тяжелое, а именно — летающая тарелка, которую они незамедлите-
льно разобрали на сувениры, спустя какое-то время обнаружив среди десятки
бластеров, парочки гипсрсвстовых двигателей и прочего ненужного барахла
этот незаменимый в быгу прибор С одной стороны, звучиз подобное утверж-
дение весьма и весьма нелепо, поскольку для того, чтобы летать на тарелке,
оснащенной транзисторами, надо быть либо очень технически отсталым ино-
планетянином, либо представителем внеземной цивилизации, пережившей по-
следовательно социализм, застой, перестройку, а затем — демократию с ее вау-
черами, деноминациями, приватизациями и птоювым социально-полп гиче-
скнм маразмом. С другой стороны, изобрести такое действительно moi только
специалист, которого шарахнуло по темечку как минимум увесистым неопоз-
нанным летающим объектом. Как бы то ни было, транзистор был изобретен*
Теперь взглянем на рис. 6.18. Да-да, на этой фотографии запечатлены тс са-
— Уолтер Бретен (1902—1987) и Джон Бардин
мые славные джентльмены
(1908—1991). Рядом — их непо-
средственный руководитель изоб-
ретатель Вильям (Уильям) Шокли
(1910—1989). Как видите, Бретен и
Бардин отнюдь не похожи на
«мрачных личностей», но и на
мультфильмовских Бивиса с Батхс-
дом они нс похожи совершенно
Судя по лицам, им нравится их ра-
бота. И правильно — настоящие
изобретения делают только увле-
ченные люди.
Старейшим сотрудником груп-
пы изобретателей следует считать
Бретена — он работал в Bell Tele-
phone Laboraiorics начиная с (929 г
Phv, ft. IM. У. Дж. 1>11рЛНН,
Н. Шокли, нлобрстаж'ли трт шетора
/99
в KJMecTftO физика-HkCJic ховлгеля. В W36 1\ш> к Брсгеиу присоединился Шок-
-н, мгновенно включившись в процесс исследовании свойств полупроводни-
ка», Но первым заданием Шокли стало все же проектирование особого типа
электронной лампы. называемо и «электронный умножитель» Затем, в
Шокли выдвинул план исследований, направленных на замену элек-
тронных ламп.
Начавшиеся было исследования прервала Вторая мировая война. Тут уж рух-
нули все планы, и Бретена с Шокли привлекают к работе в Колумбийском унн-
верс1ггсте, тле они занимаются разработкой аппаратуры для борьбы с подвод-
ными лодками. С 1942 по 1945 г. Шокли курирует разработку полевой радарной
станции. исполняет обязанности директора по науке группы противолодочных
операций, состоит консультантом при канцелярии военного министра.
В 1945 голу Шокли и Бретен возвращаются в Bell Telephone Laboratories, где
Шокли предлагают стать директором программы исследовании по физике твер-
дого тела. В его группу входят Бретен, а также Бардин. Дж. Бардин устроился на
работу в компанию Bell Telephone Laboratories в 1945-м, сразу после окончания
Второй мировой воины, имея за плечами солидный опыт исследователя.
И группа возобновляет прерванные войной исследования полупроводников.
Мы уже знакомы с полупроводниками р- и n-типа, а также знаем, что такое
р-п-персход. Конечно! Это же полупроводниковые диоды!» — скажете вы и
будете совершенно правы. В 1940-х гг. научились изготавливать серийно впол-
не работоспособные р-п-псреходы. Однако напомним также, что полупровод-
никовые диоды ни умеют усиливать электрические сигналы. А получившие в те
голы мощный толчок радиолокационная и вычислительная техника требовали
новых эл с мен гон. В радиолокации требовались мощные источники высокочас-1
пн нои энергии, в вычислительной же технике возникла необходимость замены
краппе ненадежных мно1очлсленных электронных ламп на нечто более ком-1
на кт I! ос и надежное, менее прожорливое Задача стояла одна — крайне важно
Н*| 1рИЧС< fr ИХ 1ОК<Ш, I I'
1П ЛИ И ИоТ‘Э1ШП< >Н1
pa ip.iooi.iih мшимвбари шып элемент посредством которого можно управлять
С п<»мпиило маленьких hiip.il эисриш большими порциями анергии Проше го-
воря хотелось получить крохотып усилшель
Нсльш (.каши». чго до b.ip?iiin<i с Присном люди не задумывались и полу#
11|ЮВ1)Д1Н1К<НИ..1Х VI ИЛШ' ЧЬИЫХ элемент. 11срния попьнки сомынни такого эле-
мены (шшсикя к 1925 юду к<идл профессор Ленииинкон» yiiiiitcpcincra
|() нпг !,п шшк|»с п.д. правили опыты с сульфидом мели, ындал гащш успл mi ель
U rjj/.e JJIMH-Itioiij 1 mi В койне 1‘>Шх н немгпнв физики Р. Хилым н
Г. .
явится прибор усиления »
П joijpc 1ГНПНХ помучилось И<- гак
Прок-...
ф |М О< ькн Я <М юм
IV4HO chkin ДО(. кшнием истории
'•У” J именно II 191И 39 к аМ^тяншо ис фишки, ыпрулиикИ
УАС р Т . b oluM.’/l iboiaiotic» Алан Х«> Ы* п и Вильям Шокли, учишваи иг
Ф,фММ ' , НГЛШСС1ЖННЩОИ. пробовали Л’М’ИЧЬ ус ишнглымио и|фкп
уд,ЭННЫЙ <"1Ы1 получин. М1М<ЧВ1Ш<- ыиимншышшя УИЫМ1Ы1
другим нуим
физики Р. XlUII.IIJ II
» Ilo II. Троши НИЮ шчдсл<»|ыии уже бромид 1.»нии, В pejy/iLi.ric также и<Г
.............................................................. “ чю io по тех них
приборы I! MtK'ClinoM
„'„и.лвгж: <ж.11.1'|.и1, . |<>Л1к> " '> л" <.нн MtciafiiMMH!».
и jokpCHHinH ученых Ш? ПЯШПИ применения И (ni.flollO
7V0
История rexfuтчесгих изобретений
контактов, на которые оказывалась давление кварцевым кристаллом Шокли
мкже пытался напоешь кремнии и |ермании на изолированные пластины и
управлять электрическим током посредством создания рядом с пластинами
электрического поля, Сейчас это называется полевым зракзмезором. В таком
приборе электрическое поле, вызванное напряжением, приложенным к полу-
проводнику. должно влиять на движение электронов внутри полупроводника.
Увы, на тот момент исследователя ждала неудача.
Подключившийся к опытам молодой сотрудник Дж Бардин после детально-
го изучения опытов Шокли и Холдена понял причину их неудачи. Неудача кры-
лась в присутствии на поверхности полупроводника электрических зарядов, ко-
торые нс позволяли электрическому полю управлять током. Тут же Бардин
предложил новую идею: «А что, если взять точечный р-п-псреход, поместить
его на поверхность полупроводника, сместить в обратном направлении, то есть
закрыть полупроводниковый диод, и уже через точечный контакт управлять то-
ком?» Естественно, в зависимости от типа полупроводника (р пли л), а также от
смешения р-и-персхода точечного контакта управляющий сигнал и ток через
полупроводник должны иметь определенную полярность. Еще одно условие —
создание так называемого инверсионного слоя на поверхности полупроводника
который можно получить, помещая его в какой-нибудь электролит.
Сказано — сделано! Проверку идеи Бар-
дина начал У. Бретен. Ученый изготовил
пластину германия n-типа, на нес помес-
тил точечный р-и-переход, подключил
провода к питающему напряжению и по-
местил всю эту конструкцию в банку с
электролитом. Произошло чудо: прибор
оказался работоспособным! Он смог уси-
ливать переменные сигналы, впрочем, по-
ка низкочастотные.
Если бы ученые на этом установились,
то, и.шер ное, сейчас всю нашу электрон-
ную технику пришлось бы погружать в
банки с разведи иной поваренной солью.
По Бардин с Бретеном не остановились на
дош hi нутом и принялись гуз же изучать
ре iyjii.Hnы исследовании. Они обняружи
ли ин п ресный эффект — при определен
пых услоипях ЭЛСМрОЛИ! 110.1|р.111ЛИИаЛ
нрмиипсвую изатину, <»брп 1уя па се по-
Mi'pMiuiiii непроницаемый слои окисла.
По усиление uini.iia не irponaiaio, но
ному ученые ||(Н1ро6<Ш,|ЧИ «ПК.ИИН.СЯ О|
’'"'Mpo inы Они окис ниш icpMaiiiichyto и
l(1,Hart и <»ни1Ь получи in усн наше inn1
О| <" hrnkiimit ill И тгмпср.||\ ры
lain |ншно1||||11 < юрнри I, конин,ih 4. i । । vhpm.
. pi.in 4Л LI ученых, ЫКЛЮН ИСЯ В 1t»M, чт© уш «а*
I'- При IIIIIKTI HUH IO HHOI О коп I .U . . ,
|лк|л слои <н иг 11 пот ним разруши: i, i
(| Г» Виа lUMMfU и<|11иио
I р4<1
i-н инну,
( нонгнш
iiatitv in и i нес ю/кэгоп
прибора заниссяи также
Гruinn 6_____________________________________- - ---- J
nuruiT, коша кт npoeio соприкасался с полупрополником Для paGoihi прибора
нс ipc6on.vioet. fowiiiiiiH инверсионною слоя! Iuk вот нросю и неянсйливо,
блаюларя случайное i и, ученые совершили о|крытис.
Окрыленный pc jyjii.i.нлмн, Барлин jyi же р.ирабошл простой усилinель на
новом исмснгс, a bpcivn boujioihb сю в «жслсгс», точнее, в «германии*. Уси-
лите II.. IIOK.rUIIIHI.lh IUI рис 6 19, был слепли и i двух р н иергхолон в виде двух
метал шчсских >сиков, соприкасающихся с бруском ГСрМЯНИЯ. ’Гонкие усики ИЛ
Mci.ui'ia были па шаны кол ickio|him и эмиттером, a ipcniii kohitiki, пятнанный
базой. был С ВИ ын с пижнеи часпао ()ДОКЛ. Для упр.нин НИЯ гоком между эмит-
тером и кодлек юром осупкч т bum лось следуioin.ee пропуск.шея небольшой ток
Mt жду эмипером и блюй Ситная усинииллся в 100 раз, усиление происходило
НИ ЮИ, ДО верхней ip.tllltHM Жуковых частот
I ОИОрЯТ, ЧТО М11О1ИС IICIHH так И lie ПОЯВИЛИСЬ на свел только потому, что им
вовремя нс придумилн COOT вс те । нуюших нлиынии Может быть, поэтому уче-
ные срочно решили придуман, своему Ленину какое-нибудь благо тучное на-
звание. патан сю гранtнс торам (1т ansislor) Ih.itohuihiicc в то время безраздель-
ное нтлсгвовлнис электронных ламп наложило отпечаток на название, состав-
ленное и» двух слов: InmsconduciBncc (крунина) — основной параметр
тсктроннон лампы. характсризутошии ее усилительные свойства, и transresis-
Ктпсс (переходное сопротивление) — уже чисто полупроводниковый термин.
На ул и не ст оял де кабрь 194 7 года.
Наверняка Бардин и Бретен сразу поняли, что сделали потрясающее от-
крытие поэтому они не спит сразу сообщать о своем изобретении широкой
общественности И только первого июля 1948 года, через полгода после опи-
сываемых событий, на страницах газеты <• Нью-Йорк тайме» была опубликова-
на крохотная заметка о разработке электронного прибора на основе полупро-
водникового материала. способного заменить электронные лампы. Эта но-
вость потрясла умы ученых во веем мире!
А что было дальше? А дальше, в 1950 году, Бардин и Бретен получили па-
тент на изобретение транзистора, названного точечно-контактным Чуть позже,
в 1951 году, патент на плоскостной транзистор получил Вильям Шокли. Увидев
все недостатки точечно-контактного прибора, Шокли решил, что возможно
внести значительное улучшение, закрепив контакты на полупроводниках раз-
ного типа проводимости (n-тип и p-тип). Удачная конструкция Шокли была
выполнена наподобие бутерброда и состояла из тонкой пластинки p-типа, за-
крепленной между двумя «плюшками» п-тииа.
В сентябре 1951 года Bell Telephone laboratories провела научную конферен-
цию, ил которой впервые были заявлены перспективы применения транзисто-
ров В конференции участвовало более 300 ученых и инженеров. В рамках кон-
(Кренимы нс предполаг ;ьчось раскрывать технологию инсмоплсния транзисто-
ров, но компания сочла возможным нредос шши ь за 25000 долларов липсн нио
на произволе!во них приборов. И 26 компаний hi разных cip.ui мира полпи-
сали договора на прелое» явлен не лицензий. С реди эшх компании были км»
всемирно ИШСС1НЫС — General I leclnc, IBM и совершенно гогдм неизвестные»
например Texas Instruments.
202
Исюрии гсжничосжил изобрпгоним
В следующем юлу фирма Bell Telephone I ;i bora lunes вылустиза первый
tpan ши top, рис. 6.20. К сожалению, кила chic не умели технологически управ
лип» объемом примесей в полупроводнике, ио лому не получалось одинаковых
трап шсюрон с очень близкими параметрами. Janice того, не уливалось осуше-
спипь раннюю млею Шокли о создании трап лк юрт с управлением злектриче-
сжим ноасм, поскольку не удавалось хороню (нишам, полу проводник oi при-
месей Голько и зобрс генная П фаном в 195*1 юлу зонная очис1ка ляда щым.ож
коси, как слслус! очиньнь полупроводники <н примесей, а также равномерно
распределять в «еле i юл у про код ника
ОЧИС I КС. Гак Ч1О МОЖНО L4H l.llb |ОДОМ
сюров имение» 1954 юл
Геперь н ре легавые, какое ымеча-
lenuioe HicKiройное и vic-лис ока м-
лось в руках loia.uiiiinx paipaborni-
ков. I ран inc)op был iijmiGjim ill гсльно
и 40 pa । меньше элекгронной лампы,
при лом работа на юра зло более
высоких частотах, выделял зивчитсль
ио меньше тепла и потреблял очень
мало электроэнергии. Всего через юл
после iiobiuichiih транзистор», в
1949 г в США было произведено
10000 новых полупроводниковых
приборов, а уже через восемь лет —
29 млн штук В 1954 году фирмы Te-
xas Instruments. Atlas Guidance Com-
puter. Sony II ряд других объявши и о
начале массового производства тран-
зисторов. 14 апреля 1954 г. инженер
компании Texas Instruments Гордон
Тсая продемонстрировал специали-
стам действующий образец кремние-
вого транзистора, рис. 6.21. Компа-
ния Raytheon (США) стала произво-
дить массовые транзисторы для
octa ши меся примечи, нс полдаюшиися
начала массовою ирон «годеnui трап ш-
|’кс. 6,20. Пермыи ПР№ЧНО-К11ИГаКГНЫЙ ipjiunciop
• Koi I*. DhiiiiuuJiHLiH «Bell Labs*
для kUMMcp'ietfcoro Htnii п.шаання (1452)
Рис. 6.21. Так выглядели первые кремниевые
трлписторы. выпушенные компанией
•Texas Instruments» (1954)
слуховых аппаратов.
В мае 1954 года японская фирма Sony выпустила первый массовый япон
скип транзистор, а через год — полностью транзисторный радиоприемник,
рис 6 22, б, А самый первый транзисторный радиоприемник Regency TR-L
рис, 6.22, а, был и згоговлен фирмой «Industrial Development Engineer Associates*
18 оюября 1954 года Схема включала в себя четыре траншегора, изготовлен
пых Texas Inst липе nts. Увы, ла фирма нс смогла долго просуществовать из
рынке и очень быстро закрылась Так чго по праву первым массовым прием
ником можно счиннь разработку фирмы Sony
I с гее । пенно, чго новинкой заинтересовались военные и за кд шли фирме
BuHottjdis специальный трап шелорныи компькнер для управления запуском
«ьиинкз нческои ракезы Allas Компьютер а шик провися па 1955 юл, но нышеф
2V3
Глава 6
а)
Рис. 6.22. Первым в мире транзисторный радиоприемник -Regency TR-1* (И>54) (а) н транлкторпый
радиоприемник компании *Sonj 1 К-52- (1955) (б)
в производство только в 1957 году. Задержка была вызвана несовершенством
технологин производства транзисторов, из-за чего у разработчиков компьютера
происходили постоянные срывы намеченных планов.
О компьютерной технике мы еще поговорим, а пока оцепим эффект, полу»
ченный от применения этих полупроводниковых приборов в компьютерах. Ес-
ли учитывать, что ламповые ^компьютеры были похожи на гигантских монстров,
в которых то и дело происходили отказы, а изготавливались они по спецзака-
зам, то транзисторная эпоха открыла путь к созданию массовых компьютеров.
Конечно, сейчас примерно так же удивляют возможности микроэлектроники,
как тогда удивляли транзисторы в противовес электронным лампам. Например,
публицист Александр Ллрьяновский, путешествуя по США, делится впечатле-
ниями от увиденного красноречивого примера: «В музее аэронавтики увидел
чстырехметровую колонну, заполненную 1000000 транзисторами. Аккурат по-
средине се прикреплен малюсенький чип, содержащий как раз миллион таких
же транзисторов. Наглядно*.
В 1956 году троица известных ученых — Бретен, Бардин. Шокли — получа-
ют Нобелевскую премию по физике. «Транзистор во многом превосходит ра-
диолампы»* — отметил Е. Рудберг, член Шведской королевской академии на-
ук, при представлении лауреатов премии.
В конце XX века журнал «Таймс* составил список «великих* умов ушед
шего столетня В этот список, наряду с авиаторами братьями Райт, физикой
Альбертом Эйнштейном, философом Зигмундом Фреймом и создателем жидкост-
ной ракеты Робертом Гох1аром. попал Уильям Брэдфорд Шокли как изобрета-
тель транзистора. Вы спросите, почему в списках нет двух его коллег, без kotw
рых Шокли ничего не смог бы изобрести? Оказывается, при составлении спис-
ка журналисты «Таймс* были поставлены в жесткие условия выбора одной
человека из ряда тех кто занимался одной и той же проблемой. Вероятнее вес
го потому, что массовое распространение получил все же плоскостной транш
стор. а не точечный
204
История технических изобретений
Как сложилась дальнейшая судьба изобретателей транзистора? Вполне благо-
получно! Все они прожили долгую, насыщенную и интересную жизнь, В 195! го-
ду Бардин ушел из Bell Telephone Laboratories, приняв предложение занять долж-
ность профессора Иллинойского университета. В стенах университета он отошел
от исследования полупроводников и вернулся к своей довоенной тематике —
изучению свойств сверхпроводимости материалов при низких температурах. Ис-
следования оказались успешными, и в 1972 году он получил вторую Нобелев-
скую премию по физике за «создание теории сверхпроводимости». Бардин ра-
ботал в Иллинойском университете до 1975 гола, когда и вышел в отставку.
Уход Бардина спровоцировал и уход Шокли в 1951 году. После ухода Шок-
ли сразу создал собственную полупроводниковую корпорацию по разработке и
производству полупроводниковых устройств. Это была первая «полупроводни
ковая» компания в том месте, что теперь зовется «Кремниевой Долиной» (<-Sili«
con Valley»), Увы, блестящий ученый Шокли оказался неважным коммерсан-
том, но некоторые из его служащих — Боб Нойс, Гордой Мур и шесть менее из-
вестных — более расторопными. Они ушли из компании Шокли, чтобы
впоследствии основать известную компанию «Intel». Компания «Clevjtc Transis-
tor» скупила бизнес Шокли в 1960-м. Он стал консультантом в новой фирме,
В конечном итоге компания закрылась в 1969-м.
В 1963 году Шокли назначается первым профессором инженерных и при-
кладных наук Стенфордского университета, где преподавал до выхода в отстав-
ку в 1975 году.
Самым стойким оказался Бретен — он проработал в Bell Telephone Labora-
tory's до 1967 года, после чего, выйдя в отставку, стал скромным учителем фи-
зики в Уайтмен-колледже.
Как происходило развитие транзисторной техники у нас в стране? Вот не-
сколько фактов из отечественного транзисторостроен ия. Оказывается. Совет-
ский Союз в то время практически не отставал от США по уровню своих ис-
следований. Автором первого отечественного транзистора стал Александр
Викторович Красилов, работавший в московском НИИ-160. Его точечный
транзистор, появившийся на свет в феврале 1949 года, был вполне работо-
способным, но стабильно работал не более
часа, требуя дополнительной регулировки.
Далее, в 1953 году, по инициативе Александра
Ивановича Шохина в СССР создали первый
научный центр полупроводникового профиля
(НИИ-35). В лаборатории НИИ-35 Сусанной
Гукасовпой Малоян, ученицей Красилова, был
получен первый сплавный (плоскостной) гер-
Рис. 6.23. Так выглядит первый
отечественный гц<кь<п.гпоЙ
транзистор П I
маинсвый транзистор (рис. 6.23).
Это, как вы понимаете, уже история. Основные усилия всех фирм сегодня
направлены на уменьшение размеров транзисторов. Современные «высокие
технологии», шли «хай-тек*, появляются в этой области так быстро, что езва
успевают сменять друг друга. Задуманное воплощается с фантастической быст-
ротой' Но это — высокие технологии, создающие базу будущему. Мы же пока
г «уд е м ос т 1 и вать то. что досту пно нам сего дня.
205
Глава 6
5сли возьмем в руки современный биполярный транзистор в металлическом
корпусе и отпилим защитный колпачок, то увидим внутри блестящую пластин-
ку, от которой отходят в разные стороны два вывода. Пластинка прикреплена
нижней стороной к третьему выводу Понять по виду конструкции, как работает
ip.ni.uicгор, нам нс удастся, поэтому нс будем терять времени на разглядывание
внутрен ноете и этого электронною чуда, а сразу обратим внимание на
рис. Ь.24. и. который схематически представляет устройство транзистора.
I т , <',.'4, Осиомм piiOniw tpiuniu ицш
М.ыспькач Ht.u iHHKj — no «1 ами\ pi ср*, ы кюором ро’и» «мяса» выполняет
ни । ь нрово UIMOC1 и pinna, a «xivoiibie кр.ышки* пре дс t .поены обяас!ямп
Hi ина. Верхний выпот нл пинается коллектором, средний — база нижнпи —
»мнпср. 1лк ycipooii оипотярнын ipaiiinciop 11-р-п мша, iiokiiiuinii.ui схемати-
чески на рис 6 24. г Имеется еще «зеркальное шражение», называемое тран-
ше юром р-п-р гипа. «laxtoxpicp наоборот», в котором дне «мясные» крышки
зажимают «клебную прослойку» - вывод базы подключен к средней области
1ыипа. а боковые области р-тинп составляют коллектор и эмиттер. Схематиче-
ское обозначение этого транзистора показано на рис 6.24, г. Мы нс будем по-
дробно описывать работу р-п-р транзистора, так как опа аналогична работе его
п-р-п собрата за исключением того, чю происходит при обратной полярности
питающих напряжений.
Еще раз внимательно посмотрим на рис. 6.24, и и в. В первом приближении
мы будем считать, что транзистор состоит из двух р-п-псреходов, то сеть как
бы из двух диодов. Нетрудно заметши, что при таком подключении источни-
ков питания Е1 и Е2 нижний р-п-переход окажется смещенным в прямом на-
правлении, а верхний — в обратном. Через нижний (эмиттерный) переход те-
чет ток. рождаемый источником EI — это ток базы (/6), через верхний (коллек-
торный) переход ток течь не должен, так как этот переход закрыт. Делаем
вывод: ток базы (i(/) должен быть равен току эмиттера (/,), а ток коллектора UJ
в такой схеме — просто отсутствовать Вывод окажется совершенно п ранил ь-
206
История технических изобретений
ным, если мы возьмем два обычных диода и соединим их так, как показано на
рис. 6.24, в. Но в том и заключается замечательное свойство транзистора, что
он ведет себя совершенно по-другому!
Действительно, тока через переход «коллектор-база» нс будет, но появится
неожиданный ток по цепи «коллектор-эмиттер», словно коллектор соединится
с эмитгером через небольшое сопротивление. Этот ток, называемый током кол-
лек гора (/J, вызван источником Е2, А гок эмиттера будет представлять собой
сумму коллекторного и базового токов:
G = + 1\ ♦
Но но cine нс пес! Мы уже говорили о том, что транзистор может усиливать
чекIрнческис си! налы. Выходит, чго внутри пего есть какой-тр источник
• iicpiini? Никаких источников внутри транзистора пег — эту роль выполняет
пеючинк I .?. Допустим, чю напряжение I I равно нулю Тогда состояние тран-
пк юра называют шкрыплм — пег тока базы, пег и юка коллектора. Напряже-
ние между кол чек юром п >мипером равно напряжению питвния. Как юлько
мы пс ьчнм юк в ба iy. граншеюр откроется — сопротивление между коллск-
юром и >мн11сром ciaiiei мачсньким. Гок в цени с иг гопником I 2 буле г опрс-
kiiihca соирот пилением резистора Ни, а напряжение • коллектор->минер*
! iiici почти равным нулю. А можно гп но напряжение сделан., например,
IBHHM половине напряжения низания? Можно! 1очько осторожно .lioGoit
(ипютярпыИ ipaiiiiiciop имеет очень важный параметр, на гыпасмыи ко >ффинн-
сшом усиления но юку (обо нычасмос в справочниках как /ь,). Замечательное
emmciBO ною параметра соеюиг в во imoahocih p.iccnniair. юк коллектора
/\ - лч /rf.
Выстанчяя с помощью источника El cooiiiviciHyioiiuiii баювыи чок, можно
узнан., какой коллекторный юк будет течь через ч ран тис юр. Разделив поло-
винное напряжение источники Е2 на полученный гок коллектора. мы можем
вычисти 1 в conpoiпиление резистора Rh для получения между коллектором и
ими пером напряжения 0,5 от Е2.
Ко д|)(|)11ццеит усиления (другое название — статический коэффициент пе-
редачи юка) приводится в справочниках по транзисторам в качестве одного из
основных параметров. Величина этого коэффициента для разных типов тран-
зисторов колеблется от десяти до нескольких тысяч. К сожалению, точную ве-
тчину коэффициента усиления транзистора указать невозможно. Она зависит
от многих параметров (скажем, температуры окружающей среды) и вдобавок
имеет технологический разброс. В справочниках указываются лишь возможные
границы, за которые этот параметр выйти не может. Например, чрезвычайно
популярный у радиолюбителей транзистор КТ315Г имеет 1оэффициснг усиле-
ния в пределах 50...350. а транзистор KT3I5I1 вообще нормируется так: «нс ме-
нее 30». Чго же делать? Ведь в зависимости от разных факторов характеристи
ки простейшего усилителя на биполярном тран- В
з и сюре также будут «плавать», ЯА
Рис. 6.25. Кремниевый трзиэистор KT3I5 структуры п-р-п
207
Глзпа 6 _________________________________________— -———————- Д
Нс спш г огорчаться* Разработаны ciicunii'ibiibic схемы, в которых вместе с
трлн шпором иключаьнся несколько сгабшш шрующих ею рабюу )лемспн)|»,
)|И меры н пошо 1ЯЮ1 с ic.iaib рабоп ip.m iiicropiioiо усплпгеля весьма надеж
ной 11о мы поюморим об ainx под in мшических мерах чх и. попке, .1 пока про
должны рлссмл1рнван> транше гор «и чистом виде*
i ош вы помните, по тупронндниконип диод включает тебя пара линую ем.
коси., которая в ряде случаен исполыуегся ио бланк но чаше всею мешаем нор-
м.ыыюй работе В биполярном траншеюре южеещь ни ^барьерные» емкости.
Величина их небо цанач, и се ти мы будем менян» гок 6aii»i с низкой членной,
то их влнчния не ио» iy вс i всем. A hoi. ес ли нам hoi ребус геи ус и пип. высоко’ыс-
ютныс спим 1Ы. зги паразитные koi цене а юры соси ужа г недобрую службу Они
ПОННИ1ГКО 'ффпннсн! yen тения транзистора, да так, что при определенной час-
тою он вообще HoiepMcr свои ус н.п и ел иные своиенш. Полому вводят еще один
важный параметр iраиичцую чаенму усиления ipainnciopa. Граничная частота
йокиц.1няег. на какой частоте коэффициент усиления потеряет 30% своего зна-
чения. Создавая электронный прибор, необходимо всегда обращаю внимание
на этот параметр. Пригодится он и при подборе замены
Не белраничны возможности транзисторов. связанные с максимальными
токами и с максимальными напряжениями. Любой транзистор имеет максима-
льно допустимое напряжение * коллектор-эм и пер» и максимально допустимый ток
коллектора. Диапазон этих величин очень широкий - встречаются приборы с
максимальными токами в единицы миллиампер и максимальными напряжени-
ями в единицы вольт, а есть предназначенные для работы с токами в десятки
ампер при напряжении свыше I кВ’
Очень важно обратить внимание также на энергетические возможности
транзисторов — на допустимую мощность рассеяния. Поскольку, как мы успели
убедиться, транзистор - это регулируемое сопротивление, на нем выделяется
активная мощность в виде тепла. Мощные транзисторы имеют специальные
корпуса, предназначенные для установки их на радиаторы, маломощным такие
корпуса нс нужны
Чю произойдет при перегреве транзистора? Он просто расплавится и станет
неуправляемым проводником. В этом случае готовьте мусорное ведро!
Но вернемся к вопросам работы трап зиснэра в электронных схемах. Мы нау-
чились им уиравтягь, задавать напряжение между коллектором и эмиттером в
диапазоне мигающего напряжения Е2. А что, если продолжигь увеличение базо-
вою тока в момент, когда напряжение между коллектором и эмиттером достиг-
нет своего минимального значения'' ’Гок коллектора продолжит расти? Ничуть
нс бывало! Продолжи г расш только ток эмиттера за счег битового тока, но ток
коллектора останется прежним. Это состояние транзистора называется состоя-
нием насыщения и широко непользуется в гак называемых ключевых схемах.
Чуть выше мы скатали, что напряжение «коллектор-змн пер* в состоянии
насыщения почти равно нулю. Почти — значит, нс полностью. А на сколько?
Это напряжение нормируется в справочниках и называется напряжением насы-
щения « коллекюр-э.ми тгер». С го типовое значение: 0,4 1,2 В
Вообще у любого транзистора нормируется довольно много параметров,
свя мнных с его нсаддсальностью. Один из таких пара»метр<ш обратный ток
208
Г пи 6.26. ОйршимП |()K KOJI.ick i<ip;i
I'iic. 6.27. Плчм iLiiuih ток Ko.ucKropii (/*,*)
ко i.'ichiop;i (/|<i,o>- Индекс ♦ К!>()-• расшифровывается очень просто — ток меж
ду коллектором и би юн при открытом (неподключенном) эм и перс (рис 6.26, а
и б) Связано явление с тем, ч ю даже запертый диод, образующий переход «ба-
за-коллектор» все равно проводи! небольшой ток. Значение обратного тока
невелико: для маломощных германиевых транзисторов оно оставляет порядка
10. .50 мкА. а у кремниевых — менее мкА! Но этот ток обладает интересным
свойством — он увеличивается в два раза при повышенны температуры крис-
талла на каждые 10 градусов Цельсия
Есть еше один параметр, очень похожий на предыдущий, — это начальный
коллекторный ток (/‘юкГ Измеряется начальный ток коллектора, как показано
на рш 6.27. а и б. Казалось бы, включение транзистора почти такое же. как и
на рис 6.26. — переход «база-эмиттер» закрыт и закорочен, ток идет через пе-
реход «база-коллектор».. Однако начальный коллекторный ток больше обрат-
ней > тока коллектора и может быть определен из соотношения:
Ц’ЗА = ( 2 + 5) I\бо .
Если в только что рассмотренной схеме «оторвать* вывод базы, начальный
коллекторный ток изменится и станет остаточным током коллектора (/к то) Ка-
кова будет величина этого тока? Станет в точности равной /к со? Гак бы и бы-
ло. если бы транзистор в чистом виде представ.’!ил собой соединение двух дио-
дов Но на самом деле, благодаря усилительным свойствам трапшегора. обрат-
ный ток коллектора вызывает остаточный ток коллектора в соответствии с
формулой:
1KJO ~ (^21 + 0 ' Ц/,0
Обрати те внимание: остаточный ток коллектора получается шачительным у
тех union транзисторов, которые имеют большой обрашый ток коллектора или
большой козффнннент усиления. Вы спросите, зачем нужны радиолюбителю
ни сведения? Вот пример. Германиевые транзисторы, работающие при бодь-
1ПИХ шаченил.х напряжения «коллектор-эмиттер», опасно при отладке схемы
ociaiviMib включенными нс полностью, — с «высятим* выводом базы. Обрат-
ные юки вызывают разогрев коллекторного перехода, увеличивается обратный
ток коллектора, растет остаточный юк коллектора. Переход еще больше греет-
ся, еше более увеличиваются токи. Лавинно нарастающий ток может вывести
транзистор из строя.
Глава 6
Это замечание относится в основном к германиевым транзисторам и в ме-
ньшей степени — к кремниевым, имеющим значительно меньшие обратные
токи. Однако не следует пренебрегать мерами предосторожности, особенно в
работе с мощными схемами.
В заключение этого первого знакомства проведем ешс одно интересное ис-
следование транзистора, включенного по схеме рис. 6.24, а. Сопротивление на-
грузки будем считать очень маленьким. Сначала мы возьмем германиевый
транзистор и будем регулировать напряжение EI, поддерживая постоянным на-
пряжение Е2 То, что мы получим, показано на рис. 6.28, а. Эта характеристи-
ка называется входной характеристикой биполярного тран шетора. 11с правда
ли, она очень похожа на вольт-амперную характеристику полупроводникового
диода? Так оно и есть — переход «•база-эмиттер» представляет собой прямое ме-
шенный полупроводниковый диод. Еще одно интересное наблюдение: при раз-
ных напряжениях между коллектором и эмиттером мы получим входные харак-
теристики, немного отличающиеся друг от друга. На практике это различие не
учитывают.
Гакне же характеристики для кремниевого транзистора представлены на
рис 6.28, б. Анализируя этот рисунок, можно сказать, что в практических
схемах нельзя iipenbiuiaib напряжение «база-эмиттер» определенного значения
(не очень высокого), в противном случае транзистор сгорит. Например, для
транзистора КТ315 предельное постоянное напряжение «база-эмитгер* составля-
ет 5 В.
Рис. 6.28. Входные хзракцрнсшки бшюлмриоп» тран niviopa
Зачем нужны входные характеристики? Вспомним закон Ома, который усга*
1КВЛ11влст линейную зависимость между током и напряжением при постоянном
conpuiпилении. А переход «база-эмигтср» обладает не.ниичииктыо, то есть сю
coiipoi падение меняется в зависимости о г тока, проходящего через переход.
Вывести в данном случае какую-то формулу сложно, полому ио графику легче
найти, во-первых ток через переход при приложении к нему напряжения, а
во-вторых вычислить сопротивление перехода при любом токе. Эго сопротив-
ление больше известно как входное сопротивление транзистора. Достаточно за
мерить напряжение «база-эмиттер» и, поднявшись с гори юнтальной оси графи
ка до пересечения с характеристикой, пзглянут*ь на вертикальную ось. Входное
210
История технических изобретений
сопротивление может быть определено для постоянного и переменного входных
сигналов. Как это делается, мы здесь нс рассказываем. Просто запомните, что
такая возможность есть.
Давайте несколько перестроим условия исследования, а именно, будем
устанавливать на фиксированном уровне ток базы, а напряжение «коллек*
тор-эмиттер» — '«прогонять» от нуля до максимального значения. При этом
нам надо измерять ток коллектора. Естественно, устанавливая токи базы с
определенным шагом, мы получим несколько групп данных, которые для удоб-
ства нанесем на один и тот же график. У нас получится рис. 6.29 — этот гра-
фик называется семейством выходных характеристик биполярного транзистора.
Интересной особенностью выходных характеристик являются очень быстрое
возрастание коллекторного тока при малых значениях напряжения «коллек-
тор-эмиттер» (нс более 0,4...0.8 В) и дальнейшая независимость от напряжения
«коллектор-эмиттер» (характеристики «идут» почти горизонтально). В зоне, где
характеристики проходят горизонтально, добиться увеличения тока коллектора
возможно только с помощью увеличения базового тока! Горизонтальная «полоч-
ка» будет «плавать» при изменении тока базы.
Рис. 6.29. Семейство выходных характеристик би под яркого транзистора К1315Г
Для чего нужны выходные характеристики? Во-первых, они позволяют
установить связь между током базы, током коллектора и напряжением «кол-
лектор-эмиттер» Во-вторых, поскольку выходное сопротивление транзистора
тоже нелинейно, его возможно найти только по графику. И, в-третьих, эти ха-
ракгерпстикн просто незаменимы при проектировании на основе транзисторов
}енлн 1 слей электрических сигналов
Иногда случаются ситуации, когда необходимо очень простым способом
увеличить коэффициент усиления биполярного транзистора. В этом слумие
применяется схема, называемая составным транзистором или схемой Дарлингто-
на Схема составных транзисторов, выпускаемых в одном корпусе, показана на
рис. 6.30, а (резисторы позволяют ускорить переключение при работе в ключе
вох1 режиме).
XH.i.'ioiмчные схемы мснуг выполняться и из дискретных элементов. Ирак.
Пикоки то дв\хкаскдтыи усн.чтель. Общий коэффициент усиления у нею
находикя hi проц звстения коэффициентов (/ц,) обоих транзисторов:
/ф /к'/2. <
И аос инком схемы Дарлингтона является инерционное! ь, из-за чею нсвоз-
МО> НО се использовать на высоких частотах Поэтому такие схемы применяют
до частот не больше 100 кГц.
Рис. б.30. Сцпктдра составного биполярного транзистора:
а, б — но схеме Дарлингтона (КТ829 и КТ972); в — из трех транзисторов;
г — «цифровой* транзистор
Реже применяется схема, составленная из грех транзисторов, рис. 6.30, б. На-
ходят применение и так называемые цифровые транзисторы. Они специально
предназначены для управления ог логических микросхем (с которыми вы позна-
комитесь позже) и работаю! в ключевом режиме. Ог обычных транзисторов мо-
гут отличат 1>ся наличием внутри корпуса резисторов в цени баз1>1, рис. 6.30, ?, или
пониженным пороговым уровнем переключения (для полевых ipaiunciopon)
Виды полевых транзисторов и их отличия
Открытия приходят лишь к тем.
кто подготовлен к их пониманию
JI. Пастер
: полевой цветок, который растет на пригороД-
Так называют
Исюрия fOxmvti :ских изо()рС1 >опии
пением полевой технологии.
, что позволяет выполнять многие усгрои-
сгва с высоким КПД. Начинающему радиолюбителю обязательно нужно позна-
комиться с основными вилами полевых транзисторов, чтобы в дальнейшем сме-
ло применять их в своих конструкциях.
названиями.
реходом имеет принципиальные отличия от МДП транзистора (металл
т р и к • _____________________________
Итак, обратите внимание на рис. 6.31, на котором приведены названия ти-
пов полевых транзисторов. Наверняка эта схема пестрит незнакомыми для вас
Давайте разбираться! Полевой транзистор с управляющим р-п-пс-
[—диэлек-
—проводник), показанные на рис. 6.32, а и б. У первого вида транзисторов
все электроды подключены непосредственно к областям р и п типов, у второго
вида транзисторов управляющий электрод («затвор») изолирован от кристалла
очень тонким слоем окисла — толщиной, измеряемой в нанометрах. Некото-
рые МДП транзисторы имеют вывод, называемый «подложка». Подложка —
это технологическое основание, на котором размещается транзисторный крис-
талл. Она иногда используется в электронных схемах независимо, но чаше все-
го подключается к одному из выходных электродов.
Гис. 6.3 L Классификация нолевых 7райшетороц
отличие полевого транзистора от биполярного отражено
л rm/111 « thh' к' м х« 1 .. . х -% r
•Hill
стоки (С) и истока (II) Сразу запомнит
название затвора (3), выход-
что сгок — это электрод. по
2ГЗ
Гпава 6
Исто* Затвор Сто*
а)
Рис. 6.32. Устройство полевых транзисторов:
a — с управляющим р-п переходом, б — МДП (металл—диэлектрик—проводник)
которому заряды стекают в транзистор, а по истоковому электроду заряды выте-
кают из транзистора. Если мы представим прибор как пластиковую бутылку со
вставленной сверху воронкой и отверстием внизу, то воронка станет стоком, а
отверстие — истоком. Четвертый электрод — подложка (П), как мы уже сказа-
ли. используется в самостоятельном включении редко, так что более к нем нс
вернемся в рамках этой книги. Только по направлению стрелки подложки смо-
жем судить, какой транзистор изображен, — с каналом п- или р-типа.
Особым классом МДП транзисторов являются транзисторы MOSFET
(рис. 6.33. д и //), изобретенные в 1969 г. японским ученым Ж. Нишндзавой.
Транзисторы MOSFET используются в основном в мощной силовой технике,
они могут пропускать через себя токи в десятки и сотни ампер. Подложка в
таких транзисторах уже на этапе изготовления соединяется с одним из сило-
вых электродов, и в дальнейшем «отрыв» невозможен. Другая особенность
MOSFET-транзистора — наличие внугреннсго диода, который также образует-
ся на этапе изготовления.
Еще один интересный вид полевого транзистора — двух затворный (каскод
ный), рис. 6.33, к. Каскоднын транзистор используется во входных цепях про
фессиональнои радиоприемной аппаратуры или в устройствах i
частоты. Отечественных
КП350 и КП306.
транзисторов этого класса нс так
много, нап
а) п-канал б) р-канал в) МДП п-канал г) МДП п-канал д) MOSFET
индуцированный п-канал
е) МДП р-канал
встроенный
ж) МДП р-канал
индуцированный
и) MOSFET
р-канал
к) МДП двухэатворный
’каскодный’
Рис. 6.33. Условное обошачение полевых транзисторов рашых типов
214
Истории технических изобретений
Глашшя особенность любого нолевого гран шстора — отсутствие нрямосме-
щснных р-п-переходов. Ток через затвор транзистора не течет, а управление
осуществляется напряжением, прикладываемым между затвором и одним из
силовых электродов. Отсюда следует важный вывод — входное сопротивление
полевого транзистора велико и может доходи гь до значений К)14 Ом! Давайте
вместе исследуем такие транзисторы, воспользовавшись нашим классическим
набором, — резисторами, регулируемыми источниками напряжения и прибо-
рами, измеряющими ток и напряжение. Дли начала нашим экспериментам бу-
дут подвергнуты полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом.
Взгляните на рис. 6.34, а и б. В обоих случаях источник EI включен так,
что управляющий р-п-персход «подперт» этим напряжением (стрелка в услов-
ном обозначении транзистора «смотрит» против возможного направления то-
ка). Установим напряжение на источнике EI, равным нулю. Как вы думаете,
будет ли в этом случае ток в выходной цепи, называемый током стока (/г)? Ис-
следуя биполярный транзистор, мы бы сказали, что тока в выходной цепи не
будет. А вот здесь ток имеется! Более того, он — максимален и при увеличе-
нии напряжения источника EI начнет падать. Этот ток в справочниках назы-
вается начальннм током стока (ieti). Начальный ток стока определяется при
конкретном напряжении «сток-исток» (Ucu), например, при 10 В. Разделив на-
пряжение «сток-исток» на начальный ток стока, мы получим сопротивление
капала транзистора в открытом состоянии
Исследования показывают, что полевой транзистор ведет себя именно как
активное сопротивление, регулируемое со стороны затвора:
Выбрав на рис. 6.34 сопротивление нагрузки, равным Rtu и, мы теоретиче-
ски получим напряжение «сток-исток», равным половине напряжения Е2.
К сожалению, начальный ток стока никто не нормирует четко из-за технологи-
ческой погрешности изготовления. Этот ток может для одного типа транзисто-
ра отличаться в пять раз.
Теперь мы будем увеличивать напряжение Е1. и, как было сказано выше,
ток стока начнет падать. До каких пределов? До практически полного исчез-
новения, которое произойдет при определенном значении напряжения Е1, на-
зываемого напряжением отсечки (C/w). Напряжение отсечки у разных полевых
Рис. 6.34. Основы работы полевого тра.пистора с управляющим р-n-переходом:
о р-канального; б — п-канального
215
Глава 6 ___________________________——___________________________________-Я
транзисторов - разное. Оно колеблется oi 0,3 до 7 В и может более чем и три
раза отличаться даже у одного типа транзистора. Дальнейшее увеличение на-
пряжения Е1 бессмысленно и даже опасно. Бессмысленно потому, что не при-
водит ни к каким эффектам, и опасно потому, что при достижении предельного
напряжения «затвор-исток» пробьется затвор и транзистор выйдет из строя
Кстати, нельзя также превышать параметр, называемый предельное напряжение
•сток-исток».
Транзистор с управляющим р-п-пере\одом нс допускает «переворота» управ-
ляющего напряжения, так как в таком случае управляющий переход откроется и
может выйти из строя Этою недостатка лишены МДП транзисторы, которые
топу екают работх при любой полярности напряжения * затвор-исток». Раз уж мы
начади разговор об МДП транзисторах, возьмем экспериментальные образцы
со вс троенным канатом и установим их в схему рис. 6.34. Мы получим точно
гак\ю же картину при регулировке напряжения El: и начальным ток стока бу-
дет, и напряжение отсечки. А если мы перевернем полярность этого источни-
ка, то нс только не нарушим работу транзистора, но даже сможем ожидать не-
большого увеличения тока стока.
Иначе ведут себя в таком включении МДП транзисторы с индуцированным
каналом, к которым относятся и MOSTET транзисторы. При нулевом значе-
нии напряжения Е1 транзистор закрыт и ток стока отсутствует. С увеличением
напряжения — при значении, называемом пороговым напряжением, — транзи-
стор открывается и проводит ток Соответственно падает его сопротивление
«сток-исток». Это сопротивление не может стать бесконечно малым Измене-
ние полярности при управлении МДП транзистором с индуцированным кана-
лом не приводит к каким-либо эффектам — транзистор остается закрытым
Дтя МДП транзисторов предельные значения напряжений «затвор-исток» со-
ставляют ±30 В.
Особенности поведения разных полевых транзисторов обобщены на рис. 6.35.
А теперь мы поговорим о полевом транзисторе как об усилительном эле-
менте. Помните, для биполярного транзистора мы снимали входную характе-
ристику? Здесь делать эту работу бессмысленно — затвор «полевика» обладает
большим сопротивлением, и, за исключением небольшого тока утечки затвора,
возникающего из-за не идеальности обратносмещенных р-п-переходон и диэ-
лектриков, никаких других токов пет Следовательно — нечего и измерять
кроме этого тока утечки.
Намного интереснее так называемая проходная характеристика полевого тран-
зистора, показывающая зависимость тока стока от напряжения «загвор-исток».
Проходные характеристики мы наблюдаем на обобщенном графике рис. 6.35.
Давайте выберем из всего многообразия проходных характерисз ик ту, которая
построена для транзистора с управляющим р-п-переходом и каналом п-тнпа
(рис 6.36), и зададимся двумя промежуточными значениями напряжения
«затвор-исток» Очевидно, мы получим при этих напряжениях разные токи
стока. А теперь представим, что у нас имеется несколько разных нолевых тран-
зисторов, у которых мы, устанавливая поочередно одинаковые пары напряже-
нии «загвор-исток», снимем токи стока. Окажется, что у одного транзистора
ли токи отличаются, например, в два раза, а у второю — в пять раз. ’Это озна
2Т6
Истории технических изобретений
Рис. 6.35. Характер изменения юка у полевых транзисторов разных типов в зависимости от
управляющего напряжения на затворе
Рис, 6.36, Определение крутизны полевого транзистора
част, изо трапзпеторы обладают разной крутизной. то есть по-разному реагиру*
ки на изменение напряжения «затвор-исток»:
Kpsuiuia (S) iHMcpJii ic>i и А В («амперы на воды«), иди u сименсах. Си»
мене ло величина, обратная оме. на пинаемая »irKipipieckon проводимоеiLKl
принципе, можно иьгю иы хараюерн ювагь усидительные свойства rpaiini-
сюра, как но ни оранно, в омах, но оказалось, чю сименс - более хдоГнпи
величина. ' '
Круги ша ikVicBoio ip.m икгора величина пепосюянная Она записи г как. m
HAHOIOIHH ИЧОЮ1С1СННЧ приоора, гак и положения напряжении « iaiнор-ниок»
на ирохоиюц характеристике, и oi температуры. В справочниках ирнводягеч
уср< теннис - наиболее типичные - шипения крупицы Кстати, для одного
и юю же ipaii uiciopa icxiio 101 ичсскач Kpyinjiia может отличаться в ipn и бо-
лее р.п. Например, ini популярною траншетора КНЗОЗА (с управляющим
р-п переходом и каналом пяипа) при icMiicpaiypc 1-25 'С крунтша cociaivnicr
I...4 м \/В, С росюм 1смиера1\ры кр\ли ша натает.
Ijhc. 6.37. Выходные характеристики полевого
. транзистора
Последний эксперимент, который
стоит проделать с полевым трап ihcto-
ром, — получить семейство сто вы-
ходных характеристик. Аналогично
биполярному транзистору мы сделаем
сонpoiимение нагрузки RH очень ма-
леньким, будем устанавливать напря-
жение Е1 от нулевого до значения от-
сечки с определенным интервалом и,
«прогоняя* при каждой установке EI
напряжение Е2, измерять ток стока.
В результате получим картину, пока-
занную на рис. 6.37. Очень похоже на
выходные характеристики биполяр-
ного транзистора, не правда ли?
Что еще придумали для усиления сигналов
Работайте, работайте — а понимание придет потом
Жан Даламбер
чистор со статической
индукцией (БСИТ, Bipolar Static Induction Transistor) и
с изолированным затвором (IGB1, Insulated Gate Bipola
Transistor) Первый находит применение в схемах моиюыл ----------------
НЫХ усилителей низкой чистоты (УНЧ), а второй - л силовой
X: Ч.о отличзс. их or ^ассичсских би полярных и полевых
ИГЛК БСИТ Он появился на волне создания мошных МДП рс (кР
/MOSPET В 1%4 голу американец Нолз Зулиг и фрзнпуг Жикель
, J, сгатьи, вторых оппегаи ............ прибор, создай.гем.....
Ис i орич iехничоских и.'юбрдкюий
1СЧно'1О1 ин 0111.|р<111111н;|||ця» полевых границ-lopoii, Зулш питал Свою рлзрл-
(нпку мн<покш1;|лы1ым нолевым трлн ни-юром, в Геншер ।рплпстором. В ‘до
прсмя американская фирма 1\СА совместно с министерш вом военно-морских
cll,i CIIIA провопили работ по созданию мошною полевою iран niciорд,
ппропем, не увенчавшиеся успехом Как пока ила ишорпя, если бы necJiejion.i •
icnii oupaiiinn внимание на рабоц.1 Зулша и Геншера, io но)можносп. успеш-
ною ывершення работ бы и бы пампою всрояюее. Чесы» лапаюнюнаiв при-
бор, на (ванный лпа.нновым ipamnenipoM и известный сеюдня как ЬСГН , при-
1ЫД'1скиг японкам, раСхн.шшнм под руководством I Innina i.inrr
х'словное । рафпческое обошаченпс
|>(,НТ пока мио на рис. 6.3S. Они также Iе Iе
бывают р и и 1ИПОВ, по, в отличие oi
простых биполярных 1 ран Jitciopon, име- | |
io! 1акие же наименования электродов.
как и нолевые i ран тис горы. Внутренне О
1>С11Г устроены как транзисторы с
упрлвляюшим р-п-переходом, и в режи-
ме обратного смешения управляющего
перехода они и работают точно так же, как
1*нс. 6.38. Обо мочение ил схеме ЬСНГ:
а — и-тиа; б — р-типа
и классические «полевики», но в
таком режиме использовать их особого смысла нет. А вот при прямом смеше-
нии р-п-перехода, в режиме его открытого состояния, BCIIT начинает работать
как биполярны!! транзистор. Секрет кроется в особой конструкции канала
транзистора, расположенного между его стоком и истоком. Кан;ш у БСИТ
очень короткий, и поэтому выходная характеристика БСИТ в режиме полевого
транзистора нс имеет горизонтального участка (рис. 6.39). А вот в режиме би-
полярного транзистора БСИТ ведет себя практически так же, как обычный би-
полярный транзистор. Поэтому в таком режиме логичнее задавать нс напряже-
ние «загвор-исток», а немного режущую слух характеристику ток затвора.
Необычное свойство БСИТ состоит в том, что путем специальных техноло-
гических приемов можно свести напряжение отсечки к нулю и получить поле-
вой прибор с управляющим р-п-переходом, запертым при нулевом напряжении
йчри л? * Выходные харакирисгики ЬС ПТ в режиме нолевого цынлкТорм
и льные шаченин UBI) и биполярного гран niciopu (положи<ельные итсяия I ц1)
2J9
Глава 6
«затвор-исток*»1 Кристалл транзистора за счет более высокой удельной плотно,
ст н рабочего тока имеет площадь в 1,5—2 раза меньше, чем биполярный трап-
зистор с аналогичными характеристиками, что определяет экономическое пре-
имущество в его производстве
Каковы преимущества БСИТ по сравнению с биполярным транзистором^
Во-первых, БСИТ выдерживает большие напряжения «сток-исток», чю орре-
деляет возможность его использования в высоковольтных схемах Во-вторых
они переключаются быстрее классических биполярных транзисторов В-треть-
их, выходная часть БСИТ ведет себя как обычный нолевой транзистор — у0
есть как управляемое сопротивление Поэтому БСИТ не имеет такою парамет-
ра, как напряжение насыщения. Эго свойство очень выручает в низковольтных
схемах, при напряжениях питания 1 ..3 В.
Производство БСИ Г у нас в стране закончилось, едва начавшись. Причина
тому, как всегда, экономическая — отсутствие массового потребителя. Однако
завод «Эльтав» успел выпустить такие БСИ Г, как КП810, КП946, КП953,
КП959, КП965, КП971, КП973. Разработчики указывают, что КП810 можно
использовать в качестве замены биполярного транзистора КТ872, используемо-
го в отечественных блоках питания телевизоров, КП959 — отличная замена
КГ940, а КП971, КП973 — замена транзисторов КТ878, КТ847.
Теперь о втором виде. IGBT. строго говоря, уже даже не транзистор, а
прибор, составленный из нескольких разных трап шеторов, — биполярного и
полевого. Причем полевой транзистор располагается первым, а за ним — би-
полярный. Обозначается 1GBT так, как показано на рис. 6.40 (сю внутреннее
на рис. 6.40, (7). Зачем нужен такой «гиб-
рид» Дело в том. что даже современная
технология нс может обеспечить изготов-
ление мощных биполярных транзисторов.I
характеризующихся низким сопротивлени-
ем в открытом состоянии при большом
допустимом напряжении «сток-исток» -
свыше 5и0 В. Приходится выбирать — ли-
бо большой допустимый ток при низком
допустимом напряжении, либо наоборот
А «гибрид», в какой-то мере сохраняя npN
имущества «полевиков», например низкий
затраты на управление, может пропускай’
через себя большие токи в сотни ампер, работая при высоком напряжении, "
до 1200 В и даже выше Выручает свойство биполярною транзистора — насЫ
щаться. При насыщении, как мы знаем, падение напряжения между ко.ъл& I
тором и эмиттером не зависит от тока — оно составляет I ..2 В 3
Ничего не лается даром, и транзисторам IGBT присуши cyiiteciвенные
остатки, среди которых — невозможность работы на высоких частотах-
ме данный тип приборов используется преимущественно в силовой техник»-*
требующей тначитсльных частот переключения
Отечественная промышленность голько-тотько подоирается к проиж*’
IGBT Например, саранский завод «Элекгровыпрямигель» разработа.1 ей ,
устройство упрощенно показано
Рис 6.40. > сложное обошиченис
ipaiuncropa IGBT (а) н его опрошенное
остронство (б)
История технических изобретении
лизированные IGBT модули на токи до 500 А Едва ли радиолюбитель будет
использовать их в своих конструкциях — слишком они дорогостоящи. Но про-
фессионалы пользуются JGB1 довольно часто. За рубежом ведущим произво-
дителем этих транзисторов является фирма International Rectifier.
Виды электронных усилителей
Придет время, когда наука опередит фантазию
Жюль Верн
]У1ы уже знаем, что с помощью радиоламп и транзисторов можно усиливать
электрические сигналы. Устройство, которое позволяет это сделать, называ-
ется электронным усилителем. Источниками сигналов для усилителя могут
быть микрофон, магнитная головка, фотодиод и другие преобразователи.
А нагрузка усилителя — это громкоговорители, индикаторы, термоэлементы
и тому подобные устройства. На практике источники сигнала и нагрузка
должны согласовываться с усилителем, то есть обладать вполне определен-
ными свойствами. Но мы пока не будем говорить о согласовании, а разберем
включения транзистора в простейшие усилительные схемы.
Любой усилитель характеризуется коэффициентом усиления
• по напряжению >
• и по току К, = —. .
Коэффициент усиления показывает, во сколько раз сигнал на выходе ооль-
ше сигнала на входе. Строго говоря, сигнал на выходе каскада может быть и
меньше сигнала на входе, но такая схема называется не усилителем, а апешо-
Биполярный транзистор в усилительных схемах можно встретить в трех
включениях, показанных на рис. 6.41 Наиболее часто используется схема с
общим эмиттером (ОЭ), рис. 6.41, а. Она усиливает сигналы как по налряже-
|'«е. 0 41 Ос»0».-« .,«14 .ММ.ЧГЮ» (ОЫ
Глава 6
нию, так и по току, обладает не слишком большим входным и выходным со-
противлениями. Важно также отметить, что схема с ОЭ «переворачивает» фазу
сигнала на 180 градусов.
Схема с общим коллектором (ОК) нс может усиливать сигнал по напряже-
нию, но она отлично усиливает его по току, рис. 6.41, б. Другое название этой
схемы — эмнггерный повторитель. То есть амплитуда и фаза сигнала на входе и
выходе эмиггерцого повторителя нс изменятся. Зачем нужен тогда этот вид
усилителя? Дело в том, чго эмпттерный повторитель обладает высоким вход-
ным и низким выходным сопротивлениями, да и вдобавок усиливает сигнал по
току. К эмиттер ном у повторителю можно подключать пизкоомную нагрузку.
Он может также соглисовыват ь нагрузку с ус ил и гелем.
Реже всего используется включение по схеме с общей базой (ОБ), рис. 6.41, в.
Эта схема не усиливает по току, но усиливает по шшряжению, сохраняя фазу
сигнала. К значительным недостаткам ОБ относится малое входное сопротив-
ление, составляющее сотню Ом. и литое выходное сопротивление. Однако
схема ОБ часто используется во входных цепях радиоприемников УКВ диапа-
зона. Почему? Если вы помните, любой транзистор обладает вполне опреде-
ленными частотными свойствами, накладывающими ограничения на работу
усилителя. И если в схемах ОЭ и ОК частотные свойства будут определяться
граничной частотой в чистом виде, то в схеме ОБ граничная частота усилителя
значительно выше:
4 = 4(1 + л.я).
Другое название схемы ОБ — повторитель тока.
Подводя итог вышесказанному, в табл. 6.1 приведены типовые параметры
для однокаскадных схем, выполненных на биполярных транзисторах.
Таблица 6.1. Сравнительные характеристики разных схем включения биполярных
транзисторов
Схема включения ОЭ 01' ОБ
Коэффициент усиления по напряжению (А.) до 1000 до 0.99 до 1000
Коэффициент усиления по току (К,) до 100 до 10... 100 до 0,99
Входное сопроти аденце СМ 5OO...25OO Ом 20...200 кОм 10.Л00 Ом
Выходное сопротивление «) 1 10... 100 кОм 20...200 Ом 200 .2000 кОм
Теперь взглянем на рис. 6.42, показывающий основные способы включения
полевых транзисторов. Включение с общим истоком (ОН) — основная схема
наиболее часто используемая (рис, 6.42, а). Коэффициент усиления ио напря-
жению для нее определяется очень просто:
= 5Я,
222
История технических изобретений
Реальные коэффициенты усиления по напряжению в схеме с ОИ невелики,
но эта схема незаменима, когда требуется высокое входное сопротивление (бо*
ice мегаома). Выходное сопротивление схемы ОИ нельзя назвать очень низким
(его ориентировочное значение находится на уровне I...2 кОм). Схема «перево-
рачивает» фазу сигнала на 180 градусов.
Включение с общим стоком (ОС), рис. 6.42, о, характеризуется высоким
входным сопротивлением. Однако коэффициент усиления но напряжению
этой схемы немного меньше единицы:
Отсюда нам ста нс г попятно другое название этой схемы — потоковый
iioinopiiie.ii,. Он также можег быть использован для согласования нагрузки с
источником сигнала, но практически встречается нечасто, так как нс позволя-
ет получить низкого выходного сопротивления, а значит, будет затруднено со*
гласов те с низкоомной нагрузкой. Потоковый повторитель обычно исполь-
зую! качестве буферного каскада, когда необходимо исключить влияние на-
грузки । источник сигнала — сбуферировагь сигнал
Третье включение (рис. 6.42, в), называемое схемой с общим затвором (ОЗ),
используется довольно редко, так как в ней теряется главное ценное свойство
полевого транзистора, — высокое входное сопротивление. Схема 03 обладает
Таблица 6.2. Сравнительные характеристики разных схем включения полевых транзисторов
Схема включения О И
Коэффициент усиления по на- I 4 .
пряжению (АТ) * нЖ
Коэффициент усиления по то-
ку (А,) ____________________I
Входное сопротивление _
(А„). О м ]
Выходное сопротивление 3
(Л..,), Ом • 10
Рис. 6 42. Основные схемы вк.печения полных Гранине к> ров:
и — с общим истоком (ОИ): б — с общим стоком (ОС); « — с обишм итвороч (Oil
223
/ и** б_______ _ - - . - -................ --------
\(,l |ЫМ ^lUIClUICM IB) lUllipH 4л’ПИ1О, 4BJH1C1VM Hull I Opll 11* BCM 1UMI и lie IIHOUtl
(|m юный » .u»ni I» viii на i.
Ifiiepi., koi la вы мноюс ih.ivic про ipan uh iopi.1, noun шеи я желпнпс ho*
пропоили» чю tuii>\ u. caviau. 11.1 u\ oiiuhic, nun. ладе очень npocioc, Ihiipni
ш p, ирам ii'icckini \rn nm ni, < Hi ни la и in ключ. I Io мы не t iv’iainio упомянули
о таком важном нотниц, как режим ip.ni mciopa. Как yiat iiiiiiii (|iyi(io'ii.iiuiо
McMiiiioiiaia Hipaioi ни определенным np.iBiniiiM, 1ак и нам прилепи придержи
Кими нскоюрых ыкоион, Miobi.i минipyKiHiit .хороню раГкналн
1 и,hi вы iiuMitnic, входная x.ip.iKicpiic шка бипоинршио ipaiiiiiciopii синыю
H.HioMiHhici диодную В случае, koi да мы мним усилииан. переменный сшпал
«и лоб», iipoLiu йодан сю на Вл iy каскада () J, входная харамсрие]пка спирает
с нами я}ю inyiky, pciy'ii.iAi коюрой пока мн на рис. 6.43. Усиление начнется
10,11,ко после npcin.iiiieiHiii nvo/inoiu cnin;uia шанення примерно 0,7 В (если
ipaiijnciop кремниевый), a oipHiiaicjnaii»ic полунсриоды будут и пипсе «обре ia-
ны*. Чюбы ипна.1 «уложился» полносп.ю, нужно п ба iy подать небольнюи тик
смешении, huian на выходе трапЯ1сторною каскада, например, половину пита-
ющею напряжения С. Сделать это можно так, как покатано на рис. 6.44 Рсш-
224
а)
£
Инс. 6 43. Усиление сигнала схеме ОЭ, рабыаюинй бет тадлтия режима
каскада «о постоянному току
A»C«i
Е/2
поел*
Рис. 6.44. Усиление сигнала и каска и* с нианным режимом но постоянному току (0>
и поясняющая рнбоо диграмма (о)
7 ,.<г.
*- I вжооноА сигажл
► < Вы«чдмой сигнал
Hi. юри» гохничсоил изоб/яз/ении
(ЧОр l<(, yi hlllllllllllhir I ЮК 6.П1.1, .1 KOllt'lKlllilc НЫХО/НКНО СИГ ИЛЛИ булсч 11рОИСХ<»
/11111( III IK Я 11 ICBIilH) Л HIIIIII 1/2 (рис 6 11, /7) ВкЛИШИП 11.1 выходе КЯСМ МКНН-
денепм'Р. можно oiceii. ну nociuniiiiyio eoci.iiuiHHniiyiu и полуннь ycniciniuit
инii'iit, правд,I, переверну।ын по фаю на ISO ipanycon. I очно гак же одлекя
режим рабоил и схеме ОК.
)нн способ ылання режима па прим икс иримеияекя крайне редко в
учебных нслях. Он не обсспечивае! iCMiicparypnon и |схш>ло1ич<хкой аабиль-
hucih Pua.ii.no iiciniJiLiyioi более сложные схемотехнические решения, кото-
рые вирсвися нам по ходу киши
Интересные страницы истории
Люди ничему не верят так твердо, как тому
о чем они меньше всего знают
Мишель Монтень
Радиолампы возвращаются?
Возможно ли прелстанить радиолампу
всличинон с транзистор или того меньше?
Пег? Л ученые Оксфордского уииверсите
та Л. Л Смит, Д. Г Хаско н X. Ахмед
утверждают, что они создали устройство,
представляюшес собой электронную ваку-
умную лампу класса «триод» и имеюшес
размеры менее 100 нанометров. У этого
♦ нанотриода», как и у всякого лампового
грнода, есть три электрода: катод, испу-
скаюший электроны в вакуум, анод, при-
тягивающий и собирающим эти электро-
ны, и сетка, расположенная между като-
дом Изготовили это «наночудо», нанеся
на кремниевую подложку несколько тон-
чайших слоев мстхзла и изолятора В ка-
честве металла был выбран вотьфрам, а
изолятором послужила двуокись кремния.
Затем, используя ионные пучки высокой
энергии и травление сильной кислотой,
исследователи вырезали полость в этом
НЯП1СЛОИНОМ сэндвиче На дне полости
Детектив о... транзисторе
Вы любите читать детективы’ Если лю-
бите, го следующая почти детективная ис-
тория покажет нам. чго вокруг любого ве-
гикого н'хнпческого изобретения сущест-
вует и ножей во легенд, загадочных случаев
н даже мнс1пчсски\ фактов. Вернитесь на
были вырашены крошечные столбики из
сплава золота и палладия. Назначение
этих остреньких столбиков испускать
в вакуум электроны под воздействием
разности потенциалов катод—анод (ко-
ронный разряд). Благодаря этим стозби-
кам накал «нанотриода» стал холодным
Получившаяся радиолампа была запеча-
тана в вакууме слоем титана, нанесен-
ным поверх ее анода Ни своей конструк-
цией, ни принципом действия, ни харак-
теристиками, ничем принципиальным,
кроме своих субмнкронных размеров,
• нанотриод* не отличается от уже забы-
ваемых нами ламповых триодов в стек-
лянных колбах Есть у него пока и одни
недостаток — небольшой ток утечки в за-
пертом состоянии. Но наука движется
вперед, поэтому и эта проблема будет ре
шена. Как знать может быть вскоре мы
опять будем много говорить о «сетке», о
•накале», «токах
несколько страничек назад, к отрывку шу-
точной «Всемирной иыории», и вы
вспомните, чго некоторым изобретение
транзистора кажется нс изобре1гнием, в
всего лишь плагиатом Какие основания
имеются на этот счет ’ Давайте разберемся
225
ГЛЯРД 6___________________________
В компе 1997 ioij американская ком-
пания -Американ компьютер комншш*
(ДСС1 объявила о возможном выпуске
микросхем Н.1МЯИ1 поцысакнисн емкости,
доселе невиданной в мире. Н ,хшя сейчас
де истей очень мною таяндепин о новин-
ках. ла бы id замечена miioihmh В споем
заявлении прешдент компании Джек Шу-
льман подчеркнул. чго микросхема выпус-
кается па основе i ранено ш юра новою
электронною прибора, который как бы яв-
ляется продолжен нем уже ставшего при-
вычным транзистора Но и это сше не вес.
Шульман утверждал, что принцип работы
траясполпора не совсем ясен даже его со-
здателям и находится на грани знании о
фундаментальных свойствах вещества.
Причем появление этого нового прибора
стало возможным только после изучения
специалистами компании АСС каких-то
неизвестных документов Beil Telephone La-
boratories, датируемых 1947 годом. Отчеты
якобы запротоколировали результаты изу-
чения межпланетною корабля, разбившего-
ся в Роуэлле в 1947 году! В данных отчетах,
по утверждению президента АСС. содер-
жится информация не только о внеземном
происхождении транзистора, но также и
некоторые сведения, позволившие coipya-
никам АСС разработать тринспозитор
Какими с войс юл кг и обладает транс по-
эм гор, как преподноси г ею АСС' Это тоже
управляемый прибор, но управляет он нс
своим сопротинчснием, а электрическом
емкостью. Смкостныи заряд может храни-
ться н транеполыоре необычайно долго.
Фирма анонс пропала выпуск трацепоги-
гориых микросхем пдмяги на 1999 гол, но
до настоящего времени с кшссныс* заявле-
ния так и остались нс подкрепленными ре-
альной продукцией
Читатели, не удивляйтесь! Мир элект-
роники сегодня не столько мир науки,
сколько мир бизнеса. Г<п, кю привлечет
внимание к своей продукции рнп.ше и
лучше лру| их. заработает дспы и. предткга-
пнв другим право плестись в хвосте и со-
бирать остатки. II зачастую руководители
даже солидных и известных фирм прибег а-
ют к таким диковинным вилам рекламы,
как ссылки на внеземное происхождение
226
CKOCI1 продукции. Но история сна тем не
менее настолько ишсрссна, чю мы рас-
скажем се вам до копил
MllOI ОЧИС 1С11НЫС слухи уюержд.иш
чю в июле 1947 юла в ранние Роуэлла,
цн.н II ыо-Мехико, испода чеку от базы
военно-воздушных спя США, ра тбился
неопознанный чстакчшп1 объект (НЛО).
Американцы якобы не успели засекретить
протоколы осмотра обломков НЛО, и они
попали в прессу Отчеты касались найден
пых останков iiinoiou НЛО, но о техни-
ческом оснащении корабля не говорилось
ни слова.
Гораздо позже, по утверждению АСС
стали известны протоколы ocMoipa техни-
ки НЛО. Три месяца — август, сентябрь и
октябрь 1947 года — прошли в изучении
специалистами ВВС США обломков ядер-
нон энергетической установки, коммуни-
кационного, навигационного оборудова-
ния. оборудования связи и компьютерной
техники. Тогда же эти технические дости-
жения, якобы на сотни лет опережавшие
технологии Второй мировой воины, и от-
правили в лабораторию Bell Telephone La-
boratories на исследование. Там уже Бар-
дин Бретен, Шокли подвергли обломки
всевозможным тестам и установили, чю
уникальные усилительные устройства вы-
полнены на основе кремния и мышьяка.
Ученые также попытались плоюипгь
упрошенные копии лих элементов на
основе возможных тогда технологии, и у
них это подучилось.
Какие доказательства приводятся в
оправдание нои версии? Они довоплю
непрочны и построены, что нлываося,
«на песке» Якобы опасаясь, чю иен шееч-
ные сп па мшут iipupiiaib исследования,
ВВС США неме.пенно но шелк неподале-
ку 01 Мюрреи Хилт, где раешм пилась Bell
telephone Liboraiories, усиленную npotii
ново j.iyiuuy ю Gai.ipcio с новейшей поен
нои техникой. Ншлне шнможно, чю еле
дано было эю для ышиты ог нотможных
атак из Советскою Союза, но слухи рлс-
пространятись лрутне: построение батареи
веде гея для зашиты ог внеземных сит
Кстати, как утверждают некоторые источ-
ники, работы по изобретению транзистора
проходили под личным контролем преш-
История технических изобретений
дета Генри Трумэна, которым и распоря-
дился защитить ученых ог возможных по-
сшагельегв, лаже из космоса
Опросы жителем Мюррей Хнлз, прове-
денные АСС действительно подтвердили
спешное возведение батареи в сентябре
1947 года, то ecu. приблизительно тогда,
ко1да у ученых появились первые положи-
тельные результаты. Личный состав бата-
реи постоянно проводил тренировки, по-
вышая свою боеготовность. А некоторые
специалисты в военной области утвержда-
ли, что расположение учебных миииенеи не
согласовывалось с таким, которое предпо-
лагает атаку со стороны Советского Союза.
Изобретение транзистора связано с еше
одной почти загадочной историей. Здесь мы
должны упомянуть одного участника — ви-
це-президента Bell Telephone Laboratories и
руководителя лаборатории Джека А. Морто-
на. Доктор Дж. А. Мортон также внес боль-
шой вклад в это изобретение, обеспечивая
проведение работ. К слову, в 1943 году Мор-
тон запатентовал электронную лампу «высо-
кочастотный вакуумный триод», позже ак-
тивно участвовал в разработке транзистора.
В начале 70-х, после одной из встречи с дру-
зьями, Мортон сел за руль своего автомоби-
ля и., через два часа его разбившаяся маши-
на была найдена на шоссе. Как погиб талан-
тливый ученый и изобретатель, подними
установить нс удалось...
А теперь подводим черту. До J947 го-
да в научн<»и печати нс прослеживается
ни одного (!) даже маленького намека на
полупроводниковые свойства кремния,
легированного мышьяком. Нс существо-
вало даже и идеи, хотя бы отдаленно на-
помпнаюшеп конструкцию транзистора.
Анализ военной техники времен Второй
мировой воины также нс позволяет сде-
лать вывод о появлении транзистора
раньше 1947 года. Вся техника, исполь-
зовавшаяся в течение Втором мировом
воины, была построена исключительно
на электронных лампах. Мало того, ока-
зывается, что исследования Bell Telepho-
ne Laboratories в транзисторной области
не были приоритетным направлением
фирмы, которая почти все своп силы на-
правляла на миниатюризацию электрон-
ных ламп. И вдруг такая неожиданная
удача!
Интересно также отметить, что в пе-
риод 1947—1957 г. компания накопила в
своем портфеле изобретений полупровод-
никовый лазер, всевозможные системы
контроля и телсустлноски высокого раз-
решения, вплотную приблизилась к со-
зданию интегральных микросхем Неуже-
ли на все эти колоссальные изобретении
сотрудникам понадобились только их
собственные головы и всего десять лет
тpyдa', Факт остается фактом
Заглянем в транзисторное будущее
Ис думайте, чю лаборатория, в которой
грудились 1>арлин, Ь|К*тсн и Шокли. стала
досгоянпсм ис горни И сегодня Bell I ahs
поражает мир своими открытиями я об ме-
ги полупроводников. Совсем недавно ин-
женеры rariopaiopiHi подошли к своей ку-
льмшкгнионпой точке, открыв миру нанот-
лскгронику Другими слонами, они сощалн
транше гор нового поколения размером и
одну молекулу и нашли способ шара шикать
его буквально н пробирке. 1акого и исто-
рии электронных компонентов еше нико-
му нс уллгылось' Основа поною транзнсто
ра — нс германии и нс кремний, а углерод,
являющийся компонентой всех органиче-
ских веществ
Радона г ьск пока рано — обилреиозюмы
только предвари г ел ы нас pciy платы, и для
зансршсипя района цкбукнся мош ныв ц»
гкьштсльиые исстсдш шил Но спешит
сты убеждены. чго в текущем десятиънни
H.iHoiexHortoimi пшнишв заменит оуше»
ст вук анис техно пн пче< кие процессы ныра-
вникшим гранзисюроя. по фот г знлчитс
льно удешевить ие|к<шагы1ые компиоп^ы
и помбннп. ин бг.п трозегк тине. Азглдчы
крыши <|>ншк Хенрик Шов и химиям
Аснап 1»<ю, Х<я» Миш -* вначале разрибо
тали матрицу и» нескольких тысяч имзме
с г но работающих границ, top и Писко
спусти некоторое время им удалось выле-
чил. и.з матрицы отдельный зраеымстор. кь
227
Глзва 6
ставив его самостоятельно работать. Хенрик
Шон также рассказал о размерах нового
транзистора. Длина его капала (расстояние
между электродами) составляет 1—2 нано-
метра, нт и одну миллиардную долю метра
то есть примерно в 100 раз меньше прете-
льных возможностей современной массо-
вой технологии (130 нанометров) К. слову,
микропроцессор Pentium 4 и нотами лается
no ISQ-н гномекроной технологии О1 длины
каната ситьно зависит максимальная с ко
рость переключения тран шеторл, так что
уменьшение агою размера nouUiuaet быст-
родействие. Коати. если философы до сих
пор нс могут манги ответ на вопрос. -Ско-
лько чертей поместится на кончике швеи-
нои иглы», то на во п рое «Скот ко нанот-
ранзнсгоров поместится па кончике була-
вочной головки1» ответит любой — около
10 мнят ионов
Интересен также технологический про-
цесс изготовления новых транзисторов.
В отличие от кремниевых элементов, здесь
не нужна идеальная стерильность произ
во детве иного помещения — транзисторы
выращиваются в жидком среде. Новые
транзисторы, по сути, собирают себя сами:
когда раствор органического вещества вы-
ливается на подложку, молекулы «находят»
электроды и присоединяются к ним.
По прогнозам Bell Labs, новая техноло-
гия прежде всего найдет применение в так
называемых «гибких приборах». Сотрудни-
ки лаборатории работают над созданием
дисплеев, внешне похожих на листы б>ма-
ги Для таких дисплеев нужны гибкие и
прочные управляющие элементы, а моле-
кулярные транзисторы подходят идеально
Несмотря на то. что исследования нс
завершены, возможной выгодой о г исполь-
зования новых технологии уже заинтерссо-
Пол у проводники-подделки
Подделки продукции известных фирм
сегодня встречаются достаточно часто. Так
нас могут огорчить «фирменная» магнито-
ла. радиоприемник, телефон В народе хо-
дит достаточно много истории о поддель-
ной технике. Впрочем, чтобы подделывать
бытовую технику, не нужно обладать оысо-
228
вллпсь ведущие мировые комныогерные
фирмы и начали пкладьнкиь средства в
обеспечение исследований. 1ак, фирма
IBM уже сделала ставку на компьютеры,
разработанные на основе углеродных
транзисторов. В ее лабораториях предпри-
нимаются конкретные шаги но созданию
таких компьютеров.
Решено лп отказа и.ся от классических
кремниевых технологии? Нет, нет и еще
раз нет1 Пока они занимаю» ведущее
место и нродозж.иог coBcpinciici коваться.
Главной фирмой, мнораи запнтерееовлпл
в совершенствовании лих технологии, яв-
ляется фирма Intel. производитель процес-
соров Pentium В лаборлюрии Intel, распо-
,ч шлющейся в Хиллсборо (пнат Opci он),
изготовлен кремниевый транзистор разме-
ром всего 20 нм что позволяет слелль
прогноз о применении кремния в составе
вычислительных машин ио крайней мере
до 2007 года, к тому времени новый тран-
зистор позволит довести число элементов
микропроцессора ло I миллиарда, а быст-
родействие — до 20 ГГц’ Для сравнения —I
в PenUum-4 с тактовой частоюн 1,7 ГГц
насчитывается 42 млн транзисторов.
Фирмой Intel также заявлена альтерна-
тива углеродной нанотехнологии — крем-
ниевый транзистор с толщиной всего в
три атома Меньше быть не может, по-
скольку двуокись кремния, используемая в
этой технологии, состоит из двух атомов
кислорода и одного атома кремния «Мы
уже работаем над новым материалом, ко
торый заменит двуокись кремния. — за
явил директор исследовательского центра
Intel Джеральд Марсик, - и я пока не
знаю, как долго проработают кремниевые
транзисторы. Мы псе уменьшаем их, а они
все работают».
кон технологической прои шодст венной
базой — ведь р.гдиоэлеменгы нс нужно из-
готавливать самим, можно их и приобре-
тать.
Казалось бы. ну к го может подделать.
!ранзнстор9 Для производства транзисто-
ров уже не обойтись «технологними на ко-
* •
Ис горня технических изобретений
лене» 11 все же подделки есть. Как говоря!
ciieiuixiHCibi-pcMunriiiiKH. зачастую под-
делку вообще не отличить иг оригинала»
но поддельный радиоэлемент рлбогас! па-
мпою хуже фирменного.
На рис. 6.45 рядом располагаются фир-
менным и поддельным экземпляры. Обил-
ружининш подделку сттсннллист-телсмас-
гер пишет следующее: «Эюг любопытный
обратен (нм, чю слева) отличается ог на-
стоящею (справа) формой, размером и со-
держанием Внутри ею нет ни диода между
коллектором и эмиттером, ни резисторною
делителя в цепи ба ты Результат установки
такою транзистора в телевнюр предсказу-
ем па 100 процентов*.
Какой смысл подделывать транзисто-
ры? Дело в том, что, поскольку бытовая
техника выпускается массово, для се ре-
монта необходимы большие объемы тран-
зисторов. Тут и появляется возможность
заработать нс только технически грамот-
ным людям, по и разным аферистам.
|*мс. 6.45. Пример похтеаки в области
ирон «воюна т ран тисторов:
справа — фирменным прибор, слева -
HUX-1V7M
Статистика надежности
Не секрет, что в современной бытовой
технике сегодня используется большое ко-
личество полупроводников. Даже в стира-
льные машины, представлявшие до недав-
него времени простейшие электрические
конструкции, сегодня встроено много тай-
меров, задатчиков режимов, устройств ин-
дикации и сигнализации. И, несмотря на
то, что технический прогресс связан с по-
вышением надежности техники, ее услож-
нение повышает надежность нс так быст-
ро, как этого хотелось бы. Проведенный
«Британской ассоциацией погреби гелей»
анализ надежности бытовой техники гово-
рит о том, что в первый год эксплуатации
выходит из строя максимальное количест-
во экземпляров техники |2] Однако важно
увидеть и другое: аппаратура с большим
количеством полупроводниковых элемен-
тов. по с минимальным наполнением ме-
ханическими устройствами выходит in
строя значительно реже.
Стиральные машины с сушилкой 30%
Посудомоечные машины . * 15%
Видеомагнитофоны 11%
Факсы 10%
Цветные тезевизоры 8%
Видеокамеры 7%
Автоответчики 5%
Холодильники 5%
М икроволновые печи 4%.
Роль личности в истории техники
Как мы уже успели убедиться, путь
электроники — это пучь проб и ошибок
путь поиска, который совершают творче-
ские, увлеченные люди. Эти люди остапля
ют след не только в негорни техники, но
и в литературе, даже в юмористической
Вог какой увидели личность Эдисона со-
ветские писатели И чья И чьф и Евгении
Петров в лучевых заметках «Одноэтажная
Америка»:
«. На рельсах стоит старинный поезд i
узорными чугунными решетками на там-
бурах. Наружные стены вагоне» расписа-
ны розочками и листиками, а под окошка-
ми в медальонах нарисованы сельские ви-
ды. Вагоны прицеплены к маленькому
229
Глава 6_______________________________
бойком} паровозику с медными фонарями,
поручнями и гербами. В таком точно поез-
де, лет семьдесят гинь тому назад, мальчик
по фамилии Эдисон продавал пассажирам
газеты. В таком точно поезде он получил
метрический удар по уху от кондуктора,
после чего ли тилем слуха. И в тысяча де-
вятьсот двадцать седьмом году, во время
празднования восьмидесятилетия Элисона,
между Детройтом и Дирборном была вос-
становлена старинная железнодорожная
ветка, и тот самый поезд с цветочками и
пейзажами, который мы видети в музее,
повез великого изобретателя. И так же, как
семьдесят пять лет тому назад, Эдисон
продавал газеты сидевшим в поезде гостям
Не было только грубияна кондуктора
сбросившего мальчишку с поезда. И когда
Эдисона спрашивали, не повлияла ли глу-
хота на его работу он отвечал: < Нисколь-
ко. Я даже избавился от необходимости
выслушивать .множество глупостей, на ко-
торые так шедры люди». Смешной поезд,
бренча, катился в Дирборн. А вокруг, на
всем земном шаре, пылало электричество,
звонили телефоны, звучали патефонные
диски, электрические волны опоясывали
мир. И все это вызвал к жизни глухо»! ста-
рик с лицом полководца, который медлен-
но, поддерживаемый под руки, переходил
из вагона в вагон и продавал газеты.
Мы отправились в еше один музей
Форда, в так называемую «деревню*,
Гринфилд-юпледж. В музейную деревню
целиком перенесена старая лаборатория
Эдисона, та самая лаборатория, где произ-
водились бесчисленные опыты, где многое
произошло впервые. В бедном деревянном
доме со скрипучими полами и закопчен-
ными стенами зарождалась привычная нам
техника. Следы эдисоновского гения ши-
ны и сейчас, В лаборатории было столько
стеклянных и металлических приборов,
столько банок и колб, что только для того,
чтобы вытереть с них пыль, понадобилась
бы целая неделя
Входящих н лабораторию встречал куд-
рявый старик с горящими черными глаза-
ми. flu голове у него была шелковая ша-
почка. какую обычно нося г академики. Он
с жаром з.пиыся нами. Эго был один из
сотрудников Эдисона, — кажется, единст-
венный оставшийся в живых.
Он срату же взмахнул обеими руками и
закричал изо всей силы'
— Вес, чГо здесь получит мир, сделали
молодость и сила Эдисона! Эдисон в ста-
рости ничто в сравнении е молодым Эди-
соном! Это был лев науки1
И старик показ ал нам гаче рею фото-
графических портретов Эдисона. На од-
них — молодой изобретатель был похож
на Бонапарта, - на бледный лоб падала
горделивая прядь. На других — походил на
Чехова-студента. Старик продолжал ожив-
ленно махать руками.
Говоря о своем великом друге, он рас-
ходился все больше и больше. Мы оказа-
лись внимательными слушателями и были
за это вознаграждены. Старик показал нам
первую лампочку, которая зажглась в ми-
ре. Он даже представил в лицах, как это
произошло, как они сидели вокруг лам-
почки, дожидаясь результата. Все волоски
зажигались на мгновение и сейчас же пе-
регорали. И наконец был найден волосок,
которым загорелся и нс потух. Они сидели
час —• лампа горела. Они сидели два часа,
не двигаясь. — лампа горела Они проси -
дели всю ночь. Эго была победа.
Дрожашими, но очень ловкими руками
старик приладил первую эдисоновскую
лампочку к радиоприемнику и поймал не-
сколько станций. Усиление было не очень
большое, но довольно внятное. Поюм ста-
рый ученый схватил листок оловянной бу-
маги и вложил его в фонограф, эту первую
машину, которая затворила человеческим
голосом. До тех пор машины могли только
гудеть. скрежетать или свистеть Фонограф
был пушен в ход, и старик произнес в ру-
пор тс слова, которые в его присутствии
когда-ю сказал в этот же рупор Эдисон.
Это были слова старой детской песенки
про М ->ри и овечку.
— Ха-ха-ха1 совершенно явственно
проц зное фонограф
Мы испытывали такое чувство, как
будто этот аппарат родился только чго. в
нашем присутствии
230
История технических изобретений
Калейдоскоп схем на одном транзисторе
Сначала восходят к аксиомам,
а затем спускаются к практике.
Френсис Бэкап
Даже на одном транзисторе можно сделать немало полезных устройств
С некоторыми из них вы здесь и познакомитесь. Все их легко можно собрать
самостоятельно. При правильном монтаже и исправных деталях никаких проб-
лем не возникнет. Ведь, только разобравшись с работой простых узлов, есть
смысл приступать к изготовлению более сложных.
Электронные ключи
Проше ключевого включения биполярного транзистора не бывает ничего.
Однако эти простенькие схемки довольно часто используются даже профессио-
налами. Например, ключом легко управлять светодиодом, рис. 6.46. В замкну-
том положении переключателя SА1 светодиод будет светиться до момента раз-
рыва цепи базы.
Гальванический эле.мснт GB1 — типа «Крона». Можно использовать и сете-
вой источник напряжения на 9 В. В качестве транзистора VTI подойдет KT3I5
с любой буквой или аналогичный. То же самое относится и к светодиоду.
Рис. 6.46. Ключ па транзисторе
Рис. 6.47. Ключ для ^правления реле
Управляющее напряжение на базу транзистора чаше подается не от меха-
нического переключателя, а от другой схемы. Транзисторным ключ может
управлять включением и выключением электромеханического реле (рис. 6.47)
Обмотка любого реле обладает омическим сопротивлением и рассчитана на
определенное напряжение. Поэтому транзистор VT1 выбирается исходя из до-
пустимого тока коллектора, чтобы обеспечить необходимым ток в нагрузке.
Диод VDI гасит напряжение самоиндукции, возникающее в обмотке реле при
отключении и способное вывести транзистор из строя Резистор RI ограничи-
вает ток базы на безопасном уровне
231
Гпава 6
Датчик разрыва цепи
Рис. 6.48. Простейшим вариант схемы
контроля наличия испн
.Цтя охранной сигнализации нередко требуется выполнять контроль нали-
чия цени, состоящей из одного или нескольких нормально замкнутых датчиков.
Вариант такой схемы, собранной на транзисторе КТ829, показан на рис. 6.48.
Она будет работать с любым транзистором со-
ответствующей мощности, но для этого по-
требуется подобрать резистор RI. Резистор о
цепи базы выбирается таким, чтобы транзи-
стор VII переходил в режим насыщения (был
полностью 01 крыт) в случае, если внешняя
цепь, замыкающая базу на обгний провод, бу-
дет нарушена. При этом срабатывает реле KI
и своими контактами включает нужную на-
грузку (звонок, ревун, освещение и др.). Реле
подойдут любого типа, например те. что ука-
заны для схем реле времени (см. далее).
Конечно, для выполнения такой задачи
можно обойтись и без транзистора, если
включить реле через цепь контролируемого провода, но потребление энергии
ог источника в этом случае значительно возрастет, что сделает невозможным
автономное применение узла. Ведь сопротивление обмотки реле небольшое
(200...650 Ом).
Реле времени
.Иногда бывает необходимо обеспечить включение некоторых узлов с не-
большой задержкой. Простейшим способ, каким ее можно получить, показан
на рис. 6 49. и. Задержку в интервале от 0,5 секунды до нескольких десятков се-
кунд можно регулировать при помощи резистора RI или изменяя СI.
Транзистор \Т1 включает реле KI после того, как зарядится конденсатор
CI до уровня выше 1,2 В. Этот конденсатор лучше устанавливать с малым то-
ком утечки, например типа K53-I.A. K52-I). В устройстве можно использовать
тюбое реле с номинальным рабочим напряжением, соответствующим пнтаю-
б)
1’нс. 6.49. Схемы реле времени на биполярных гралзисгорах:
а — с задержкой включения; б — включение на ншернал времени
232
История технических изобретений
а)
Рис. 6,50, Схемы реле времени на полевых трдншеторах:
а — с задержкой включения; б — включение на ишерлал времени
6)
тему. Схема работает с реле РЭС47 РФ4.500.407-00 (РФ4 500.407-07 или др.) с
номинальным рабочим напряжением 27 В (сопротивление обмотки 650 Ом;
ток, коммутируемый контактами, — до 1 А). Фактически это реле срабатывает
уже при 16... 17 В.
Настройка схемы состоит в установке времени задержки включения реле
подбором номинала резистора RI.
Вариант схемы на рис. 6.49, б позволяет обеспечить включенное состояние
реле К! в течение нужного интервала времени. При кратковременном нажатии
на кнопку SB I происходит быстрый заряд конденсатора С1, а пока он разряжа-
ется через резистор RI и базу транзистора, реле будет включено. Меняя коми
налы конденсатора CJ и резистора RI, можно менять интервал задержки в пре
делах от 100 мс до минуты.
Для выполнения задержки на большие интервалы времени более предпочти-
тельно использовать полевые транзисторы, так как это позволяет ус га на вливать
время задающий конденсатор с меньшим номиналом, а значит, и табариими.
Такие варианты включения показаны на рис. 6.50 (если питающее напряжение
схемы не превышает 15 В. то стабилитрон V DI можно нс устанавливать).
Сенсорные включатели
Сенсорным датчиком может быть любая токопроводящая поверхность, на-
пример ручка двери, металлическая пластина или предмет. Их область приме-
нения довольно широка — от включения квартирного звонка или управления
радиоаппарату рой до датчиков в стационарной системе охраны и сшнаднза-
ипн. При необходимости применение сенсорного управления позволяет обес
почить секретное расположение включателя.
Принцип работы схемы, приведенной на рис. 6.51, а. основан на испоыьзо.
папин имеющегося в жилых помещениях этсктромагнигного поля. Поле созда-
ют проложенные сетевые провода. Прикосновение к сенсору экъивадентно
подключению большой антенны на вход усилителя. Эго приводит к поянленню
сетевом наводки на затворе полевого транзистора, используемого в качестве
электронного коммутатора.
Рис. 6.51. Схемы простых сенсорных включателей:
а — срабатывающего от наведенного электромагнитным полем напряжения;
б — срабатывающий на изменение сопротивления между контактами
Применение полевого транзистора КП501А (Б. В) делает схему довольно
простой. Этот транзистор позволяет пропускать ток 180 мА при максимальном
напряжении «исток-сток» до 240 В (200 В для букв Б и В). На входе у него
есть защитный диод, повышающий стойкость к повреждению статическими
зарядами. Так как полевой транзистор имеет большое входное сопротивление,
для управления им достаточно статического потенциала, превышающего поро-
говое значение. Пороговое напряжение для указанного типа транзистора мо-
жет находиться в диапазоне 1...3 В, а максимально допустимое напряжение
«затвор-исток» [/зн = 20 В.
Уровень наведенного напряжения на затворе при касании рукой контакта
сенсора XI оказывается достаточным дтя полного открывания транзистора. На
стоке ХТ1 при этом будут импульсы длительностью 35 мс, повторяющиеся с
частотой сети (50 Гц). Для срабатывания большинства малогабаритных реле
достаточно времени 3...25 мс, и, чтобы контакты не дребезжали с частотой се-
ти, пока кто-то касается сенсора XI, — установлен конденсатор С2 (типа
К50-29В или аналогичный). В этом случае реле будет постоянно включено, да-
же в интервалах когда VTI закрыт, за счет накопленной на конденсаторе энер-
гии. Величина емкости конденсатора С2 зависит от типа применяемого реле,
точнее, сопротивления его обмотки, и подбирается экспериментально.
Имеющийся на входе схемы конденсатор (С1) повышает помехоустойчи-
вость сенсора, снижая чувствительность к высокочастотным наводкам и поме-
хам. Регулировать чувствительность можно изменением номинала этой емко-
сти или подбором резистора RI
Управление внешними устройствами выполняет группа контактов реле
K1.I. Реле может применяться любого типа. В этом случае напряжение пита-
ния схемы должно соответствовать номинальному рабочему дли конкретного
реле (6...27 В).
Такая схема может использоваться только в стационарных условиях. Если
же необходимо, чтобы сенсорный датчик работал независимо от наличия сете-
вой наводки, конструкция датчика XI выполняется из двух контактных поверх-
ностей, расположенных близко друг от друга. Ко второй пластине подводится
234
Исгоиия технически изобретений
напряжение питания, как ло показано на рис. 6 51, б. Так как у любого чело-
века coiipoiивленпе кожи мало (<6000 Ом), при касании рукой двух пластин
одновременно на затвор VTI поступает открывающее напряжение.
Индикатор электромагнитного поля
Простейший индикатор поля подучится, если подключить полевой транзи-
стор КП 103 (с любым буквенным индексом) к стрелочному тестеру, установ-
ленному в режим измерения сопротивления (рис. 6.52). К выводу затвора тран-
зистора нужно подпаять провод длинной 10. .20 см, который и будет являться
датчиком.
PR1
(Омм*гр)
Рис. 6.52. Схема индикатора поля
+
Как вы знаете из главы, посвященной измерениям, у тестера в режиме ом-
метра на выходных гнездах присутств}ет напряжение (внутренний элемент лита-
ния на 1,5, 3 или 4,5 В - величина значения не имеет). При подключении тран-
зистора, как это показано на рисунке, мы увидим, что его канал (исток-сток)
имеет маленькое сопротивление. Но если только коснуться рукой затвора или
же поднести его к сетевым проводам — сопротивление канала резко увеличится.
Такое приспособление может использоваться для поиска в стене направле-
ния прокладки сетевых или радиотрансляционных проводов или места обрыва
питающей цепи (например в елочной гирлянде можно быстро определить
место где перегорела лампа, проведя датчиком по над проводом). Ведь элект-
рический провод подключенный к напряжению создаст вокр)г себя поле, а без
напряжения — нет. На основе этой схемы можно выполнить также сенсорный
датчик, реагирующий на касание рукой вывода, соединенного с затвором.
Для изготовления такого устройства подойдут и другие полевые транзисто-
ры с аналогичной структурой, например, КП303. а
Датчик постоянного тока в цепи
fjpii выполнении устройств автоматики нередко бывает нужно иметь датчик
наличия в контролируемой цепи тока. Вариант такой схемы показан на
рис 6.53 В ней транзистор работает в ключевом режиме и открывается, тотько
koi да напряжение на резисторе R3 превысит 0,6 В Величина резистора R3 за-
внеш от значения контролируемою тока. Воспользовавшись законом Ома,
можно легко рассчитать его номинал пли же включить подстроечный резистор,
как это показано на схеме. Резистор R2 ограничивает базовый юк транзистора
235
глава 6
Рис. 6.53. Bapnairr схемы датчика тока в цепи
в случае значительного повышения
напряжения на R3 (например, при
коротком замыкании в нагрузке).
Сигнал, снимаемый с коллектора
транзистора, обычно используется
схемой управления. Корродировать
работу узла можно по свечению све-
тодиода HLI (добавочный резистор
R1 в его цепи подбирается в зависи-
мости от уровня питающего напряже-
ния). Питание приставки может на-
ходиться в диапазоне от 6 до 30 В.
Звуковой сигнализатор на пьезоизлучателе
£5ы, наверно, уже видели звуковые излучатели, которые установлены в со-
временных телефонных аппаратах для оповещения о -вызове. В них довольно
часто применяют пьезоэлсмснты, изготовленные на основе сегнетоэлектриков,
которые обладают способностью деформироваться под действием приложенно-
го к ним напряжения. Обычно такой излучатель представляет собой круглую
пластину из самою иьсзоэлсмснта. на одной из по верхи остей которого плиссе^
ны металлизированные кош-актныс -«дорожки», имеющие специальную форму,
ргк 6 54, a. С лрхюп стороны к пластинке иногда бывает приклеен «пу!
зы рь»- ре mi i.iTup. усиливающий громкость звука.
Пьезоизпучагель
а)
б)
I'ut 6.М. Biii'iiinnil пил З-пывплимп tiLciuiB.ivitiuMM («) и схема сю ii<m»uih>*iviih>i (6)
На основе звукового излучателя можно выполнить звуковой tciicpaTop с
минимальным числом внешних элементов — всего на одном ipau зисгорс,
рис. 6.54, о. В этом случае сам пьезоале.менг работает на час г иге своего меха-
ническою резонанса, который и определяет частоту звука (колебания мембра-
ны мы и воспринимаем как звук) Положительная обратная связь с выхода
транзистора на ею вход (базу), необходимая для работы такого icnepaiopa,
поегуыает через емкость самого пьезо элемента, для чего существует специаль-
ный отвод «2»
236
История технических изобретений
Рис. 6.55. Варианты практического нелеп ьювзпия сигнализатора в качестве
индикатора перегорания предохранителя: а — для низкого постоянного напряжения;
б — лля пыеокоио.н.тнои йен» постоянного тока; « — для высоковольгнон иепн переменного тока
Tpaii.nicrop допустимо использовать и других типов, ио в этом случае может
потребоваться подбор резистора RI для получения максимальной громкости
звука при нужном напряжении питания схемы,
1 акои (снераюр будет работать при измеиеиии питающею напряжения от
3 до 30 В и может пригодиться не только для замены вышедшего изезрон о тс
лсфонном аппарате звонка, но и при сборке различных своих конструкции
Например, подключив схему во вторичной пени источника иигиния к выводам
ог предохранители, можно сделать звуковоп vhiii.liiiзазор ею iicpciорания Нс
:олько парна! и on подключения прицелено на рис. 6.55.
Электромагнитным звуковой сигнализатор
Такой си) H.1JIH злор можно nciiuibJUB.in. в различных уегроиспзах авгома-
1НКП и ли игрушках Схема (рис 6.56. ч) позволяет jjc шзшзь звуки ь люСмпТ ди-
намик мощностью 0,1.1 Пт. Ну а так как у таких I ром кого нори тглей со про
г пиление катушки обычно довольно маленькое (8 ...50 Ом), для согласования <
ним выхода зрлнтисгор’з и служит трлнеформазор II Звуковой ныхошои
। рансформлюр можно зияю от любою сырого карманного или иерешкноги
радиоприемника, имеюшею трансформаторный двухтактный выход, например
Сокол, Села, Альпинист и др Олин из отводов первичной обмотки тренсфор-
мазорл служит для создания положительной озЗратнои связи, необходимой для
рабозы такого генератора От резистора RI кпшеит режим работы транзистора,
и его, скорее всею, придется подбирать так, чтобы генератор Запускался иже
при необходимом минимальном напряжении питания (его можно менять в
широких пределах).
237
Гпавз 6
Эту схем) легко превратить в световой сигнализатор, если в разрыв цепи,
показанной на рисунке, вставить фоторсзистор с большим темновым сопро-
тивлением, например типа ФСК-I, В этом случае такой генератор будет изда-
вать звук только при освещении фотодатчика. Порог срабатывания, то есть
чувствительность к свету, устанавливается резистором R1.
Если надо получить звук небольшой мощности, то можно воспользоваться
второй схемой, рис. 6.56, б. Этот автогенератор выполнен по схеме так называ-
емой ^емкостной трехточкп». Обмотка телефонного капсюля и конденсатор С2
образ)ют резонансный контур в цепи коллектора транзистора, а обратная связь
обеспечивается за счет конденсатора СЗ
а)
/ SA1
G01
АВ
6)
Рис. б.5Ь. Знуконые сигнализаторы на электромагнитном излучателе
Болес подробно разбираться в работе генераторов мы будем во второй кни-
ге. Пока же достаточно знать, чго частоту' звука в обеих схемах можно менять в
широких пределах, если подбирать величину конденсатора CI для первой схе-
мы и С2 - для второй.
Усилитель постоянного тока
г]ередко бывает необходимо усилить сигнал, приходящий от различных дат-,
чикоп. например от фото резистора, терморс зие юра и других, которые увеличи-
вают иди уменыигпот свое сапротпиление ог внешних возлеистинй. Как прапи-
то входной сигнал меняется довольно медленно и лти схемы усилителя его
можно считать постоянных} током. В этом случае сам датчик включается нспо-
сре кт пенно в нет. ба па транзистора, что позволяет ему yiip;iiMi>i гь режимом
работы хсилигечя. На колле к юре транзистора напряжение будет уже с усите-
ннсм меняться пропорпнонл1Ы10 току через датчик.
В качестве примера на рис. (> ^7 припечена схема дли управления включени-
ем внешних yciponcin, в коюрон читчиком пишется фторе тисюр ЧЧ К I.
имеющий темновое сонрппнисние нс менее I МОм 1тя друнтх пиви» датчи-
ков может потреиотм п.ся Пешбор номиндтоп ре ш старо и в пени биты, которые
нхжны Л1я настройки чупетннте^ынкти схемы
История технических изобретений
а)
Рис. 6.57. Усиди геля постоянного тока фоторезисгорз (каскад ОЭ)
Примененный в схеме транзисюр является составным, т. с. имеет большой
коэффициент усиления (нс менее 750) и может быть заменен любым аналогич-
ным. например из серии КТ972, КТ827,
Простейший звуковой усилитель
Проше этого усилителя низкой частоты ничего придумать нельзя (рис. 6.58).
Построен он с применением транзистора КТ315, но подойдут и многие другие.
Питание осуществляется от гальванического элемента (пальчиковой батарейки)
напряжением 1,5 В. В качестве излучающей
телефонный капсюль с сопротивлением об-
мотки 8... 100 Ом. Настроить усилитель нуж-
но подбором в небольших пределах рези-
стора RI, установив напряжение «коллек-
тор-эмиттер», равным примерно I вольт
Проверить работоспособность усилителя
можно, дотронувшись пальцем до левого
(по схеме) вывода конденсатора CI. Усили-
тель должен «^откликнуться* наличием в те-
лефоне характерного гудения — наводки от
фона переменного тока.
головки Bfl можно использовать
Рис. 6.58. Прос1смшнп УНЧ
на одном 1|мн)мс)о|№ (к»ск*л (),Э)
Активный внешний микрофон
любом диктофоне и во многих Kaccciних магннюфонах имеется встроен
цып микрофон Но члею бывает. чю нм штчыои.иьен неудобно Hi-ja ограни
Hiioio рачиусл денет вия. В »тим случае выручить может внешний микро-
>н । не сю д 1я ею по (К-почсния и но или и ни вс с ту член имеется.
В ii.icioMiitee время н.тпбодсс рлспросгрлнсны мемриные микрофоны типа
М Ж 3 32 М Ж-333 и an.cioi ичпыс, см. габл. 72 Они тешены, о|1Шлл lipit
1НЧИЫМИ техническими харж(срнс1НкЛМ11, но дчи хлич’й рленны 1пшв*
ия H.ipiiani hoik почсннч электретною микрофона показан in рис 6.5^
У дм микрофон и усинисн. к нему iioipcG'iMioi очень май? (0.1 мХ), что нм
г гп г йеной.юв.пь iiHioiii’MHoc HiH.iniie лкч'мн! <л н паничпкин ijvyuHn
Глава 6
з
С1
0 1м*
Рис. 6,59, Схема активного микрофона для шик.ночепия к диктофон)
мтм танковой корте компьютера
R3 10*
С2
0 1м>
сз -h
Юм*-]-
R2* 360*
I 5В
КТ. Ю2Е
Из-за большого разброса коэффициента усиления данных транзистором воз-
можно потреб)ется подбор резистора R2 так, чтобы на коллекторе было напря-
жение около 1 В.
В данном включении транзистора, в отличие от предыдущей схемы, обеспе-
чивается тсрмосгабплпзация каскада усиди геля за счет отрицательной обрат-
ной связи по постоянному току через резистор R2. Как они работает уже было
описано ранее
Эмиттерный повторитель с повышенным входным
сопротивлением
Довольно простую схему эмиттер! юго повторителя на одном транше-торе
ины К”Р I 5, обладающею повышенным входным спирт пилением, сопернича-
ющим с каскадами на полевых трлншеторлх, можно построит!», подан чаек»
ciiiii.uia с змипсра обратно на базу (рис. 6 60) ’Этот способ, на тываюшппея I
введением обратной спит, широко используется н схемах. К слову, обращая I
связь может бы и. от ринит слыши, когда выхо той слипал вычитается из входно-
го. и положительной, когда ентналы с клады каю гея
В 'ынпои схеме не тюль вита на небольшая положительная обрат или связь ио
переменному току, иеючником которой с тужит сшпютс выхода, иоступатоивш
на вхо i мере» конденсатор Q 2. Вис юн нс знт сьяш повышает пхо и юс соиро
ншление нов тори тс нт Граншетор может быть исполмоиан с любой буквой,
240
Усилитель для антенны
такой схемы
практически
История техническик изобретений
некритичны также типы электролитических конденсаторов. Например, подой-
дут K50-I6, К50-29. К5О-35, К50-68 или любые импортные аналоги
Згу схему можно использовать при конструировании высококачественных
УНЧ.
Вариант потокового повторителя
Данная схема может быть использо-
вана взамен предыдущей, если под ру-
транзистор
Рис. 6 61. Истоковый повторитель на по.нвоч
трашнсгорс (ьаскал OUJ
кон окажется полевой
(рис. 6 61)
Входное сопротивление
нс менее 1,5 МОм. Оно
определяется установленными резисто-
рами в пени затвора и может быть сде-
лано любым, что удобно для согласова-
ния каскадов Схема потребляет не бо-
лее 0,5 мЛ
Кстати, помимо укатанного на ри-
сунке транзистора VT1 можно использо- __________________
нам, и другие типа КП302Б КПЗО2А. 2ПЗО2А, КПЗО2АМ, 2П302Б. К ИЗО? Г,
КПЗО2БМ, КПЗО2ГМ, KIJ303 с индексами Г, Д, Г-
За юродом сигналы УКВ радиовещательных и телевизионных станнин ста-
новятся слабее. Поэтому в ряде случаем помотают простые усилители сигп.ига.
BK.ino4.icMi.ic между антенной и приемником (телевизором). Уже сейчас мы
сможем сделан. простои усилитель, который, возможно, немного улучшит
условия приема Конечно, ли схема нс претендует на хорошее качество (боль-
шое усиление), но попробовать се стоит (рис 6 62).
Каскад построен по схеме с общей базой — по переменному tokv база тран-
зистора \ГГ1 соединена с общим проводом через коиденсаюр
СЗ.
В качестве
Глаз i 6
транзистора VT1 лучше использовать высокочастотный KT36S с любым бук-
венным индексом В крайнем случае подойдет КТ315 Выключатель SA1 от
ключает усилитель. когда нет необходимости в его использовании. Катушка
LI - бескаркасная, намотанная виток к витку проводом ПЭТВ-2 или анало-
гичным диаметром 0.5. .0,6 мм на оправке диаметром 3 мм Число витков — 10.
При монтаже желательно сделать связи между элементами как можно коро-
че Настраивать усилитель можно растяжением и сжатием витков катушки LI.
ориентируясь на качество звука приемника или изображение телевизора.
Литература
1 Материалы сайта http://ww\\.holmogorov.ru
2 Материалы сайта hup//www.telcmastcr.ru
242
Глава 7
Телефонные штучки
Sj истории развития техники связи после появления телеграфа вторым зна-
менательными событием явилось изобретение телефона, Телефон — самый бы-
стрый способ связи в повседневной жизни. Сегодня он стая общедоступным
средством общения и по праву занимает свое достойное место в нашей жизни.
А сам аппарат прошел эволюцию в развитии от громоздких и дорогих стацио-
нарных устройств до миниатюрных карманных моделей, обеспечивающих
связь по радиоканалу Без возможности быстро обмениваться информацией
вряд ли было бы возможно быстрое развитие цивилизации. Большая потреб-
ность в оперативной связи была во все времена, но только развитие промыш-
ленности и накопление технических изобретений в области электротехники
позволили практически реализовать эту мечту. Перед тем как мы начнем раз-
бираться с устройством современных телефонных аппаратов, давайте сначала
заглянем в прошлое и познакомимся с людьми, которые первыми сделали для
нас это «чудо».
История появления телефона
Никогда не бывает великих дел
без великих препятствий.
Вольтер
Создать телефон пытались многие, и небезуспешно, но официальное пер-
венство история закрепила за шотландцем Александером Греймом Беллом
(IS47-1922). Телефон имеет точную дату рождения — 14 февраля 1876 г. (о этот
день была подана патентная заявка на изобретение). Интересно, что в течение
следующих 11 лет более 600 человек пытались оспаривать авторские права
Белла! Через много лет Белл сказал: «'Теперь я понимаю, что никогда бы не
изобрел телефон, если бы был электротехником. Какой ненормальный элект-
рик будет пробовать то, что попробовал я? Моим преимуществом было то,
что целью моих работ всегда было изучение звука». По профессии Белт был
преподавателем в школе глухонемых детей,
Увлечение же Белла средствами связи было вызвано желанием латучитъ на-
граду от компании «Вестерн Юнион», которая объявила конкурс на изобрете-
ние способа одновременной передачи по одной линии нескольких независи-
ма
АЙС й .V'WC
ММЧ Шк, Л . ^хИх'ИМ K'HUM ЦЦ1ОМ (х'МЛхх'М IHtxOlh'M, KUIx'll'M
кк..цм Ь*м |v цмОо at к »м\ рнчтын u н'ф’Ф Эн upc t u'+ui i \x i.hix»iiihl<
н* bV|4w.Ox*»V- и ИМ MV К,I•xi<|MVIlxMt, MWll III kvh'p».n Х1ЧЫ1М1 BI.I
И HHUU V* «л Ux HpXK'HUUl \V , |-|4'lx' x'Upx'Vk h'lHh'H 4,h HMVli I I.» II|‘U
•х»хп> xtvhKW *И< н\ л »имн л11*.ны (Чин №чпрниимлилч ымх'рн'нлмн, in
. .'SSHUUMH НА . \Ч'П4'1\ ПхМхЧИП' Ч |\ 1х'« » 1,1k Ь. . > -. x‘Vlip I 1х’Ч Пх|»х‘ MIMI и
М\ч1*Р?\ЯГЦНхх МК ,, кчр. \|Ц» НО МН\ *х \i\ 1ЫКЛ 1МП4\ Нх'1
^ЧчйЧНМ Ьам U Н.|1\ЧЧ< |ЧДЧ‘1АЦ| Н рЛШИЧ hx'\|UU IX, I U' 14 I 111 \х 1.ННЧХП1114
К|Ч ЛХиидЦ Н ИМ1ННМЛМ1ННЦ Л1НН|М»Н ОНМЖЩ B.Hxx’U HxVI.VHIO »Л 1х I ММ
МчТЧМЦ( МЧ'ХрМН II ЦИ При 1\'М и tpillHxX ЦЧ’Ох' Пх.ШИх 1 х»НМ|Н М\ Ш1К.1 ll.IU.lll
. п\ 1чч и > I X М1ЧЧ' Л|ЧЧ X*.IHHV |1 HpIhniHtiXI Vx ipx'lh lUx’. X'я П1 К’ И‘Н|
ЦЫЦ Ч1М UpVllkMlI Ю И х ЦЧ Ml НИ Ррх'х Н 1х'»1 И KOMII.I I X К |*Л1ххМ|\ х хх.Ч»НН111. <‘П
X4VHIWUKU VIV МЫ< HI ЬхчКх'ИЫС MVU4KUI»b| II IxIC IIIIIKI1 llx»|»O III III Hx’k 11‘x'M.II
НЦ1 ЦЦС kxXIWKlHHrt а МЛ1 1ШК |XklkV ui'kx UllxXXI |Vl u»\t e II I,U I UIIKx'H H Hx'XI Ы-
К 1ЧХЧЛ1 IVb pjltllim \Н'ЖЪ имсх|чшх.х\) н теми IPXUIMH p.Hlx'V HU'iltlltilllllMllxH
’«•♦Cl |Kh|HHxlMH \ v ipoilx' I IM Mil
В Okbivpc IjTo i be и ii eixt iiosuxui-
Hllk B.IK'OH Ox) Hive IHM III CB»lll. Il.l p.ic-
eioMiiik J,2 км. l‘ci\ ti.iur iipuiK”i ii ivo-
pcuiv.icn н закон Ностре, чю онн н\с-
IHlHCb и ПЛЯС. Это IHdJlI.HO kUln|>IIIKI с
aoMOtviaac.'iimeii н чпь нс сгоню нм
погери жилья. Окрыленный хспсхом,
Белл предложил снос изобретение фир-
ме «Вестерн Юнион*, но пол)чил отри-
цательное заключение экспертов: «Мы
чст-ановили. чго голос очень слаб и не-
ясен. Технически мы нс видим, что это
устройство будет когда-либо способно
к посылке разборчивой речи на рассто-
яние нескольких миль. Устройство яв-
ляется нс более, чем игрушкой».
Белл не отчаивался, а возил снос
изобретение на выставки, проходившие
в разных городах США. Увы, он гак и
не встретил понимания и, ногможно,
нс стал бы преуспевающим бтнесме-
ном, если бы нс. жени1ьба! В 1877 го-
ду Белл женился и уехал в свадебное путешествие в Аныию Эго п/гешесише
-.играло в его судгЭк решающую роль. Пролил жни демонстрацию телефонных
чудес, Беът удостоился приема даже у королевской исты. Об июбрегении на-1
писали газеты.
Основанная 1>сллом коммерческая компания «iiell Telephone Company* ста-
ла и рои МЮДИТ1» теле |юнные аппараты, эанимпь-ся тслефони ынией населения.
Коммерческим успех компании позволил Беллу достаточно быстро и заслужен-
но стать очень известным и богатым человеком. Iорояа и apjine населенные
244
щгу'Ч<»
1*мс 7,1. Мдссоиаи мили !» нлеталыюги
телсфинншо 11иыр<*гя Ьс.ги (а) и нагн-нный
пмефомнын MiitMpui \ Ciptnicpa С аисковым
номер.набора гелем < 18*39) (б)
|П||к1Н i<HMl.l|i|Mh'l М.И1ПМ11 |Г'Н'Ф"И1|Г,1МЦ llpoiHKiHMti,< Ip»ul It ‘I I oMMyidln
|U.| II.I фоНН |Sli|'ll'l \ IOIH M<I>IU« ItH’hll, ПН1П'1Н1<1Й till IHI Hlpitlhl.il
. нни м.i’ll.Htii iv'b <|tttiiuiJ\ чнпнП. iitH.a ii-iu Hiiiiiir p.iimiv tr'ii <|н»н»п.1Ч himmi
|,Hllh'ill»l l\ t 1 «111111111 (» M |)II|H»IH"IH H ’Ibllhic M-l l»|Hll4|.| ). I hinr I hl III H pill iM /III
I Kt1'
11.1 t|h4O, pill I , Ihih.l IdH I’'llll| II I
Ih'pnbl* Mib » HIH4\ IV 'IVt|»Ulh,ll l"‘4 111.
ih no n. ii'iMimiHM >1 11.1 iiniiiMaHi’U't mix
HlillPlS 11*1 III IlHKOimil HI’l\‘hlK”ll<
.lllll.lp.ll .1 1ЦЧ1-MIM.I’h ‘I К \W, Il микро
фон ИМ* I IV * о ' lullktui II ll.lOlip.il*' I'M
lit I St i рд ll\ Mh) 1'1.140 U’P Kill b II p\M\
I.IKUC .«llll.ip.il l.l Mi'MIU \I»H It'll. 1'0
MilOlllX. .IMt'pfl MIK Ml\ кннофн 'IBM.IX
?0 Ц! \ I I \ \ |1
I l.l VIII IkOM p(U4 lO'Ullllt МЫ UblHJ
t MMi при помощи lo itua, a iounce
it«\koui.i\ шиш, коюрые p.u iijhk ip.niH'
ioioi n nous\c co vkopoi н.ю 3-10 Mcipxiu
II C'VkXII'lJ (kCldlH, ШЛИ JIO иычснпс,
.iciko носин i.i 11>, насколько далеко or
вас идет ipujj. если измерить секунды,
прошедшие oi момента пенышки до
раската грома). Волнообразное измене-
ние плотности среды и называют зву-
ковыми колебаниями или звуковой ватной. Люди с музыкальным слухом могут
слышать звуки с частотой от 16 Ги до 20 000 Ги, но для передачи обычной разю-
иорной речи достаточно более узкого диапазона 300. .3000 Гц — этот диапазон и
был принят в качестве стандарта для проводных телефонных линий.
Для преобразования голоса в электрический сигнал нужно было иметь соот-
ветствующее устройство, впоследствии названное микрофоном. Честь изобрс
тения знаменитого угольного микрофона, использующегося в некоторых тетс-
фонных аппаратах по настоящее время, принадлежит Эмилю Берлинеру
(1851-1929) Берлинер в 1877 году придал патент на угольный микрофон ком-
пании «Bell Telephone Company», тем самым сше более упрочив позиции Белла
в ра липин телефонии Угольный микрофон — очень простое устройство, в ко-
тором между двух з'1сктролоц находится мелкий угольный порошок (в виде зе-
рен), способный тменмгь свое сои роти ilichhc пол действием давления звуко-
вых воли. В дальнейшем появилось мною других видов микрофонов, кап«рыс
используюг различные физические процессы для своей рабены (рис. 7.2)
Частотный диапазон у лучших угольных микрофонов нс прсвыши >
31Ю >400 Гп (при нелинейных искажениях, доходящих до 15~'2О%). а урши Н'.
LHjH.via может быть до 0,77 В У всех друзих типов микрофонов выходи I
си*нал значительно мсч!ьшс, но качество работы намнено выше. Этим обья«
нясгси исIюльзо*ымне и современных телефонах в основном лсктродинами-
чсских и электретных микрофонов (последние — это разиовидноегь клшлен-
245
f~^£ва 7
б)
Элегтродииаы ич «с кий
микрофон»
Конденсаторный
Электромагнитный
Рис. 7.2. Конструкция современных микрофонов:
a — уготьного; б — элсктромаппгпюго; « — электродинамического; г — конденсаторного;
t) — пьезоэлектрического и их обшее обозначение на схеме (г)
саториых микрофонов) В электретных микрофонах потенциал между пласти-
нами конденсатора обеспечивается зарядом электрета, который нансссц
тонким слоем на мембрану. Электрет о состоянии сохранять заряд длительное
время (более 30 лет).
Каждый тин микрофона имеет свои досгопнстпа и недостатки, о которых в
какой-то мерс можно сулить по паспортным данным с техническими парамег
рами, диапазону частот, чуистинтельноеги. импедансу (полному сопротивле-
нию) и др. Но при выборе микрофона для своих конструкции или компьютер
ных программ обработки звука псе же необходимо знать еще и другие их осо-
бенности, поэтому давайте остановимся на этом чуть более подробно
После появления различных модификации уголытото микрофона, когда бы-
1и исчерпаны возможности повышения качества звука, изобретатели пред при
нялн попытки придумать что-го новое Появился электромагнитный микрофон
(рис. 7.2, б). В нем при колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звуко-
вого да илення меняется m.iihiiihnii поток, проходящий через витки обмотки,
immohihhoii на матниюпроаод. Бл.подари этому на обмотке и возникает пере-
менное напряжение звуковой частоты. К сожалению, у элск i роман i итоги
микрофона также оказался узким частотный диапазон (25(1.,3000 Гц), к тому
216
Телефонные штучки
же наблюдалась большая неравномерность частотной характеристики и значи-
тельные нелинейные искажения. По этой причине их можно встретить в апла»
ратуре очень редко. Например, один из отечественных электромагнитных мик-
рофонов имеет «имя» ДЭМШ-1А,
Простейший электродинамический микрофон по существу представляет со-
бой миниатюрный электрогенератор. Внутри имеется катушка с проводом,
подвешенная на мембране в сильном магнитном поле (рис. 7.2, в). Звуковые
волны вызывают колебания мембраны, и катушка движется в поле, из-за чего
на се концах возникает переменный электрически»! сигнал. Таким образом, мы
получаем прямое преобразование звукового давления в электричество, правда,
в этом случае уровень сигнала будет небольшой.
Как вы видите, динамический микрофон очень похож на устройство звуко-
вого динамика. Отсюда следует, что в крайнем случае динамик можно исполь-
зовать как микрофон, но не наоборот, ведь катушка у микрофона намотана бо-
лее тонким проводом и может перегореть от поданного на нее большого напря-
жения. Электродинамический микрофон имеет довольно широкий частотный
диапазон (100...8000 Гц), сравнительно лебольшую неравномерность частотной
характеристики и малые нелинейные искажения. Этот микрофон был запатен-
тован в 1928 году Эдуардом Вейте (1889-1972), сотрудником компании <-Bell
Labs*. Чуть позже, в 1931 г., инженер этой же компании А, Сорас представил
коммерческие модели электродинамического микрофона.
Благодаря высокому качеству передачи звука (в диапазоне 50... 15000 Гц) и
хорошей чувствительности в настоящее время наибольшее распространение
получил конденсаторный микрофон (рис. 7.2, г). Такой микрофон имеет тон-
кую электропроводную мембран); которая является подвижной обкладкой
электрического конденсатора. Вторая обкладка у этого конденсатора непо-
движна. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с
источником постоянного напряжения G1 и нагрузочным сопротивлением R
При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздей-
ствующего звукового давления, в связи с чем в электрической цепи появляется
переменный ток. и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напря-
жения, являющееся выходным сигналом микрофона. Нагрузочное сопротивле-
ние должно быть большим (>i МОм), чтобы падение напряжения на нем нс
уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конден-
сатора очень велико. Эксплуатация такого микрофона была бы невозможна
из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагруз-
ки, поэтому почти у всех современных конденсаторных микрофонов преду-
смотрен конструктивно связанный с микрофоном согласующий каскад на по-
левом транзисторе. Он преобразует высокое входное сопротивление в низкое
ы ход нос.
Интересно отмстить, чго конденсаторный микрофон изобрел тот же Эдуард
Вейте Патент на него датируется 1916-м годом. Первый конденсаторный мик
рофоп представлял собой две стальные пластины толщиной 0,05 мм, располо-
женные на расстоянии 0,025 мм друг от друга. Одна пластина закреплялась же-
стко, а вторая выполняла роль мембраны. Чувствительность последующих об-
разнив стремительно повышалась, и уже к 1923 г усовершенствованный
Главз 7
микро-фон имел по чувствительности в 100 раз более высокие показатели, чем
первый. В 1926 году вышла модель под названием •микрофон для производства
звуковых кинофильмов*. Таким образом конденсаторный микрофон открыл
эпоху звукового кино.
В пьезоэлектрическом микрофоне звуковые волны через мембрану воздей-
ствуют на пьезокристалл — пластинку', вырезанную из кварца, деформация ко-
торой вызывает появление у нее на обкладках электрических потенциалов (так
называемый -пьезоэлектрический эффект*) (рис. 7.2, ()). Обратный эффект ис-
пользуется в пьезоизлучателях. когда подают на кристалл переменное напряже-
ние от внешнего источника (следует знать, что пьезоизлучатели иногда приме-
няют в качестве звукового датчика для простых конструкций автоматического
управления). Основным недостатком таких микрофонов является их высокое
входное сопротивление, низкая чувствительность и большая неравномерность
частотной характеристики.
Стоит немного подробнее остановиться на электроных микрофонах. Их
можно встретить не только в современных телефонных аппаратах, но и во
многих других устройствах У нас в стране наиболее распространены микро-
фоны конденса горные электретные (МКЭ) из серии (МКЭ-332, 333 и др).
К отличие о! обычных конденсаторных микрофонов (маркируемых начальны-
ми буквами МК). у лих в корпусе уже имеется согласующий входное сопро-
(ноле ине каскад усиди геля на полевом трап шеторе, что позволяет подключать
такой микрофон к звуковому усилителю даже с небольшим входным сопро-
тивлением (ло 3 кОм)
Расположение выводов и схема включения для наиболее популярных элект-
ретных микрофонов показаны в табл. 7.1. Эга информация нам пригодится
чуть позже, когда станем собирать практические конструкции с их применени-
ем. Ведь такие микрофоны подключаются с соблюдением полярности и могут
иметь 2 пли 3 вывода. Основные технические параметры наиболее распростра-
ненных микрофонов приведены в табл. 7.2
Как может быть выполнен обратный преобразователь — переменного тока в
звуковые колебания, показано на рис 7.3 Внутри корпуса находится магнит-
ный сердечник, на котором имеется обмотка. Над сердечником с небольшим
зазором расположена гибкая мембрана. Проходя ши и через катушку ток создает
магнитное поле, которое, в зависимости от направления протекания тока, вы-
зывает притягивание или отлил кивание мембраны. Переменный ток вызовет
колебания мембраны, которые мы и услышим. В современных аппаратах более
распространены элем роли мимические излучатели. Как вы уже, наверное, дога-
лалпсь, работают они так же, как и микрофон, но только наоборот
Из рисунка хорошо видно, что электродинамическая конструкция капсюля
очень похожа на устройство широко распространенных в быту динамиков
(громкоговорителей) Может возникнуть вопрос, а зачем нужны рашые назва-
ния аналогичных устройств? Все дело в том, чго ог капсюля нс удастся полу-
чить большую громкость звука — он не рассчитан на такое использование. Эю
устройство логичнее было бы нашить <>тнхог опори гель*, но прижилось дру-
гое - телефон (телефонный капсюль) Здесь существует нскогорая мутанты,
так как одним и тем же словом называют как весь телефонный динара г. так и
248
Телефонные штучки
Таблица 7,1. Внешним вид и включение электретных микрофонов
Внешним вад
Вид А
Схема вкючения
МКЭ-332, МКЭ-333
Вида
Иетоц-)
34J9E, НМОЮОЗ
' для нооторых тилоя могут отличаться
МКЭ-377-1. МКЭ-378, МКЭ-389-1
• - ЭТИ размеры для наклорых типо* могут отгибаться
Ю
ВидА
Минус
питания
Оби.»,
Сосна" М1-А2(Б2)
249
Гпава 7
lao.ntua 7.2, Технические параметры распространенных элсктретых микрофонов
Микрофон Ч) истин гельиос-гь, МС MVIICC, мВ 1!п Габон it rt Диан ими часто г, Гц Напряжение ниганци (Нм), В 1 1огрсб.1ЯСМЫЙ юк, по Go.iee, м\
МК 3-1 4 20 50 15000 -4,5 ±1,5 >«
МК 3^332 3.. 48 5П |2500 2.0..9 0.80 (при 3 Н)
МКЭ 333 ИМИ 1001 МКЭ-Ч-7Л МК >378 , 1—Г| ,*• X- | Н У ! с 1 1 « г 1 1 1 J 50 12500 50 16000 150. ,‘5000 30 1Х(ЦЮ 2,0. „9 З.о 6 2? 6 0,80 Uipu 3 П) 0,80 0.35 1 о5Г"
МК 1 ЭМ)-| 6. U 300 4000 •м
•С(К1ы« М1-Д2 5 IS |.М1 7000 -1.2 ±0,12 0.07
-С асн.1» MI-B2 10 20 150 7000 м.зТол” 0.07
дц*‘ГТГЛ* г*-К1гг~т
*
Рис. 7.3. Вариант kuucip?KUHM и «мд ня схеме тетсфонкых кансютей:
a - длемрочлHinooru; б — игыродянамичесхыс нмучвтсам
простой преобрл ним 1 ель электрического сигнала в звук Впрочем, ленная пута-
ница никого не смущает — к ней уже привыкли.
Помните, как осуществлялась коммутация абонентов и перцы* телефонных
системах? Абонент должен был позвонить на коммутатор. попросить телсфо*
нисга соединить сто с на тайным номером, и только потом уже начинать раз-
говор «Алло. центральная,’* эти слова известны многим. Сего шя такие ва-
рианты коммутации остшшсь. разве что в местных телефонных станциях, рас*
положенных на некоторых промышленных предприятиях и в офисах. Мы чаше
250
Телефонные штучки
почьзусмся :мпоматичеекой телефонной связью, принципы которой были зало-
жены . гробошником, жившем в американском городе Канзас-Сити, Аймоном
Ьрауиом Стрингером Как повествует история, у Сгроугера появились подозре-
ния чю жена его конкурента — оператор телефон noil станции переадресо-
вывает деловые запросы в контору своею мужа. Чтобы пресечь подобное бе-
6рал1С, он спадал в 1SS9 голу коммутационный автоматический узел Первока-
чатг.но ихжныи абонент выбирался набором комбинации из трех кнопок.
В дагьнепшем были предложены различные усовершенствования, в том числе
прокипи дискового номеронабира1сля, который используется до настоящего
времени В дисковом померон л бир.п еле телефона Сгроугера не было отвер-
ни а только выемки, подобные зубьям большой шее крепки. Дисковый
ihhiuiii набора номера получил широкое распространение с 1922 гола Рабо-
тает он довольно просто — вращая диск, мы тиюдпм пружину, под допе гнием
орои лог диск возвращается в свое исходное положение, и при эгом спецп-
i-niiiMii выступами кратковременно размыкается пеги» линии. При этом в пси
армируются импульсы тока, используемые для автоматического соединения с
i ужным абонентом.
Даже когда начали применяться электромеханические ком мутаторы еще
пос время шли споры, следует ли осуществлять телефонное соединение ав-
агическн или вручную. Вопрос этот был чисто экономическим Там, гте
о ны шпон на абонента велико, дешевле было использовать .нломагиче-
1.1 те к’фонную станцию. Поэтому до 1930-х гг особой нужды в автоматнче-
. телефонных сгаиппях не было.
Современные линии и телефонные аппараты
Если те: киты смолкли, значит, ты уже мертвец
Мудрость бизнесменов
Гак как телефонная связь яачясгся одним из видов электрической сшнш.,
ее осуществления необходимо наличие, как минимум, следуюшил Й0|К
то В. ’
И преобразователя звуковых ксфебиниЛ в электрический сигнал — .микро-
фона,
2) преобразователя электрического сигнала в звук —
(телефон);
) электрической линии с источником питания, соединяющей микрофон и
теДюн
Lc.nr найти два угольных микрофона и электромагнитных квмемия от и»*
сфонного аппарата (ТА), в простейшем случае линия а ну хутором Ней
же) выпядетк как это показано на риг 7.4, Несмотря на тц чти ске-
ине работоспособна (в ч«.м при желании легко можно убедиться! rxm
11<м ей будет очень неудобно из-за того, что наб подается тик до-гдеемы*
честный эффект Проявляется он в том, что в тс зсфонс будет
сами говорите. Ведь тхтоянный ток. проходя через микрофон, м»’ту
лпхком а лимит, вызовет колебания и в тстефоиаям а
Г л та 7
Абонент 1
bf t
вм
Абонент 2
Пи^ИЛ
G81
12В v
BF I. BF2 - т«п*фон (капсюль)
ВМ1. ВМ2 - микрофон
ZflHH - юмпликсно* «МОДНО* солромивлаии»
линии
Zcom ' мпл*’смов соласующ»»
сопрсги«п«иио
Гис 7,4. 11рппг*Ппг1Я линия т»)хстортш<«
гпя in ио право им
Рис, 7,5. Itapiilin рпн'Топуй схемы, уецишиютей
•местный* _>ффскг в кмефоттм иниарип*
тонько на удаленном конце провода, но и в нашем. Говорить себе в ухо вряд
НИ КОМУ riOHpHRIHCH.
V'lmi.HiiiH ю, 'по увеничив.пь число проводов в линии сняли больше двух
iienh in (до| при пн еды ц.|с проводи стоят дорого и сегодня). in nenpiniiiioii сшу-
amiii при,i>мл hi довольно прослои выход. Но дня ною схему iipiixouticu не-
мною ух ю жня । ь, дпбннпн в нес еисниа П.11ЫИ i рлнеформлюр (рис, 7.*») Как вы
НИД1Г1С, (елсфоннын КЗИКТОЛЬ ИОТК ночасц-я К 1СЛефоННОЙ '11IIIHH нс IHIIIримую,
а чере) coi |.к \loiiinti |р..тсформа|ор. Г ша ли вы ера »у /101 влачись, в чем прей-
ммнесию iBkoio включения. по ному ллнай|с pacc’MoipiiM рлГину но1пу1лабо-
1ес но tpoOHO
I IB нмсфонл COC'IUIHHC'П.ную ЛИНИЮ, И lyiliyio OI /VI ( МОДНО ПрГ'Ц НИН! I ь
IKIUHi I.ICH I 111.14 COIIpOllHVICHHCM /лн„. КОГОрОС ДОЛЖНО ILMCII. величину окочо
6(10 Ом Во время ра иовора переменный н»к. uhi.ihiii.iii микрофоном BMI. н
точке соединения обмоток 1р.и1сфор_мм1ора ра икчн uivich но двум нлнрпвнепм-
ям (/tn /Л. нрохочч при ном через включенные про)пнофа 1110 ohmoiки ( оиы-
насмыс ними юкими в грансфлрма1орс мемром.ннитыс поля взаимно ком-
пенсирукося. Подбирая coiipoiинчение Z,W1 можно добин.ся i.ikoio состоя-
ния, koi 1.1 в обможс, к коюроп подключен телефонный кансю и.. ciim.L'ia не
будет Ну л ко1дл спикИ прихо шт с линии, то юки через первичные oOmoikh
трлнсформато|>л протекают синфалю (только в одном нанраиленни на каждой
но ту волне) и их xicKipoxiai нш ныс почв склшилакнси, - в pc jy.'ibr.iie мы
услышим звук в капсюле ВГ1
Существуют и другие варианты тра11С1|)ормлториых протниомеелных схем,
один из которых показан на примере упрошенной схемы ТА (рис 7.6) (прин-
цип работы тол же). Они стоит во многих старых телефонах, но в современных
моле mix аналогичная зтыача решается уже при помоши спешкыьнои схемы па
актиншлх олсмечиах (траншегорах или микросхемах). Эго объясняется тем, чго
гаГиригы 1рансформагора нс по июля ют уменьшить обшие размеры телефона
пл и процесс изготовлен и я т р информатора нс очень по шлется автоматижнтии,
л значит, не чает ш»сложности уменьшить стоимость аппарата
25Z
Тшюфонмуе шгучки
Рис. 7.6. Усцюнстно мсчэлм'кч'кото телефонною
mutapaia
Рис. 7.7. Линия длтхстороннсй свиш на исноже
сган.иртыч телефонных аппаратов
Имея дни с|андаргных (одинаковых) ТА, для создания канала связи мы мо-
жем их подключить послсловаюльно по схеме (рис. 7.7) (телефоны подойдут
лажи бет или с неисправным иомсронябирятелсм). Тиком линией можно воспо-
। ииьпься, например, при настройке расположенной на крыше антенны, когда
нн рол н рован. реэулы.м должен к го-i о из помещения. )га линия связи будет
»рм.1лвно paGoian. па расстоянии до нескольких километров бет применения
плшеля тукового сигнала (на современных АТС уеичитсли все же ставят,
ж как там расе юн имя до абонентов могут быть шач1иелы1о болтапе)
< opi лип lainiuii канала святи мы разобрались Ну а как lencpi. осушен вин.
ты юн удазенного абонента в нужный момент? Кричать «Вася, сними трубку»?
1 ik OIHHI. будет неудобно польюна и ж я 1стсф<шом. Как мы шлем, и.ипи теле-
фонные линии построены на основе припиши двух lopunnvio действии, г. с. по
о,шоп и юн же линии абонент нытытыст стлпнню н hi ciainiioi пышные i або
jfcnia, (’ooiitcu нцтотнее обор ул она пне, oocciic’iiiiuionivc такую во тможши п.,
имеемся на АН’. Давай и ношакомпмея. как оно pahoiaci
Котла абонент снимает с аппарата тстсфонщ то трубку, А 1< ЧЫ ту ли опрс
1ЯС1 НО 11ОШ1Н1НИСМУСЯ току в Пени и ЦМТОЗОНИЧССКИ Прон IHO III т выбор любой
nooojiijoii tiihiiih, после чею ласт сигил i oirtcia и пиле н< пр< рыштото tyjx.i
(1251ц). 1 rnc.pi» можно шлю<нчп. набор требуемою номер т I latw.ip может бытв
нм пул витым инн к»п,| ii.hi.ixi Волыпине! во современных Галтефонов имени ил
Кортес перск почлivji. (РнКе, Гоне), иоиюдякшити выбрить нм inn nai»opa, ко
торый ’ । lol нт мне I• ваш i \ Н К сож in пню, но iliuhikibq отечсс I венных АН
iipcina тначсны ДЛЯ работы с пмп\ пжным набором, a за рубежом чаше потьту-
1О1СЯ 1ОПЛ1Ы1ЫМ Гон,питый набор, к слову, нс тонко ботсс номе хоус тончив,
но и >скорнег время сое тинсния с абонентом примерно в 1 рлм
Впервые принцип toiuiuioio набора прсаст.нтп та компания -Bell labs» в
Нб1 юлу и в том же гол) ныпусгила первый телефон с кнопочным номс}мша
биратслсм Через несколько лет тональный кнопочным набор начал повсемест
но вытеснять в СШ \ ненадежные дисковые номсропабиратети.
При импульсном наборе в линию поступает серия нмпутисов (их чисто
сна соответствует набираемой цифре номера, а для 0 -- десять имп\льсов)
лиеленных интервалом, как это поюшно на рис. 7,8, а Тонхтьный набор вы*
тяется по-другому: при помощи пачек-комбинаций двух частог из
возможных (рис 7.8, (9 По мере приема сигнала станшы автоматически вы-
253
Гпэва 7
Рис, 7.8. Форма напряжения в телефонной линии при импульсном (о) и тональном (б) наборе номера
полняст переключение линий так, чтобы выполнить соединение с нужной.
При этом она формирует вызывной сигнал в линию абонента (с частотой
25 Гц, амплитудой порядка 170 В),
Любой современный телефонный аппарат состоит из трех основных узлов:
вызывного, разговорного, а также узла набора номера (рис. 7.9). Переключение
между узлом вызова и разговорным узлом выполняется при помощи механиче-
ских контактов К1.1 — пока трубка лежит на своем месте, они замыкают цепь
вызова.
Снимая трубку, мы автоматически включаем разговорный узел. Вес это
сделано ятя того, чтобы телефонный аппарат в режиме ожидания не потреблял
электроэнергии от линии. Ну а узел вызова обязательно имеет на входе кон-
денсатор, не пропускающий постоянный ток. Однако небольшой ток от теле-
фонной линии аппарат все же может потреблять (дтя питания микросхемы па-
мяти номеров), главное, чтобы он нс превышал 1 мА, тогда это допустимо.
В старых ТА язя оповещении о вызове используется электромеханический
звонок, а в современных ятя этих же целей служит пьезоизлучатель, сигнал дня
которого поступает от специщм1змрованной микросхемы ичи же от простейше-
го транзисторного генератора, например описанного в главе 6,
Узел набора номера во всех современных аппаратах — кнопочный. Это ока-
залось удобнее, чем крутить диск механического номеронабирателя. К тому ж*
у Т \ пояшыись дополнительные возможности, память номеров, автоматиче-
ский повторный набор, а в голо звон, автоматическое определение номера ню-
нящею абонента (ДОН) и многие другие (чолько одно их перечне whhc займе!
несколько страниц). Все это выполняют специально ратраСннлипые для теле-
фонных аипарлкщ микросхемы,
254
Телефонные штучки
Рис. 7.9. Структура стандартного телефонного аппарата
В дальнейшем более подробно познакомиться со схемами и устройством
различных видов ТА можно по книге, специально посвященной только этой
теме [I ]. Во всяком случае, при ремонте телефона без нее вы не обойдетесь. Ну
а сейчас мы можем уже приступить к изготовлению простых практических
конструкций.
Практические конструкции для дома
Во время воздушной тревоги Штирлиц пробирался в кабинет Мюллера.
Он никогда не упускал случая позвонить в Москву бесплатно
Народный анекдот
Работники телефонных компании очень не любят, когда кто-то подключает
что-нибудь к их линии. — оно и понятно. Впрочем, формально они правы
подключение к линиям устройств, не сертифицированных специально уполно-
моченными на то организациями, может стать причиной выхода из строя обо-
рудования АТС Поэтому сразу отметим, что приведенные здесь схемы, при
правильном изготовлении и установке довольно надежны в эксплуатации и не
оказывают никакого вредного влияния на работу' как самого телефона, так и
телефонной линии, что проверено в течение длительного времени. Они не по-
мешают, даже если вы используете ДОН или модем Устройства предназначены
для работы на отечественной телефонной линии с импульсным набором номе-
ра и позволяют сделать более удобным эксплуатацию телефона или же полу-
чить дополнительные возможности, которых раньше не было.
Индикатор занятой линии
Дго устройство пригодится тем, кто имеет в кнаргире несколько ТА, уста-
новленных в разных комнатах и подключенных к одной телефонном тиими
В лом случае ври поступлении сигнала вызова часто снимают трубм на всо
телефонах, что вызывает осложнении в начале разговора Другое неулибслао
255
Г Л .*>,1 Г
< ЦМ < hid . I)|H1 IIOHUMllllb 111 onion КОМП,111-1. MM 14 В T|IVH»I| II ho
П|Ч‘\1Ч niei iv.'ict|4Hiiihiil pjiioiiop, нрцммнни iico niokpai но ho'ihiim.iii,
ip\ok\ мюон xui.iik, koi i,i, наконец. iHitoooimoi 'iuiiihi, I hint ia oi.iii.nui hik-
Жк 1ХЧ4Н. 'ПО ИЛ О UlOM II I 1C к’фО||)1Ы\ 4U1I4|M|OH ll'IOXU HO'iUACH.l ipWK.I II. Ill’
1И4Н dO ilOM, МОЖНО НС |ОЖ l.lll.lil |1\Ж11О1О 1П0НК4,
UuMHUHA'M Ol UvTX licpcuili 1СНИЫХ Hl’XfUHKIB 11ОМОЖС1 111*00'11.11144 lipillklll
кл, i icu пол ч юный HMcih снеговхю цнтик.шню при синит ipxoKC 11.1 <ho6om in
1 \ При HOM HC ipc6)€ICM ННКЛКО1О Д01|ОЛННГС:Н.|101О ПИ14ИИЯ UpHCl.HIKd
iiiii.icicm oi iiihihi и вдежхрном режиме (при онхщинных iрубках) ио|ребляст
микрогок (не превышающий 0,01 м\)
Прнсгавкх можно н п отони гь по одной ui приведенных ниже схем. Работа-
ют ОНИ ОДИН4КОВО И 0ГЛИЧ.1ЮТО1 только доступностью комплектующих. Поло-
му мы рассмотрим более подробно только одну из них.
Первый вариант схемы п топология печатной платы для ее сборки показаны
на рис, 7.10.
а)
Рис. 7.10. Телефонная приставка (а) и топология печатной платы для ее сборки (б)
V01 ►
б)
Схема подключается к телефонной линии параллельно с ТА в любом удоб-
ном месте. Например, можно установить ес внутри корпуса каждого телефона,
закрепив светодиод HLI на видном месте или в (слсфонном тезде (гам всегда
найдется достаточно места). Нс забудьте только при подключении к линии со-
блюсти полярность, указанную на схеме. Полярность напряжении в линии па
контактах можно узнать при помощи обычного «тестера».
Принцип работы уст роист на основан на контроле напряжения в телефон-
ной линии. Как вы уже знаете, если линия не занята, го напряжение на се вы-
ходных клеммах высокое — около 60 В, а при поднятии трубки на любом из
ТА снижается до 6... 15 В (в зависимости ог внутреннего сопротивления аппа-
рата). Поэтому схема состоит из детектора уровня напряжения на транзиаорс
VI'I и усилителя тока на VT2, VT3. Транзистор VT1 работает в режиме микро-
токов, что обеспечивает ему максимальный коэффициент усиления. В лом
случае малейшее изменение тока базы приводит к переходу транзистора из за-
крытого состояния в режим насыщения. По этой причине изменение питаю
шето напряжения всего на 0,2 В приведет к переключению 1ранзистор<т (ноль
256
I U/lr'ibniillhHi инучки
nr nrin laintt in iok imii-iI yhi.t yipyi ilv iik h>|j.i yi и ihh.hoi iop hhi iCKiop.t
VII дня yilp.lB'IVHIIH CMC | <1Д ИО/1НЫ M lllUllikilinpoM HI I (Mill буду! OlKpJilM.
iniii.Kii VI I Mkpi.il
( iivio/nto/i IH I можно juMciiiiib па АЛЧНА или npyiuij nt серии КИНД
(kini.'U?, КИИД24 и f n ) <>iin при небольшом iokc свс|я и я уже доснноч-
по ярко Диол VIЛ юли к я любой с лонусшмым обритым напряжением нс
менее 300 В - КД243(Г-Ж), КД247(В-Д| и лр I’cnieiopi.i донуоимо нриме-
IBHI.: KI, R2 — oi 3 МОм до 5,1 МОм; R I — ог 750 кОм до I МОм.
11ока минам на рисунке топология олиосюроннси нечашой план»! не имеем
огнереши — все лепиш ус tana вливанием подпайкой их к кошакгиым площад-
кам Рлмсры яла гы выбраны с учетом возможности установки в стандартное те-
лефонное । незло (см. рис. 7 15), так называемую «телефонную роютку». Светоди-
од крепится на корпусе приставки и гибкими проводами соединяется с платой
Проверку работы схемы лучше проводить, подав от регулируемою источника
постоянное напряжение 6.. 15 В (при
этом должен светиться индикатор HLI).
Пос1спснно повышая напряжение до
30 В, следует убедиться, что при напря-
жении более 20 В светодиод гаснет. Если
это нс так, то потребуется подобрать но-
минал резистора R3. На этом настройку
считаем законченной, и схему можно
подключать к телефонной линии (ТЛ),
Второй вариант приставки приведен
на рис. 7,11 Как вы видите, схема не-
существенно отличается от предыдущей
и работает аналогично, но за счет испо-
льзования полевого ключа VTI число
необходимых элементов уменьшилось
При этом в ждущем режиме от линии
потребляется меньший ток,
Рис. 7.11. Второй вариант схемы приставки
индикатора ынятои лилия
Рис. 7.II. Тополоши печатной ниты и распилоАсние элементов
Глаоа 7
Как только трубка с аппарата снимается, напряжение в линии падает до
6. 15 В, что приводит к запиранию транзистора VTI. и на затвор VT2 с делите-
ля, образованного резисторами R1-R2 и R3-R4, подастся напряжение. Его
уровень достаточен для открывания \Т2
Для размешен ня всех элементов, включая и светодиод (HLI), можно воспо-
льзоваться односторонней печатной платой, показанной на рис. 7.12. Для удоб-
ства настройки порога срабатывания индикатора применен миниатюрны»! под-
строечный резистор типа СПЗ-19а.
Блокиратор для защиты от «пиратов»
kin для кого нс секрет, что обычная телефонная линия не имеет зашиты от
несанкционированного подключения, К сожалению, в наше время нс редкость,
когда этим пользуются жулики. Доказать потом на АТС, что это не вы говори-
ли по междугородней линии с президентом США или пользовались услугами
многочисленных платных служб, будет довольно сложно — практически невоз-
можно, если говорить честно. Счета на оплату могут превысить месячную зар-
плату в несколько раз. В этих условиях, если работники телефонных компаний
не зашишают своих клиентов от посягательств со стороны жуликов, становится
актуальным применение самодельных электронных устройств, способных
предотвратить использование ТЛ без вашего ведома.
Тут следует отметить, что различные фирмы уже выпускают блокираторы,
выполняющие аналогичную задачу, но стоят они, как правило, довольно доро-
го. Но такое устройство несложно изготовить и самостоятельно. С двумя вари-
антами блокираторов здесь вы и познакомитесь. В ждущем режиме эти схемы
не потребляют энергии, а использование малогабаритных деталей позволяет
выполнить их конструктивно в виде вилки, вставляемой в телефонное гнездо,
пли же внутри телефонной розетки
Простейший вариант блоки-1
"1 ратора линии приведен на
рис. 7.13. Схема будет полезна!
при долговременном отсутст-1
вни жильцов в квартире. При
ее включении опа выполняет
роль электронного «замка» и
исключит пользование ТЛ При
этом блокируется нс только на-
бор номера, но и прием вызыв-
ного сигнала.
—I Схема подключается, со-
Рмс. 7.П, Электрическая схема G.iuMipaiopa. вjpii.Hir f блюда я указанную на рисунке
полярность, и работает доволь-
но просто. При появлении сигнала вызова или же наборе номера в ТЛ появ-
ляются импульсы, которые через конденсатор СТ и резистор RI поступают на
загвор полевого транзистора VTI - при этом заряжается конденсатор С2.
Стабилитрон VD! ограничивает амплитуду напряжения на конденсаторе С2
до безопасной для затвора «полевика» величины.
253
Телефонные штучки
Как только напряжение на затворе VT1 достигнет уровня открывания тран-
зистора, ток, проходящий через него, будет закорачивать линию через малень-
кое сопротивление светодиода HL1. Так как время заряда конденсатора С2 бу-
дет меньше, чем время его разряда, транзистор остается открытым и после пре-
кращения действия импульсов, что помешает набору номера.
При появлении в линии сигнала вызова в телефоне нс успевает включиться
сигнал звонка, так как транзистор приставки (VTI) сработает быстрее и крат-
ковременно замкнет линию. В результате этого связь нарушается.
Если конденсатор С1 уменьшить примерно до 0,01 мкФ (его величину мож-
но подобрать экспериментально), то при вызове ТА успеет один раз дать ко-
роткий сигнал звонка до того момента, пока нс сработает блокиратор.
В схеме светодиод HLI является индикатором срабатывания блокиратора,
а диод VD3 предотвращает повреждение устройства при ошибочной полярно-
сти подключения схемы к линии ил if если телефонисты после очередной ава-
рии кабеля при восстановлении цепи поменяют полярность напряжения на
проводах.
При сборке могут использоваться следующие детали: конденсатор С1 — типа
К73-9 на 250 В с номиналами 0,01...0,068 мкФ; С2 - KI0-17 - 0,1 ..0,22 мкФ;
резисторы подойдут любые; микропереключатель ПД9-2 (ПД9-1).
Монтаж всех элементов схемы блокиратора выполнен на печатной плате
размером 40 х 20 мм (рис, 7.14). Топология сделана с учетом ее размещения в
стандартном телефонном гнезде (рис. 7.15).
20
Рис. 7.14. Гкпология печатной тэты и расположения элементом схемы
Еше один вариант блокиратора показан на рис. 7.16, а топология печатной
платы для него на рис. 7.17, Эта приставка более • умная* — она не будет ме-
шать вам пользоваться собственным телефоном, подключенным так. как пока-
зано на схеме. То есть можно будет с него набрать номер и связаться с нужным
абонентом, но любое другое подключение к линии будет считаться незакон-
ным и блокируется. Это позволяет реализовать дополнительный транзистор
VT2, который является датчиком тока в линии при снятой телефонной трубке
ГЛ1. Проходящего через резистор R3 тока достаточно для того, чтобы этот
транзистор перешел в режим насыщения и замкнул затвор VTI на общин про-
вод, чго исключает работу блокиратора.
259
оэг
Г1Г11ХЭ вО|НЛИЭГ€ KHIQVOblHPWl H mrru IfOlUCbSH KHIOL'OIJOJ '4Г4 эи<1
j iiiniidcu rdiuedinovg KK.nA 'Qi 't '->>4
VI
Телефонная линия
rdoirduMOirq iiohtltj rt<i irompi*«oiicij( л
inaotod MOiiim^idiML ejCuduM Oionidrnicj^ oj<tuiiJUL3ahSJ.o 1Лщ ’эк<|
Z еяьч/J
Телефонные штучки
Jlpu nvno'ibюиапии naiuioii схемы нс слелус! забывать, что, когда она вкяю-
чснл, блокиратор будет работать и ни си шал ни зона. г. е к лам до люиигьси
ннкк» не сможет. Для всех пытающихся ли сделать АП ' даст сигнал, что теле-
фон все время занят.
Получение режима HOLD
Ge юл ня у многих в квартире имеется несколько телефонов, ус1ановлснных
в ратных комнатах и подключенных’параллельно к одной линии, Но иногда
бы вас г удобнее разговаривать нс с того, где была снята (рубка, а с другого.
В дорогих моделях для этого случая предусмотрена ооснкалытя кнопка «-Hold»
(переводится как «захват, удержание*) Нажав на нее, можно положить трубку
и спокойно перейти к другому аппарату' — соединение в линии сохранится.
Если на вашем аппарате нет кнопки, выполняющей режим «Hold*, то про-
стая приставка, схема котором показана на рис. 7.18, сможет его обеспечить. Ее
основное назначение — удерживать линию занято!! (в течение фиксированного
интервала времени), когда вы положите трубку на первом ТА и перейдете ко
второму.
тл $вт тл
1*ие. 7. IX. (Лема приставы) в гемфону (а) и топщюгкн печатной itiaiu для ее сборки
Схема пшлетел непосредственно от телефонной линии и в режиме ожида-
ния не потребляет энергии К линии она может быть подключена в любом ме-
сте. при этом соблюдая полярность. Конструктивно все может быть вы пол нс
но и виде отдельного узла или же плата с элементами вставляется в корпус са-
мого ТА (малые размеры позволяют разместить ее в любом аплнрате итн
отечествен нои телефонной розетке)
Для включения приставки кнопка SB 1 должна быть нажата до того, как бу-
дет положена трубка ТА. При этом происходит быстрый заряд конденсатора
CI — транзисторный ключ VTI откроется Проходящим в цепи транзистора ток
имитирует снятую трубку Когда кнопка SBI разомкнута, разряд C.I идет более
Гпава 7
медленно, так как у резистора R.2 большой номинал. Как только напряжение
на конденсаторе снизится ниже порога открывания транзистора, который со-
ставляет около 2 В. он закроется (время включенного состояния зависит от но-
миналов С1 и R2 и для указанных на схеме составляет 15 с).
Схема не критична к точности номиналов резисторов и позволяет при сбор-
ке ставить ближайшие значения из ряда.
Предварительную проверку работы схемы можно выполнигь, питая се от
любого источника напряжения 5...6 В При нажатии кнопки SB 1 светодиод
HL1 должен светиться примерно в течение 15 с. Окончательная проверка вы-
полняется уже на телефонной линии.
Адаптер для записи разговора
Иногда бывает нужно записать телефонный разговор на магнитофон. Но
подавать электрический сигнал с линии непосредственно на вход магнитофона
нельзя Эго связано с тем, что, если трубка лежит на аппарате, в линии деист*
вуст постоянное напряжение 60 В. которого вполне достаточно для поврежде-
ния входных каскадов усилителя Не спасет схему магнитофона применение во
входной цепи дополнительного разделительного конденсатора — ведь в момент
вызова в линии может действовать переменный сигнал с амплитудой до 200 В,
который легко пройдет через любой конденсатор Ну а вход магнитофона, для
удобства его использования, должен быть постоянно подключен к ТЛ
Для согласования цепей с разными параметрами и служит адаптер, к тому
же он обеспечивает гальваническую развязку устройств. Выполнить адаптер
можно по одному из предложенных ниже вариантов.
Приведенная на рис 7.19 схема позволяет использовать любой записываю-
щий магнитофон, имеющий вход для подключения внешнего микрофона.
Устройство нс требует питания и может быть постоянно включенным в разрыв
одного из проводов липни, идущей на ТА. Это не ухудшает качества связи и
исключает повреждение входных испей магнитофона.
Трансформатор обеспечивает развязку цепей по постоянному току. Включе-
ние диодов VD1 и VD2 в качестве ограничителей предотвращает вероятность
появления во вторичной обмотке трансформатора переменного напряжения с
Рис. 7.14. См'ма илдптсра для аминя сигнала с телефонной линии
262
Телефонные штучки
опасным для входных пепси магнитофона уровнем. А нужный уровень сигнала
с линии устанавливается подстроечным резистором R1 (его номинал может су-
щественно отличаться от указанного на схеме).
Для изготовления трансформатора Т1 используется магннтопровод or любо-
го телефонного трансформатора (все они унифицированы, и его несложно
найт). Трансформатор имеет конструкцию, которая исключает намагничива-
ние магнитопровода при протекании небольшого постоянного тока (когда
трубка с аппарата снята). Трансформатор надо разобрать и удалить верхнюю
обмотку с каркаса. На се месте наматывается 120... 140 витков проводом ПЭЛ-2
диаметром 0,33 мм Оставшиеся обмотки включаются, как показано на схеме,
что позволяет повысить напряжение во вторичной цепи.
Второй вариант выполнения адаптера показан на рис. 7.20. Его проще изго-
товить, но такой адаптер сильнее нагружает ТЛ, что, конечно, является недо-
статком. Для изготовления этого адаптера может использоваться любой мало-
габаритный трансформатор, предназначенный для звуковых частот. Установ-
ленный на входе схемы конденсатор нс допустит протекание через Т1
постоянного тока, а резистор RI уменьшает влияние адаптера на ТЛ.
хз
На микрофонный
•ход
Рис. 7.20. Второй ирмант слсмм адаптера
Если у трансформатора коэффициент передачи 2.1, то на его выходе уро-
вень напряжения не превысит 10 мВ Регулятор позволяет уменьшить сигнал
до нужной величины (эта настройка выполняется один раз под конкретный
усилитель, поэтому резистор может быть подстроечным — без вала).
Диоды VD1. VD2 служат для ограничения амплитуды выходного напряже-
ния на уровне 60 мВ во время действия в линии сигнала вызова или в момент
включения адаптера (пока заряжается конденсатор С1). Диоды могут использо-
ваться любые кремниевые: КД521, КД522, КД510, КД106А, КД243, КД247 или
импортные IN400\. 1N9I4 и др.
При сборке конденсатор С1 должен быть неполярным и иметь рабочее на-
пряжение нс менее чем 250 В (например, K73-I7). Резистор R2 типа
С П3-19а(б). Миниатюрный трансформатор использован из серии согласующих
I С) от карманного радиоприемника (у него индуктивность первичной обмогки
юавляет 1.5 Гн) — подойдет любой. Если применить трансформатор из дру-
(нх серии, го конденсатор СЕ возможно, потребуется подбирать для обеспече-
ния наилучшеи передачи низких частот спектра. Для проверки полосы пропус-
ти адаптера можно подключить звуковой генератор (рис. 7.21. а) и снять ам-
литулно-частотну ю характеристику (подаваемый сигнал нс должен иметь
плигуду более I В). Для приведенной схемы она показана на рис. 7 21. б Из
е видно, что полоса по уровню 0,7 от максимума составляет от 400.5X000 Гц.
263
• гиша 7
Рис. 7,21. Подключение генератора хтя проверки полосы пропускания адаптера (а) и
амплитудно-частотная чарактсрнсгнка (б)
Рис. 7.22, Монтаж тлсмситов и внешний ши платы
Вариант топологии печатной платы для сборки такоЩ схемы приведен п ра:
теле Жак сделать печатную плату без химии* (глава 9), а монтаж элеми
гов
показан на рис
7.22.
Размеры
конструкции
ла
ют возможность легко разместить сс в корпусе
телефонной коробки размером 68
(рис 7 23),
50 х 23
мм
Если нужно подключить к Т/1 маынпофон
автономным питанием,
необходимое! и
рзши зку иене и
обеспечивать
и из схемы мол
то в этом случае
гальваническу
но
убрать
т pat зс
Рис. 7 23, Виэ корпус.! с пнчьами «.вросчалдяри
Гилсфонныс шгучки
1’нс. 7.24 'I ретин партии схемы алангсра
форма юр. как но показано на рис. 7.24 Эют адаптер был выполнен с двумя
1сяеф(»нпымп разъемами с и роста нл а рта — для удобства его подключения к ТЛ
Аналогичную схему телефонною адат ера использует фирма «Самсунг» при
комплектации некоторых карманных диктофонов.
Простое переговорное устройство
j-Ja даче или дома иногда бывает нужно иметь переговорное устройство те
лефонного типа, то есть обеспечивающее вызов второго абонента, но при этом
ничего не потребляющее в ждущем режиме. А для оперативном установки же-
лательно, чтобы связь могла работать еще я в автономном режиме, то есть без
ч гечого питания. Как все это обеспечить, не пользуясь услугами АТС. и будет
рассказано.
Довольно простое переговорное устройство можно сделать при помощи схе-
мы, выполненном на основе стандартных ТА, как это показано на рис. 7.25.
В самих телефонах используется только разговорный узел. Неважно, какая у
них внутренняя разговорная схема (с усилителем или без) и номеронабиратель.
Единственное, что надо обеспечить, так это чтобы оба аппарата имели едина-
вое внутреннее сопротивление при снятой трубке, что само собой получает-
ся, если аппараты одной марки
Как видно из рисунка, оба телефона включены последовательно с аккуму-
юром, обеспечивающим напряжение нс менее 12 В. Если снята трубки на
)бои\ аппаратах, то напряжение источника питания разделится поровну между
ТА1 и ТА2 (по 6 В). Большинству аппаратов такого напряжения вполне доста-
л но дпя нормальной работы.
Теперь о вызывном устройстве. Встроенное в ТА нам использовать не удаст-
। к как для его работы требуется высоковольтный переменный сигнал. По-
му был найден более простой выход, основанный на контроле напряжения
'пиши. Для чего нам необходимо иметь два одинаковых вызывных ухта — на
показана электрическая схема только одного Она состоит из двух кас
один из которых вы уже изучили раньше- транзистор VT2 — эвукпвой
разор на пьезо излучателе, a VT1 — пороговый переключатель, который
атывает (т. с. полностью открывается) только при превышении на затворе
I I уровня напряжения в 2 В Это может произойти только тогда, когда на
ше, поступающее на схему сигнализатора, превысит уровень
ши стабилитрона VIЛ
?S5
Таким образом, в исходном состоянии звуковые сигнализаторы работать не
будут, а ток. протекающий- в цепи сгабил«тронов и добавочных рсзпстороД
очень мал. В момент времени, когда телефонная трубка TAI снимается, напря-
жение. поступающее на вызывное устройство 2, значительно увеличится (ведь
внутреннее сопротивление ТА в этом случае довольно ммю по сравнению со
схемой В> 2). Общее напряжение от батареи GB1 р.шслнтся пропорционально
сопротивлениям в псин. В результате этого второй абонент услышит одного! м-
льный сигнал вызова, который будет звучать. пока трубка на ТАЗ не будет сня-
та нлн же не положена на место на первом аппарате (ТА1).
В ситуации. когда сняты две трубки, на сигнал «заторах напряжение опять
уменьшается до значения, величина которого ниже, чем порог пробоя у стаби-
литронов вызывных устройств. То, что для вызова ябоненга достаточно только
снять трубку довольно удобно
Рис. 7.25. Схема автономного переговорного устройства, выполненная на основе стандартных
телефонных аппаратов (ТЛ1, ТА1)
Рис. 7.26. Топология печатной платы и расположения
элсменюв вызывного устройства
(монтаж со стороны печатных проводников)
Г Выэывноо устройство”1
Pile. 7.27. Вариант выполнения
схемы енгнхлнзатора выгывниго
устрпнегва
266
Телефонные штучки
Для монтажа вызывных устройств .можно воспользоваться односторонней пе-
чатном платой, приведенной на рис. 7.26. На ней есть отверстия только для креп-
ления платы, а все летали припаиваются с одной стороны к токоведушнм дорож-
кам (поверхностный монтаж). Звуковой ихтучатель закрепляется клеем над дета-
лями на поролоновой стойке (с одной стороны), как это обычно делают в ТА
Особых требовании к элементам нет. лодойдхт малогабаритные комплекту-
ют не любого типа Стабилитрон может иметь рабочее напряжение 6.2 или
6.8 В (например. КС(62 или KCI6S).
Схему можно немного упростить и уменьшить в размерах если вам удастся
приобрести пьезоэлектрический излучатель со встроенной схемой замкового
нерлтора I1PMI4AX (фирмы JL Woild) (рис 7.27). Правда, в этом случае
Фомкоеть вызывною сигнала будет немного меньше.
При полуночей ни вызывного устройстад следует обязательно соблюдать
линую на схеме полярность
От прошлого к настоящему
Связист, весь в fрязн, разматывая катушку е проводом,
добрался наконец до разворачивающегося К’П
Где ваш Нормам .хотел бы установить телефон? • спросил он
-Ты имеешь в stay нашего командующего?
— Командующим он будет после того, как я обеспечу его
телефонной связью для передачи своих команд.
• Иноземный» анекдот
Но все же — Белл или не Белл?
Вот еще одна почти детективная исто-
рии. связанная с известным изобретением.
Антонио Меучи (1808—18%). итальянец,
изобретатель-самоучка Как считают неко-
торые историки-техники, именно он. а не
Белл, еще в 1849 году изобрел телефон.
Меучи был белен и не смог запатентовать
устройство, ио создал в собственном доме
телефонную связь для того, чтобы больная
сенруга могла вызывать его, когда ей ста-
новилось плохо. Он даже опубликовал ри-
сунки своего изобретения в 1870 голу, за
шее г ь лет до Белла
Увы, когда Меучи лечился в больнице,
супрутл из-за недостатка средств п род шла
мнопи: из ею изобретений. Когда Меучи
попытался выкупить эти «драгоценные»
предметы, ему сообщили. что они были
перепроданы «неизпеснюму молодому че-
ловеку». Личность покупателя так и оста-
лась загадкой Неспособный выплатить
сумму в S250 за регистрацию патента. Ме-
учи все равно подавал заявки на «говоря-
щий телеграф* в 1871. 1872 и 1873 годах
Изобретатель обращался с предложением
продемонстрировать возможности своего
изобретения к вице-президенту филиала
компании “Western Union*, предоставив
техническое описание «говорящего теле-
графа». Однако услышал ответ, что на ис-
пытания нет времени. После двух лет ожи-
дания Меучи потребовал возвращения
своих материалов. В компании ответили,
что документы утеряны. После патентова-
ния в 187ь году Беллом принципа тслефо
нии Меучи изучил его патент и обратился
в патентное бюро США с просьбой вер
нуль заявки на его собственное мзобрсге
нис «говорящего теле1рафа». Оказалось,
что документы также «утеряны» Иск. по-
данным Меучи против Белла, рассматри-
вался судом тлько и 1886 году. Меучи
267
. 7. ,
Гпава 7_________________________________
смог объяснить каждую деталь изобрете-
ния в мельчайших подробностях, что нс
оставляло сомнении относительно авгор-
ства изобретения, но судебные слушания
затягивались и откладывались из года в год
до самой смерш изобретателя.
Телефонизация России
Первый телефонный разговор в России
был проведен в ноябре 1879 юла на линии
Петербург—Малая Вишера на расстоянии
150 верст (! верста равна 1.067 км) А уже в
декабре того же года телефоны были уста-
новлены для постоянного пользовании на
железнодорожных станциях Новгород и
Кресты. Первоочередное внедрение теле-
с^юннои связи на железных дорогах объясня-
ется не только необходимостью передачи
срочных сообщении на большие расстояния,
но также наличием на станциях телеграф-
ных проводов, которые можно было иеполь
зовать для организации телефонной ливни.
В июне 1881 года министр внутренних
лея России представил я Комитет миннст
ров проект концессии па устройство и эк
сплуатацию телефона в стране. В резуль-
\татс соревнования соискателей I ноября
г\881 компаниек Белла был заключен
контракт на устройство и эксплуатацию
телефонных сетей в ряде городов тогдаш-
Телефон Голубицкого
Русский изобретатель Навел Мпхашто-
вич Голуоипкин уже в 1878 году повторил
телефон Белла, усовершенствовал его и по-
лучи.1 патент. предложив настольный теле
фоиный аппарат с рычагом переключения
«разговор-вызов*, использующимся как
принцип коммутации до настоящего креме
ни Он много работал нал телефонной свя-
зью на железных дорогах. В I8S3 году осу
шествии телефонную связь в юроде Ека-
теринославле (Днепропетровске). Имел
телефонную мастерскую в родовом имс
нии под Тарусой (дер Ночево), лаборато-
рию. богатую библиотеку В результате
ней России: в Петербурге. Москве. Варша-
ве, Одессе Гиге н Лодзи. В середине
следующею. 1882 года в большинстве
своем они уже работали. В Петербурге бы-
ло 128 абонентов, в Москве — 61
В сентябре 1881 года утверждены
•«Основные условия устройства и эксплул
тацнн городских телефонных сообщении*.
Согласно условиям, телефонная связь при-
знавхлась правительственной монополией,
но право строительства и эксплуатации те-
лефонных сетей общего пользования полу
чал и и частные предприниматели. На
основании этих правил в период с 1881 по
1886 год частные предприниматели полу-
чили разрешение на строительство и эксп-
луатацию телефонных сетей в 11 крупных
городах России |2|
Ila I января 1900 г в России было теле-
фонизировано 87 городов, при этом самое
большое число абонентов находилось в
Киеве - 1244
своей деятельное!и в области телефонии
нм получено около десятка патентов.
В арсенале замечательных изобрете-
нии Голубннкого- селекторная телефон-
ная железнодорожная сеть Другое рас
простраиелнос ныне изобретение — гар-
питура (наушники с прикрепленным к
ним микрофоном) появилась для об-
легчения труда телефонисток, для осво-
бождения их рук. Знаменитый угольный
микрофон бы т разработан Голубицким в
1883 году, чуть позже появилась более ка-
чественная сто разновидность — «гребеш-
ковый микрофон*
Ленточный микрофон
Появившись п технике телефонии,
микрофоны быстро проникли в другие об
ласти электронной техники. Но принци-
пы, заложенные тт них. новюрякн извест-
266
ныс нам Например, в 1931 юлу американ-
ская компания «КСА* нашла возможность
улучшить электродинамически!! микрофон,
представив так называемый ленточный и ш
Телефонные штучки
•скоростном > микрофон модели «44Д|>. Он
шал одним in наиболее популярных в то
время микрофонов для регистрации голо-
са В микрофоне использовалась лента
длиной 50 мм и шириной 2.4 мм, которая
лишалась в магнитном поле, подчиняясь
давлению акустической волны. Микрофон
обладал максимальном чуостнпгельношью с
передней и задней сторон, за счет чего
ослаблял нежелательные посторонние шу-
мы, приходящие с боков Из-за больших га-
баритов и веса (более 3.5 кг) микрофон ис-
пользовался только стационарно, в основ-
ном для студийных записей.
Трансатлантические телефонные линии
Читатели уже знакомы с трансатланти-
ческими телеграфными линиями, которые
появились еще в помпрошлом веке. По
почему бы не использовать линию, проло-
женную по дну оксана, для телефонной
связи В 1956 году прокладка первой
трансатлантической кабельной телефон-
ной линии связи между Великобританией
и США (через Канаду) была закончена.
Линия состояла из двух кабелей — по од-
ному и каждом направлении Кабели про-
ложили на расстоянии 32 км друг от друга,
параллельно В разрывах каждого кабеля
был установлен 51 ретранслятор, усилива-
ющий затухающие сшналы Каждый рет-
ранслятор был построен на электронных
лампах Начальная пропускная способ-
ность кабельной линии составляла 12 од-
новременных разговоров Для справки,
современные подводные волоконно-опти-
ческие кабели позволяют обрабатывать бо-
лее 320 000 одновременных запросов Та-
ким образом, понадобилось 90 лет. чтобы
трансатлантическая проводная связь пере-
шла от телеграфа к телефону.
Еше одна трансатлантическая линия сое-
динила в 1964 году Японию с США. Кабель
емкостью 138 тсле<|юнных каналов к длинам
5300 миль (9822 км) был проложен ог Га-
вайских островов до Японии и соединился
с существующими кабелями, проложенны-
ми от Гавайев до Канады и Австралии
Телефонная экологическая катастрофа?
Возможно ли такое'’ Неужели теле
фон — этот безобидным приборчик с кно-
почками — угрожает экологическому рав-
новесию подобно тому, как угрожает ему
атомная anepieiitKa или автомобильным
транспорт? Судите сами Экологи СШ \
уже выражают беспокойство по поводу
масштабов производства сотовых телефо-
нов По их данным, в мусорные контейне-
ры американцами выбрасывается до 130
миллионов штук устаревших моделей в
год! А эго — 65 тысяч тонн ядовитых от-
ходов, представляющих опасность для
жизни и здоровья Среди них - мышьяк,
сурьма, бериллии, кадмий, ртуть, медь,
свинец, никель, цинк Ведь нс секрет, что
в сотовых тезефонах имеется обязатель
нын аккумулятор, который и содержит
ян вредные вещества А что будет, если
реали ivviCJi идея об «одноразовых телефо-
нах*, которые можно просто выбрасывать
после окончания оплаченного времени'
Намечаются пути решения этой проблемы,
законодательное закрепление за произво-
дителями аппаратов обязательных, жестко
контролируемых государством программ
по утилизации своих изделии
Пока экологическая катастрофа не на-
ступала. it производители все еше не пе-
рестают удивлять нас своими смелыми
техническими идеями Например, одна из
них называется, одноразовым сотовым
телефоном. Что это такое? Это — обыч-
ный аппарат, за которым закреплен но-
мер и какое-то количество оплаченною
времени, скажем I час При расходовании
оплаченного времени телефон уже нельзя
•подзарядить* дополнительной олла
тон - его можно выбросить и купить но
вый. как выбрасывают израсходомипыг
269
главэ 7
тюбики для зубной пасты. Приду чина
опрошенная разновидность одноразового
сотового телефона с двумя кнопками,
отчасти напоминающая телефон-авто-
мат. Владельцу такого телефона можно
будет позвонить, но сам он не сможет
набирать номер. В принципе это удобно
в некоторых случаях
Зачем нужно это изобретение'7 Вот что
говорят производители. »Мы создали этот
телефон, чтобы заполнить пустующую ни-
шу, ведь более 7СГс американцев просто не
могул себе позволить платить за использо-
вание обычных мобильных телефонов
Когда мы обнаружили. что такое количест-
во лютей не будет в ближайшее время при.
обретать стандартные мобильные телефоны,
мы поняли, что новый телефон должен
быть максимально доступным и простым в
использовании», — это слова Карена Виль-
сона, одного из разработчиков одноразового
телефона.
Очевидно, что скоро отслужившие
свое «однодневки» попадут в Россию, и
уж здесь наши радиолюбители позабо-
тятся о возможности их «перезарядки»,
как это делается со многими вещами,
включая зажигалки и картриджи для
принтеров!
Цивилизация на необитаемом острове
Сегодня на земном шаре уже нет мест,
куда не ступала нога человека. Но потеря-
ться даже в более-менее цивилизованных
окрестностях крупных городов все еше
можно. Хорошо, что стала доступна сото-
вая связь, которая в принципе работает и
в лесу. Однако может оказаться, что акку-
мулятор трубки неожиданно «сел» — вот
уже точно повод к расстройству и произ-
несению сакраментальной фразы: «Ну
тогда — ау». как это сделал «браток» из
народного анекдота, оставшись в лесу без
охраны, машины и телефона. Или все же
решить проблему с помощью техники9
Конечно с помощью техники!
Именно для таких ситуации компания
Motorola разработала миниатюрный при-
борчик, подключаемый к телефону через
стандартный разъем для подзарядки.
Внутри приборчика содержится малень-
кий генератор постоянного тока, так что,
крутя ручку, можно немного подзарядить
аккумулятор и позвонить Как утверждают
инженеры компании, 45 секунд в умерен-
ном ритме «накручивают» 4—5 минут раз-
говора. Устройство совмещено с обычной
«зарядкой», которая может быть использо-
вана ежедневно Только бы не забыть ее
взять в лес'
Автоматический телефон-переводчик
Вы когда-нибудь оказывались в ситуа-
ции, когда нужно разговаривать с ино-
странцем. а вы. что называется, «ни
бум-бум» в иностранных языках? Людей,
знающих только свои родной язык, в мире
не так уж и мало. Поэтому немецкие инже-
неры придумали автоматическою перевод-
чика, которого можно при необходимости
тут же задействовать. Особенность этой си-
стемы состоит в том, что абонент набирает
специальный сервисный номер, и автома-
тика сама соединяет сю с другим абонен-
том. а также ведет перевод. По даже нс эго
главное! Как ны думаете, сиди г ли где-то на
уътс переводчик, готовый в любой момент
переводить с любого языка? Нет! Речь рас-
познает компьютер, анализирует се и выдаст
в телефон уже переведенный текст. Пока
компьютер работает довольно медленно и
распознает только текст в режиме пословной
диктовки, но скоро инженеры «научат» пе-
реводчика разбираться в нормальной речи
Как утверждают разработчики, довольно
трудно будет обеспечить перевод философ-
ского диспута или беседы влюбленных, но
эго — вопрос времени.
270
Телефонные штучки
Алло!
Эго международное телефонное при-
везствис настолько вошло в обиход, что
мало кю задумывается о том, как появи-
лось оно в телефонной технике. На самом
деле 15 августа 1887 года Т Эдисон дока-
зал, что это приветствие является наилуч-
шим, переубедив изобретателя Александра
Белла во мнении, что надо произносить.'
«Эи1 Кто гам?» Словечко «алло», как утвер-
ждают некоторые историки, родилось на-
много раньше и телефона, и радиосвязи.
Пришло «алло» из морского лексикона, где
означало «слушай* Чтобы обратить на се-
бя внимание для переговоров с другим суд-
ном, капитан сначала кричал в рупор зыч-
ное «Алло1»,
Литература
I Канюк А. //. Справочник по устройству и ремонту телефонных аппаратов
зарубежного и отечественного производства. — М.г БИБЛИОН, 1997
2. Материалы сайта http://w3vxv.kaluga.rLi/clecs/golubit$ky/role
Усиливаем сигналы
Для того чтобы сделать какое-то полезное устройство, ним не раз придется
иметь дело с различными видами электрических сигналов Ведь любую физи-
ческую величину или изменение состояния можно преобразовать н электриче-
ский сигнал Но, как правило, от первичных преобразователей мы получаем
сигналы весьма слабые, их надо усиливать нпи преобразовывать в нужную
форму. Что с ними дальше делать — это уже зависит от конкретной задачи, ко-
торая стоит перед разработчиком устройства, ио п любой электрической схеме
вы обязательно встретите усилитель С различными вариантами усилителен мы
и познакомимся, но нам нужно научиться как-то оценивать параметры своих
конструкции Поэтому сначала давайте разберемся с тем, как это делают спе-
циалисты.
Логарифмический масштаб
Все познается в сравнении.
Истина
I'iiK определить параметры усилителен или аттенюаторов? Любой усилитель
характсри зустся коэффициент ом усиления, а аттенюатор — коэффициентом
ослабления. Эти коэффициенты относительные и не имеют физической раз-
мерности, так как показывают, во сколько раз одна величина больше (или
меньше) другой. В дальнейшем мы будем говорить лишь о коэффициентах уси-
ления, имея в виду, что, когда этот коэффициент больше единицы, —- происхо-
дит усиление, а если меньше — ослабление. j
Коэ(|к|)иииснт усиления по напряжению определяется из выражения;
U-
Представим себе цепочку усилителей, включенных один за .трут нм. как по-
казано на рис. 8.1 Чему будет равен общий коэффициент усиления этой схе-
мы? Все очень просто: III
К, к . Ак< * Ю-3-8-2^480.
272
Усиливаем сигналы
Кус=480
Рис. B.L Каскадное включение килнтелей
В секи иск шш с приведенным правилом коэффициент усиления другой не-
а, изображенной на рис. В.2, будет равен I Если коэффициент усиления кас-
.сои зависит от частоты, то и в этом случае обшии коэффициент усиления
ирсделястся произведением, но он тоже приобретет частотную зависимость,
юредслясмую всеми звеньями
Кл=1
Рис. 8.2. Козффгатп усмлемжм тгий пени рдей I
Теперь попробуем изобразить на графике характеристики усиления от
дельных каскадов, а также общую характеристику усиления. Допустим, ми
разбили делениями вертикальную ось так, чтобы между соседними делени-
ями было по I см. Тогда горизонтальными линиями будут показаны коэф-
фициенты усиления. В данном случае с усилением отдельных каскадов все
хорошо — они компактно уместятся на графике, а вот обшии коэффициент
усиления •уедет» вверх на 480 см. Представьте длинное -полотенце» такого
графика, и вам захочется найти каком-то другой, более удобный способ
отображения.
Выход уже давно найден — в таких случаях используется логарифмический
масштаб разбивки осей графика. Тс читатели, кто знает, что такое логарифмы и
как они используются, хюгут освежить свои знания, а те, кто сше с логарифма-
ми дела не имел, мы объясиих» основные свойства этой замечательной матема-
тической функции
Итак, логарифм состоит из обозначения, основания и числа, /од , i?e « 7
как пока кию на рис. 8 3. Логарифх» — это степень, в которою TJ Y Y
нужно возвести основание логарифма, чтобы получить число.
стоящее под обозначением логарифма:
1
1
273
Глава R
log,, 1=0-» 10" =0;
log,, 10 = I-» 10' =10;
log,, 100 = 2-» IO2 =100;
log,, 1000 =3-» 10’ =1000;
log,, 10000 = 4-» I04 = 10000.
Основание у логарифма может быть любым числом, но сейчас нам понадо-
бится десятичный (бриггоп) логарифм, то есть логарифм по основанию 10. Он
имеет укороченное обозначение «1g». К слову, в радиоэлектронике использует-
ся довольно часто еще один вид логарифма — натуральный. Его основание
равно 2,71, а обозначение «1п».
Но вернемся к десятичному логарифму. Сейчас нам придется ввести поня-
тие логарифмического коэффициента усиления
Л’„£ =20lg^.
Замечательное свойство логарифмического коэффициента усиления состо-
ит в Том, что коэффициенты отдельных каскадов нужно не умножать, а скла-
дывать
~ д А1(й1 -г K(l(iA
Единица измерения логарифмического коэффициента усиления имеет на-
звание - децибел (дБ) Децибел — это одна десятая бела (единица названа в
честь изобретателя телефона А. Г Белла). При этом 0 дБ соответствует повто-
рителю сигнала (Ку — 1), положительные дБ — усилителю, а отрицательные —
аттенюатору
Определим в децибелах коэффициент усиления нашего составного каскада:
Кд£ = 20 1g 10 + 20 Ig3 + 20 Ig8 + 20lg2 = 20 4 10 + 18 + 6 = 54 дБ
Для определения коэффициента усиления каскада по мощности используют
а налог и ч н у ю форм ул у
К.,„ = IOIg^-.
Воспользовавшись табл. 8.1, можно легко сделать обратный перевод — из
децибелов в разы, когда вам потребуется узнать абсолютные значения соотно-
шения величин указанных в дБ. то есть определить, во сколько раз напряжение
плп мощность на выходе больше, чем на входе.
Логарифмический масштаб «растягивает» малые величины и «сжимает*
большие.
Где еще удобно использовать логарифмическое представление данных? Ко-
нечно же для построения [рафиков амплитудно-частотных характеристик кас-
кадов’ Например, если представить в гаком масштабе горизонтальную ось.
можно равномерно разместить на графике аж несколько порядков частоты.
Менсе часто логарифмический масштаб используется для градуировки осей в
единицах напряжения.
274
Усиливаем сигналы
Таблица 8.1. Перевод значений децибел в отношение напряжений или мощности
дБ_ U2/U1 1’2/Pl дБ U2/L1 P2/PI
0 1 1 28 | 25.12 1 631
1 । | U2 1,26 1 29 28,17 | 794
2 1,26 1,59 30 31,64 1 1000
3 1.41 2 | 31 35,46 1257
4 1,59 251 ~ 32 39,84 1587
5 1,78 3.16 33 44.64 1993
6 2 3,98 34 48,08 2312
7 2,24 5,01 35 56.82 3165
8 2.51 6,31 36 | 63,29 4006
9 2.82 7,94 37 1 70,92 5030
10 3.16 10 38 1 79,36 6298
11 3,55 12,59 89.29 7973
12 3,98 15.85 40 100 10 000
13 4,47 19,96 41 112,23 12 596
14 5,01 25,12 42 J 125,94 15 861
15 5.62 31.65 43 141.24 19 949
16 6,31 39.84 44 158,48 25 116
17 7.08 48,08 45 1 177,94 31 663
- 18 1 63.29 46 199,60 39 840
19 8,91 79.36 47 223,71 1 50 046
20 10 100 48 251,26 63 132
1 "1 21 11.22 125.94 49 281,69 79 349
22 HS~ 158.48 50 316,5 —— 100 000
23 14,12 199.60 60 1000 1000 000
। —- 24 15,85 251.26 70 3165 ' 10 000 000
1 25 17,79 L— 316.50 80 1 10000 100 000 ооо
. * - —‘ 1 000 000 000
26 22 19.96 22,37 398.40 500.42 90 31650
100 100000 J0 000 000 000
275
Глава 8
Логарифмическая шкала
Давапте рассмотрим, как можно построить логарифмическую шкалу. Вся
шкала состоит из отрезков, на которых величина изменяется в 10 раз (1ак на-
зываемых лекал). Зная, в каком диапазоне находятся значения, мы сразу мо-
жем нарисовать на листе нужное число декад (рис. 8.4). Разбивка внутри каж-
дой де к,ты выполняется следхюшим образом; на логарифмической шкале ука-
зывают не десятичным логарифм числа, а само число (я) — если точнее, то
чистовое значение величины, например частоты. Но расстояния откладывают-
ся по результатам вычисления этого логарифма (см. вторую строку табл. 8.2).
Разбивка всех декад одинаковая, но только числа в декадах отличаются на по-
рядок, io есть в 10 раз.
Рис. 8.4. Логарифмическая шкаля
Таблица 8.2. Значения десятичною н капральною лоюрифмив для чисел от I до 10
Г Г - “ Г - 4
л 1 23456789 Ю
1g л 0,0000 0,3010 0,47 I 0,6021 0,6990 7 I 0,9542 1.000 |
In я 0,0000 0.6931 1.0986 1,3863 ' 1.6094 1.7918 1. Ж9 | 2. Р94 72 | )?Т]
Если сказанное выше выразить языком математики, то получится формула
для определения положения точек чисел (расстояний f„) на оси графика;
f = А/ 1g н.
где Л/- масштабный коэффиннеш шкалы, равный длине декады,
п — само число, которое ставится на оси графика.
276
_ _______________________________________________ Усиливаем сигналы
Спектр электрических сигналов
Знание некоторых принципов легко
возмещает незнание некоторых фактов.
Клод Адриан Гельвеций
Вы наверно уже встречали в жизни слова: гармоника, спектр, спектральный
анализ. Солнечный свет, пропустив через специальную линзу, можно разло-
жить на составляющие из семи цветов, называемых спектром (в природе это яв-
ление иногда можно наблюдать в виде радуги). Что такое спектр применитель-
но к радиоэлектронике нам. просто необходимо знать — без этого нс удастся
понять многие происходящие процессы.
С синусоидальным напряжением и током вы уже знакомы. Такие простые
сигналы не имеют гармоник, но любые искажения синусоидального сигнала
приводят к появлению многочисленных гармонических составляющих. В жиз-
ни нам часто приходится иметь дело с периодическими (повторяющимися)
сигналами и другой формы (импульсной, пилообразной, треугольной и т. п.).
Оказывается, что сигнал любой формы можно представить в виде набора сину-
соидальных сигналов с разной амплитудой, которые складываются определен-
ных, образом (с учетом фазы). Проше понять это по рисункам.
Сначала давайте рассмотрим простейшие сигналы. На рис. 8.5 показаны при-
меры сложения нескольких частот, которые демонстрируют результирующую
форму для разных вариантов. При этом гармоническое колебание, частота кото-
рого в целое число раз оминается от основной частоты, называется гармоникой.
Номер гармоники } называет, во сколько раз частота ее больше основной чисто-
ты. Колебание основной частоты называют первой (основной) гармоникой.
б)
а)
Рис. К.5. ||« осн времени разложение ранних сигналов нз гармоники (а) и их представление в
частотном области (й)
277
Гпавп8
Как вы видите» сложение пяти гармоник с разными номерами позволяет
нотучнть почти прямоугольные импульсы. Чем из большего числа гармоник
состоит синтезируемый нами сигнал, тем круче можно получить фронт и срезу
импульсов, т. с. более близкую к идеал иному прямоугольнику форму. При по-
мощи сложения бесконечно большого числа гармоник с определенной фатой и
амплитудой можно синтезировать практически любой сигнал. Так же как п на-
оборот — разложить любой сигнал на гармоники. Этот процесс наглядно де-
монстрируют специальные компьютерные программы, приведенные в Интер-
нете [ 11.
Первых» такую закономерность обнаружил гениальный французский мате-
матик Жан Батист Фурье (1768—1830), именем которого и названа математиче-
ская формула, состоящая из набора сумм синусоид и косинусоид, описываю-
щая такой процесс, как ряд Фурье (саму формулу вы найдете в любом справоч-
нике по математике). Тригонометрические ряды впервые ввел еще в 1748 году
математик Леонард Эйлер, но заслуга Фурье заключается в том, что он первым
дал практические примеры использования разложений сложных функций. Ме-
тоды разложения функций изучаются в разделе высшей математики, препода-
ваемой в институте, а нам сейчас важно понять суть физического процесса.
Набор гармоник сигнала принято называть его спектром. Если представить
колебания гармоник на оси частот, то есть выполнить спектральный анализ
суммарного сигнала, то вид у них будет в виде «палочск>>, амплитуда которых
пропорциональна амплитуде соответствующей гармоники (рис. 8.5, о). Это так
называемый дискретный спектр, т. с. состоящий из фиксированных значений
частот.
Для бесконечной последовательности однополярных импульсов спектр сиг
нала тоже будет дискретным. Он имеет вид, изображенный на рис. 8.6. Из ри-
сунка видно, что спектр прямоугольных импульсов имеет много частотных гар-
моник. Огибающая этого спектра А(/) показана на графике пунктиром.
а)
б)
Рис, 8.6. Периодическая последовательность пряморольных импульсов (о)
и спектр такого сигнала (о)
Любой усилитель сигналов имеет амплитудно-частотную характеристику
(АЧХ), которая показывает, с каким усилением будет передана гармоника со-
ответствующей частоты с его входа на выход. Спектр реального сигнала пере-
множается с функцией частотной характеристики усилителя (или складываег-
ся при логарифмических представлениях величин). Подав импульсы на усиди-
Усиливаем сигналы
тсль имеющий хоти и большую, но вес же ограниченную полосу пропускания,
а также неравномерную фазо-частотную характеристику (ФЧХ), мы невольно
вносим амплитудные и фазовые искажения, которые сразу отражаются на из-
менении формы выходных импульсов (рис. 8.7). Отклонение ФЧ*Х от линей-
ной связан с задержкой прохождения сигналов с разными частотами в тракте
усилителя.
A(f) - огибающая слактр* сигнал*
АЧХ усилителя
Частота
а)
Время
б)
Рис. 8.7. Совмещение огибающей спектра импульсного сигнала с АЧХ-усилителя (а) и полученные
искажения формы сигнала на выходе усилителя (б)
Чем шире полоса пропускания усилителя, тем более крутые будут фронты у
импульсов на выходе. Поэтому для передачи быстро изменяющихся сигналов
стараются сделать усилитель как можно более широкополосным. Но есть пре-
дел технических возможностей, а также границы, продиктованные здравым
смыслом. Ведь любое улучшение технических параметров усилителя, как пра-
вило, увеличивает и его стоимость. Вы, наверно, уже обратили внимание на то,
что гармоники, по мере увеличения номера, спадают по амплитуде. То есть их
влияние на форму сигнала уменьшается, и с какого-то номера гармониками
вообще можно пренебречь.
Ну а как быть со звуковыми сигналами? Ведь они имеют более сложную
форму, мало похожую на синусоиду. — скорее напоминают импульсы, когда
кратковременные всплески чередуются колебаниями с малой амплитудой
(рис. 8.8). К тому же они обычно еще и не периодические.
Оказывается, все ранее рассмотренное справедливо и для такого сигнала,
правда с небольшой поправкой. Частотный спектр (спектральную характери-
стику) любого сигнала позволяет увидеть специальный измерительный при»
бор - спектроанализатор И если для периодических сигналов гармоники («па-
время
Рис. 8.8. Так выглядит электрический сигнал для слом -алло* ня временной оси графика
279
Гж.еа 3
ДОЧКИ*) буД\Т ХСТОЙЧИВО СТОЯТЬ НЛ СВОСМ фИкСНрОВЛННОМ МССТС ТО ДЛЯ ею нала
случайном формы ♦палочек» будет довольно много и они станут хаотично по*
являться и исчезать, В результате чего весь спектр как оы «-размажется» по оси
частот, конечно, на определенном участке — в зависимости от характера изме-
нения входного сигнала. Поэтому для пояснения процессов, происходящих в
радиоприемных и передающих устройствах, спектр звукового сигнала рисуют
на спектрзльнох» графике в виде сектора, в котором и могут появляться часто-
ты (так удобнее) (рис 8.9, б). Наклон верхней полки говорит только о распре
делении энергии в спектре
।
Частота
а)
Рис. 8.9, Вид звукового сигнал на частотно»! осн: а — реальный н б — его условное обозначение
У каждого человека свои, неповторимый спектр речи, что позволяет даже
проводить идентификацию личности по голосу. Но в то же время с индивиду-
альностью связаны и проблемы в работе компьютерных программ, предназна-
ченных для перевода речевых сигналов в печатный текст, — слишком сильно
голос зависит от настроения, состояния здоровья, возраста и многих других
факторов.
Наше восприятие звука
Музыка будет по-немецки, вы не поймете.
Оскар Уайльд
А теперь мы немного отвлечемся от электроники и поговорим об электро-
акустике — науке о восприятии человеком звуков, о распространении звука в
пространстве, о качестве звучания аудиоаппаратуры. Эта наука только кажется
очень простой, но на самом деле опа полна загадок, необъяснимых явлений и
замечательных находок. К примеру, смогут ли читатели объясни!ь, почему
ламповая усилительная техника, сильнее искажающая звук, чем транзисторная,
многими людьми субъективно воспринимается на слух лучше? Почему специа-
листы научились даже по характерному звучанию отличать аппаратуру, разра-
батываемую известными фирмами, узнавать знакомые «полоса»? Почему дина-
мик заключенный в сферический корпус, звучит лучше чем встроенный в
корпус прямоугольны)!? Тысячи и тысячи вопросов рождает электроакустика.
На одни вопросы можно дать ответ в течение пары минут, другие до си.х пор
беспокоят умы лучших спсипалисюв в этой облает..
280
Усиливаем сигналы
Вот что пишет об электроакустике японский специалист Хирояшн Кондо
«Считается, что звук распространяется прямолинейно, но это справедливо
лишь для лишенного препятствий широкого пространства. В реальност»! дви-
жение звуковых волн неизмеримо сложнее На мои взгляд, тем, кто занимается
электроакустикой, необходимо обладать пространственным воображением,
чтобы ясно представлять визуальные образы звуковых волн и их поведение, ко-
торое невозможно объяснить, опираясь только на теорию электричества. По
сен день огромное количество факторов, влияющих на звуковоспроизведение,
остаются неизученными, бросая вызов всем накопленным знаниям и опыту'
звукоинженеров. Чем больше я размышляю над этим, тем более отчетливо по-
нимаю, что мир звука намного глубже, чем мы можем себе представить». Мы
нс будем окунаться в тонкости электроакустики, расскажем лишь о том, что
хорошо известно, так сказать, о ее азах.
Что такое звуковая волна? Это — сгустки и разрежения воздуха, то есть уча-
стки с повышенным и пониженным давлением. Распространяясь, волны дохо-
дят до человеческого уха. Как устроено ухо, об этом читатели знают из школь-
ного курса анатомии. В двух словах напомним: на специальный нерв действуют
колебания барабанной перепонки, к которой и передастся давление звуковой
волны. Чем сильнее колеблет волна перепонку, тем громче мы слышим звук.
Это немного упрощенное представление того, как работает ухо, но желающие в
этом разобраться более глубоко могут познакомиться с книгой по акустике [2].
Сила звука традиционно измеряется в знакомых нам децибелах, но в дан-
ном случае определяется отношение не электрических величин, а звуковых
давлений. Самый тихий звук, который слышит среднее ухо, принят за 0 дБ (эта
цифра соответствует звуковому давлению 2 10 » паскаль (Па) или, что то же
самое, ньютон на метр квадратный (Н/м2).
Кстати, капли воды, падающие из крана, на расстоянии 1 м создают силу
звука в 20 дБ, нормальный разговор (не на повышенных тонах) соответствует
примерно 40 дБ, звук симфонического оркестра составляет примерно 80 дБ. а
так называемый болевой порог, когда «в ушах больно», — это 130 дБ. Болевой
порог можно ощутить на аэродроме, рядом с работающим реактивным двигате-
лем самолета.
В табл. 8 3 приведены значения некоторых реальных источников звука,
представленные в разных единицах измерения |3).
Волна может колебать перепонку с разной скоростью — это значит, что мы
бу [см слышать звуки разной частоты, но, оказывается, ухо не воспринимает
। ты, лежащие за границами диапазона 16 ..20000 Гц. Для примера в
табл 8.4 приведены частотные диапазоны разных источников сигнала и дина-
мчческни диапазон изменения для них громкости.
Восприятие человеком звуков низких частот таит в себе массу загадок и нс-
ценных фактов. Исследования показали, что слуховой аппарат неидеально
тааст колебания к слуховому нерву, а вносит небольшие искажения. Если
на барабанную перепонку воздействовать чистым синусоидальным сигналом,
человек слышит не только чистый тон, но и его iармоники, рожденные нен-
астью слухового аппарата. Но именно так для человека субъективно зву
I чистый тон. Непроверенное пока предположение касается восприятия
Гпава д
Таблица 8.3. У ровни слышимых звуков человеком от различных источников
Интенсивность Сила инка, Звжовое давление, п „ лт.. дБ Вт/»? ' Пз (НЛ?) Примерь.
0 Ю12 2 I0'5 Порог слышимости
10 ю-" 6,5 10’5 Шепот на расстоянии 1 м
20 Ю-ю 2 -!04 Тихий сад
30 10'9 | 6,5 104 1 Тихая комната
40 108 2 10Негромкая музыка. Город ночью
50 ц 107 I 6,5 10А Шум в помещении с открытыми окнами
60 10-6 0,02 Разговорная речь на расстоянии 1 м М
70 IO*5 0,065 Шум внутри трамвая
80 ю-4 Шумная улица
90 ю-3 1 0.65 Фортиссимо большого оркестра
120 0,01 2 Клепальная машина
110 О.1 6,5 Паровой молот
120 1 20 Реактнниый гьнгггель мл ржстдании 5 ы J Болевой порог, звук уже не слышен
130 10 65
Таблица 8.4. Частотные и динамические диапазоны для разных источников
акустического сигнала
Источники сигнала Часютный диапазон, Гц Динамический диапазон, дБ
Речь диктора 100...5 000 | 25...35
Разговорная речь 70...7 000 35...45
Скрипка 250... 15 000 | 45...55 1
Симфонический оркестр 30... 15 000 65..75
Г Орган 20... 15 000 75...90
людьми частот ниже 100 Гц. Возможно, что частоты ниже этого значения рас-
познаются человеком именно по своим гармоникам. Например, частота в 20 Гн
может быть распознана по гармонике, составляю шей 120 Гц, и т. д. Нужную
гармонику «фильтрует* мозг. Нс всякое ухо слышит частоту в 20 кГц, а только
идеальное, «музыкальное* (некоторые слышат частоты до 30 кГц). Но средне-
статистическое ухо еле-еле различает 15 кГц, причем с возрастом слух ♦притуп-
ляется». Встречаются и люди, которым, как говорится, «медведь на ухо насту-
пил*, — они еле-еле различают частоту 10 кГц.
282
Усиливаем сигналы
К тому же чувствительность уха к разным частотам различна (рис. 8.10) и
она еще зависит от силы звука (интенсивности), причем не линейно. Эго зна-
чит, что звуки разной частоты воспринимаются человеком с разной громко-
стью, Наиболее хорошо ухо различает низкие (ниже 100 Гн) и высокие (выше
5 кГц) частоты. В диапазоне 100 ..5000 Гц имеется минимум слышимости, со-
ответствующий частоте примерно 1...2 кГц.
Рпе. 8.10. Кривые избирательности слуха
Отсюда и исходит причина множества субъективных оценок аудиоаппарату-
ры высокого класса: кому-то кажется музыка, записанная на компакт-диске,
идеальной, а кто-то считает ее «пронзительной*, «с чрезмерно очерченными
границами», «лишенной мягкости». Для кого-то нет никакой разницы в звуча-
нии лампового и транзисторного УНЧ. а кто-то хочет слушать только лампо-
вую технику н конструирует ее «под себя». Все это — тонкости человеческого
восприятия, а они, как мы знаем, сугубо индивидуальны.
Еще одни вывод, который можно сделать из графика — с увеличением
громкости звука неравномерность восприятия частот уменьшается. Именно по-
лому мы увеличиваем громкость своего усилителя, что позволяет получить бо-
сстсст венное звучание (соседи, правда, это нс в состоянии оценить, види-
мо, из за недостаточно хорошей звукопроводности стен).
Одной из особенностей нашего слуха является возможность с большой точ-
зстью определять, откуда идет звук. Мы можем определить поперечные раз-
ори источника звука, а также его глубину. Это так называемый бинауральный
эффект. Мы обладаем такой способностью благодаря тому, что у нас есть два
283
Глава 8
уха И чем больше расстояние между ушами, тем точнее можно определить на-
правление. Это расстояние влияет на разность времени прихода звуковых воли
к ушам и на соотношение между амплитудами воли около ушных раковин.
В обычных условиях мы в состоянии определить направление прихода зву-
ковой волны в горизонтальной плоскости с точностью 3...4’ В тоже время до-
вольно плохо определяем перемещение звука в вертикальной плоскости, про-
ходящей перпендикулярно к линии ушей. Это объясняется тем, что в этом слу-
чае звуковые волны приходят в оба уха с одинаковой фазой и амплитудой.
В результате исследований ученые также установили, что человек одним
ухом воспринимает слитно два звука, если время их прихода отличается нс бо-
лсе чем на 50 мс [2| Если же сигналы, приходящие в уши, имеют задержку
друг относительно друга больше, то они воспринимаются уже как раздельные.
Искусственно меняя задержку между сигналами, можно создать виртуальное
(кажущееся) положение источников. Это свойство широко используется: оно
положено в основу стереофонии, которая способна намного улучшить передачу
звукового сигнала, сделать его объемным и более приближенным к реальному.
Но вернемся к частотам, которые различает любое ухо. Всем хорошо лзп
вестно, что такое тембр звучания. Допустим, мы извлекаем одну и ту же ноту
то есть звук одной и той же частоты, из разных музыкальных инструментов
Скрипка и рояль дадут совершенно разную окраску, и мы никогда не спутаем
эти два инструмента. Почему? Дело в том, что, если бы скрипка и рояль «ге
нернровади» чистые синусоидальные сигналы, мы никогда бы не отличили их
друг от друга. На самом деле звуки музыкальных инструментов по форме от-
личаются от синусоидальных — в них, помимо основной частоты, присутству-
ют и гармоники (обертоны) — звуки с частотами, кратными основной частоте1
«Вес» обертонов и определяет окраску звука. Диапазон основных тонов музы-
кальных инструментов лежит в полосе 300...4000 Гц, а частоты обертонов — в
полосе 7. 16 кГц.
Характерные формы звука дчя разных инструментов давно исследованы и
созданы их компьютерные аналоги. Сегодня синтезаторы стали доступны всем,
в том числе и весьма далеким от профессиональной музыки. Существуют
компьютерные программы, которые позволяют, записав мелодию, проиграть се
звуками разных музыкальных инструментов или лаже наложить несколько ин-
струментальных партий, создав настоящий оркестр. Этим, кстати, пользуются
многие профессиональные музыканты, которые «программируют» мелодию
аранжируют ее и озвучивают голосом. Чита гели могут подумать, чго ил ко j
ней-го раскрыт секрет авторов знаменитых музыкальных инструментов, таких
например, как скрипки Страдивари Ня самом деле компьютерное звучание -J
это звучание холодное, безошибочное и, если можно так вырази г ься, типовое
Ведь оно будет одинаковым в любом случае, о ю время как живая музыка не
повторима каждый инструмент имеет сноп «голос», каждый музыкант нпо
сиг снос звучание, каждый дирижер по-своему вили г музыкальное произвело
нис «Механическая'’ музыка, записанная на диск или маг ни гнуто ленту, пере-
данная в зфир, не идет ни н какое сравнение с живым звуком парящим в
кои перших залах. Элек i роя кустика, смеем думать, никогда не эамсниг живое
йог юл пенис, а лишь будет приближаться к нему.
^4 J
Усиливаем сигналы
Любая звукоусилительная аппаратура немного искажает звук, то есть неи-
деально передаст его от входа на выход. В дальнейшем мы поговорим о том.
как численно оценить гармонические искажения УНЧ а сейчас приведем
способ, который бытует в электроакустике. Способ этот основан на субъек-
тивной экспертной оценке заметности искажений и даже установлен в качест-
ве государственного стандарта как метод оценки аппаратуры Различают сле-
дующие градации:
• совершенно незаметно — искажения замечают в 10—15% случаев (это соот-
ветствует ошибке в показаниях экспертов, вызванной условиями проведе-
ния оценки);
• практически незаметно — искажение замечают в 15—30% случаев (боль-
шинство экспертов нс замечает искажения);
♦ неуверенно заметно — искажения заметны в 50% случаев (вероятность за-
метить искажение равна вероятности его не заметить);
♦ уверенно заметно — искажения заметны более чем в 50% случаев (условно
принимается цифра в 75%).
Кто такие эксперты? Это — обычные люди, которые рассаживаются в крес-
тах лаборатории, где испытывается аппаратура, и потом оценивают звучание
по системе «да/нет». Важно, чтобы экспертов было много — результаты полу-
чатся точнее. За счет множественной оценки субъективные показатели приоб-
ретают вид объективных, повторяющихся
Человеческое ухо — очень сложный и точный инструмент. Оно может «за-
регистрировать» наличие обертонов даже в случае, если их «вес* составляет
всего 0,1% от основного тона. Современная аппаратуры высшего класса (так
называемый Ht-Fi-уровень), соответствующая экспертной оценке «совершенно
незаметно», нормирует наличие обертонов в пределах до 0.7% — в 7 раз хуже.
Почему? Согласитесь, что едва ли кто будет превращать свою аппаратуру в
«пищачку». Она предназначена для прослушивания музыки, речи, которые
имеют сложную структуру сигнала, и обертоны, вызванные искажениями трак-
та, просто потеряются.
Нам пора заканчивать рассказ об основах электроакустики Пусть закончит
го уже известный Хпрояши Кондо, сконструировавший несколько отличных
УНЧ, удовлетворяющих самые взыскательные вкусы: «Создав свой усилитель,
я пришел к звучанию, которое еше никому нс удавалось достичь. Шестая сим-
фония Чайковского — какой внутренней силы исполнена эта музыка! Нсожи-
ннля смена настроения приводит в смятение, грохочущие раскаты литавр
сковывают слушателя ужасом, но в койне наступает примирение. Медные ин-
струменты следуют за басовым регистром деревянных духовых. Все пронизано
низким звучанием струнных. Эю произведение требует от музыкантов высо*
aitnieio мастерства, а от аудиосистемы — такого уровня воспроизведения, ко-
юры и 1 рул по даже представить. Я уверен. что мои усилители могут донести до
уша1сля тончайшие оттенки музыки более глубоко и честно, чем любая дру-
мм аппаратура, звучание которой подчас больше напоминает бестолковое на-
[ромождение звуков При создании своего оборудования я не иду ни ни какие
компромиссы»
285
Гпава 8
Этот отрывок может показаться в чистом виде рекламой, однако вес обстоит
сложнее. На рынке аудиотехники идет постоянное совершенствование аудио,
систем, большие средства вкладываются в исследования. Но мало иметь хоро-
шую техник)' — нужно еще знать н любить хорошую музыку.
О простейших усилителях
Надо мыслить. Меня, например, кормят идеи,
Остап Бендер
По назначению все их можно разделить на две большие группы: импуль-
сные и линейные (переменного или постоянного тока). Со всеми разновидно-
стями вы уже знакомы практически по предыдущим главам. Поэтому здесь да-
вайте коротко отметим и\ особенности, достоинства и недостатки.
Пожалуй, первым и наиболее простым импульсным усилителем, который
начал широко использоваться еще при развитии телефонной связи, является
электромагнитное реле (рис. 8.11). Для того чтобы оно сработало, т. с. притя-
нуло якорь, замыкающий контакты (К 1.1), достаточно тока в десятки и сотни
раз меньшего, чем контакты могли коммутировать во вторичной цепи Релей-
ные усилители широко применяются и сегодня, в век электроники, так как от-
носительно дешевы и позволяют управлять огром пой мощностью, к тому же,
что немаловажно, обеспечивают гальваническую развязку входа и выхода. Кро-
ме того, при помощи реле можно
выполнять логические операции о-------- -------о
(с этим мы познакомимся в дру- _П_Н ю □_________________\ К11 и.и, _Л_П|
roil главе, посвященной цифро- ** | Д 1
вой технике, см. книгу 2) — пер- Т е
вые счетные электрические ма-
шины были собраны именно на Рнс' 8-11 Ключевой усилитель мощности на основе
. электромагнитного реле
основе телефонных реле
Главным недостатком таких усилителей является их малое быстродействие
(время срабатывания находится в диапазоне 3. 30 мс) и низкая надежность
(контакты окисляются). Но там, где необходимо переключать цепи более быст-1
ро, может применяться оптронное реле, тиристор (с ним мы познакомимся в
других главах) или же транзисторный ключ. Любой транзистор может работать
в импульсном режиме при подаче соответствующего импульсного управляюще-
го сигнала, но есть и специально разработанные транзисторы для работы имен-
но в ключевом режиме (оптимизированные для этого). Такой вид усилителей
мы тоже не раз будем применять в своих конструкциях.
В жизни нам часто приходится иметь дело с переменными сигналами. Наи-
более распространенным из них является звуковой. Для его усиления нужен
линейный усилитель, т. е. такой, у которого изменение сигнала на входе вызы-
вает пропорциональное изменение его на выходе (в нагрузке). Как вы уже зна-
е п первым линейным усилителем была радиолампа. Сначала они использова-
лись только для усиления слабых сигналов на длинных телефонных линиях,
ть позже проникли и в другие виды радиоаппаратуры, которую можно ветре-
286
Усиливаем сигналы
тли, сейчас, и не только в музее. Но сегодня радиолампы почти везде вытеспе-
ны транзисторами и микросхемами (выполненными на основе транзисторов),
так как они имеют больший КПД К тому же применение транзисторов суще-
ственно расширяет возможности по построению схем (некоторые из них прин-
ципиально невозможно сделать на лампах).
Чтобы любой усилитель работал без искажении сигнала, нужно при помощи
внешних элементов задать его режим по постоянному току на динеином участ-
ке выходной вольт-амперной характеристики. А для исключения влияния ис-
точника внешнего сигнала на режим работы каскада по постоянному току его
подают на усилитель через разделительны ft конденсатор. Так устроен простей-
ший усилитель переменного тока. При его выполнении разработчику прихо-
дится заботиться о работе схемы в широком диапазоне температур (темпера-
турной стабильности), согласовании каскадов между собой и выполнять ряд
других требований, о которых мы будем говорить позже.
Ну а как быть с постоянным током, если его надо усилить? В случае, если
переменные сигналы очень медленные, на небольшом интервале времени их
можно рассматривать как постоянный ток. Такой сигнал через конденсатор нс
пройдет, поэтому должен подаваться на вход усилителя непосредственно. Если
ладо получить большое усиление, это приводит к существенному усложнению
мы, так как все каскады такого усилителя должны быть связаны между со-
бой по постоянному току (нс иметь разделительных конденсаторов). Ведь ма-
лейшая температурная нестабильность во входном каскаде будет усилена так
же. как и входной сигнал.
Если надо получить большое усиление постоянного тока, у разработчиков
ествуют разные хитрые методы, уменьшающие нестабильности, одним из
которых является двойное преобразование: сначала постоянны)! ток преобразу-
ется в переменный и усиливается до нужного уровня, а после выполняется об-
ратное преобразование — в постоянный ток. У радиолюбителей обычно таких
задач не возникает, поэтому с такими усилителями мы иметь дело не будем.
Ну а теперь, перед тем, как перейти к рассмотрению усилителей, давайте
сн шала познакомимся, как ведут себя электрические сигналы при их передаче
через простейшие цепи.
Прохождение сигналов через RC-цепи
Тот, кто не знает математики, не может узнать никакой другой
науки и даже не может обнаружить своего невежества
Роджер Бэкон
>[ц элементарные пассивные схемотехнические цепи очень широко испо-
ы ются для простейшей фильтрации сигналов. то естьдзя выделения нужных
дчя формирования коротких импульсов и дня задержки импульсных
сигналов (рис. 8 12).
Такое соединение элементов образует частотно-зависимый делитель напря-
жения На низких частотах конденсатор Сй практически не оказывает влияния
на проходящий сигнал, в то время как конденсатор С, его не пропускает. На
287
Рис. 8.12. Виды и частотные характеристики элементарных RC-непочек:
а — интегрирующей; б — дифференцирующем
высоких частотах все наоборот: конденсатор С„ «закорачивает* входной сигнал
на обшии вывод схемы, в то время как сопротивление конденсатора Ся стано-
вится очень маленьким по сравнению с резистором Rj.
Эти цепочки имеют интересные частотные .характеристики На частоте среза
при уровне выходного сигнала, равного 0,7 от входного, начинается излом «ча-
стотки* (в децибелах такой спад соответствует 3 дБ). Частота среза обоих про-
стых RC-цепсй определяется из произведения R и С и может быть одинаковойJ
если произведения равны. Таким образом, интегрирующая цепочка выступает
как фильтр низких частот (ФНЧ), а дифференцирующая — как фильтр высо-
ких частот (ФВЧ).
Воспользовавшись этими цепями, мы можем легко сделать пассивный регу-
лятор тембра. Наиболее распространенные варианты таких схем и их частот-
ные характеристики приведены на рис. 8.13, а~~в. На рис. 8.13, а показана схе-
ма так называемого частотно-зависимого делителя напряжения. Конденсатор
CI является входным разделительным элементом В верхнем положении движ-
ков переменных резисторов R2 и R5 он обеспечивает подъем частотной харак-
теристики на 12 дБ на частотах 40 Гц и 16 кГц относительно примерно посто-
янного уровня на частоте 1 кГц, в нижнем положении — спад на 12 дБ. Имен-
но такую схему, называемую иногда сов,метенным регулятором тембра, можно
встретить в большинстве профессиональной аудиоаппаратуры.
Иногда можно обойтись простейшими схемами раздельных тембровых регу-
ляторов, показанных на рис. 8.13, б, в. В схеме б резистор R1 выполняет рать
регулятора i ромкост, а резне юр R2 управляет «завалом» высоких частот.
В схеме д резистор R1 «заваливает» низкие частоты. Эти каскады можно уета-
288
Усиливаем сигналы
а)
Вяод
R3
4 7к
СЗ
10м>
ЧИ----выход
СЗ С4
0 04 7мг 10ых
--II-Т*~IH“Выхад
Rt
1О0«
Рис. 8.1.1 Варианты частотно зависимых делителе»! напряжения и их частотные характеристики
навлииагь, например, на входе и выходе простейших однотрлнлистерных усю
литслеи, включенных по схеме с общим эмиттером.
Отмстим интересную особенность поведения RC-цепси за частотой среза,
то есть там, где частотная характеристика имеет слад. Наклон этой линии для
всех простых RC-ueneii постоянен: в логарифмическом масштабе крутизна на-
клона составляет 6 дБ на октаву (6 дБ/окт) или 20 дБ на декаду (20 дБ/дек).
Октава — это изменение частоты в 2 раза, а декада — в 10 раз. То есть при из-
менении частоты в 2 раза в 2 раза изменяется выходной сигнал цепи. Декада на
частотной (горизонтальном) осн — это, например, расстояние между точками
100 и 1000 Ги. По вертикальной оси «набежит» 20 дБ. А две последовательно
:оед именные цепочки дадут уже 40 дБ/дек, три — 60 дБ/дек
В радиотехнике любой фильтр, дающим спад 20 дБ/дек, называется филь-
тром первого порядка, 40 дБ/дек — фильтром второго порядка и т д. Если же
289
Глава 8
нужно получить менъшхю скорость спада, например 10 дБ/дек, приходится
прибегать к различным ухищрениям. Но мы уже отклоняемся от тем. доступ-
ных начинающем) радиолюбителю, поэтому завершим этот небольшой экскурс
коротеньким рассказом о других «профессиях* RC-цепеи — формировании ко.
ротких импульсов и задержанных импульсов.
На рис. 8.14 показана реакции интегрирующей и дифференцирующей иепо
чек на скачок напряжения на входе.
Рис. 8.14. Реакция RC-иепей на скачок напряжения:
a — интегрнр)ютей цепи; б — дифференцирующем иепн
При этом параметр t - RC называется постоянном времени цепи. На проме-
жутке, равном Зт, переходный процесс практически заканчивается, и напряже-
ние на выходе приобретает установившееся значение. В любой момент време-
ни можно определить напряжение на выходе цепочки по формулам:
।
для интегрирующей цепи
для дифференцирующей цепи
где е — основание натурального логарифма (е = 2,71).
U =U е *с
«и_г «х
/ .
1-е
В заключение нашего небольшого экскурса в мир RC-цспочск познако-
мимся с довольно интересной идеей, называемой в технике усиления звука
тонкомпенсацией Другое название этого схемотехнического решения —
пропорциональное интегрирование сигнала. Допустим, мы хотим усилить «басы»,
оставив в покое высокие частоты сигнала. Мы знаем, что интегрирующая це-
почка подчеркнет «басы», но «завалит* высокие частоты однозначно. Поэтому
последовательно с конденсатором вводится резистор R2 (на рис. 8 15, «), кото-
рый не дает частотной характеристике «спадать» бесконечно, а «уетаканивает»
ее на уровне, определяемом соотношением резисторов Rl и R2. Единственны!)
недостаток такою способа — постоянное включение тонкомпенсании при всех
уровнях громкости.
290
Рис. 8.15. Простейший способ коррекции частотной характеристики (а) и вариант
тонкомпеискроваиного регулятора громкости (б)
Как мы знаем, кривые чувствительности уха человека в зависимости от
уровня громкости имеют разный вид. Чем тише звук, тем хуже доходят до уха
низкие частоты. Поэтому при больших уровнях громкости тонкомпенсация не
нужна, а вот при маленьком — просто необходима Поэтому реальная схема ре-
гулятора громкости с тонкомпенсаинси выглядит так. как показано на
рис. 8.15, б. Дяя ее реализации потребуется переменный резистор с дополните-
льным отводом, с помощью которого «басы» будут автоматически «включать-
ся» при снижении уровня громкости ниже определенного порога. Ну а пере-
ключателем S! тон компенсацию можно отключить без риска изменить уста-
новленную громкость звучания.
Теперь давайте вернемся к электронике и разберемся с тем, как можно по-
лучить усиленную высококачественную копию сигнала от любого источника, в
том числе и звуковую.
Особенности работы транзисторных схем
То, что сегодня наука, — завтра техника
Эдвард Теллер
Попробу-итс взглянуть на электрическую принципиальную схему современ-
ною телевизора, и вы вне всякого сомнения тут же потеряетесь в хитросплете-
ниях линий — столько там всяких элементов и связей между ними Большин-
сгво элементов вам уже знакомы, но почему они соединяются именно так. —
вот главный вопрос начинающего радиолюбителя, дочитавшего книгу’до этого
места. Если вы продолжите чтение, то для вас из хитросплетений схемы обяза-
тельно выделятся понятные кусочки — повторители, токовые зеркал*, компли-
ментарные схемы (из двух транзисторов разной проводимости), усилительные
каскады с обратными связями. Давайте по порядку познакомимся с этими
интересными схемотехническими идеями'
291
Гпава 3
Подробно о повторителях
После того, как мы успели полечить первоначальные знания о повторите-
лях электрических сигналов и даже изготовить практические схемы, можно по-
говорить о том, почему зги каскады работают именно лак, а не иначе. Обратим
внимание на рис. S 16.
а)
б)
Рис. 8.16. Пояснение работы эчнттерного повторите.!я
Коллектор транзистора жестко «привязан» к источнику питания, потенциал
его не может меняться. Входной сигнал более 0,7 В, как мы знаем, полностью
откроет транзистор (введет его в состояние насыщения), и за вычетом падения
напряжения «коллектор-эмиттер» напряжение на резисторе R, станет равным
напряжению £/Л||Т. Но допустим, что напряжение UaK меньше напряжения
поэтому в таком случае эмиттерный переход транзистора окажется закрытым,
что, конечно, невозможно, так как управляющий сигнал U„x не равен нулю.
А поскольку напряжение «база-эмитгер» не может стать больше чем 0,7 В (па-
дение напряжения на открытом р-п-переходе), то напряжение на резисторе R,
будет на 0,7 В ниже, чем на входе повторителя (UBX).
Работу эмиттерного повторителя можно исследовать с помощью математики
и закона Ома, как это делают профессиональные инженеры. Из предыдущих
глав мы знаем, что-
В то же время очевидно следующее:
=(', + /<)*, =('х *^]Л-
После преобразований получим:
Если коэффициент усиления транзистора много больше единицы, оконча-
тельно получаем:
-цЯ. ★У-
292
Усиливаем сигналы
Результат точно такой же, если учитывать, что напряжение ♦база-эмиттер»
лежит ц пределах 0,6..0,7 В.
Другое замечательное свойство эмитгерного повторителя — возможность
увеличения входного сопротивления (как показано на рис. 8.16, (5). Оно опре-
деляется выражением:
/? =
- /,21+Г
Переменная нагрузка эмитгерного повторителя вызывает изменение его
входного сопротивления, так что этот факт надо учитывать в реальных схемах.
А теперь рассмотрим потоковый повторитель (рие. 8 17). Сток здесь также
Рис. 8.17. Пояснение работы
и стокового повторителя
жестко «привязан» к источнику питания, по-
этому, пользуясь законом Ома, можно записать:
С другой стороны:
ie=su„=S(U"-u„).
Если сопротивление нагрузки много больше,
чем величина, обратная крутизне (1/S), получим:
Вот и все премудрости повторителей напряжения.
Термостабилизация простейших каскадов
В главе 6 мы узнали о простейшем способе задания режима транзисторного
каскада с помощью резистора, один вывод которого подключается к источнику
питания, а другой — к базе транзистора (рис. 6.58). Такая схема наиболее пол-
но позволяет использовать усилительные свойства транзистора, но, к сожале-
нию, обладает существенными недостатками, а потому в серьезной технике не
используется. Почему? Первая причина — технологический разброс коэффи-
циентов усиления транзисторов, вынуждающий подбирать этот резистор инди-
видуально. Конечно, проблему можно решить, введя подстроечный элемент,
но есть еше одна причина - температурная нестабильность коэффициента
усиления. Усиление каскада ^плавает» от температуры, а это далеко не всегда
желательно, особенно в схемах, связанных с измерением сигнмов.
Поиск способов стабили злии и параметров усилительных каскадов привел к
применению отрицательной обратной связи, подобно тому, как используется
она для стабилизации напряжения в источниках питания. Конечно, отрицате-
льная обратная связь снижает усиление каскада — оно становится меньше,
м усиление отдельного транзистора, но это — плата за стабильность Неско-
ко стабильных каскадов можно включать один за другим, тем самым нара-
щивая общее усиление. Существует много способов введения отрицательной
обратной связи, но мы остановимся на двух наиболее простых.
293
Глава 8
Параллельная отрицательная обратная связь показана на рис. 8.18, а. Эле-
мент обратной связи — это резистор R6, верхний (по схеме) вывод которого пе-
ренесен от «плюса» источника питания к коллектору транзистора. Как работает
такая схема? Допустим, что в результате действия повышенной температуры
коллекторный ток транзистора (/\) начал увеличиваться. Это приведет к увели-
чению падения напряжения на резисторе R1( и уменьшению напряжения «кол-
лектор-эм изтер*. Автоматически уменьшится ток базы (/,;), так как падение на-
пряжения «база-эмиттер* не меняется, а базовая цепь (Rrt) будет питаться ме-
ньшим напряжением. Результат — транзистор «призакростся», и его рабочая
точка восстановится.
Базовый резистор в данном случае можно определить по формуле:
D _ пит RJt I,
---------- «21 •
Ч
Сопротивление нагрузочного резистора обычно выбирается в пределах
1. 10 кОм.
Рис. 8.18. Распространенные ииы отрицательной обратной связи:
а — параллельная; б — последовательная
Последовательная отрицательная обратная связь приведена на рис. 8.18, б.
Каскад, построенный с применением этого вида обратной связи, считается об-
ладающими наилучшими показателями стабильности, поэтому он чаще всего
используется в схемотехнике, в том числе и профессиональной.
В эмиттер транзистора включен резистор с небольшим сопротивлением
100... 1000 Ом, а рабочая точка (смещение) задается резисторным деятелем RI
R2 Вы догадались, на что похожа эмиттерная цепь с резистором К 7 Правиль-
но — на эмиггернып повторитель! Поэтому смешение на базе задается не од-
ним резистором, а двумя Соответственно потенциал эм и перл будет на
0,7 В ниже потен диада базы.
Как работ пег такая термос г аби лизирующая схема? Если, к примеру, ток
коллекюра увеличился, автоматически должен увеличиться и эмиггсриыИ ток
Усиливаем сигналы
что повлечет за собой увеличение напряжения на резисторе Rr Но потенциал
базы (С/А2) жестко фиксирован резисторным делителем RI-R2, поэтому транзи-
стор «призакроется», ведь UC} -UK2-UK .
Чтобы ток базы (z6) не влиял на ток делителя (/J, обычно ток делителя вы-
бирают в 2. .10 раз больше тока базы. Чем выше это соотношение, тем лучше
температурная стабильность (лучше фиксируется потенциал базы). Дополните-
льно повысить температурную стабильность можно увеличением резистора R,.
Сопротивление резистора R1 в реальных схемах лежит в пределах 10...100 кОм,
а сопротивление R2 — в пределах 3...30 кОм. Если необходимо регулировать
ток коллектора (/\), это лучше всего делать с помощью резистора RI.
И последнее Конденсатор С, должен иметь значительную емкость, которая
в реальных схемах составляет десятки микрофарад. Этот конденсатор не влияет
на рабочую точку транзистора, но через него замыкается выходной перемен-
ный ток. Отсутствие такого конденсатора снижает коэффициент усиления кас-
када по переменном)' току
Токовое зеркало
В некоторых схемах бывает необходимо получить стабилизированное на-
пряжение или ток, которые не должны меняться при изменении нагрузки, тем-
пературы и других факторов. Конечно, это можно сделать с помошью
устройств, описанных ранее в главе, посвященной источникам питания, но та-
кой путь — дорогостоящий Часто можно обойтись более простыми и деше-
выми средствами. Эмиттерный повторитель здесь подходит не всегда, так как
он обладает низкой температурной стабильностью. Желание повысить стаби-
льность при помощи простых средств привело к разработке схем, называемых
токовыми зеркалами. «Зеркальность» этих схем проявляется в том, что ток в
нагрузке повторяет ток в задающем резисторе.
Простейшее токовое зеркало приведено на рис. 8.19, а. Оно получается при
использовании двух идентичных по параметрам (взятых из одной партии, со-
гласованных) транзисторов. Отражение тока в данной схеме примерно равно:
«0,96
Транзистор VTI включен как диод (используется только р-п-переход эмит>
тер-база). Ток через резистор RI задает на нем постоянное смешение, которое
передается также на базу транзистора VT2, открывая его. При изменении тем
псратуры оба транзистора ведут себя одинаково, поэтому выходной и входной
токи нс меняются.
Наиболее удачное решение, представленное на рис 8.19, б, называется
токовым зеркалом Уилсона Если забыть о существовании транзистора VT2, мы
унизим схему, рассмотренную ранее Но нагрузка и задающий резистор поме-
нялись местами! Значит, все же необходимость в транзисторе VT2 есть. Давайте
разберемся, какой потенциал (относительно общего провода) присутствует на
коллекторе VII Траншеюр VT3 в диодном включении даст й. 7 В, переход «ба-
jMitncp* транзистора VT2 — тоже 0,7 В Значит потенциал коллектора VI1
295
фиксирован и составляет 1,4 В, а ток через резистор RI будет определяться на-
пряжением питания, за вычетом этих 1,4 В! Выходной ток определяется током
через транзистор VT3. Отражение тока в этой схеме.
= 0,999
Токовое зеркало Уилсона очень часто можно встретить при рассмотрении
схем устройства операционных усилителей — микросхем, о которых мы будем
говорить позже.
Дифференциальная схема
Дифференциальный каскад — одни из видов транзисторных составных 1
схем, широко применяющихся при производстве операционных усилителей. 1
Современный дифференциальный усилитель должен иметь в своем составе
строго согласованные по параметрам транзисторы, в связи с чем такое включе* j
нпе можно встретить преимущественно в интегральной электронике, когда со.
гласоваиная пара, изготовленная на одном кристалле, имеет температурное со-
гласование до десятых долей градуса. Возможности дифференциальных усили-
телен тоже поражают: они позволяют легко создавать измерительные схемы с
разрешающей способностью до сотых долей милливольта!
Дифференциальный усилитель (рис 8.20, а) усиливает разность входных
сигналов (£, — Эмиттеры транзисторов VT1 и VT2 соединены вместе, к
этой точке подключен резистор R„ задающий эмитгернып ток /. В более слож-
ных схемах вместо R_, может включаться источник тока, который стабилизирует I
ток /, Эмиггерный ток должен оставаться постоянным при подаче напряжения
на входы усилителя и при изменении температуры окружающей среды — зга
принципиальное правило нормальной работы схемы. Дополнительное условпеИ
оба транзистора должны иметь одинаковые коэффициенты усиления /ь, и оли-1
паковые нагрузки (Rld = 1<и2).
Работает схема так. Допустим, мы подали па один вход сигнал £<(, который
превысил сигнал £,2. Транзистор VTI приоткроется, увеличится ток Через
296
Усиливаем сигналы
а)
Рис. 8.20. Днффсрснцна.1ыгьги усилитель (а) и подача входного напряжения на схему:
б — сипф.иныи сигнал; в — дифференциальный сигнал
б)
в)
R,. увеличится падение напряжения на нем. Но мы знаем, что ток /, должен
чаться постоянным. Поэтому ток /й2 через Rh2 уменьшится Сигналы и
I окажутся в противофазе.
Дифференциальный усилитель может управляться двумя видами сигналов,
как показано на рис. 8.20, о и в.
Особое внимание следует обратить на дифференциальным сигнал, приложен-
ный между входами усилителя. Такое включение очень часто используется в
помехоустойчивых схемах, когда нужно различать слабые сигналы (рис. 8.21).
Синфазная помеха смешает оба входа усилителя синхронно, поэтому она не
усиливается, а дифференциальный полезный сигнал вносит разбаланс между
выходами, в результате чего образуется напряжение UbM.
Дифференциальный усилитель используется и в несимметричном включе-
111, покатанном на рис. 8.22.
Дифференциальные схемы используются и в дискретном исполнении, то
есть собираю 1ся на отдельных элементах. Например, их .можно встретить в вы-
1‘ис. 8.21. Кичбинн роман ное вгнипегвме
маирижсннЛ (сигналов)
Рис. 8.22. 11сснч.мгтрн‘|11ие включение
дифференциального усмлгггеля
297
Глава 8
сококачествен пыж УНЧ. Если читателю придется повторять или даже разраба-
тывать схему такого УНЧ. лучше для маломощных дифференциальных каска-
дов использовать не отдельные транзисторы, а транзисторную матрицу (сборку
из нескольких транзисторов, согласованных по параметрам) серий К159, K25I,
КТС622
Каскодная схема
Это двух каскадное включение транзисторов ОЭ-ОБ или ОИ-ОЗ. Схемы
таких усилителей приведены на рис. 8.23. На рис. 8.23, а транзистор VT1
включен по схеме ОБ, \Т2 — по схеме ОЭ. Цепь резисторов RI, R2, R3 задает
режим схемы по постоянному току. Проведя за рамками книги ряд математи-
ческих преобразований, мы можем записать выражение для определения ко-
эффициента усиления каскодной схемы по напряжению:
Знак «минус» означает поворот фазы сигнала на 180°.
Эта схема обладает следующими особенностями: ее входное сопротивление
определяется как для чистого эмиттерного повторителя и может быть велико;
выходное сопротивление также велико (как у повторителя тока); хорошие час-
тотные свойства (не склонна к самовозбуждению). Перечисленные достоинства
определили каскодную схему пригодной для усиления высокочастотных и ра-
диочастотных сигналов. Каскодная схема на полевых транзисторах обладает
меньшим коэффициентом усиления, но большим входным сопротивлением,
определяемым в основном резистором в цепи затвора (1 МОм). К тому же она
меньше шумит и более широкополосна.
а) б)
Рис. 8.23. Каскодная схема: a — на биполярных транзисторах; 6 — на полевых
Познакомиться с большим разнообразием вариантов каскодных усилителен,
в том числе использующих комбинации разных видов транзисторов (полевых и
биполярных), можно в книге {4j.
298
Усиливаем сигналы
Комплиментарные схемы
Обычные схемы, работающие в линейном режиме (класса А), имеют боль-
шую величину выходного сопротивления. Если к такому усилителю подклю-
чить иизкоомпую нагрузку, весь сигнал упадет на выходном сопротивлении
каскада, и в нагрузку будет передана незначительная часть мощности. В ка-
кой-то мерс задачу решают эмиттерные повторители. Но для работы эмиттер-
ных повторителей нужно задавать начальное смешение, а это ведет к росту
потребляемой мощности даже в отсутствии сигнала. При желании увеличить
отдаваемую мощность потребуется увеличивать и потребляемый ток. Как ре-
шить проблему?
В значительной степени она разрешается применением двухтактного комп-
лиментарного каскада, о котором мы сейчас и поговорим. Он позволяет согла-
совывать низкоомную нагрузку с выходным сопротивлением усилителя. При-
веденный на рис. 8.24 комплиментарный каскад составлен из транзисторов
VT2 и VT3 разной структуры. Он подключен к каскаду с общим эмиттером, по-
строенным на транзисторе VT1. На коллекторе этого транзистора U^= U„um/2 и
соответственно на выходе каскада в идеальном случае l/eax~ (в точке со-
единения эмиттеров VT2 и VT3). Когда на коллекторе VTI появляется положи-
тельная полуволна, открывается транзистор VT2, при отрицательной полуво-
лне — транзистор VT3 (такой режим работы каждого транзистора соответствует
классу В). Оба транзистора работают как повторители сигнала
Рис. 8.24. Дв)чтактны|| комплиментарный каски, работающий без смещения (с) к искажение типа
•ступенька» на выходе (б)
Здесь есть один важный момент, на котором нужно остановиться подроб-
нее Если вы помните, любой кремниевый транзистор начинает открываться
при приложении к его входу напряжения более 0,6...0,7 В. В простейшем комп-
лиментарном каскаде транзисторы \Т2 и VT3 работают без первоначального
смещения, поэтому в реальной схеме появляется характерное искажение, назы-
ваемое »ст> пенькой». На слух «ступенька» воспринимается как характерное
«подхрипыивнне* динамическом головки. Иногда причину хрипов радиолюби-
1И объясняют скрытыми повреждениями диффузора динамика (такая прими-
299
Главз 8
на имеет право на су шествование), но это, как мы теперь знаем, — далеко нс
еди нствени ы и дефс кт.
Приведенный недостаток нс позволяет использовать простейший компли-
ментарнып каскад в высококачественных звуковых УНЧ, поэтому он применя-
ется в основном в цифровых (импульсных) схемах, о которых будет разговор
дальше.
Устранить «ступеньку* несложно — достаточно ввести небольшое смеше-
ние, как показано на рис. 8.25, а. Диод VDI должен быть кремниевым, тогда
падающее на нем напряжение немного приоткроет транзисторы VT2 и VT3 да-
же в отсутствии входного сигнала. Полуволны выходного сигнала сомкнутся в
«точке сопряжения». Звучание можно сшс улучшить, если включить не один, а
два диода последовательно. Увеличится ток через переходы «коллектор-эмит-
тер» транзисторов, называемый токох» покоя выходного каскада, полуволны бу-
дут лучше сопрягаться.
Рнс. 8.25. Варианты устранения искажении типа «сппспька*
Другой вариант борьбы со «ступенькой* показан на рис. 8.25, б. На транзи-
сторе \ПГ2 построен источник напряжения с малым внутренним сопротивлени-
ем, определяемым из выражения:
Здесь мы рассматриваем очень простые комплиментарные схемы, которые
нс рекомендуется использовать при выходной мощности более сотни-другой
милливатт, и вот почему. Ток покоя может расти с температурой. Рост тока по-
догревает транзисторы, что, в свою очередь, ведет к еще большему нарастанию
тока. Этот процесс может стать неконтролируемым, и лавинно нарастающим
сквозной ток приведет к выгоранию обоих транзисторов. В связи с этим схемы
мощных выходных каскадов выполняются ио сложным схемам с применением
различных стабилизирующих хитростен. Здесь годятся и самые простые спосо-
бы, например включение в эмиттеры небольших резисторов, ограничивающих
ток, и использование токовых зеркал и mhoioc другое. Очень хорошо зареко-
мендовавшей мерой является введение отрицательной обратной святи с выхода
комплиментарного каскада на вход усилителя. Кстати, обратная связь допол-
нительно уменьшает «ступеньку*, как бы «давит» се
300
Усиливаем сигналы
Предварительные усилители
Мысль бессмертна при условии, если
она постоянно рождается заново
Станислав Ежи Лец
В арсенале современной схемотехники есть не только простейшие однокас-
кадные схемы, рассмотренные нами в предыдущей главе, но и многокаскадные.
Например, можно включить друг за другом два каскада ОК, можно — два ОЭ.
Можно делать комбинированные включения, например ОБ-ОК. ОБ-ОИ,
и т. д. Все эти схемы были в свое время изучены профессионалами. Они и вы-
делили их достоинства и недостатки. Какие-то многокаскадные включения ис-
пользуются ныне часто, какие-то не используются из-за неудачных характери-
стик. В рамках этой книги нам просто не хватит времени, чтобы разобрать все
многокаскадные включения, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них на
примере практических конструкции предварительных усилителей. Так называ-
ют первые каскады усилителей, основная задача которых увеличить уровень
сигнала по напряжению.
Большинство схем, с которыми нам придется иметь дело, кроме отрицате-
льной обратной связи по постоянному току, имеют еше и общую отрицатель-
о обратную связь и по переменному, что делает работу всего усилителя бо-
лее устойчивой к возбуждению. Меняя величину этой связи, можно регулиро-
вать коэффициент усиления.
Обычно входные усилители строят по двух- или трехкаскадным схемам с
непосредственными связями между каскадами. Все каскады работают в ди-
неином режиме и на небольших токах. Чтобы такой усилитель обладал малы-
ми собственными шумами, во входном каскаде обязательно используются
специальные малошумящие транзисторы (иначе шум первого каскада усилят
вес последующие). К ним относятся транзисторы серий КТ342, КТ31О2,
КТ31О7, КПЗОЗА (все выпускаются в металл и чес к их корпусах). Модификации
этик же транзисторов в пластмассовых корпусах шумят сильнее.
У вас может возникнуть вопрос, а откуда же могут взяться какие-то шумы?
Причин их возникновения довольно много, но основной является тепловое ха-
отичное движение электронов. Тут следует отметить, что полевые транзисторы
шумят все же меньше, чем биполярные.
Параметры усилителя зависят не только от выбора элементов, но и or no-
ct роения схемы. На практике хорошо зарекомендовал себя предварительный
усилитель, приведенный па рис. 8.24, а. Он содержит минимальное число эле-
ментов и работоспособен при изменении питающего напряжения в широком
чиапазоне. Транзисторы очной проводимости включены по схеме с общим
эмиттером, и за счет непосредственных связей между каскадами уменьшается
число разделительных конденсаторов, что расширяет полосу усиления в облас-
ти низких частот,
Напряжение, задающее рабочую точку VTI, снимается с резистора в цепи
иггера \ 12, за счет этого получается, что оба каскада охвачены отрицатель-
ной обратной связью но постоянному току, которая стоили тирует режим ра-
30 J
Гпава 8
боты усилителя при изменении внешних воздействующих факторов: напряже-
ния питания и окружающей температуры. Конденсатор СЗ устанавливается, ес-
ли надо ограничить полосу усиления в области высоких частот.
Эту схему можно использоваться в диапазоне звуковых частот в качестве
микрофонного усилителя для автономных устройств. Ес потребляемый ток не
превышает 0,25 мА (транзисторы работают в режиме микротоков), а коэффи-
циент усиления составляет около 3000. При необходимости снизить усиление
можно введением в эмиттер VTI резистора 100. 1000 Ом (отрицательная обрат-
ная связь по переменному току). На основе данной схемы можно сделать мик-
рофонный усилитель для слухового аппарата, как это описано в литературе [5]
Рис. 8.26. Усн.ягтель звукового сигнала с микрофона: a — двухкаскадный; б — тре.чкаскадлын
Схема на рис. 8.26, б отличается ог предыдущей большим коэффициентом
усиления (11000 без отрицательной обратной связи, т. с. без резистора R5). Ре-
зистором R5 можно установить любое меньшее усиление. Если вы вниматель-
но присмотритесь к схеме, то заметите, что она, так же как и предыдущая, со-
держит всего два каскада усиления по напряжению (VT1 и VT3), а транзистор
VT2 является только повторителем сигнала (буферный каскад). Тут возникает
естественный вопрос, а почему же она даст большее усиление? Причин тут две.
Во-первых, за счет лучшего согласования выходного сопротивления первого
каскада с входным сопротивлением третьего. Во-вторых, это увеличение пита-
ющего напряжения. Все биполярные транзисторы имеют такую особенность,
и, меняя напряжение питания каскадов, можно в небольших пределах менять и
усиление.
Еще одна схема, которая нам не раз пригодится, это смеси юль двух сигналов
(рис. 8.27). Смешивать можно и большее количество сигналов при подключении
аналогичным способом дополнительных полевых транзисторов. Как вы видите,
оба входных транзистора работают на одну нагрузку. При этом обеспечивается
302 <
Усиливаем сигналы
развязка входов, большое входное сопро-
тивление (оно практически определяется
резисторами, установленными в цепи за-
твора). Номиналы резисторов R3, R4 мо-
гут находиться в диапазоне 0,L..l кОм —
их подбор позволяет выровнять коэффи-
циенты усиления транзисторов, если в
этом возникнет необходимость. Усиление
в полосе частот от 60 Гц до 120 кГц со-
ставляет примерно 3 раза.
Эту схему можно использовать при
озвучивании своих видеофильмов (когда
надо музыкальный фон и пояснения к
сюжету объединить) или для получения
сигнала на усилитель к дополнительной
колонке суб вуфера (так называют низко-
частотную звуковую колонку), например
к компьютеру.
0«од 1 Вход 2 «12В
Рис. 8.27. Смеситель джух звуковых
сигналов от разных источников
Простой усилитель на транзисторах
Не будем бояться трудностей -
не для того же мы их создаем.
Михаил Генин
теперь мы закрепим на практике пройденный материал и сконструируем
на транзисторах практический усилитель низкой частоты мощностью не более
I Вт и пиковым током потребления около (00 мА, который пригодится нам
при отладке конструкций, описанных во второй книге. Схема, приведенная на
рис. 8.28, содержит всего 8 широко распространенных (легкодоступных) тран-
зисторов и известные схемотехнические решения. Питается она от стабилизи-
рованного источника напряжением 9 В.
Сигнал со входа подается на резистор R1, выполняющий роль регулятора
громкости- Затем сигнал поступает на несимметричный дифференциальный
каскад, выполненный на транзисторах VT1 и VT2, а именно на базу \Т1. На
базу VT2 подается сигнал обратной связи с выхода усилителя. Причем режим
усилителя по постоянному току задается резистором R8, а по переменному —
RC-иепочками R7, СЗ и R9, С4. Эти цепочки формируют устойчивую характе-
ристику усилителя, *подваливая« коэффициент усиления на высоких частотах.
Частота среза цепочки R7, СЗ — порядка 200 кГц, а частота среза цепи R9,
С4 - 860 Гн.
Транзистор VT3 работает в режиме с ОЭ. Нагрузкой является цепочка R1I.
R12, R13. RI4. Транзистор \Т4, как мы уже знаем, предназначен дня устране-
ния искажен ни типа «ступенька*. Комплиментарный каскад выполнен на
транзисторах VT5, VT6. Транзисторы VT7 и VT8 повышают нагрузочную спо-
собность усилителя RC-иепочка RI5, С8 повышает устойчивость усилителя
303
Глава 8
R16
Рис. 8.28. Электрическая схема простого УНЧ па транзисторах
при подключении динамика, который является активно-индуктивной нагруз-
кой. Конденсатор СЮ — разделительный, отсекающий постоянную составляю-
щую. Конденсаторы С6, С7, Cl I и резистор R16 — элементы фильтра сетевых
пульсации. Они могут несколько отличаться по номиналам от указанных на
схеме (в сторону увеличения).
Печатная плата усилителя показана
на рис. 8.29, а сборочный! чертеж — на
рис 8.30. Единственная настройка за-
ключается в установке тока покоя вы-
ходных транзисторов, которая произ-
водится подстроечным резистором
R13. Необходимо в отсутствие сигнала
на входе установить на базе транзисто-
ра VT5 напряжение 5,1 В относитель-
но общего провода.
В конструкции применены широко
распространенные резисторы типа
С2-33, МЛТ, С2-23 или аналогичные,
неполярные конденсаторы типа КМ,
К 10-17, полярные — типа К50-35 или
К5О-68, резистор RI3 — типа
СП5-16ВА, но .можно применить и любой другой, подходящий по размераЛ
Вместо транзисторов КТ315Г подойдут КТ315Б, а вместо КТ361Г — КТ361Б.
Вместо транзистора КТ814Б подойдет КТ816Б, а вместо КТ815Б — КТ817Б.
304
Усиливаем сигналы
*Unnt
Транзисторы XT? и VT8 установлены
на один радиатор размером 30 х 45 .мм без
изолирующих прокладок. Желательно,
чтобы поверхность радиатора вместе уста-
новки транзисторов была ровной (без вмя-
Рис. 8.30. Сборочный чертеж и внешний вид монтажа элсмеиюв
тин и бугорков). Лучше всего использовать теплопроводяшую пасту типа
КПТ-8 (она продается в тюбиках), смазав ею места прилегания транзисторов.
Динамическая головка — типа 1 ГД-54 или аналогичная, имеющаяся под рукой,
например О,5ГДШ-2.
Звуковые усилители на микросхемах
У меня непритязательный вкус
мне вполне достаточно самого лучшего
Оскар Уайльд
_£сли читателю этой книги доведется познакомиться с подшивкой популяр-
ного радиолюбительского журнала «Радио», вышедшими в начале 1970-х гг., то
он будет удивлен обилием всевозможных усилителен низкой частоты, постро-
енных на отдельных транзисторах или электронных лампах. Опыт нескольких
поколений радиолюбителей показывает, что для создания мало-мальски при
личного усилителя, пригодного для постоянного использования, необходимо
минимум 5—6 транзисторов, а то и больше. Кроме того, после сборки обычно
требуется установить режимы работы каскадов, провести другие дополнитель-
ные регулировки. Простые УНЧ, построенные на 2—3 транзисторах, не могут
обеспечить громкоговорящий или приемлемый по качеству звук, поэтому в
згой и других книгах они используются в основном для иллюстрации происхо-
дящих процессов. Что же делать начинающему радиолюбителю, который вне
всякого сомнения хочет получить хорошее звучание, обладая минимальными
знаниями в электронике? Самый простой путь сегодня — эго взязь готовый
305
Глава 8
УНЧ! Вернее использовать готовую микросхему, подключив к ней с десяток
простых навесных элементов, источник питания, динамическую головку и ис-
точник сигнала. Кстати, так сегодня поступают и профессиональные разработ-
чики, создающие бытовую аудиотехнику. Ведь УНЧ на микросхемах, за ред-
чайшим исключением, обладая высокими характеристиками, не требуют вооб-
ще никакой настройки, что значительно удешевляет аппаратуру, сокращает
часть технологических операций по ее выпуску.
Но оставим пока профессиональную технику и возвратимся к скромным ра-
диолюбительским задачам. Сегодня на рынке имеется очень много различных
микросхем УНЧ как отечественных, так и импортных. Выясним, какие микро-
схемы доступны радиолюбителям и на что желательно обращать внимание при
их выборе.
Во-первых, это — напряжение питания. Оно имеет номинальное значение, то
есть такое, при котором гарантируется нормальная работа и обеспечиваются все
заявленные в документации параметры. Имеются также предельные параметры.
Для напряжения это минимальное и максимальное значения (за рамками этих
напряжений работа микросхемы не гарантируется). Как показывает практика,
микросхемы УНЧ обычно работают и ниже предельно допустимого значения
питающего напряжения — с небольшим снижением качества звука или выход-
ной мощности. Следовательно, если радиолюбителю хочется использовать мик-
росхему за рамками параметров, гарантируемых документацией, он должен
практически опробовать такую возможность. А вот превышать максимально до-
пустимые границы не рекомендуем — УНЧ просто может выйти из строя.
Далее — рассеиваемая мощность. Как и любой другой электронный элемент,
микросхема УНЧ при работе нагревается, причем обычно довольно существен-
но. Поэтому только УНЧ с небольшой мощностью (которой хватает разве что
на головные телефоны или миниатюрные динамики) не снабжаются специаль-
ными пластинами для крепления теплоотводов. Более мошные микросхемы
обязательно имеют поверхности для установки их на теплоотводящие радиато-
ры. Размеры радиаторов можно узнать в описании радиолюбительской конст-
рукции (если конструкция берется готовая) или рассчитать (если разрабатыва-
ется самостоятельно). Опытные радиолюбители определяют размер радиатора
примерно, «на глазок»
Еще один важный параметр УНЧ — коэффициент гармоник. В зарубежной
литературе его обозначают THD (Total Harmonic Distronion). Пояснить смысл
этого параметра позволит один простой пример. Допустим, мы подали на вход
УНЧ идеальный синусоидальный (гармонический) сигнал. Очень хороший
УНЧ почти нс исказит этот сигнал на выходе, а пот неудачный внесет в него
нелинейные искажения (испортит «синус»).
Оценить искажения можно очень грубо на слух — «хрипит — не хрипит», а
можно численно, по коэффициенту гармоник. Чем он меньше, тем и усилитель
меньше искажает сигналы. Читатель наверняка спросит, какой коэффициент
гармоник (К,) можно считать приемлемым, а какой — нет. Итак, желательно,
чтобы К, был меньше 1%, так как в противном случае искажения станут замет-
ными на слух. — как неприятные призвуки, «подхрипывания>\
306
Усиливаем сигналы
Коэффициент гармоник УНЧ, работающих в режиме максимальной мощно-
сти, обычно велик: например, микросхема К174УН7 (о ней мы подробно пого-
ворим чуть позже) имеет Кт = 10%. А уже при выходной мощности 2,5 Вт она
имеет искажения на уровне 2%, что уже более-менее приемлемо. Отсюда сле-
дует важное правило: хороший УНЧ должен иметь по крайней мере двукрат-
ный запас по мощности, чтобы никогда нс эксплуатировать микросхему в ре-
жиме повышенных искажений.
Не менее важными считаются параметры, называемые воспроизводимыми
частотами. Высококачественный УНЧ, который! предполагается иепбльзовать
для прослушивания, например, стереофонических радиопередач или записей
на CD диске, рекомендуется брать с верхней воспроизводимой частоте»! не ме-
нее 20 кГц. Усилитель для телефонной связи может быть гораздо менее широ-
кополосным. Нижняя воспроизводимая частота отражается на качестве переда-
чи «басов*, ударных инструментов, придает звуку мощное звучание. Следует
также иметь в виду, что оконечное устройство — громкоговоритель, акустиче-
ская «колонка* — должно быть способно к воспроизведению это»! полосы час-
тот. Маленький динамик, встроенный в переносной радиоприемник, никогда
не будет звучать так, как звучит дорогая акустическая система!
Последний важны»! параметр — потребляемый ток Аппаратура, питающаяся
от гальванических элементов, не должна потреблять много энергии. А стацио-
нарные УНЧ, питающиеся от сетевых БП, могут «поедать» гораздо более зна-
чительные токи и соответственно передавать гораздо более высокие мощности
в нагрузку. Однако и здесь надо соблюдать меру. Для оценки потребления тока
в отсутствие сигнала существует параметр — ток покоя.
Обычно у микросхем имеется два дифференциальных входа, и, чтобы их
как-то различать, один из них помечают кружочком или минусом. Это значит,
что данный вход инверсны»!, т. е. увеличение на нем уровня приведет к умень-
шению сигнала на выходе (конечно, с учетом коэффициента усиления) Нали-
чие двух входов очень удобно для введения отрицательной обратной связи,
снижающей усиление микросхемы до нужной величины или корректирующей
форму амплитудно-частотной характеристики.
Звукоусилительная аппаратура высокого класса, как правило, содержит в
своем составе не одну, а несколько микросхем и множество регулировочных
элементов. Едва ли начинающий радиолюбитель займется конструированием
такой аппаратуры — слишком сложно, дорого и требует определенного опыта.
*По зубам» окажутся простые У НЧ с минимальных» количеством внешних ре-
гулировок, работающие на одиночные динамики малой мощности.
На что надо обратить внимание в первую очередь начинающему творцу элек-
тронных схем? Вне всякого сомнения, потребуется УНЧ мощностью не более
0,5 ..1.0 Вт для «озвучивания- самодельных радиоприемников, магнитофонов,
плееров и т. д., питающихся от напряжения 9... 15 В (сетевые источник»» пита-
ния) Во-вторых, приводится усилитель для переносных устройств, питающихся
от батареек с напряжением 2...3 В И в-третьих, бывает нужен усилитель повы-
шенной мощности для дома, для школьного вечера, дискотеки, театральной по-
становки. Мы уделим внимание всем этим трем задачам и рассмотрим только
наиболее распространенные и доступные микросхемы. Со многим»» остальными
307
Гязва 8
Bid сможете познакомиться по справочной информации, приведенной па сопро
винительном лазерном диске (CD-R), идущем в комплекте со второй книгой.
Микросхема TDA7050 — при маломощного У 114 для батарейной низко-
вольтной аппаратуры. Эта микросборка выпускается фирмой Philips, стоит
примерно 81.0. Ес можно приобрести на отечественном рынке в двух вариантах
корпуса: D1P-8 (с выводами для монтажа в отверстия, расположенные на рас-
стоянии 2,54 мм) и SO-8 (планарный корпус для пайки непосредственно к
проводникам печатной платы с шагом 1,78 мм) (рис. 8.31). Несмотря на то что
микросхема имеет всего 8 выводов, начинающему радиолюбителю лучше при-
обретать корпус DIP, так как его проще впаять в плату.
Применять микросхему можно как в моно-
фоническом (одноканальном) варианте, так и в
стереофоническом (двухканальном). Эти спосо-
бы включения показаны на рис. 8.32.
Документация на микросхему нс рекоменду-
ет подключать в монорежиме динамические го-
ловки с сопротивлением менее 32 Ом (рекомен-
дуемый вариант — О,25ГДШ-2 с сопротивлени-
ем 50 Ом). В принципе использовать широко
распространенные головки с сопротивлением
8 Ом (0.5ГДШ-1, 0,5ГДШ-2, 0,25ГДШ-3) допу-
стимо. Нужно лишь увеличить (сопротивление
резистора R1 до 22 кОм. Запрещается повышать
напряжение питания выше б В, так как в про-
тивном случае усилитель однозначно выйдет из
строя. Эт\' микросхему удобно использовать для
работы на головные телефоны (наушники).
Корпус DIP 8
Корпус S0-8
Рис. 8.31. Внешний вид
распространенных корпусов
микросхем TDA7050
(отпго)
J щ
а)
Рис. 8.32. Варианты включения IDX7050: a
б)
монофонический (мостовой); б — стереофоническим
308
Усиливаем сигналы
lau.iHiia Я.5. Основные харакирисчики микросхемы TDV7O5O
Н.)именование параметра Значение Етнииы измерении
Номинальное напряжение питания 3 В
Предельные значения напряжения литания 1.6. 6,0 В
Ток потребления (в режиме покоя) 3,2 мА
Максимальная иыходиая мощность 0.14 Вт
Максимальная рассеиваемая моши ость 0,035 1 Вт
Диапазон воспроизводимых частот 100...20000 Гн
Минимальное сопротивление нагрузки 32 Ом
к ( Kci ал я 4осг 10 %
Входное сопротивление 1000 кОм 1
Коэффициент усиления ло напряжению 26 дБ
Микросхема К174УН7 (импортные аналоги TBAS10, TBASIOS, А210К) -
классика усилительной техники. Она разрабатывалась специально для \спле
ния звука в телевизорах и содержит внутри корпуса 16 транзисторов. Данная
микросхема прочно вошла в арсенал радиолюбителей и вряд ли покинет его в
ближайшее время Несмотря на свой несколько устаревшим корпус с «крылья
ми» для установки теплоотвода (рис. 8.33), К174УН7 считается одной из луч
ших отечественных микросхем для простого усилителя с мощностью не более
1 Вт Такой усилитель может использоваться совместно с приемником, компь
ютсро.м или для переговорного устройства. Эту' микросхему очень легко приоб
рести да и стоит она суший пустяк — не более 50,3
С данной микросхемой следует аккуратно обращаться, так как она не имеет
защиты от перегрузок, и короткое замыкание выхода (вывод 12) на общий про-
вод (корпус) или на + источника питания приводит к выходу ее из строя. К то-
Рнс. 8.33. ВнечиниЙ в>и корпуса (с теплойтжиом) и расположение выколов у микросхемы КП4УН7
309
Гпава 8
Таблица 8.6. Основные характеристики микросхемы КП4УН7
Наименование параметра Значение Гдиницы измерения
Номинальное напряжение питания 12 В
Максимальное напряжение питания 18 В
Ток потребления (в режиме покоя) 20 мА
Максимхтъная выходная мощность (при Г1111Т ~ 15 В) L Вт
Максимальная рассеиваемая мощность (без теплоотвода) 0.27 _ Вт
Диапазон воспроизводимых частот 40., 20000 Гц
Коэффициент гармоник (на максимальной мощности) 10 %
Минимальное сопротивление нагрузки 4 Ом
Входное сопротивление 50 кОм
Коэффициент усиления по напряжению Задается разработчиком* "
• Для типовой схемы включения, показанной на рис. 8.34, при питании от 12 В ко-
эффициент усиления составит около 60, а полоса усиления от 40 Гц до 60 кГц.
му же при мощности в нагрузке более 0,27 Вт не допускается применять мик-
росхему без дополнительного теплоотвода. В качестве радиатора может исполь-
зоваться изготовленную из алюминия фигурную полоску, закрепляемую к
лепесткам (рис. 8.34).
а)
б)
Рис. 8.34, Вариант входной цепи для }странення постоянной составляющей входного сигнала (и)
и типовая схема включения микросхемы к 1743 Н7 (о)
310
Усиливаем сигналы
Схема нс критична к выбору типа применяемых деталей, лишь бы они были
малогабаритными и поместились на плате. Дня сборки усилителя можно вос-
пользоваться печатной платой, показанной на рис. 8.35.
Рис. 8.35. Топология печягной платы, расположение элементов и вид собранной платы >силитеiя
Несколько слов о назначении элементов схемы. Цепочка C6-R4 предотвра-
щает появление генерации (самовозбуждения) в усилителе на высоких часто-
тах — за рубежом ее называют цепочкой Бушера. Где ее ставить — до раздели-
тельного выходного конденсатора С8 или после него — значения не имеет. Де-
литель из конденсаторов С4-СЗ является нерегулируемой отрицательной
обратной связью. Коэффициент усиления микросхемы задается резистором R2
(так называемый •резистор обратной связи по переменному току»). При прави-
льной сборке настройка усилителя не потребуется.
311
Ггава 8
Чтобы вы лучше представляли
данном микросхемы, на рис. 8.36
ее характеристиками. Да я удобства
АЧХ приведена нормализованная. Нор-
ътизованная характеристика — это
эгда максимальное значение на графи-
ке обозначается в виде линии с уровнем
О дБ (или же принимается за 1), а все
стальные величины указываются отно^
цельно этого уровня. С такого вида
характеристиками мы будем встречаться
нс раз, так как они очень удобны для
сравнения величин с разными абсолют-
ными уровнями.
возможности
и 8 37 приведены графики с некоторыми
Рис. 8 36. Нормализованная
амиянт} дно-част опыи характеристика
усилителя
а) б)
Рис. 8,37. Зависимость коэффициента нелинейных искажений от частоты сигнала (а)
и от выходной мощности (б)
Как видно из графиков (рис. 8.37), нелинейные искажения усилителя зави-
сят не только от выходной мощности, но и от частоты.
Еще один вариант использования этой микросхемы показан на рис. 8.38.
В ней между выводами би 12 включена попочка обратной связи, которая фор-
мирует АЧХ усилителя. При этом резисторы R6 и R10 являются регуляторами
тембра ВЧ и НЧ, соответственно. Эту цепь можно собрать на отдельной кон-
тактной колодке и подключить к уже приведенной ранее схеме между точками
КТ1-КТ2 или же чуть увеличить размеры печатной платы для монтажа допол-
нительных элементов.
Микросхема М74УН14 (импортный аналог — TDA2003) — более компакт-
ный и мощный вариант УНЧ, менее требовательный к количеству навесных
элементов (рис. 8.39), однако более дорогой (цена порядка $0,5...0,7).
Усилитель размещен в 5-выводном корпусе (см рис. 3 40). Коэффициент
усиления можно настаивать, меняя соотношение резисторов RI и R2. Бели
предполагается включить УНЧ для работы на малогабаритную динамическую
головку (типа 0,5ГДШ-2), можно снизить емкость конденсатора С2 до 100 мкФ,
а емкость СЗ до 470 мкФ. Цепочка С4—R3 нс позволяет войти усилителю в
312
Усиливаем сигналы
Рис. 8.33. Усилитель с рсп.таровкой частотном полосы
режим самовозбуждения. Эту це-
почку с примерно похожими но-
миналами можно встретить во
многих усилителях.
Основные технические харак-
теристики данной микросхемы
приведены н табл. S.7. Она может
выдерживать значительные выбро-
сы (помехи) напряжения по пита-
нию (до 40 В).
Применяя микросхему, следует
знать, что внутри нее уже есть рс-
R2 720
1Ък. 8.39. Тнпопая схема включения микросхемы
зистор 01 ршмтелы.оЛ обратно!! связи между выходом и входом (выводами 2 и
4), но, для юго чтобы уменьшить коэффициент усиления до нужного уровня
нередко ставят параллельно ему дополнительный внешний резистор.
Документацией нс гарантируется работа микросхемы при напряжении ниже
В, однако исследования, проведенные авторами этой книги, показали. что
К174УН14 хорошо работает при напряжении 12 9 и даже 5 В (со снижением
выходной мощности)
313
Гпава 3_________~_________________________________________
Таблица 8.7. Основные характеристики микросхемы К174УШ4
Наименование параметра Значение Глинины и шерення
Номинальное напряжение питания | 15 в
«.. ... —<— » — - - — <- — Предельные значения напряжения питания 13,5. .16.5 в
— •— Ток потребления (в режиме покоя) 80 мА
Максимальная выходная мощность 5.5 в, 1
Максимальная рассеиваемая мощность ГО Вт
Диапазон воспроизводимых частот 40 ..20000 ru ~д
Коэффициент гармоник (на максимальной мощности) 10 % J
Минимальное сопротивление нагрузки 3.2 Ом
Входное сопротивление 70 кОм
Коэффициент усиления по напряжению Задастся разработчиком*
• Для т а включения, показанной на рис 8.37. коэффициент усиления бу-
дет 100 соотношением резисторои R2/RI, если они измеряются в сотнях
ом, т. е >но неньше внутреннего резистора обрапюй связи), а полоса усиления
30 Гц - 50 кГц. * М
В табл. 8.8 приведена максимальная выходная мощность микросхемы в за-
висимости от напряжения питания и сопротивления нагрузки (дпнамичесюЯ
головки). При включении эта микросхема имеет небольшую задержку появле-
ния звука — она тем больше, чем больше коэффициент усиления, и составляет
где-то 4...5 с Читателя эго не должно смущать
Таблица 8.8. Выходная мощность микросхемы при вариации параметров
Напряжение шпанки. В Сопротивление нагрузки, Ом 1 1
14.4 | 4,0 5.5
12,0 1 1 2,0
12.0 4,0 1 4.0
9,0 8,0 | °'8 д
9.0 1 4.0 1
Для обеспечения теплового режима микросхемы ес рекомендуется устано-
вить на радиатор площадью 100 см2. Простейший теплоотвод для микросхе-
мы — это пластина, которая закрепляется на корпусе (рис. 8 40) с помощью од-
ного винта М3. Фланец теплоотвода микросхемы соединен с общим проводом
питания, поэтому изолировать его от радиатора нет необходимости. В качестве
теплоотвода иногда используют металлический корпус конструкции усилителя
314
Усиливаем сигналы
Корпус
типа
PENTAWATT
/ с аыаэдом 3
Напряжена* питания
Выход
Корпус
Ииа*р1нру<оиций «ход
Н*мна*ргиру«>и4Нй ахад
|’нс. 8.40. Пил корпуса н расположение выводов К174УН14 (7DA2003)
Для сборки усилителя можно пос пользоваться односторонней печатной пла-
той. показанной на рис. 8.41
25
1’нс. 8.41. Гонилогия печатной платы, расположение элементов и внешний вид сборки (без рати а тора)
Микросхема К174УН27 (аналог — TDA2OO5) — дв}хканальныи усилитель
звуковой частоты мощностью до 9 Вт, предназначенный для применения в
портативной радиоаппаратуре, питающейся от напряжения 12 В. Внутри мик-
росхемы имеется защита от тепловой перегрузки (срабатывает при температуре
кристалла 145 °C) и короткого замыкания в нагрузке. Усилитель способен ра-
ботать на низкоомную индуктивную нагрузку. Может использоваться в автомо-
биле (для чего она собственно и была разработана) или совместно с компьюте-
ром для усиления звукового сигнала (рис. 8.42) Микросхема легко доступна и
стоит менре $ 1,0.
Для сборки усилителя можно воспользоваться печатной платой, приведен-
ной на рис. 8 44. Микросхема обязательно крепится к радиатору.
Для увеличения выходной мощности можно использовать два усилителя
микросхемы при работе их на одну нагрузку, включив их, как это показано на
рис 45. Это так называемое мостовое включение. при котором микросхемы
работают в противофазе, за счет чего амплитуда напряжения на нагрузке повы-
шается в два раза. •
Но вы можете спросить, а зачем надо использовать мостовое включение,
когда увеличение выходной мощности можно получить используя другую, бо-
лее мощную микросхему. Оказывается, что в некоторых случаях нельзя, и вот
почему. Например, нам надо питать усилитель от напряжении 12 В — аккуму-
лятора или бортовой сети автомобиля. В этом случае максимальная амплитуда
315
f м 8
1* .imu 8Л. Основные характеристик»» микросхема К 1*45 1127
If знмммвдмис па раме гр а
Значение
I »-'миналъное напряжение питания
Предельные измен ня напряжения питания
6. 16
Гок потребления (в режиме покоя, когда t'» в 0)
70
4tA
В
ЕДИНИЦЫ
И J4t.pt НИЯ
В
М« хтьная выходная мощность при Uam = 12 В
на нагрузке 8 Ом
2 х 5
на нагрузке 4 Ом
2 х 10
Вт
на нагрузке 2 Ом
2 х 15
Максимальная рассеиваемая мощность
30
Диапазон воспроизводимых частот
30. 18000
Вт
Гц
коэффициент гармоник (на максимальной мощности)
0.5
Минимальное сопротивление нагрузки
Ом
%
Входное сопротивление
70
кОм
Коэффициент усиления по напряжению
Задается разработчиком
включения, показанной н» рис. 8 42. коэффициент усиления
будет 100. Входное .снис не более 250 мВ
Рнс. 8.42. Типовая схема включения микросхемы для режима «стерео*
376
Усиливаем < игналы
Корпус
типе
MULTIWATT
/ CfwtxwH с ^плп** а
^3 Kuppiwv— 1
—“'_ > ОмяМ 1
*UrwT
'•• ? в***од2
3> КаИ**«*4 2
- i ЛкмИ* I
Э ♦ам*3
ZZTD »««?
Z3 <hw₽
-J Вжл 1
□ ♦ Вжм 1
Рис. 8.43. Вид корпуса и расположение выводов К174УП27 {TD42005)
Рис. 8.44. l'ocio.ioi-мя печатном платы, расположение хи ментов и внешний вид сборки
Глава 8
Рис. 8.45. Мостовое включение двух микросхем для увеличения выходной мощности
выходного сигнала (если не учитывать потери на выходных транзисторах) не
может превысит 6 В (для работы выходного каскада в режиме класса А), что
соответствует действующему напряжению = 4,2 В. В мостовой схеме амп-
литуда напряжения на выходе может быть почти 12 В, так как направление то-
ка в обмотке динамика меняется за счет поочередной работы микросхем.
В схеме на рис. 8.45 задающие режим элементы выбраны так, что микросхемы
работают в режиме класса С, и каждая из них усиливает свою полуволну.
Дзя мостового включения сопротивление нагрузки должно быть не менее
4 Ом, а основные параметры сохраняются теми же, что и для обычного вклю-
чения, только возрастает коэффициент усиления до 200 и выходная мощность
(пиковая, при U„u„ = 12 В):
ПрИ == 8 Ом 2 X 15 Вт
при = 4 Ом 2 х 22 Вт
Дзя нормальной работы мостовой схемы соотношение резисторов R3/R5
должно быть, как это указано па схеме, а резисторы R4 = R.6 и могут быть от
10 до 39 Ом.
Топология печатной платы для сборки этой схемы приведена на рис. 8.46.
Микросхема TDA8560 (TDA8563) — последняя, приводимая нами в этом
разделе. Она пригодится для создания стереофонического усилителя с макси-
мальной выходной мощностью 40 Вт на канал (на нагрузке 2 Ом). Выпускается
фирмой Philips и стоит примерно $3,0...4,0.
Микросхема обладает рядом существенных дополнительных достоинств,
например переходит в режим микропотребления и отключает выходной сило-
вой каскад в случае короткою замыкания в динамической головке. Встроен-
318
Усиливаем сигналы
Рис. 8.46. Тополопт печатной платы, расположение элементов и внешний вщ сборки (иеэ радиатора)
пая функция диагностики перегрева и токовой перегрузки оповещает о на-
ступлении этих аварийных режимов сигналом на соответствующем выводе
(12-п, diagnostic output). Сигнал с этого вывода .может управлять электронной
схемой отключения. Для отключения предусмотрен другой вывод (11-й, mode
swiih). В принципе, если не нужно дополнительно сообщать пользователю о
наступлении аварийного режима, например свечением светодиода, эти два
вывода можно просто замкнуть
Для обеспечения нормальной работы микросхема требует минимального ко-
личества навесных элементов (рис. 8.47)
Эту микросхему нужно устанавливать на достаточно массивный радиатор с
дополнительными ребрами, предварительно очистив поверхности прилегания
г окислов. Наиболее хороший тепловой контакт полхчается при нанесении не
3)9
гпава S
Га блина Й. 10. Основные характеристики микросхемы TD \8560
Наименование параметра Значение Единицы измерения
Номинальное напржжс^не питал ия 14 4 В
Предельные значения напряжения питания 6 18 В
----------- - ----------------------1-----------------
Пик ^вый выхо ной ток 7f5 А
Ток ' -требления (в режиме покоя) )15 мА
М «ксиыхтьмая выходная м. щнсктъ
Ъ Вт
на нагрузке 4 Ом
на нагрузке 2 Ом Вт
Максимальная рассеиваемая мощность 2.0 Вт
! JlHinjTOH воспроизводимых частот 20 20000 Гм
Коэффициент гармоник (на моиннхтн И Вт п ~
нагрдокз 4 Ом)
Ининмжтьное сопротинленне нагрузки 2 Ом
- -
Входное cunjKir кОм
320
Усиливаем сигналы
Рис. 8.48. Внешний вид Kopitjci н расположение выводов микросхемы TDA8560
эги поверхности тсплопроводяшей пасты КПТ-8 (она продается в радио-, а те-
перь и в компьютерных магазинах, имеет белый цвет и характерный запах)
Блок питания УНЧ не обязательно может быть стабилизированным, так как
внутренняя схема подавляет пульсации более чем на 50 дБ. Важно лишь обес-
печить хорошую фильтрацию электролитическими конденсаторами, установить
трансформатор и выпрямитель, выдерживающие с запасом пиковые токи
В качестве питающего трансформатора удобно применить представитель серии
ТПП, например ТПП-317.
> • ♦
В этом разделе мы использовали только типовые схемы включения. которые
рекомендуются производителями и обеспечивают нормальное функционирова-
ние УНЧ в номинальных режимах. Часто радиолюбители путем проб и ошибок
идут на упрощение или вводят дополнительные элементы, субъективно улуч-
шающие звучание. Именно поэтому схемы, описанные в литерзтлре, могут не-
сколько отличаться от типовых Пусть этот факт нс смущает читателя, а рожда-
ет желание разобраться в предлагаемой технической доработке
Заканчивая разговор о звхжовых усилителях, сяедует еше знать, что выход-
ная мощность одного и того же устройства в зарубежных справочниках или
реки 1мны\ каталогах может быть указана разными значениями Наиболее час-
то можно увидеть следующие обозначения (они пишутся после самой величи-
ны, в Вт):
• RMS (Root Mean Square) — выходная номинальная мощность (действ\к>
щая или среднеквадратичная), которую усилитель может выдавать в тече-
ние долгого времени. При этом коэффициент гармонических нелинейных
искажений должен быть не выше определенного уровня.
• РМРО (Peak Мимс Power Output) — выходная пиковая музыкальная мощ-
ность. Характеризует кратковременную максимальную мощность, кото-
рою может выдать усилитель в течение 1 секунды на частоте I кГц, неза-
висимо от нелинейных искажений сигнала.
321
Гпава 8
Еше иногда можно встретить термин «импульсная мощность» — часто испо-
льзуется некоторыми производителями в рекламных целях. Для звуковых уси-
лителей он никакого смысла не имеет — единой методики проведения таких
измерений нет, а без этого намерять можно все что угодно — цифры будут на-
много выше реальных возможностей усилителя и вполне смогут обмануть нео-
пытного покупателя.
Немного о типовых узлах радиоаппаратуры
Сбываются самые смелые наши мечты,
пришло время на несмелые.
Станислав Ежи Лец
]Сак устроена современная радиоаппарат) ра, которой вы ежедневно пользу-
етесь? Она состоит в основном из типовых узлов. Читатель может подумать, что
типовой узел — это что-то. что было когда-то раз и навсегда придумано, что
•кочует» от прибора к прибору. На самом деле, по мере совершенствования
электронной техники приборы уменьшаются в размерах, и них появляются но-
вые элементы, растет число дополнительных функции, улучшаются эксплуата-
ционные качества — надежность, долговечность, удобство использования. Но
вот набор основных узлов остается прежним. Это как в автомобилестроении:
изменяется внешний облик машины, появляются новые двигатели, новая рези-
на для колес, новые формы кузова. Однако без колес и без двигателя машина
перестает быть машиной. Так и в радиоаппаратуре
Рассказать подробно об устройстве всей радиоэлектронной аппаратуры, раз-
работанной к настоящему моменту — задача едва ли посильная. Да и интерес-
но ли начинающему радиолюбителю узнавать о специфических электронных
усилительных приборах, которые можно встретить разве что в лаборатории, и]
то нс всякой. Мы остановимся на самой распространенной технике, которая!
во-первых, широко распространена и. во-вторых, доступна для самостоятель-
ного конструирования. Что же можно встретить такого интересного в радиоап-
паратуре?
Ни один усилитель не может работать без питания — это мы уже знаем. Ис-
точник питания считается наиболее распространенным типовым узлом аппарату!
ры. имеющимся во всех приборах, и не только выполняющих функцию усиления
сигналов. Иногда радиолюбители, зная это, ленятся изготавливать для своих са-
моделок встраиваемые МП, а запитывают их от источников, использующихся
при отладке. Разумнее все же оснащать конструкции, особенно те, которые пред-
полагается использовать достаточно длительное время, собственным блоком пи-
тания. Стационарная промышленная радиоэлектронная аппаратура, как правило,
нс выпускается в виде «полуфабрикатов», а имеет законченный вил.
Очень часто встречаются в быту усилители низкой частоты (УНЧ). Они от-
личаются разной степенью сложности, разным качеством зву ко нос про из веде-
ния, разной выходной акустической мощностью, разными возможностями
Высококачественный УНЧ ад я домашнего аудиокомплекеа обычно включает в
себя: предварительный усилитель, блок регуляторов громкости, тембра и стере-
322
Усиливаем сигналы
обаланса, блок индикации и зашиты. Предварительный усилитель часто рас-
считывается на входное напряжение 250 мВ (так называемый «линейный сиг-
нал»). В достаточно старых конструкциях этот усилительный блок строился на
основе биполярных каскадов с общим эмиттером, а на входе для обеспечения
высокого входного сопротивления часто ставили истоковый повторитель. В со-
временных схемах «столпотворение* транзисторов заменено одной-двумя мик-
росхемами, называемыми операционными усилителями Но подключать к выхо-
ду любого предварительного усилителя низкоомную нагрузку в виде акустиче-
ских агрегатов нельзя. Для согласования УНЧ с нагрузкой используется
усилитель мощности на основе комплиментарных каскадов, который имеет
мощные выходные транзисторы, установленные на массивные радиаторы.
Слушать УНЧ без возможности регулировки громкости очень плохо — ни-
когда нс угадаешь, какая громкость звука окажется оптимальной в данный мо-
мент. Недостаточной громкостью обычно недоволен сам слушатель, а при
чрезмерно громком звучании постучатся в дверь раздраженные соседи. Более
того, особенности разных музыкальных жанров заставляют изменять тембро-
вую окраску' В результате УНЧ оснащается блоком регуляторов, включаемым
между предварительным усилителем и усилителем мощности. В области про-
стейшей регулировки громкости практически ничего нового за последние
50 лет не придумали — это потенциометрически включенным переменный ре-
зистор. А вот регуляторы тембра, представляющие собой перестраиваемые фи-
тьтры, изменились — раньше их делали на транзисторах, теперь чаще встреча-
ются «опсраиионники». Есть готовые микросхемы: К174УН10А (аналог
ТСА740А) дня регулирования тембра и К174УН12 (анпог ТСА73ОА) дтя регу-
лировки громкости и стсреобаланса. К специальным выводам микросхем под-
ключаются переменные резисторы, присоединяется несколько навесных эле-
ментов. В последнее время, правда, появились специальные микросхемы, кото-
рые управляются нс классическими регуляторами-резисторами, а цифровым
кодом. Эти микросхемы выполняют такие же функции — регулируют гром-
кость, тембр, стсреобялянс (TDAS421. TDAS424, TDAS425, TDA8426). Ими
оснащается большинство современной аппаратуры, имеющей кнопочное
управление. Прочитать о таких микросхемах можно в книге |6].
Вы наверняка видели прыгающие в такт с музыкой цветные столбики на ли-
цевых панелях аппаратуры. Это — одна из разновидностей мнемонических ин-
дикаторов, позволяющих контролировать состояние усилителя, не допускать
его перегрузки, наиболее полно использовать предоставленные возможности.
Разработано и применяется много видов индикаторов: стрелочные, светодиод-
ные, жидкокристаллические, люминесцентные. Схемы поддержки этих индика
торов можно собрать на транзисторах, но, как правило, в современной технике
для большинства таких индикаторов разработаны специализированные микро
схемы управления Например, тот самый «столбик» поддерживается микросхе-
мами, называемыми аналоге-кодовыми преобразователями Столбик из 12 свс
тодиодов поддержан микросхемой К1003ПП1 (аналоги UAA180 и ULJ98O), а
^светодиодный — микросхемой К1ООЗПП2 (аналоги UAA170 и UL1970).
Перегрузка — нс столь уж редким случай» возникающий в усилительной
технике. Работа на пределе громкости или в жарком помещении может привес-
323
Глава 3
m к перегреву выходных граншетороа и выходу их из строя. Опасны так же
случаи короткого замыкания в нагрузке, например при неумелом подключении
акустических агрегатов пли их неисправности. Чтобы не возникало таких до-
садных ситуации, применяются различные блоки хищны - темпера!урной и
токовой.
Схемных реализаций блоков защиты на отдельных компонентах очень мно-
го, в то время как специализированных микросхем, выполняющих эту функ-
цию, авторам видеть нс доводилось. Обычно в таких схемах датчиком темпера-
туры служит транзистор или полупроводниковый диод, а датчиком тока — не-
большое сопротивление. Сигнал датчика усиливается простейшей схемой из
двух-трех транзисторных каскадов и подается на исполнительное устройство, в
качестве которого чаще всего выступает обычное реле.
Дополнительно в состав УНЧ может входить селектор входов, позволяющий
работать с несколькими источниками сигнала, например с приемником, маг-
нитофоном, CD-плссром, и оперативно переключать входы Иногда можно
также встретить вспомогательный усилитель для подключения головных теле-
фонов Структура типичного У НЧ показана на рис. 8.49.
Акустическая
Рис. 8.49. Структура усилителя низкой частоты
Читатели, приунывшие от многообразия блоков, входящих в УНЧ, могут ус-,
покоиться — эти блоки в разных УНЧ могут быть реализованы по-разному и
даже вообще отсутствовать. Скажем, простейший предварительный усилитель,
который еще не раз встретится вам в этой книге, может включать в себя пару
резисторов, конденсатор и транзистор, а усилитель мощности — комплимент
тарную лару с простым диодом, устраняющим «ступеньку», и потенциометр
регулировки громкости. Ожидать от такого УНЧ высокого качества звука и
большой выходной мощности не рекомендуем, но и такие схемы сослужат нам
добрую службу на первых порах.
После изготовления описанных выше конструкций вы уже убедились, что
достаточно удобно пользоваться готовыми микросхемами УНЧ. Они занимают
мало места, требуют минимального количества навесных элементов, надежны.
Интересное направление готовых микросхем для мощных УНЧ связано с
драйверными микросхемами. Поскольку выходные комплиментарные каскады
мощных УНЧ приходится размешать на .массивных радиаторах, эти выходные
транзисторы выносятся за пределы корпуса микросхемы, а все остальное — це-
пи смешения, управления и прочее — остается в микросхеме. Драйверное на-
324
Усиливаем сигналы
правление и отечественной микроэлектронике не развивалось, поэтому мы
oi рииичимся описанием такой возможности.
Теперь о другом не менее интересном направлении создания звуконос про-
и люди щей аппаратуры — о магнитофонах, плеерах, проигрывателях виниловых
и CD-дисков. Такая аппаратура обязательно имеет преобразователь электро-
магнитных, механических или оптических колебаний в электрический сигнал.
Изготовить такие преобразователи в домашних условиях не удастся — это
очень сложные узлы, требующие высокоточного оборудования, специальных
материалов и большого профессионального опыта. Есть еше одна сложная
компонента — механический привод. Как известно, магнитную ленту нужно
«протягивать», а диски вращать вокруг своей оси. Привод, осуществляющий
эти движения, также едва ли возможно сделать «на колене*. Радиолюбители
обычно покупают готовые преобразователи и приводы на рынке, размещают их
в корпусе собственного изготовления.
Мало преобразовать записанный сигнал в электрическое колебание. Вели-
чина этого колебания составляет по амплитуде единицы или десятки микро-
вольт, и непосредственно подавать его на УНЧ нельзя. Поэтому в состав аппа-
ратуры вводится усилитель-корректор, на выходе которого получают стандарт-
ный линейный сигнал 250 мВ. Усилитель-корректор — это усилитель, который
обладает не равномерной широкополосной характеристикой усиления, как
УНЧ, а намеренно искаженной — скорректированной — частотной характери-
стикой, имеющей на некоторых частотах подъемы и спады. Почему введены
эти искажения? Дело в том, что, например, виниловые диски имеют свойство
стареть, и в воспроизводимой фонограмме появляются щелчки и трески от ца-
рапин, мнкротрещин. Магнитная лента тоже стареет и, мало того, не может
равномерно записывать звук.
В первом случае коррекция частотной характеристики позволяет снизить
трески, а во втором — выровнять сигнал, придать ему естественное звучание.
Сигнал на выходе проигрывателя CD-дисков тоже имеет специальный фильтр
низких частот (ФНЧ). который снижает неровности, связанные с преобразова-
нием цифровых сигналов в аналоговые —• так называемый шум квантования.
Достаточно простые модели звуковоспроизводящей техники могут включать
в себя еще и УНЧ с акустическими агрегатами, а высококачественные ограни-
чиваются только усилителем-кор-
ректором. Структура такого при-
бора показана на рис. S.50.
Несколько слов о функции за-
писи. Магнитофон в отличие от
плеера может не только воспроиз-
водить фонограмму, но и записы-
вать ее. Для этого он оснащается
Рис, 8.50. Структура j стронет» юспроюмденн*
устшелсм записи. Усилитель за-
писи работает совместно с генера-
тором стирания-подмагничивания
нограмму и улучшающим качество записи специальным методом воздействия
магнитной ленты, «стирающим» старую фо-
на «пленку*.
325
Глава 8
Ламповый ренессанс?
Все новое — это хорошо забитое старое
Истина
Теперь мы поговорим о так называемом «ламповом ренессансе* — направ-
лении современной радиолюбительской электроники, специализирующейся на
продолжении исследований технических характеристик ламп и использовании
их в высококачественной аппаратуре. Приверженцы это направления, носяще-
го название High-End («Хап-энд»), утверждают, что современные транзистор-
ные усилители, даже формально принадлежащие к высокому классу, в дейст-
вительности звучат намного хуже их ламповых собратьев. В оправдание этой
точки зрения «хай-эндовиы» приводят достаточно доводов нс только субъек- I
тивного характера, но и основанных на логичных технических заключениях.
Разработчики аппаратуры этого класса, среди которых немало радиолюбите-1
лей, уделяют при проектировании конструкции внимание любой мелочи,
вплоть до установки специальных проводов, очищенных от газовых и иных
примесей, — так называемых акустических кабелей.
С аппаратурой этого класса связан еше один парадоксальный случай: в свое
время американские фирмы быстро закрыли производство электронных ламп
как неперспективных, перейдя на полупроводники. Россия же до сих пор со-
храняет технологии производства ламп, поэтому теперь западные «хай-эндщп-
ки» пользуются в основном нашими лампами. Отечественные лампы хвалят —
настолько хорошо они работают в аппаратуре этого класса.
High-End — это аппаратура не для массового производства, это — широкое
поле дтя радиолюбительских исследований, это настройка на индивидуальный
вкус слушателя, это — свободны!! и смелый поиск.
Парадокс High-End заключается в том, что ламповая техника сильнее иска-
жает звук, чем современная полупроводниковая. Если провести исследования
двух усилителей, построенных на разных элементах, то окажется, что как раз
ламповый усилитель хуже воспроизводит звук, А на самом деле человеческому
сл^эсу «ламповый звук» приятнее! Связано это, как говорят исследования, с
особенностью устройства слухового аппарата человека.. Но если читатель за-<
интересуется этим направлением, ему предстоит все время «держать ухо вос-
тро», отличать мистификации от правды, глубже анализировать полученйук^
информацию. В области современного лампового High-End существует доста-
точно небылиц.
Чем же отличается этот класс аппаратуры от обычных усилителей? Прежде
всего она способна заставить слушателя забыть, что он находится у себя в ком-
нате, а не в зале. Возникает эффект пространственности — когда звук рождает-
ся в пространстве, и забывается, что слушаешь запись. Закрыв глаза, вы не
сможете определить, где расположены излучающие звук акустические систе-
мы, — они растворяются на сцене
Оказалось, чго воспроизводимый звук тоже бывает разным гг зависит не
только от усилителя и акустической системы, но и от помещения (хорошая ра-
диоаппаратура должна учитывать ограниченные жилые возможности слушателя
326
Усиливаем сигналы
и компенсировать недостатки акустики помещения с площадью всего
15—20 кв. м). Собственно для этого и использую гея дополнительные звуковые
излучатели и каналы усилителей, Дтя комфортного восприятия музыки в не-
большом помещении вполне достаточно мощности до 5 Вт на канал, но, чтобы
снизить вероятность появления нелинейных искажений в усилителе от пере-
грузки при резком изменении громкости (в музыкальных произведениях с
большим динамическим диапазоном сигнала), максимальная мощность усили-
теля для High End-системы выбирается не менее чем с 10-кратным запасом на
каждый канал.
Теперь о звуке, а точнее его восприятии н субъективных параметрах, кото-
рые пока не сможет измерить ни один прибор (сегодня их просто не существу-
ет). Звук может быть «энергичным», «чистым» и «прозрачным» когда можно
определить голос каждого инструмента, «мягким* и комфортным или же «вя-
лым», «грязным», «бубнящим», «окрашенным» (в области средних или высоких
частот), «звонким» («звенящим»), «компьютерным», «ящичным», «холодным*
и т. д. В литературе, посвященной созданию такой аппаратуры, вы встретите
еще немало других образных сравнений, передающих ощущения слушателя —
двумя словами «плохо» и «хорошо» тут явно не обойтись. Поэтому окончатель-
ную настройку комплекта High End-аппаратуры выполняют уже на слух люди,
имеющие соответствующий профессиональный опыт и безупречный слух (их
называют л и стен ера ми — listener).
Во многом создание такого класса систем для воспроизведения звука явля-
ется искусством, из-за чего и стоимость соответствующая — сам усилитель от
S800 до S15000, акустические колонки — от 600 до 16000 (штучная продукция
для солидных людей). Да и само сочетание High End в буквальном переводе —
«высший предел». Впрочем, изучив горы технической литературы и накопив
опыт, любому радиолюбителю вполне по силам приблизиться к этому «высше-
му пределу»,
Секреты высокого качества звука
Чтобы удивиться, достаточно одной минуты, чтобы
сделать удивительную вещь, нужны многие годы,
Клод Адриан Гельвеций
За прошедшие десятилетия в этой области, казалось бы, уже не должно
остаться никаких секретов. Современные высококачественные усилители име-
ют коэффициент нелинейных искажений во всем диапазоне не более 0,01 %, а
! юса усиливаемых частот значительно шире, чем мы можем услышать. Но
почему же усилители с одинаковыми техническими параметрами звучат и вос-
принимаются слушателями совершенно по-разному? Пока есть еше необходи-
мость в экспертных оценках, которую выполняют подготовленные слушатели.
А что же измерительные приборы'.’ Не могут же производители аппаратуры вы-
сокого класса просто обманывать потребителя — на обмане долго не прожи-
вешь, рано или поздно он обнаружится. Напрашивается естественный вывод,
327
что просто стандартные меготики измерений характеристик усилителей несо-
вершенны и нс xioiyi в полной мерс отражать сю реальное качество. Давайте
рассмотрим, почему
Во-первых, при измерении параметров принято контролирован» прохожде-
ние преимущественно синусоидального сигнала через усилитель. По отсутст-
вию искажении одной синусоиды делается вывод о том, чю и любая комбина-
ция таких сшналпн тоже пройдет без искажении, что конечно же далеко не
всегда возможно. Для пояснения можно дать образное сравнение одною авто-
ра [7|: Приведу такую аналог ню: в комнате (радиогракти), в которой вы сейчас
силите, есть дверь (ралноустропсгво, например звуковая карга). Сквозь двер-
ной проем (пропускная способность устройства) может пронзи один любой
нормальный человек (моногармоническип сигнал - с одним частотным ком-
попей том), женщина, мужчина, ребенок, толстый, худой, высокий, низкий По
ведь это совсем нс значит, чго сквозь эту дверь сможет одновременно пройти и
его и двести человек (гармоник сигнала)!» В общем, туг скрыто целое направ-
ление для исследовании
Во-вторых, при прохождении сигнала через усилитель в него внося гея фазо-
вые искажения, т. с. на выходе сигнал появится с задержкой относительно вхо-
да. В этом не было бы ничего плохого, если бы такая задержка была одинако-
вое для всех частот спектра. Но реальная ФЧХ усилителя, как мы уже говори-
лк, нелинейна и индивидуальна (рис. 8.51) (кстати, се вообще пикТо не
измеряет в процессе серийного производства). А фазовые искажения начинают
проявляться гораздо раньше, чем искажения амплитудные. Вы сможете легко
хвидеть, как изменится форма суммарного сигнала, если попробуете по рис. 8.5
сложить высокочастотные гармоники с небольшим сдвигом по оси времени от!
носительно первой. Фазовые искажения приводят к искажению формы выход-
ного сигнала.
Рис. 8.5L Типичная ан п лапано-частотна я и фазы-частотная хзрамернсгииа
усилителя на транэнсторзх
В-трегьих, измерения параметров усилителя производя г ври его работе на
идеальную (чисто активную) стендовую нагрузку. Реальная нагрузка, под кото-
рой подразумевается звуковая колонка, имеет активно-реактивное входное со-
противление (импеданс |Z|), величина которого зависти от частоты. Это хорошо
видно на характеристике, показывающей изменение импеданса для двух рас-
323
Усиливаем сигналы
npocipxiiiviiiibix зарубежных моделей профессиональных студийных колонок с
номинальным входным conpoiпилением 4 и К Ом (рис. 8.52) |8| Уменьшение
сопротивления на некоюрых частотах приводи г к существенному увеличению
гока на выходе (ток вообще может превысить номинальный), а значит, мсняст-
[ режим работы усилителя. В результате усилитель с коэффициентом гармо-
ник К, ~ 0,01% (на частоте I кГц), работая на реальную нагрузку, соединенную
длинным кабелем со звуковой колонкой, нередко даст искажения более 1%.
Слелова)слы10, очень важно согласовать усилитель е нагрузкой
1’нс. 8.52. График зависимости импеданса звзковыу колонок оз члсзоил («)
и н\ фазовые характеристики (6)
В-четвертых, сше одно важное отличие реальной нагрузки oi стендовой со-
стоит в ее активно-реактивном характере Следовательно, фазовый сдвиг в сиг-
нал вносит нс только усилитель, но и сам акустический агрегат. На рис. 8.52, 6.
приведены (Газовые характеристики для акустических колонок достаточно вы-
окого класса Как видно из рисунка, неравномерность фазового сдвига во
веем диапазоне звуковых частот очень большая. В результате звуковая колонка
будет передавать с искажениями сигнал сложной формы (имеющий широкий
спектр). Насколько это плохо, можно понять только при прослушивании. При-
чем не исключено, что сама по себе хорошая колонка, не будучи согласован-
ной с конкретным усилителем, не дает качественного звучания.
Вее это говорит о том, что для объективной оценки технических характери-
С1ик необходимо снимать их на реальной нагрузке усилителя, с учетом вноси-
мых фазовых искажении Такие исследования для некоторых усилителен мощ-
ностью 100 Вт за рубежом были проведены сше в 1987 г. [8]. Результатом стала
трехмерная диаграмма, показывающая, при каком напряжении в случае изме-
нения импеданса и сдвига фазы в нагрузке коэффициент гармоник (АД не пре-
вышает 1% (рис. 8.53). Н только у одного из семи усилителен эта характеристи-
ка оказалась близка к идеальной (а), тогда как у других имела сильную нерав-
номерность, например, как это показано на рис. 8.53, б.
До сих пор мы говорили только о том, почему нельзя полностью доверять
рекламным параметрам усилителей (это не значит, что не стоит на них обра-
щать внимание вообше). Те, кто увлекается карошей музыкой, интуитивно по
ни мают данный факт и так, без всяких обосновании. Теперь давайте погово-
рим о том, каким должен быть идеальный усилитель. Существует много взаим
329
Гпава 8
Рис. 8.53. Трехмерный график, демонстрирующий, при каком выходном напряжении, изменениях
импеданса и фазовых сдвигах в нагрузке нелинейные искажения на выходе не превысят 1%
Fo - 1000 Гц
б)
но противоположных мнений на этот счет, но мы станем исходить все же не из
того, какой усилитель звучит лучше (это понятие слишком субъективно и зави-
сит от слушателя). Наши оценки будут строиться из сравнения: какой усили-
тель лучше передает реальный звук, который вы слышите «живьем», в зале. 1
Основная задача усилителя состоит только в том, чтобы достоверно переда-
вать звук, поступаюшиш на его вход. При нейтральных (нулевых) регулировках
идеальный усилитель не должен улучшать исходный сигнал. Причем под идеа-
льным усилителем будем подразумевать такой, который может более точно
воспроизвести первичную звуковую картину. В этом можно убедиться, если
проводить сравнение именно по передаче звука, примерно так, как это показа-
но на рис. 8.54. Не стоит много говорить о том, что такие испытания довольно I
сложны и требуют дорогого специализированного оборудования, способного!
проводить комплексные измерения в реальном времени.
Усиливаем сигналь!
Познакомившись с предыдущими разделами, ны уже понимаете, что одно-
кап ал ьны и усилитель нужного эффекта дать не сможет. Нас выручает стерео-
фония, которая полностью вытеснила монофонические усилители. Правда,
стереоэффект наблюдается только в определенной зоне между источниками
зп5ка (рис. 8.55), по и это уже делает звук более естественным и приятным.
Чтобы расширить зону стереоэффекта, в свое время (в начале 70-х гг.) зару-
бежные фирмы пытались даже внедрить квадрафонию. но в этом случае соот-
ношение между затратами и реальным эффектом получалось не столь привле-
кательным. В обшем, несмотря на мощную рекламу, квадрафония не оправдала
возлагаемых на нес надежд. От че-
ты рехк
анальной
записи сигнала в
любительских
условиях отказались.
Но если вы обращали внимание на
промышленные звуковые комплек-
сы (да и комплекты звуковых коло-
нок для компьютера, которые со-
стоят из 5 штук), то наверняка заме-
тили: чтобы сделать звук более
реальным, везде применяют более
двух колонок. Это позволяет ком-
пенсировать плохую акустику до-
машнего помещения — ведь боль-
шинство людей, даже состоятельных,
не может иметь собственный спешь l’"'' 8 К- Зона "Р" неполной,ши
ДВ'Л КОЛОНОК
альныи зал для прослушивания
своей любимой музыки
Акустика помещения тоже играет немалую роль в восприятии музыки.
Когда мы находимся в большом зале, то слышим не только прямую звуковую
волну от источника, но и отраженную от стен (приходящее с задержкой
*эхо*). Именно это искусственное эхо обеспечивают дополнительные тыловые
динамики, а сигнал для их работы выделяется из двух основных каналов (сиг-
налов).
Оказалась, что стереосигнал несет в себе дополнительную информацию, ко-
торую можно использовать для улучшения передачи звука. В этом вы легко
убедитесь, собрав к выходному усилителю небольшую приставку, состоящую
из мощных резисторов (рис. 8.56) Она включается между выходами усилителя
и динамиками (колонками). Это так называемое пассивное разделение сигна-
лов по системе АВС (9|. Пассивное потому, что для работы тыловых динами-
ков используется часть мощности основных каналов (обычно у усилителей есть
большой запас по мощности, и небольшими потерями на резисторах приставки
можно пренебречь). Аналогичную задачу разделения сигналов можно выпол-
ни! ь и после предварительного усилителя, но тогда потребуется установить еще
два канала усиления.
После испытании даже такой простой приставки вы будете очень удивлены
полученным эффектом и никогда больше нс станете слушать музыку' без нее.
imnua в звуке отличается от стереоэффекта настолько же сильно, как и мо-
331
Глава 3
Лваый
фронт
Бо>о«ы«
Динамний
Правый
фроит
Рис. 8.56. Приставка выделения cmihlwi для работы динамиков ни сип емс АВС
нофоншческое отличается от стереофонического (все достаточно очевидно да-
же для людей, не имеюших музыкального слуха). В результате вы получите су-
щественное расширение стереобаты, что во-первых, позволяет ощущать более
четко стереоэффект в любом месте помещения, а во-вторых, позволяет наблю-
дать виртуальные эффекты, когда звук может перемешаться вокруг вас По-
следнее конечно же наблюдается нс на любом сигнале, а только когда записы-
вающие микрофоны были установлены в середине оркестра или же использо-
ваны специальные методы многоканальной записи сигналов, называемые
панорамным кодированием. Но даже при прослушивании многих обычных запи-
сей эффект поражает.
Для изготовления приставки (декодера) удобно использовать резисторы R1,
R2 типа ПЭВ-10 или С5-5-10 (имеющих мощность не менее 10 Вт); резисторы
R3, R5 - ППБ-15Г: R4, R6 - ПЭВР-10.
Так как вычитание сигналов для ты-
ловых громкоговорителей происходит
на резисторах R4 и R6, отношение со-
противлений делителей образованных
этими резисторами между точками,
указанными на схеме, должно быть
следующее:
Рис. 8.57. Расположение динамиков и рамеление
iipfrt транства на юны А, II и (
Усиливаем сигналы
Настройка приставки резисторами R3, R5 производится один раз под конк-
ретное расстояние между тыловыми динамиками для конкретного помещения.
Разработанная отечественными специалистами система пространственного
звучания АВС, в отличие от квадрафонических систем, построена с учетом
особенностей слухового простри нс г вс иного восприятия человеком В резуль-
таге проведения исследовании экспериментально было найдено оптимальное
размещение динамиков относительно слушателя — в вершинах равнобедрен
нои трапеции (рис. 8.57). При таком расположении возможна локализация не
гочн и ков сигнала ио всему прострамс i яу относительно слушателя (360';, а так
же выравнивание соотношение уровней сигналов между основными каналами
и огюлиитсльными. Размеры трапеции, в углах которой расположены динами
ки. ни критичны — они выбираются с учетом размеров жилого помещения, од-
нако ангоры системы не рекомендуют выбирать тыловую базу (большое осио-
лше ।ранении) более 6 м.
Литература
I Материалы сайта: hup//es-i2 fernuni-hagcn.de/JAVA
2. Сапожков М А. Электроакустика: Учебник для вузов — М Снять, 1976.
3. Скворень Р. А. Электроника шаг за шагом' практическая энциклопедия
юного радиолюбителя Изд. 4-е. М.: Горячая линия -Телеком. 2001
4 Шустов А/. А. Практическая схемотехника. 450 схем радиолюбителям.
Книга I. — М : «Альтекс-А->, 2001
5. Муравив В. Слуховые аппараты. В помошь радиолюбителю: Сборник
Вып. 93. - М. ДОСААФ, 1986.
6. Семенов Б. К). «Шина PC в радиотехнических конструкциях* — М
СОЛОН-Р, 2002.
7. Материалы сайта: Ьир://*х\зх.согпршегга.ги/оШтс71999/329/2818/
pagel-conteni.html
8. О взаимодействии УМЗЧ с нагрузкой. — М. Радио, 2002. № 2. С 17.
9. Бсрендюков Ю., Ковал гнн Ю., Смницин А. Егоров А. Квадрафония или
система АВС? — М.: Радио, 1982. N’ 9. С. 45.
333
Глава 9
О радиолюбительских технологиях
Прицеленная шесь информация рассчитана » основном на тех, кто еше нс
успел прпобрсези большого опыта в самое юятсльном и и отселении радиотех-
нических устройств. В этом случае возникает много вопросов, па которые и да-
ны ответы в соответстнукиних статьях. Эта глава поможет правильно выбрать
нужный инструмент и подготовить рабочее место, научит, как выполнять мон-
таж элементов, а также расскажет о том, как прошс реализовать некоторые
процессы и операции. Узнаете вы и о том. что не рекомендуется делать в целях
собственной безопасности и здоровья окружающих
Виды существующих соединений элементов
Никогда не будешь знать достаточно, если
не будешь знать больше, чем достаточно.
Уильям Блейк.
Надежность работы любого устройства ио многом зависит ог качества вы-
полнения соединений между входящими в его состав компонентами. Напри-
мер. всего лишь один плохо припаянный контакт (так называемая «холодная»
пайка) — и устройство нс будет работать совсем или станет работать непра-
вильно, неустойчиво. Поиск таких неисправностей занимает довольно много
времени. «Холодная» пайка — это результат дефектного соединения, когда
наш на >ь iы ов к гочш прогретым пая.пшиком
или же без использования флюса. В этом случае припой может прилипнуть, а
не проникнуть в поверхностный слой металла, как должно быть. В результате
такой пайки нс устраняется окисная пленка на контактной поверхности и под
припоем может нарушаться электрический koi пакт. Самос неприятное заклю-
чается в том, что чаще данный дефект проявляется не сразу, а через некоторое
время (месяц, год).
В настоящее время придумали только пять способов выполнения электри
чсски.х соединений. Это — точечная сварка, накрутка (ее разновидность -
скрутка выводов), пайка, зажим и электропроводящие клеи. Очередность у
них указана по степени снижения надежности получения нужного конечного
результата
334
?ns 1мыюшн
( мый in рнми способ сос/ипкний - ючешия смарка появился еще на
j.ip р.иви1ия рщшис-хники mi j.i огсутсгвии я re измена промышленного
npifH шолс11м припои. Пол iочечной снарком понимается получение контакт-
ЦО) о соединения И рсгушл.пс (ЛЬТПЫ двух проьллиикои ЭЙ CMCI кратковремен-
ною их расплавления большим нршскаюшим юком. Гак, например, в первых
серийных бы юных oic'iceiвенных ламповых радиоприемниках именно сваркой
гынилнялись все соединения зяемсиюв. При помощи точечной сварки ияо-
Iанлииаю1ся шкже крмопары аю дагшки для измерения высоких темпера-
гур В jidcioHuicc время |очечная сварка широко используется в основном нан-
к iaiax для ииоюклении микросхем, когда надо выполнить внутренние соеди-
нения выводов корпуса с кристаллом самой микросхемы. Этот вид соединении
для внешнею монтажа сегодня нс применяют из-за сложности автимаги займи
борки изделии и переменгопршолности полученной конструкции.
Эп*пропрс*одящиы клмы
1’нс. 4.1. Виды нсиолыусчых электрических соединении радиоаппарат ре
Второй способ — накрутка, — появился уже после широкого внедрения пан-
ки Суть его заключается в том, что на жесткий вывод при помощи специаль-
ного приспособления навивается 4—6 витков оголенного монтажного провода.
Обычно для этих целен используют П|к>вод 00,3...0,5 мм За счет пружинистых
свойств медного провода он сильно обжимает контактный вывод, врезаясь в
него, и обеспечивает надежное электрическое соединение без пайки.
Такой метод монтажа поддается автоматизации, и с 1953 года он начал ши-
роко применяться для выполнения межблочного монтажа на больших вычисли-
тельных машинах и других средствах обработки информации в СНА В нашей
транс его тоже использовали при сборке больших ЭВМ из серии ЕС. Такие со-
единения можно встретить и в некоторых других изделиях промышленной авто-
тнки, электроприводах для управления электромоторами и т. п
Зачем нужна накрутка, если два провода можно просто припаять? Ведь при-
пои не настолько дорогой, чтобы был смысл его экономить! Все дело в том, что
hi многих сложных изделий надежность работы имеет огромное значение.
после иссчс/юванни разных видов соединений, проведенных по заказу воен-
ных. выяснилось, что вибрации и экстремальные атмосферные воздействия
335
Глава 9
(колебания температуры и влажности) после сварки, как это ни удивительно,
лучше всего выдерживает именно накрутка.
Монтаж накруткой в радиоаппаратуре имеет ограниченное распространение
из-за невозможности уменьшения размеров соединения, но, тем ие менее, им
пользуются и радиолюбители. Таким способом можно соединять не только
разъемы, дискретные компоненты, но и микросхемы с радиальным расположе-
нием выводов (в корпусах DIP). Однако для удобства такого монтажа вам по-
требуется изготовить несложное приспособление, позволяющее одним движе-
нием руки выполнять навивку провода на вывод (даже расположенный в труд-
нодоступном месте), например описанные в журналах |1, 2|
Третий способ — пайка Наиболее простой и технологичный метод соедине-
ния радиоле! ал ей, поэтому он широко используется промышленностью в радио-
электронике Насколько это удобно, вы убедитесь сами. А научиться выполнять
такие соединения не составит большого труда, но об этом чуть позже, а пока не-
сколько слов о материалах, которые вам для пайки обязательно потребуются.
Припой — это вещество, с помощью которого образуется электрический
контакт между элементами. Наиболее часто в радиоэлектронике применяют
легкоплавкие припои марок ПОС. Буквы обозначают «припой оловянно-свиио-
вый», а цифра, стоящая после марки, — содержание олова в процентах. Напри-
мер, припои ПОС-61 содержит 61% олова. Чем больше доля олова в припое,
тем при более низкой температуре он плавится. Для увеличения или уменьше-
ния температуры плавления в припой могут быть добавлены и другие вещества.
Например, припои ПОССу содержит сурьму, ПОСВ — висмут, а ПОСК — кад-
мий. Эти припои менее популярны, так как менее распространены. Радиолюби-
тели используют классический ПОС-61, плавящийся при температуре 190 °C.
Удобно иметь припой нс в виде слитка (его нс удастся расплавить маломощным
паяльником), а в виде проволоки толщиной 2...3 мм, впрочем, толстый пруток
.можно расплющить молотком и разделить на небольшие кусочки.
Флюс — вторая составляющая удачной паики. Они бывают кислотные (ак-
тивные) и бескислотные (пассивные). Кислотные флюсы более эффективны,
ио применять их для монтажа радиоэлементов нельзя (при покупке готового
флюса на состав следует обратить внимание). Флюс наносится в место, где
происходит пайка, для удаления с поверхности деталей тонкой окисной плен-
ки, а в процессе панки он защищает место от окисления. В качестве флюса ра-
диолюбители обычно используюг канифоль — продукт обработки хвойных по-
род древесины. Канифоль представляет собой кусочки хрупкого прозрачною
вещества желто-оранжевого иве га, очень похожие па янтарь. При прикоснове-
нии к нему паяльником канифоль шипит и выделяет дым с характерным запа-
хом смолы Со временем канифоль темнеет, но сохраняет свои свойства.
Пользоваться флюсом можно по-разному Во-первых, просто обмакивать
жало паяльника в канифольный комочек и осуществлять пайку. Канифоль ие
успевает сразу же испариться, и ее вполне хапает для зашиты соединения. Не-
достаток такого способа — образование наплывов флюса, которые трудно уда-
ляются после того, когда сборка закончена. Лучше приготовить на основе ка-
нифоли жидкий флюс: измельчить в порошок 15—18 весовых частей канифоли
и залить 82—85 весовыми частями этилового спирта. После размешать и подо-
336
О рядиолюби гельсгих технология*
грегь смесь до 50 &С — для лучшего растворения. Наносить такой флюс на мес-
то панки можно с помощью кис точки, а хранить в плотно закрывающейся по-
суде Можно также добавить 6-Я весовых частей глицерина — эго улучшит за-
полнение флюсом полостей. Смываются остатки флюса спиртом или
ацетоном. На радиолюбительских рынках можно приобрести и другие флюсы,
которые смываются водой.
Для подключения внешних цепей или сменных элементов часто использует-
ся в радиоаппаратуре способ соединения, который можно назвать зажимом
Под эту категорию попадают все соединительные разъемы (внешние и внут-
ренние), а также контактные панельки под микросхемы. Без них сложно будет
обойтись и нам. Но если ваша конструкция должна работать в экстремальных
условиях, то таких соединений должно быть минимальное количество, а еше
лучше — без них обойтись вообше (по статистике именно они являются наибо-
лее частой причиной отказов радиоаппаратуры).
При механическом соединении разных металлов некоторые из них могут
образовывать гальванические пары, приводящие к ускоренной коррозии в мес-
те соприкосновения. Например, недопустим прямой контакт алюминиевых
сплавов с медью (латунью, никелем, оловом). Поэтому для электро- и радио-
технического монтажа следует использовать специально предназначенные для
этого материалы и изделия (переходные колодки, гнезда).
Ну и, пожалуй, самым экзотическим и малораспространенным является
использование электропроводящих клеев. Стоит такой клеи довольно дорого,
но его вынуждены применять там, где разогрев материалов при соединении
неприемлем. Тут в качестве примера можно привести ремонт внутренних сое-
динительных шлейфов в ноутбуках. Конечно, электропроводность этих клеев
намного хуже, чем у медных проводников, но в цепях с небольшими токами
это допустимо.
Профессиональные отечественные разработчики радиоэлектронной аппара-
туры старшего поколения еще помнят, как в 60-\ гг. XX в. в директивном по-
рядке стали внедрять на производстве электропроводящие клеи вместо пайки.
Аппаратура, собранная целиком на основе таких клеев, отказывала настолько
часто, что от этого способа быстро отказались.
Секреты пайки или о том, как этому быстро
научиться
Плохим инструментом ничего хорошего не сотворишь.
Народная истина
Начинающие радиолюбители очень часто не придают существенного значе-
ния тому, чем и как паять свои конструкции. А напрасно! Ведь работоспособ-
ность и долговечность прибора в значительной степени связана с тем, насколь-
ко хорошо соединены его элементы, не перегреты ли они при пайке, не обра-
щались ли паразитные связи между выводами. Не случайно об электронике в
шутку говорят, что эта техническая наука об отсутствии контактов там. где они
должны быть, и о наличии — где их быть не должно. Поговорим о папке.
ЗЗТ
Гязва 9
Для удобства выполнения работ необходим соответствующий инструмент.
Лучше сразу приобрести два вида паяльников на разную мощность: 25—30 и
60 Вт (маленький с острым жалом и большой с плоским (рис. 9.2). Один из них
будет использоваться для пайки мелких элементов и микросхем, чтобы не пе-
регревать радиодетали достаточно мощности 25 Вт, а второй, более мощный,
пригодится для naif к и толстых проводов и элементов с большой тсплоотводя-
щеи поверхностью, а также облуживання печатных плат.
Паяльники лучше использовать с заземляемым жалом (имеющие зажим для
подключения заземления) Наиболее предпочтительно использование паяльни-
ка с деревянной ручкой, так как она со временем меньше нагревается.
Вне. 9.2. Bium паяльников для монтажа элементов и форма сменном) жала
Новый паяльник нужно включить на несколько часов в хорошо иронегрппа-
смом Н0МСИ1СНПП, чюбы выгорели временные антикоррозийные покрытия Не
пыт.инесь также ремошпропить сторспшпй паяльник — самодельная iiio’ijiihiji
может ока kiTi.cii неудачной, и напряжение попадет на корпус. Лучше кушне
новый.
Жало паяльника наиболее ответственная часть, и его нужно ыточить пол
углом примерно 15’с одной стороны или с двух Pcinaiomeio шаченпя тагочка
не имсек кто-то пользуется односторонне заточенным жалом, кю-ю — двух-
сюронннм. Пусть ниппель попробует сам и выберет iioiipaiiiiHiiniiicn вариант*.
Заючшь жало юж по с помощью обычней о напильника Кончик ждла должен
быгв хорошо облудеп, го есть покрыт сдоем припоя, иначе качсетсиной н.ш-
кп нс получится. В процессе работы жало вьпорясг ни ею поверииос1и обра-
зуются mnociи, yiдублении В этом случае также выручит напильник, коюрым
немного полпрантяюг нциерхиосп». быстрое ньиорание свидетельствует п по-
вышенной температуре патрсва. Снизите® можно, чуть выдвинул жало hi на-
гревателя, дзя чего предусмотрен крепежный вмиг* зажим, или применив лю-
бой простейший терморегулятор.
Чюбы жало паяльника служило дольше, рскомснтуется нужную форму ему
придавать клепкой е последуюптел небольшой обработкой напильником (жала
бывают и из металлокерамики — но ним бить молотком нс н.ти)
Перед пайкой нужно оборудован, рабочее место: подготовить неторючую
подставку для паяльника, исключающую его падение на руки, на иол, на коле-
ни или тоководущии провод. На столе должна быть защитная деревянная или
338
О радиолюбительски< технологиях
фанерная доска. Припой и твердый флюс удобно разместить в невысоких за-
крывающихся металлических баночках из-под крема Жидкий флюс нужно
расположить так, чтобы случайно нс опрокинуть. Помните; довольно сложно
отмыть окружающие предметы от жидкого флюса!
Как правильно надо держать паяльник? Есть несколько вариантов ответа:
I) за горячее жало;
2) за питающий провод;
3) за чю удастся, например за ручку.
Если вы уже знаете правильный ответ, то дальше эту паву можете смело
пропустить и читать следующую. Остальным же раскроем секрет, паяльник
удобнее держать гак же, как и ложку во время еды (см. рис. 9.3).
Рис. 9.3. 1вк правильно ftpAaib хи-ырмчехьий пандой* при мошлас [ы imu i« |«лгй
Для пайки паяльник npoipciutviся до нужной rcMiuparypu, мннсящси ог
ина припоя. Для наиболее часто иснотыусмий марки 1ЮС 61 ля темнер нур (
должна быть +260. .270 Ч . мин сам припой начинает п/ьиипы я при мгньпии
i ’мисрлтурс. Если температура штчитслыю выше, то припой на лис быстро
шлораег и приобретает серый цист, л при нормальной температуре p.itu.Mw
•нныи припои может многие часы нс тержь теркачт-ною блеем, мпорыи
остается и после сю остывания. Такая температура пайки обег ценные г дщ_и
чную текучесть припои, и, мк правило, обеспечивает кд юсикниос элсктри
1 ice кос секли пение
Чтобы научиться качественно и быстро пинт., потребуется несколько часов
1К1ИКИ (чуть больше времени уйдет ни то. чтобы ли навыки потом поте
11.) Но, так как нс все электронные компоненты выдерживаю! перегрев,
чьем паять лучше (так и хочется сказать — на «кошках») из обычных мед
проводах или деталях, которые нс жалко йогом выбросить
Line один способ обучения — это ратборка платы с элементами ог быто
। радиоаппаратуры промышленного изготовления (при этом заодно вы
339
Гпава 9
познакомитесь и с методами монтажа радиодеталей, которые использует
промышленность)
Сам процесс панки довольно ..ростом, но требует аккуратное!и. Если надо
соединить два провода, то и\ сначала очишасм от окисной пленки (можно со-
скоблить ее ножиком) и, скрутив между собой, смачиваем жидким флюсом,
после чего паяльником наносим припой, добившись его растекания по соеди-
нению. После этого надо подождать 15...20 секунд, пока место соединения
остынет и приобретет механическую прочность (дтя ускорения остывания сое-
динения можно на него подать). Во время остывания припоя нельзя пытаться
проверять прочность соединения.
При пайке элементов, устанавливаемых на печатную плату, чтобы их не пе-
регревать паяльником с припоем на жале касаются выводов нс более чем на
3 секунды. Сами элементы при этом удобно придерживать пинцетом или плос-
когубцами (они являются одновременно и теплоотводом). Почему именно
3 секунды? Исследованиями установлено, что при таком времени панки в
структуре платы нс образуется микротрешин, которые со временем могут при-
вести к разным хлефектам.
Для получения надежного электрического соединения при пайке выводы
деталей полезно до установки на плату предварительно «блудить, т с. покрыть
поверхность тонким слоем припоя. Чтобы облудить выводы, проще всего их
зачистить острым ножом, покрыть флюсом. Теперь, набрав на жало немного
припоя и, прижав паяльник к выводу, быстро со всех сторон нанести его на
место соединения. Продолжительность облужинания обычно составляет нс бо-
лее ' с. Теперь соединив летали, нанесите на место панки флюс и сшс раз
проведите по нему паяльником.
Многожильные провода после зачистки облужинать сразу нельзя. Необходи-
мо скрутить жилки пальцами и лишь после этого лудить Кстати, провода в по-
лихлоринниловои июляцни можно зачитать не ножом, а жалом горячею пая-
льника, проведя им вкруговую по изоляции провода (но если у вас нет вытяж-
ном вентиляции, то делать эго неприятно). Сложнее обстоит дело с тонким
проводом в >малсвоп и шлянии, использующимся при намотке тр.пкформаio-
ров, катхшек индуктивности. Злчииын. такой провод механически очень пло-
хо он может порваться. Выручит ыб четка аспирина («лксгилсалииилопля
кислота* обычно нт кую маркировку исно1ыую1 па упаковке) прижав к
пси пая н.п и ком проводник и прогнивая его. иютяпия еле кт, и полно провод
об ТУДИ1СП
При цапке вылс imoicu врс 1пыс ксшсстна. так чго почаще проветривайic
иом< шенис, л после рабонл вымой ic руки и лппо с мы том
Кроме паяльника ит другого инструмента напГннсе часто ириксгся иольго-
на । ьсм
• Покоре ими (рис 4 4, и) для укорачивания ньшодоп алеманов или оО-
рс тки яроводон до нужной длины;
• и нк koi убндми (рис. 4.4, б) для скручивания проволок между собой и нт
oiворлчиванпя lack, а также формовки выводов,
• пинцетом (рис. 4 4, «) для нридсржпк.Н1ИЯ детален во время папки и от
ВО 1101 НИХ ТИ11НИТО ICH.T.I,
340
О радиолюбительских технологиях
• скальпелем или ножом (рис, 9.4, г) — для снятии изоляции с проволоп и
лрут их пелен;
• набором металлических отверток под шлиц разной формы — прямая и
крестовая (рис. 9.4. 0} — для закрепления некоторых элементов на печен-
ной плате и монтажа собранных конструкций в корпусе (для настройки
миниатюрных подстроечных резисторов потребуются маленькая отвертка
с шириной лезвия не более 3 мм).
Рис. 9.4. Нмжходнмыи инструмент для выполнения минтида элементов
Конечно же существует много дополнительных инструментов и специаль-
ных приспособлений, предкалишенных для удобства выполнения электромон-
тажных работ, но уже описанных здесь будет вполне достаточно, чтобы соби-
рать приведенные и книге схемы. Вы будете приобретать другой инструмент
пли luroiiiivniBai ь его самостоятельно по мере продвижения по дороге радио
любительского творчества
Виды монтажных плат и их особенности
У хорошего мастера могут быть всякие недостатки.
только неаккуратным он быть не может
Народная применю
.Если бы вам. упажаемые 'hh.hc'ih, допелось поег.нпнь рядом электронные
приборы, и понпьчепные в начале Х\-ю и в начато Х\1-го века, ны были бы
сильно удив (сны тем. как ратмснтсны и них электронные компоненты И если
erapHHHi.ni прибор состоит всею и< нескольких десятков дегдий. соединенных
друт сдруюм npoiio.’io'iKJMn. ю современное электронное изделие гцншстанля
ег собой сложное сооружение из десятков н.кы. блоков. монтажных панелей За
его лет нычи(С'1Ы10 усложнились электрические схемы устройств, из-за чею
изменилась и icxho'ioihh монтажа Все современные технологии направлены
на ю, чюбы ускорить сборку и шепни и обесисчиц. сю надежную работу.
34»
111,1k, ihrllPIM СОНреМСНШЧП HCkipOHIHMO Прибора »ro llJhmi к I'.l IMi'IHCll
ИЫмЦ li.i НСЙ bit Klpoinu IMII ком IK'HVH 1.IMII, II klll.l MC4VI (H.lll. IIOCItUIIHIhlMH
(НСЧЛ1 IIUMtl II ООЬСМНЫМИ), I l.lkic HpVMCHHH.MII Д DI OipjOOlkll CAl’Mbl (M.l-
kLimi\in) Ihi i*JAie рж\ к.1жсА| on обьемпы.х птаых Вьи ччч»н они. как по по
к млно на рис Ч S, а
Рис. 9.5. Вид платы объемного монтажа (а) и монтажа «на пятачках» (б)
На поверхности из гетинакса или стеклотекстолита установлены монтажные
лепестки, к которым припаиваются радиодетали. Соединения между выводами
выполняются объемными проводниками, а говоря проще — проводами в изоля-
ции пли без изоляции. Второй вид платы объемного монтажа, получивший за-
служенную популярность у радиолюбителей, занимающихся конструированием
высокочастотной аппаратуры, — монтаж »на пятачках» (рис. 9.5, б). На изоли-
рованною плату приклеиваются клеем БФ-2 небольшие медные кружочки или
квадратики, обложенные предварительно припоем, и уже к ним припаиваются
электронные компоненты. Контактные площадки можно изготовить из тонкой
медной фольги, нарезав се простыми ножницами.
В качестве платы можно использовать и обычное стекло, предварительно
наждачнон бумагой закруглив острые грани. В этом случае даже не потребуется
вырезать контактные плошал к и — достаточно капнуть в нужных местах клеем
ВФ-2 и оставить на этих местах капли припоя. В результате образуются кон-
тактные плошадки, которые выдерживают до 10 перепаек.
Объемный монтаж применяется, как правило, там, где не требуется разме-
щение большого количества деталей. Некоторые детали могут быть смонтиро-
ваны только объемно, например трансформаторы питания, коммутационные
элементы, динамические головки, держатели предохранителен.
Основная доля электронного монтажа приходится все же на печатные платы.
Впервые в мире промышленное производство таких плат было начато в США
фирмой Photocircuiis Corp, с 1951 г. ‘ Печатные платы изготавливают в типогра-
фии?* — спросит читатель. Конечно же нет’ Но часть истины в этом вопросе все
же содержится. Что икос печатная плата? Это знакомая нам гстинаксовая или
стекло текстолитовая заготовка толщиной нс более 1,5 мм, на которую нанесены
проводники в виде плоских «дорожек» из медной фольги. В плате просверлены
отверстия, и большинство компонентов своими выводами вставлены н оiпер-
стня, припаяны с обратной стороны к дорожкам Часть компонентов припаяны
нс11осрсдс1ненно к дорожкам, без отверстии (так называемый поверхностный
монтаж). О1МСТИМ, чго корпуса компонентов для поверхностного монтажа на-
342
О iMJlHlI ТИПЫ. Л ИХ TUXt fоллгип V
Сорожка Д*илаггр««
Рнс. 9.6. Двухсторонняя
печатная плата
СТОЛЬКО M.1 HHilfi.ipilllll.l. ЧЮ К.IK CJIVAyci p.l M ЛЯЛС lb ИХ IIOJM0AHO только иод у нс*
ли'нпсл|.ным стеклом. В промышленном масшгабс «нолермюстныс» комиопсн-
11.1 yCTHIIlIlUIlintlKHOI Ш! ILl.liy При ПОМОЩИ ciicuhwiliioiо оборудования — без ИС*
ноль юнапня паяльника. Они просто рлскладынаклся па плату и помещаются в
печку с определенной температурой, в контрой компоненты привариваются к
дорожкам Конечно, радиолюбителям не по карману такое оборудование.
Печатные плиты бывают одпосгоронинми, коиа токопроводящие дорожки
располагаются е одной стороны При необходимости с другой стороны платы
(со стороны установки компонентов) могут припаиваться объемные проводни-
ки. Обойтись без них позволяет двухсторонняя шита
у нее дорожки располагаются с обеих сторон.
С двухсторонней платой связано такой технологиче-
ский прием, как переходное отверстие. Чтобы «пере-
вести* проводник с одной стороны платы на другую,
в плате высверливаются отверстия, затем они метал-
лизируются, то есть стенки покрываются слоем меди
образуется электрический контакт между дорожками
на разных сторонах платы. В качестве переходных
отверстий часто служат и отверстия пол выводы
компонентов (рис. 9.6).
Выполнить качественную металлизацию в домашних условиях практически
невозможно, поэтому она обычно заменяется радиолюбителями тонкими про-
волочными перемычками, припаиваемыми к дорожкам с двух сторон.
Самый прогрессивный вид печатной платы — многослойная (они появи-
лись только в I960 г ), Сегодня электронные компоненты стали настолько ма-
ленькие, а число выводов так увеличилось, что нс «спасают* даже двухсторон-
ние платы. Если «разводить® двухстороннюю плату под такие компоненты,
«львиная доля» площади будет занята печатными проводниками, и больше
ничем. А расположив их несколько слоев с прокладками из изолирующего
материала, размеры платы сократятся в несколько раз (количество слоев
обычно не превышает 7). Правда, «многослойку* в домашних условиях не
сделать однозначно.
Макетные платы — это, как правило, одноразовые платы, при создании ко-
торых особо не заботятся о рациональном размещении деталей, об экономии
места и красоте монтажа. Простейшей «.макетной» .может служить... кусочек
картона. Разместив на нем в произвольном порядке детали, проткнув шилом
дырочки и вставив в них выводы, можно с обратной стороны выполнить мон-
таж проводками, вшзючить макет и отрабатывать его.
Немного более удобна макетная плата с насверленными отверстиями по
сетке через 2,5 или 2,54 мм. Обычно каждое отверстие имеет печатный кружок,
а также металлизацию. Кружки электрически нс связаны друг с другом.
В принципе, спаяв схему на такой «макетке», можно закрепить ее в корпусе и
не изготавливать печатнуто плату’. Макетные платы такого типа продаются на
радиолюбительских рынках Однако этот вариант — самый дорогой, так как
пены на такие «макстки» нс маленькие Радиолюбителю этот способ пригодит-
ся, когда нужно срочно собрать какое-либо устройство.
343
Глава 9
ОООООООООООООООООООО
оооооооооооооооооооо
ОООООООООООООООООООО
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
оооооооооооооооооооо
СМ>^<>-0-0-0-0-0-0-0-0-(>0-0-0-0-0-С>-0
оооооооооооооооооооо
ооооооооооооооооооооо
а) б)
Рнс. 9.7, Варилгты макетных плат:
а — с отверстиями в ♦сетке»; 6 — с перемычками по линиям (Ml: 1)
На раднорынке может встретиться разновидность макетной платы, в кото-
рой все отверстия соединены между собой тонкими перемычками (рис, 9.7, о).
Перед монтажом нужно удалить часть перемычек острым скальпелем. Способ,
прямо скажем, крайне неудачный, так как в процессе удаления возникают
ошибки, которые устраняются непросто, да и времени это занимает много. По-
этессу мы нс рекомендуем начинающим пользоваться такими платами.
Бывают в продаже унифицированные «макетки*. с расположенными в ряд
несколькими посадочными .местами под микросимы, а от каждого вывода
сделаны широкие контактные площадки (рис. 9.8 — показаны фрагменты
плат). У инфицированную макетную плату хорошо использовать при работе с
микросхемами одного типа, например с планарными из серии К564 init 133.
Очень редко, но нее же можно встретить универсальную печатную плату, ко-
торая позволяет при монтаже использовать микросхемы в любых корпусах
1рне. ^.8, б) - это лучший вариант из всех. На ней расположение отверстий и
контактных дорожек выбрано такое, что позволяет выполнять очень плотный
монтаж, состоящий практически из любых компонентов» а широкие шины,
имеющиеся с обратной стороны, дают возможность легко рлнолшь пигапие
элементов. Для удобства выполнения внешних соединении необходимо, чтобы
на макетной плате было моего под установку разъема (у хороших плат обычно
это бывает уже предусмотрено).
Некоторые начинающие радиолюбители, торопясь опробован» ixcmv в рабо-
те и пытаясь обойтись вообще без плат, макетируют прямо на столе, соединяя
разложенные летали проводниками. Обычно такая спешка приводи] к случаи-
ным коротким замыканиям и выходу пт строя элементов схемы, норой резких
344
О радиолюбительских технологиях
IOO-C ООО О О ООО 000
ООО 000 I I 000 000
0-00 000 О О ООО 000
ООО 000 I I 000 000
ооо ооо 6 Л ооо ооо
ООО 000 I I 000 000
ООО 000 О О ООО 000
ООО 000 I I 000 000
ООО 000 О 5 ООО 000
ООО 000 1 I 000 000
ООО 000 С ф 000 000
ооо ооо I I ооо ооо
ООО 000 О О ООО 000
ООО 000 I I 000 000
ООО 000 О □ ООО 000
ООО 000 I I 000 000
ООО 000 О О ООО 000
ООО 000 I I 000 000
ООО 000 ф О ООО 000
ООО 000 I I 000 000
ООО ООО О ф ООО 000
ООО 000 I | ООО 000
ооо ооо а ф ооо ооо
ООО 000 I I 000 000
ООО 000 □ ф ООО 000
ооо ооо I I ооо ооо
ооо ооо о о ооо ооо
ООО 000 I I 000 000
ооо ооо ф ф ооо
IOOO
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ООО
ооо
ЛвОО
ООО о
ООО I
ооод
ООО I
о-оюф
ООО I
ооо 6
ооо!
ООО ф
ООО 1
оооб
ООО!
о-о-оф
ООО I
о-ооф
(XX'
о-оюф
ООО!
ООО 6
ООО I
0-0-0 ф
ООО I
оооф
ООО I
ооод
ООО I
0-00 ф
ООО I
о-о-оо
б)
Э)
Рис, 9.8. Виз унифицированной макетной плати масштабе MI.1:
в - ПОЛ установку микросхем корпусах DIP: 6 - универсальной. позволяющей )стамо1кть
микросхемы, имеющие любое располо-леиие выводов (планарные н радиальные)
и дорогостоящих. Чтобы не возникало чувство досады, лучше не торопиться, а
потратить немного времени хотя бы на картонное .макетирование.
Правда. с\шествует способ макетирования более удобный — давайте позна-
комимся с платой для соединения элементов без панки Этот вариант, предло-
женный авторами книги, представляется одним из наилучших способов опера-
тивной отработки схемы.
Макетная плата для соединения элементов
без пайки
Приучайтесь работать споро, ио ие торопливо
Народная погояорка
хотя умение паять входит в необходимый минимум радиолюбительских
навыков в некоторых случаях для проверки и макетирования не очень слож-
ной схемы бывает удобно воспользоваться универсальном макетной платой,
позвозяюшей быстро выполнить все необходимые соединения без панки К со-
жиению наша промышленность таких специализированных плат не выпуска-
ет ) стоимость зарубежных универсальных макетных наборов пока слишком
высока Как можно самостоятельно сделать так-узо .макетку. мы и Р^'скажем
л ндгоптлления нам потребуется не меньше Ь разъемов
( НПМс"з5Р (на 135 контактов) или СНП64-96Р. СНОМ-96Р (на 96 контор
Глава9
тов) (рис 9 9) Как видно на рисунке, в разъемах контактные лепестки гнезд
расположены в три ряда, но при приобретении следует обратить внимание на
то. чтобы вес контактные лепестки имелись на своем месте (выпускаюгея мо-
дификации этих, разъемов с меньшим числом задействованных ячеек, в кото-
рых контакты установлены через каждые два пустых посадочных места). При
этом направление выводов (бывают для горизонтального или вертикального
расположения па плате) и их форма значения не имеют (есть выводы для под-
пайки соединительных проводов). Но проще для монтажа использовать первые
два варианта Еше желательно, чтобы два разъема из общего количества отли-
чались по цвету пластмассы ог остальных. Разъемы СНП96 имеют импортные
аналоги С96 с дюймовым шагом — они тоже подойдут.
Рис. 9.9. Внешний вид разъечов СИГ134-135Р и СНО64-96Р
Эти разъемы очень удобно использовать в качестве многоконтактных гнезд
для установки микросхем с радиальным расположением выводов, обычных ре-
зисторов мощностью 0.25 и 0,125 Вт, конденсаторов и других элементов. Для
этого при помощи уголков и резьбовых втулок разъемы закрепляются в виде
блока, показанного на рис. 9.10, предварительно сделав обозначенные на
рис. 9.11 перемычки (показанные выводы разъема можно подогнуть и спаять
Рис 9 10 Вит *tm snip сад иного блока для макетирования схем, выполненного на основе гнезд разъемов
С11П34С-1.15Р
346
Орпдиолюбнтельсгмх технологиях
ТАГ]
они
очи
(НН
(НН
(НН
(НН
(НН
- _>
Woi
(НН
(НН
(НН
(НН
(НН
(НН
(НН
и_-
Рис. 9.11, Распайка соединении
контактов па рааъеиач
между собой). Сделанные на разъемах соединения позволят обойтись минима-
льным числом дополнительных объемных перемычек для полной сборки схемы.
При закреплении центральных разъемов следует учитывать расстояние меж-
ду выводами микросхем в DIP-корпусах. Остальные расстояния не критичны.
Мы получили универсальное контактное поле, пригодное дня выполнения
макетирования, которое может использоваться многократно. Установив радио-
детали, сборку закончен ной схемы осуществляют при помощи перемычек нуж-
ной длины, например из провода от телефонного кабеля. Чтобы было еше удоб-
нее проводить работы, контактное поле из разъемов лучше закрепить между двух
боковых стенок, на которых предусмотреть отверстия для установки регулиро-
вочных резисторов, переключателей, гнезд, разъемов и т. п. элементов, которые
могут потребоваться при сборке. Гнезда для подачи питания и выключатель
можно закрепить сразу, а все остальное устанавливать по мере необходимости.
В дальнейшем для надежной работы схемы се все же придется собирать на
печатной плате, но в этом случае ны уже будете уверены в работоспособности
всего устройства.
Изготовление печатной платы в домашних условиях
Не прячьте свои «производственные секреты» от друзей.
Народное правило
Именно печатная плата придаст самодельному прибору вид не какой-ни-
будь кустарной поделки, а настоящего, почти промышленного изделия Пе-
чатная плата позволяет рационально разместить элементы, хорошо закрепить
их, тем самым защитив от механических воздействий. Хорошо спроектиро-
ванная печатная плата минимизирует паразитные влияния между проводни-
ками, что очень важно при создании высокочастотной техники Все шире
применяется печатный монтаж и в силовой электронике. Например, специа-
листами фирмы Siemens было выяснено, что тонкий плоский печатный про
водник может обеспечить токовую нагрузку до 25 А/мм2. поскольку плошадь
рассеяния тепла у него большая.
34?
ГпзвЗ 9
Фольгированные изоляционные материалы, выпускаемые промышленно-
стью. имеют различную толщину от 0.5 до 3 мм. Обычно для монтажа элемен-
тов используют листы толщиной I пли 1.5 мм. Но в гсх случаях, когда плата
больших размеров или на ней нужно уста на юн нить мною массивных элемен-
тов. лучше применять материал более толстый
Создание профессиональных печатных плат — довольно сложный и дорогой
процесс, который едва ли удастся воспроизвести в домашних условиях. Там все
начинается с создания фотошаблона, на котором в масштабе 1.1 отображена то-
пология плазы — размещение токопроводящих дорожек, контактных площадок
и переходных отверстий. Затем фотошаблон накладывается на поверхность фо-
льгированного материала (гстинакса. стеклотекстолита или фторопласта), про-
изводится экспонирование — перенос изображения на плату. Как эго происхо-
дит? Перед экспонированием фольга покрывается слоем фоторезиста — специ-
ального вещества, подобного фоточувствительному слою фотобумаги или
фотопленки. Вот этот слой иод действием света и приобретает рисунок, распо-
ложенный на фотошаблоне Затем засвеченные участки смываются.
После экспонирования наступает сложный процесс химического травления,
гальванического осаждения меди - металлизации отверстии, и. печатная пла-
та почти готова. Ее очищают от окислов. покрывают токопедущис дорожки
тонким слоем сплава на основе олова (дорожки приобретают .характерный се-
ребристый оттенок) Гшс одна промывка, и можно плату сушить, а затем мон-
тировать на ней элементы
Классический способ домашнего изготовления печатных плат, которым но-
льтуются почти псе радиолюбители, в общих чертах напомипасг приниденнып
технологический процесс, но часть операции в нем отсутствует, друия унроще-
HI и именсна эквинавенiными» доступными в домашних условиях, Давайте и
мы научимся классике р.цнолюби1сльскою и потопления печатных пллг.
Разводка топологии
Слхто тс тьну ю плате нс во «можно согнан» Gcj ioiio’ioi ни. по ному ее пулою
предвари ic и но ра‘р-ичмат ь. учиняная реальные ра »меры уже имеющихся у вас
iciaieil Как это слепли? Дино вручную на »цкте бумати, при помошн каран-
даш т и laciHKU, яноо с помощью современных автомат и шровлнных компью-
терных npoip.iMM ра |рабогм1 печатных ил.и
Спешим немною охчачнн. им т «про шштутыч» miii.hc'ich aitioM.inpiccKiie
протрлммы, и нт анто.млт ячеек не ip.icviipoiuiuiMi, как их имгткн нро<|ч •ссиопл'ты.
ВК’ГЛГОЧИО С К'ЖНЫ в освоении, ирис HOtiH’.'ICIII.I К рлСкИС ИЛ 1ТрОМЫШ'1С11|1ЫЙ 1С\-
HO.UMцчсскни иропссе. то сеть ♦рлшочмт» iii,iii.i со множенном переходных oi
вс|к'шГ1 . MHHtiM.rn.Hoil тотшиноИ । о роже к и с тючыиим кочичес том друз их
нюансов, v цы ли yt |рлиилюшнх p.iuio Hoiuiic ш Конечно, сполна есть Bapiiaiu
ынниис .мклыткя oi домашнею и мотоп тспня печатной tri.им «ра шести» в
автоматическом трассировщике nnaiv и с таи. <|»aiiii.i в фирму, ciiviniaJiiinpyio-
Щуюся на нрофессшшллынтм upon hio icibc пч.н, в iom чш те и мноюслопных. h
опрс тс теннхю iii.nv фирма сцелаег и единичный жтемнчмр, и десятки тысяч
штук Скорее всею, серийное ирон пючетно окаженя выюлным, a hoi слитптч-
Hi.ni ж темнлмр окажется «ю.чон.1М» Нс лучше пт ежонохшн» ясны и?
34S
О радиолюбительских технологиях
I ополотою платы можно разрабатывать нс только на бумаге, но и в специа-
льной программе Spriiif Layot, которая описана в компьютерном разделе вто-
рой книги. Созданные в этой программе рисунки тополог ии выглядят ничуть
не хуже тех, что создаст профессиональный трассировщик, и, более тою, в эс
юи можно внести пранки оперативно. Но все же вначале рекомендуется рагра-
ботать эскиз на бумаге, а затем «довести до ума» в программе и распечатать в
масштабе I I
Мегодика разводки пепси на печатной плате — процесс творческий. Здесь
нет каких-либо автоматически выполняемых шагов, нет наработанных реше-
нии Гсть множество вариантов: одни хуже, другие лучше. Ра «водку топологии
платы выполняют карандашом, отмечая места отверстии для выводов радио-
элемента и пунктиром - контуры самих элементов. Линии соединения эле-
ментов выполняются в соответствии с электрической схемой по кратчайшему
пути при минимальной длине соединительных проводников. Входные и выход-
ные цепи схемы должны быть рашесены дрхг относительно друга по возмож-
ности дальше, чго исключи г паводки и самовозбуждение усилителей. Если пе-
чатные проводники будут пропускать через себя значительные токи (ог со-
тен мА), чтобы они не перегревались, нужно побеспокоиться об увеличении их
плошали, 1 с. делать шире,
Н.шлучшес размещение элементов с первой попытки, как правило, нс полу
чается, и приходится Польювагься ластиком при и тиснении компоновки дета-
лен Чем мешано свободною мест останется на плате, тем раииональпее она
спроектирована. Г чинен венный помощник радиолюбителю в р.т гводке топо.кз
inn — его собе I псиный опыт Полому нужно и туча г ь эскизы печатных in.il
сделанные чужими руками, перенимать опыт и стремиться сделать лучше. Но
все же несколько основных советов дать можно
Во-первых, для рл иголки удобно использовать листок бумаг и «в к деточку»,
тогда, се’in придсржив.1 гт.ся имеющейся и.г пси сетки» ккм т получится в маепг-
тане 2 1 Член» радио гюби теле и ра грабит ыиасг *кмн плана в масштабе J I,
член» в масштабе I I Здесь целым дли. каких-либо чегких совснш, гак что
вы можете выир.нь пднботсс удобный для себя пари.пн (каждый н> них имеет
СВОН Д1К1ОИНСТВ.1 и пслосглгки)
Во вторых, надо исиолыонагI» дня
noBopoi.t гоконедхших дорожек уч на 15
и 9(Г.
В грегьих, млкепмл'н.но при тержинл
1ься линии сегки и те hoibodikh корпуса
компонентов) и нс ныт.нься ирогючнгь
дорожки ил расстоянии менее 2,5 мм
I к К. ГГОЧСНИС ДИЛ 11)| |,L IЬИЫИ НрОГЮЛИИК
между двумя лиаымгачьно раснотожен
iii.imii отверстиями (рис 9 12).
В четвертых, максима ikho р.ишонл
льни иропо ипь дорожки, чтобы не по
Тис. V 12 Пример |Ш1В(1<ьн иигы
349
Г пава 9
п/юшп ься объемными проводи» кам и-перемычкам и. Но если необходимость
введения перемычки очевидна, нс стоит из-за желания се исключить перерисо-
вывать всю топологию.
IIгак, эскиз платы в выбранном масштабе готов, и нужно перенести его на
заготовку Рисуем при необходимой и топологию платы в масштабе 1.1 или
рас нем п ы наем ее из компьютера (это намного лучше — точнее). Как изменить
масштаб вручную? Очень хорошо пользоваться специальной дшнраммной бу-
магой (сс еше называют «бумагой ог самой и сцен?). Клеточки на такой бумаге
имеют ширину 2,5 мм. Немного хуже, но вполне допустимо сделать ксероко-
пию тетрадного листа в масштабе 1:2 на епеипальпом ксероксе.
Сверление отверстий
j-JecKO-’ibRo слов о материале для платы. Он бывает фольгиробонным с од-
ной стороны и с двух, поэтому для двухсторонней платы выбирают двухсторон-
нюю фольгировку, и наоборот. Цели для односторонней платы не нашлось од-
носторонне фольгированного материала, можно взять двухсторонний и удались
фольгу с одной стороны: стравить ее или содрать, подцепив с угла ножом (для
экономии раствора). Гстинакс обрабатывается намного легче, чем стеклотек-
столит, однако он более чувствителен к перегреву, а значит, более склонен к
отстаиванию токоведуших проводников. Справедливости ради, впрочем, следу-
ет отметить, что вся массовая бытовая техника изготавливается как раз с при-
менением гетинакса — отверстия в платах не сверлятся (что занимает много
времени), а пробиваются на специальном станке.
Но вернемся к процессу изготовления нашей платы. После того как эскиз
топологии в масштабе 1:1 готов, вырезаем нужного размера заготовку самой
платы. Стеклотекстолит и другие фольгированные материалы толщиной до
1,5 мм легко обрабатываются, поэтому сделать это проще всего ножницами для
металла, ножовкой с полотном по металлу или резаком, изготовленным из сло-
манного ножовочного полотна. Края платы выравниваются напильником.
Эскиз нужно закрепить со стороны фольги, например с помошыо клея
«Момент», нанесенного по углам платы. Очень хорошие результаты показывает
обычный канцелярский скотч. Им можно просто примотать эскиз к заготовке
платы «крест-накрест», позаботившись о том, чтобы не возникло смешения.
Перед сверлением все отверстия дня установки радиоэлементов и крепления
платы нужно наколоть шилом или несильно някерпнть. В качестве керна от-
личную службу сослужит обычный метчик для резьбы М3 или М4 — он остро,
«на конус* заточен и оставляет хорошую лунку на фольге. Достаточно одиноч-
ного улара небольшим молоточком
После этого снимаем эскиз и сверлим отверстия (можно его и не снимать,
ио тогда повторно этим эскизом воспользоваться уже ие удастся). Для боль-
шинства отверстий применяются сверла диаметром 0,8. 1,2 мм (для установки
некоторых деталей могут потребоваться отверстия и с чуть большим диамет-
ром - их придется позже рассверливать соответствующим сверлом). Тонкие
сверла довольно хрупкие, ломаются от неосторожных движении Вторая слож-
ность заключается в том а чем вообще сверлить7 Ручная дрель, коловорот и
стандартная электродрель однозначно не подойдут — сверло быстро сломается.
350
О радиолюбительских технологиях
Можно исхитриться и закрепить электрическую дрель вертикально, а плату по-
давать на подъемном столике (такие узлы продаются уже готовые). Самостоя-
1слыю делать такое приспособление сложно и мало кому удастся его реализо-
вать (ХО1Я он имеет право на существование). Если есть доступ к небольшому
сверлильному станку, просверлить плату лучше на нем. А если нет? Здесь вы-
ручит малогабаритная дрель с цанговым патроном, которую можно приобрести
на радиолюбительском рынке. Дрель, как правило, изготавливается на основе
элек!роднигатсля ДПМ-35Н, ДП-25 пли аналогичных, помещается на ладони и
питается от источника постоянного напряжения 12...27 В. На корпусе дрели
очень желательно закрепить малогабаритную кнопку и с помощью нес гюда-
naib питание только после установки сверла в лунку (рис. 9.13).
Рис. 9.13. Миниатюрная дрель на основе электромотора ДП-25 для сверления нечагных плат
Цанговый зажим знаком читателю по конструкции знаменитых цанговых
карандашей. Закрепить в него сверло большого диаметра не удастся (для этого
есть обычная дрель), а вот сверла с диаметром от 0,1 до 4 мм хорошо «зажима-
ются-» и центруются. Цанговый патрон может иметь от 4 до 7 сменных цанг дня
разных диаметров сверл.
При сверлении на дрель сильно нажимать нс нужно — достаточно ровно
держать двигатель, не позволяя сверлу застревать. В процессе рабогы (особен-
но при сверлении стеклотекстолита) сверло тупится: уходит больше времени на
сверление одного отверстия, его выходная часть становится похоже не на про-
сверленную, □ на проткнутую острым предметом. Затупившееся сверло можно
аккуратно заточить мелким абразивным бруском или алмазным надфилем Но
лучше потратить немного денег и приобрести твердосплавное сверло — оно
прослужит гораздо дольше.
Считаем, что плата просверлена. Теперь нужно просмотреть ее «на просвет»
и убедиться, что не осталось нс просверленных отверстий Наступает этап под
юговки фольгированной поверхности к нанесению топологии. После сверлов-
ки нужно обработать отверстия: удалить все зазубрины и заусенцы. Сделать это
можно наждачной бумагой. Поверхность нужно зашкурить мелкой шкуркой —
«нулевкой», желательно, под струей проточной воды После этого можно плату
высушить, а можно дополнительно почистить специальной абразивной пастой
для чистки бытовой посулы, например «Скайдра*. Последний этап подготовки
поверхности — это протирка ватой, смоченном в спирте, спирто-бензинной
смеси или ацетоне. Ацетон менее желателен, так как иногда он образует бечый
нхчет, который может плохо держать защитным слон дорожек. После обезжи-
ривания прикасаться к фольгирован нон поверхности нельзя
35t
Гллва 9
Защитное покрытие токоведущих дорожек
Занесение lauuinioro покрышя является одним нт самым важных лапой в
процессе iBioioirieiiiitt печатных и ла г, и ог нею но многом зависит се качест-
во. При некотором опыте можно сделать печатную плату, которая по внешнему
виду будет очень мало отличаться or заводской. Мы рассмотрим несколько
способов,
Краска или лак, Первый и наиболее часто используемый способ: рисовать
токопроводящие дорожки самостоятельно. Очень хорошо исполыовагь нитро-
эмаль или нитрокраску, например ПФ-115. Некоторые радиолюбители реко-
мендуют растворить в нитрокраске немного канифоли — тогда она приобретает
мягкость, пластичность и позволяет легко подкорректировать огрехи. А можно
исполыовать лак для ногтей! Этот лак — отличная защита топологии, и ири-
том абсолютно бездефицитная.
Очень удобно рисовазь печатные соединения тонким водостойким марке-
ром, но из имеющихся в продаже в секции канцтоваров не каждый тип подой-
дет — это экспериментом надо проверить. Для этих целей выпускают специа-
льные маркеры, которые можно приобрести на радиорынкс.
Нужно также подготовить удобный инструмент для рисования — рейсфедер.
Подойдет классический рейсфедер из школьной готовальни (лучше его зато-
чить, сделать тоненький «носик»).
Еше один вариант — стеклянная тру-
бочка с сужением на конце. Ее можно
приобрести в магазине канцтоваров
или сделать самому. Дня этого доста-
точно нагреть над газом стеклянную
z—'х—" \ трубочку л вытянуть ее. Узкое место
\ "1 ° \нужно сломать и обработать края —
' кончик должен быть ровным, без за-
СточмТ¥---------------------зубрин, иначе не получится провести
ровные дорожки. Прочищать такой
Рис. 9.14. Ргисфслер HJ ГОГОВЭ.1М1М рейсфедер МОЖНО ПрОДуВКОЙ При ОД-
новременном нагревании кончика
спичкой. Одноразовый рейсфедер получается из использованного стержня от
шариковой ручки, немного разогретого над спичкой (или зажигал кой) и растя-
нутого. Разрезав стержень в образовавшемся узком месте, мы получим непло-
хой рейсфедер. Последний доступный вариант — игла от одноразового шприца
диаметром 0,3—О,Ь мм, обрезанная до дайны 8—10 мм. Краска набирается в
баллончик, а поршень гзезавлягь не нужно — капиллярный эффект сам «доста-
нет» краску.
Набираем лак в рейсфедер и рисуем дорожки, ориентируясь по эскизу на их
положение относительно отверстий. Если в некоторых местах лак растекся бо-
шше. чем нужно, прилип к соседней дорожке или копта к той площадке, нс
беда. После высыхания излишки удаляются лезвием макетного ножа (продаст-
ся в канцтоварах). Хорошо использовать для этих целей остро заточенный ме-
дицинский скжльпель Некоторые длинные дорожки могут получиться чересчур
неровные от дрожания руки. В принципе при желании устранить этот недоста-
352
О радиолюбительских технология*
и с другими
iuk можно, сели приложшь линейку гик, чюбы перинный крин дорожки чуть
выступал, мнем срсзть крип скальпелем и аккуратно подчистить кромку. Ми-
нимальная ширина дорожки, которой можно добшься при рисовании вруч-
ную, составляет порядка 0,5 мм.
Закончив рисование, желательно проверить правильность соединении, что-
бы йотом нс пришлось устранять ошибки при помощи ножа и внешних на-
кладных перемычек и । луженого одножильного провода.
После нанесения дорожек плиту хорошо просушить пол струей теплого воз-
духа от газовой горелки (5. .10 минут) пли несколько часов при обычной тем-
пературе.
Мы описали способ, доступный для всех радиолюбителей, в том числе для
тех. кто нс имеет компьютера. Впрочем, количество таковых с каждым днем
стремительно уменьшается. Поэтому есть смысл познакомитьс
методами переноса печатного рисунка.
Дорожки фоторезистов. Сегодня широкое распространение
получила так называемая химия для электроники — аэрозоль-
ные баллончики и тюбики с различными ютовыми вещества-
ми, например флюсы, средства для очистки от окислов, клеи
для крепления радиаторов к корпусам электронных компо-
нентов без винтов, токопроводящие пасты для ремонта печат-
ных проводников, защитные влагонепроницаемые покрытия.
Вес эти замечательные веши выпускаются фирмой «Kontakc
chemic» и некоторыми другими В таком баллончике можно
приобрести фоторезист, нанести его на поверхность платы,
наложить фотошаблон, проэкспонировать его, смыть прореа-
гировавшие участки и травить обычным способом.
Фоторезисты бывают позитивными и негативными При
нанесении негативного фоторезиста смывается незасвеченньнг
участкок, а при использовании позитивного засвеченный.
Сегодня наиболее распространены позитивные методы. Дтя
его реализации в магазине радиотоваров нужно приобрести
баллончик реактива ♦Posiiiv-20*, в темном месте нанести его с
расстояния 20 см тонкой пленкой на заготовку печатной платы
не нужно). Сушить плату можно при комнатной температуре в течение 24 ча-
сов. Фотошаблон распечатывается на лазерном принтере в зеркальном отобра-
жении в масштабе I I на прозрачной пленке (продастся в магазинах, торгую-
щих расходными материалами для принтеров). При распечатке необходимо
отключить все опции экономии тонера, установить макси мольную насыщен-
ность печати.
После изготовления фотошаблон накладывается сюронои печати к я тате,
прижимается стеклом и проводится экспонирование Экспонировать нужно
под лампой, дающей ультрафиолетовое излучение. Врадя экспонирования не
более 5..10 минут (подбирается экспериментально). Проявлять фоторезист
,-ужно раствором едкого натра (NaOH) с концентрацией ? г на литр волы при
температуре 20...25 С. Время проявления — от 30 секунд до 2 минут. Теперь
плату можно травить
(сверлить ее
353
Глзм 9
Применение фоторезиста позволяет получить дорожки шириной вплоть до
0.15. 0,2 мм.
(орожки при помощи принтера. Ешо один "Продвинутый* способ для имею-
щих доступ к изерному принтеру основан на свойстве принтерного порошка
прилипать к поверхности под воздействием температуры. 01.мстим, что авторы
этой книги пользуются традиционными методами изготовления печатных плат,
но их знакомые имеют положительный опыт применения лазерных техноло-
гий. О распространении новых методов свидетельствует множество интер-
нет-сайтов радиолюбителей, опробовавших лазерные способы и рекомендую-
щих делать платы только так. Для убедительности приводятся даже фотографии
печатных плат.
Рисунок печатной платы распечатывается на тонкой мелованной бумаге с
гладкой поверхностью (удобно взять страницу от иллюстрированного журнала).
Другой вариант - бумага от факсового аппарата. Печатать надо со стороны
термослоя, предварительно прикрепив кусочек бумаги к обычному листу фор-
мата А4 при помоши отрезков липкой термопленки (обычный скотч применять
нельзя — он расплавится). Факс-бумага почернеет после выхода из принтера,
но так и должно быть. Несколько раз «прогнав» через принтер чистый лист для
просушки, стабилизации тсрмоусадки, распечатывают плат)' в зеркальном ото-
бражении в масштабе 1:1.
Далее заготовка печатной платы, очищенная от окислов и без сверловки,
кладется на ровною поверхность (например, на кусок фанеры). На нее накла-
дывается распечатка, накрывается слоем хлопчатобумажной материи и бумаж-
ным листом. Разогревается утюг (до температуры глажения крепдешина) и им
проглаживается <бутерброд» Рисунок прилипает к плате. Эго — очень ответст-
венный момент^ поэтому остановимся на нем подробнее. До какой температу-
ры греть угюг, какие движения делать при глажении, сколько времени произ-
водить глажение - вопросы индивидуальные. Их нужно проработать экспери-
ментально. Важно чтобы тонер, во-первых, расплавился только до
пастообразного состояния и хорошо прилип, но не растекся. Рекомендуется
установить утюг неподвижно секучи на 20—30, чтобы прогреть плату, затем
прогладить вращательными движениями при несильном нажиме. В среднем на
плату размером 10 х 10 см уходит порядка 2...3 минут.
После проглаживания и остывания плата кладется на полчаса в водный рас-
твор бумага размокает и се снимают раскатыванием пальнем. Нормально
приставши!) тонер трудно соскабливается даже ногтем. Если он отваливается,
значит плата плохо прогрелась. А нормальную плату можно травить как обыч-
но. Эта технология обеспечивает дорожки толщиной ло 0,3 мм.
Встречается разновидное! ь лазерного способа, заключающаяся в том, что
печать проводи гея на специальной тонкой нишевой фддьге - со стороны ма-
говой пйвсрхнос1п. После печати фолы;1 прикатывается утюгом к плате и
С1раиливаегся в обычном растворе Но этот способ сопряжен с риском повре-
дить принтер, так что лучше нм нс пользоваться.
Ну а пока мал займемся приготовлением раствора для травления.
354
О радиолюбительских технологиях
Удаление лишней меди
Дня выполнения этого процесса при помощи химического правления испо-
льзуйте стеклянную пли пластмассовую посуду, например, удобно взять фото-
графическую кювету. Плата помешается рисунком вверх и так. чтобы вся ее
поверхность была залита раствором. Если плата двухсторонняя, то нельзя, что-
бы она касалась дна (для чего в крепежные отверстия можно вставить пласт-
массовые втулки).
Вариантов травильных растворов на сегодняшний день известно очень мно-
го. Все они отличаются скоростью протекания реакции, а также доступностью
необходимых для приготовления раствора химических реактивов. Ниже приве-
дена информация о наиболее популярных из них, чтобы читатели сами выбра-
ли для себя подходящий.
Классический способ, можно сказать и самый лучший, основан на использо-
вании хлорного железа (FcCl3). Этот химикат, имеющий в порошкообразном
состоянии бурый цвет, обычно приобретается на радиорынках, так как в быто-
вых целях хлорное железо не находит применения. На этикетке банки с хими-
катом может быть написано следующее: Железо (Ш) Хлорид 6-водный
FcCl,-6Н2О (это как раз то, что нужно).
Рецепт приготовления раствора следующий: в 200 мл теплой кипяченой во-
ды нужно растворить примерно 150 г хлорного железа. Аптечная точность здесь
неуместна, и можно ориентироваться «на глазок*. Если несколько недоложить
или растворить чуть больше химиката, чем рекомендовано, травление все рав-
но пройдет нормально. Хпорное железо гигроскопично, то есть оставленное в
банке с неплотно закрытой крышкой, оно набирает в себя воду и становится
каменным, но не теряет своих свойств. Такой химикат придется растолочь.
Изготовленные с помощью хлорного железа печатные платы отличаются ров-
ным рисунком (раствор нс травит защищенные места), защитный слой не слеза-
ет, не становится хрупким, как в кислотных растворах. После того, как травле-
ние закончится, раствор можно слить в специально приготовленную стеклянную
или пластмассовую посуду, плотно закрыть крышкой и использовать повторно.
Сигналом к тому, что раствор стал непригоден, служит чрезвычайно сильное по-
нижение скорости травления. Такой раствор лучше слить и приготовить новый
И еще два совета. Во-первых, при хранении использованных растворов на
дне банки оседает рыжий осадок. Большое количество осадка свидетельствует о
скором исчерпании раствора своих свойств. Желательно также, чтобы как
можно меньше этого осадка попадало в ванночку с травящейся платой (осадок
можно слить, пока идет травление). Во-вторых, при травлении необходимо
время от времени покачивать посуду с печатной платой, чтобы удалять продук-
ты реакции и «пригнать* новую порцию реактива. Если этого не делать, вблизи
поверхности платы накопится прореагировавший раствор, который в конечном
счете, вообще остановит травление.
Средняя скорость травления в хлорном железе от 15 мин до 2 часов (зависит
от концентрации раствора и его температуры). Если вы хотите ускорить про-
цесс. то раствор должен быть теплым (до 40...50 С) и при травлении его ино-
гда помешивайте
355
Гл anti 9
Второй способ травления занимает около 8 часов, но вес рсакишы приобре-
таются без всяких проблем В 500 мл горячен воды (при температуре около
S0 ЛС) нужно растворить 4 столовые ложки поваренной соли (NaCI) и две столо-
вые ложки медного купороса (CuSOJ. Медный купорос продастся в хозяйствен-
ных магазинах После охлаждения до комнатной температуры pact вор готов к
употреблению. Он имеет темно-зеленый цвет и долго не хранится, так что луч-
ше в данном случае приготовить к травлению несколько печатных плат, а ис-
потьзотинный раствор — слить Если раствор подогреть до темпера гуры
+ 50 С травление пойдет быстрее, но появится опасность облезания затитно-
<о сдоя- Так что выбирайте что для вас важнее — скорость или качество.
Третий способ годится для небольших плат и в случае, когда возможности
пос начиститься другими методами просто нет. Шзк. в аптеке нужно приобре-
сти 4-5 пузырьков раствора соляном кислоты (1IC1) — ее используют желудоч-
ные больные - и упаковку таблеток перекиси водорода Слив содержи-
мое пузырьков в одну емкость, растворите в ней 4-5 таблеток перекиси, и по-
грузите в этот раствор печатную плату Во время травления необходимо
аккуратно учтобы не поцарапать лак) протирать поверхность платы ватные
тампоном, снимать образующийся окисел. Связано это с тем. что точное соот-
ношение ингредиентов подобрать очень трудно — при недостатке перекиси
плата травится очень медленно, а при ее избытке образуется оксидная пленка и
травление вообще останавливается.
Осуществляя травление этим способом, нужно быть готовым к частичному
отслаиванию и подтравливанию дорожек. Вторая беда - вовсе не беда, а вот
отслаивание лака нужно устранять немедленно, для чего необходимо извлечь
плату, промыть ее под струей проточной воды, высушить и восстановить за-
щитный слой. Раствор для травления можно использовать повторно, для чего
его нужно хранить в плотно закрывающейся посуде. Не исключено, что при-
дется растворить еще 1—2 таблетки перекиси, так как она со временем теряет
свои свойства.
Существует еше несколько «кислотных» способов травления, но мы их при-
водить не будем, поскольку людей, имеющих доступ к кислотам, совсем не-
много. А желающие смогут почерпнуть необходимые сведения в литературе
Четвертый, и последний способ химического травления, более-менее до-
ступный широким массам радиолюбителей, заключается в использовании хро-
мового ангидрида. Этот реактив можно купить в специализированных химиче-
ских магазинах и на рынке. Например, в Санкт-Петербурге он продавался в
магазине с едким названием «Зеленый химик», Хромовый ангидрид в сухом со-
стоянии напоминает марганцовку, но при растворении вода окрашивается в
ярко-оранжевый цвет. Заметим также, что этот химикат ядовит и оставляет не-
смываемые следы на одежде. Итак, в начале нужно растворил, и одном лигре
воды (подогретой до температуры 60—70 сС) 350 г всщссиш, затем добавить ту-
да 50 г поваренной соли. Соблюдайте указанную последовательное ib, иначе
раствор окажется непригодным. Гранить плату можно при комнатной темпера-
туре. Время травления примерно I час.
356
О радиолюбительских технолог них
Каковы недосыпки лог способа? Во-первых, цивильный раствор въедайся в
норы сгсклотексюлита и окрашивает его в оранжевый цвет. Во-вторых, раснюр
со временем терме! свои свойства В-третьих, сразу же после окончания травле-
ния плату нужно извлечь, иначе начнется hiiichciibhoc иодipawniванне дорожек
В пекоюрых радиолюбительских книгах встречается рекомендация исполь-
зования гальваническою травления, при котором к плате подсоединяйся
«плюс» источника питания напряжением 20...30 В, а отрицательный полюс — к
комочку нлы, смоченной в насыщенном растворе поваренной соли. Авторы
метола утверждают, чго на незащищенных участках медь ле^ко смывается. Од-
нако, как показала практика, этот метод себя не оправдывает’ начинается па-
|рсваппе фольги — вместе с медью слезает защитный слон Химические спосо-
бы травления гораздо надежнее!
При травлении не забывайте периодически контролировать состояние пла-
ты, приподнимая се для осмотра (деревянными или пластмассовыми палочка-
ми), а убедившись в том, что фольги в незащищенных местах уже нет. сразу
прекратите процесс травления Иначе проводники начнут уменьшать свою ши-
рину за счет травления меди с краев.
Подготовка платы к монтажу
.Итак, плата вытравлена, промыта проточной водой и высушена. Удалить за-
щитный слои нхжно сразу, не откладывая на потом эту операцию, иначе он
крепко пристанет к плате. Удаление можно осуществить механически — скреб-
ком или мелкой наждачной бумагой (нулевкой). Можно — ватой, смоченной в
каком-либо органическом растворителе, например ацетоне.
После очистки плату надо аккуратно промазать жидким спирто-канифоль-
ным флюсом и облудить дорожки паяльником. Делать это можно плоским жа-
лом паяльника или при помощи экранированного кабеля — с него снимается
луженая экранная оплетка, пропитывается канифолью и небольшим количест-
вом припоя. Оплетка прижимается паяльником к облуживаемой дорожке и
сдвигается вместе с паяльником. Припой должен лечь ровно, без наплывов
(это придет с опытом). Необходимо, чтобы жало паяльника скользило по до-
рожкам плавно, но быстро, не допуская и.х перегрева, а тем более отслаивания.
После лужения плату' надо промыть спиртом (или ацетоном). Собственно, пла-
та готова и можно приступать к монтажу радиодеталей, но предварительно луч-
ше ее внимательно осмотреть под лупой для обнаружения случайных междоро-
жечных замыканий.
Безопасность при обращении с химикатами
Несколько слов о процессе травления и связанными с этим мерами предо-
сторожности Поскольку химикаты представляют определенную опасность для
здоровья людей, необходимо завести для их хранения отдельную посуду и ни в
косм случае не пользоваться кухонными принадлежностями. Все банки дол-
жны быть из химически нстрдпьного вещество (стекло, полиэтилен, пластик),
НЛО1НО закрываться (идеально подходят полиэтиленовые крышки) и иметь раз-
борчивые этикетки с информацией о содержимом. Не поленитесь написать
Гпава 9
крупно слова *ЯД’\ «ОСТОРОЖНО* и т. д,, защитить бумажные этикетки про-
зрачным с ко 1 чем. Никогда не оставляйте «*продуктовые» этикетки на посуде, в
которой храните свои химикаты!
Для травления нужно подобрать удобную ванночку с плоским дном и тща-
тельно вымыть се после травления. Чтобы не испортить домашнюю сантехнику
при сливе отслужившего раствора, предварительно стоит разбавить его боль-
шим количеством воды из-под крана. При травлении растворы выделяют вред-
ные пары, так что необходимо хорошенько проветрить комнату пли вообще ра-
ботать на открытом воздухе, в нежилом помещении с хорошей вентиляцией.
При приготовлении травильных растворов на основе концентрированных
кислот их разбавляют водой. При смешивании обязательно добавляем кислоту
в воду, а не наоборот
Как сделать печатную плату без химии
Лучшая работа — чистая работа.,
Народный закон
Следует знать, что несложные платы можно изготовить вообще без испо-
льзования химических реактивов, прорезав резаком между дорожками узкие
канавки и сняв лишнюю фольгу (рис. 9.15). Это требует больше сил и опреде-
ленных навыков, так как резак может случайно соскочить и порезать нужные
участки фольги. Поэтому таким методом обычно пользуются редко, когда то-
пология очень простая, а хлорного железа нет под руками. Выглядит такая
плата не очень красиво, но в ряде
Рис. 9.15. Вид печатной платы для телефонного
а_1аптера (рис. 7.22), изгогоыегшой методом
канавок
случаев, например, когда требуется
быстро сделать конструкцию, она
оправдывает себя. Знать и уметь по-
льзоваться резаком тоже полезно —
наверняка когда-нибудь пригодится.
Резак можно изготовить из ста-
рого сломанного полотна (длиной
12... 14 см) от ножовки по металлу
Для этого удаляем на точиле острые
зубья, затем выпиливаем профиль
(на точильном круге или болгар-
кой), как показано на рис. 9 16. Для
удобства удержания резака наматы-
ваем на ручку изоленту или надева-
ем полиэтиленовую трубку подходя-
щего диаметра.
При помощи резака легко можно сделать и универсальную макетную плату.
Размечаем фольгированную заготовку на мелкие прямоугольники, как показа-
но на рис. 9.17. Там, где будут микросхемы, таг прямоугольников должен со-
ответствовать шагу ножек микросхем Прижимая указательным пальцем резей
353
О радиолюбительских технологиях
резака, срезаем медный слой фольги в местах разметки, при этом резак тянем
на себя, а печатную плату прижимаем и удерживаем металлическом линейкой
(линейка будет являться направляющей линией для резака). Оставшиеся зазуб-
рины медной фольги снимаем скальпелем пли шлифовальной шкуркой В кон-
це этого процесса необходимо тщательно проверить борозды между прямоуго-
льниками и при необходимости замкнутые места дорезать. Теперь наносим
жидкий флюс и обл ужи наем плату, готовя ее к монтажу
.120 .140
Рис. 9.16. Форма резака, сделанного яз ножовочного пологна
Рис. 9.17. Вид упнвсрса.1ыюЛ макетной платы адя монтажа четырех микросхем DJP-kopincax,
имеющих до 20 выводов
Существует и еще один довольно простой способ механического снятия
фольги между токовавшими дорожками — при помоши фрезерования Для
этого вам потребуется набор буров от зубоврачебной машины (они имеются п
продаже) и миниатюрная дрель с цанговым зажимом, уже описанным выше
Такой метод удобен, когда плата имеет сложную форму (мною дорожек с из-
гибами) и нс требует больших усилии Так что рекомендуем попробовать, вам
понравится.
Все же, видимо, оптимальным дня быстрого и качественного изготовления
печатной платы без химии является сочетание обоих методов' резака и фрезы. •
Гпала 9
Основные приемы монтажа радиодеталей
Uc беритесь строить гоночный автомобиль. прежде чем
не научитесь собкрагыт разбирать нелоенпеднын моторчик
Ичридние предание
процессе и иоюнления устройства приходится уста i пнцппы н, ратличпые
р шиолеталн на печатной плате. От того, насколько хорошо это будет сделано.
1 итисяг .абаршы конс|рукиии и надежность работы. При сощипни профессии!
налы юн аппаратуры потвзуются жестко оговоренными способами монтажа
Кинолюбительские конструкции прелоенииипот юраздо более широкие воз-
можности но все же есть общие правила, которым следует придерживаться
(они проверены временем) В этом раздел с мы хотим обратить внимание па са-
мые основные из них.
Сборку печатной платы всегда начинают с установки элементов, требующих
механического крепления. При этом приходится иногда расширять отверстия и
пазы, а делать это с уже установленными декелями неудобно, так как есть риск
их повредить,
Устанавливаемые на плату' детали нс должны иметь на корпусе царапин,
тришин. вмятин или каких-то других механических повреждении. Нарушение
покрытии или разгерметизация может привести к дефектам, которые проявят-
ся со временем
Все детали нс должны касаться друг друга При установке элементов их вы-
воды загибаются так, чтобы была видна маркировка. Это очень пригодится,
когда вы будете проверять правильность установки элементов и настраивать
уст ропство
Монтаж на плату деталей, бояшихся статического электричества, лучше
выполнять в последнюю очередь после установки всех остальных компо-
нентов
Существуют три основных вида монтажа элементов: гори зон тальмы и, верти-
кальный и поверхностный. Ну а теперь немкою о конкретных элементах
Постоянные резисторы монтируются
так, как показано на рис. 9 18 (горизон-
тально) Вертикальный вариант, покатан-
ный на рис 9.18, б, можно применить,
когда требуется максимально сократить
габариты печатной плазы (увеличить
плотность монтажа). Таким способом
обычно устанавливают резисторы мощ-
ностью не более 0,25 Вт. Однако между
точками пайки, располшнемыми на рас-
стоянии 2,5 мм, провести дорожку за-
труднительно.
Рис. 9.18. Мчиыж резне нцн in iukiohhiiohj
сопротивления
360
О радиолюбиголы.хих tcxHt/nai ипх
I hue «росяные рсннчоры мин гирукиси на iniaiy соогнетспкнно расположе-
нию их инионов (рис 9 19) I лк как их выводы, как правило, имею» ограни
‘icniiyio длину и подвижность» нужно (очно ргнмеч.пь ус шпоночное мссш
II рои толк ib подгибы выводов рекомендуется только к крайнем случае — под
проемные решегоры могут сломаться от неосторожного обращения
Переменные ретнеторы монтируют-
ся в подавляющем большинстве С ПО-
МОЩЬЮ имеющейся на их корпусе рс-
тьбовои втулки Соединение с платой
выполняется гибкими проводника-
ми — проводами (рис 9.20). Некото-
рые современные резисторы выпуска-
ются с модификацией выводов, прсд-
назначенных для впаивании сразу в
плату. - это ограничивает свободу
размещения печатной платы в корпу-
се, но ускоряет монтаж.
Конденсаторы постоянной емкости
размещаются аналогично постоянным
резисторам, но преобладает вариант
представленный на рис. 9.21, п, то есть
«лежачий». Особое внимание обращаем
па монтаж электролитических конден-
саторов. Конденсаторы небольшом ем-
1‘ис. 9.19. Монтаж коде троечных резиетороа
1’не 9.20. Монтаж iicpi мерных pesucropoi
Рис. 9.21. Мошах xteKTpo.iirrHxevMtx
конденсаторов
косш можно просто впаять в плату не-
посредственно или через диэлектриче-
скую прокладку (рис. 9 21). В обоих
случаях конденсатор будет держаться
только на своих выводах
Конденсаторы с достаточно большой
высотой (они обычно имеют значитель-
ную емкость и используются в фильтрах
блоков питания) устанавливать вертика-
льно нежелательно. Во-первых, он зай-
мет по высоте много места, а во-вто-
рых, повысится нагрузка на выводы
при ударных воздействиях' на конст-
рукцию. Поэтому лучше всего конденсатор устанавливать так. как показано
на рис. 9.21, о. Хомутики из луженой медной проволоки можно заключить в
полихлорвиниловую трубочку (кембрлк) и закрепить с обратной стороны
папкой. Дополнительно прикрепить конденсатор к плате можно клеем, кото-
рый нс разъедает пластиковое покрытие элемента, например клеем «Момент»
или К-115
При монтаже полярных конденсаторов полярность их подключения нельзя
путать (в этом легко ошибиться)
361
Глзпа 9
Панк»
б)
Токоведущий
проводник
Рис. 9.12. Монтаж подстроечных
KoiLiCHvaiopow переменной емкоон
Рис. 9.23. Вывот сетевого провода
Подстроечные конденсаторы перемен-
ной емкое!и монтируются по рис. 9,22.
Радиолюбителю может встретиться со-
временный конденсатор переменной
емкое! и с пленарным расположением
выводов, Тепла сю нужно припаивать
непосредственно к то ко ведун пт м до-
рожкам (рис. 9 22, о) Изгибай» выводы
керамических конденсаторов нежелате-
льно — керамика обдали ст высокой
хрупкостью и просто может отломить-
ся.
Сетевые трансформаторы обычно
монтируются на несущее шасси конст-
рукции или крепятся непосредственно
к корпусу. Соединение выводов со схе-
мой выполняется проводами. Обязате-
льно нужно следить чтобы сетевая
часть была хорошо пропаяна, заизоли-
рована и выведена наружу исправным
проводом без изломов, повреждений
изоляции. У радиолюбителя нс должно
оставаться ни малейшей неуверенности
в надежном и безопасном выполнении
сетевой части.
Сложность вызывает вывод сетевого
провода наружу, так как при использо-
вании обычного отверстия провод может быстро перетереться, особенно в
приборах, которые часто переносят с места на место. Очень хорошо, если ра-
диолюбителю удастся найти резиновую втулку (рис. 9.23), она предохранит
провоз от перетирания и нс позволит ему оторваться от паяных соединений
внутри корпуса.
Нс так давно в широкой продаже появились сетевые отечественные транс-
форматоры для установки на печатную плату (серии ТП, ТПК). Такие трансфор-
маторы закрепляются со стороны платы дополнительными шурупами, а самые
маленькие (серия ТПК) держатся только на выводах. Рекомендуется такой транс-
форматор дополнительно приклеить к плате эпоксидным клеем, например
К-115.
Катушки индуктивности и дроссели существуют во множестве вариантов кон-
струкций, видов. Мы просто нс сможем описать вес эти варианты, поэтому
упомянем наиболее часто встречающиеся на практике, а с остальными, при не-
обходимости, вы разберетесь сами.
Бескаркасная катушка (рис. 9.24, а) держится на собственных выводах и вы-
полняется из толстого (0,5., 1,0 мм) провода с эмалевой изоляцией (высокочас-
тотные катушки для увеличения их добротности сверху покрываются слоем се-
ребра). Чтобы свести к минимуму изменение формы катушки от воздействия
иб2
О радиолюбительских технологиях
Рис. 9.24. Мошаж кэгушгк шИ)Ктивиосн1 и дросселей:
а — бескаркасная клушка; б — aaiyujka на няркясе;
в — броневая кагушка; i — малогабаритный дриесель
механических факторов, катушку после намотки
желательно залить небольшим количеством пара-
фина (от свечки или упаковки сыра).
Ка>ушка па полистироловом каркасе
(рис. 9.24, 6) имеет прочные выводы, вплавленные
и ее основание. К этим выводам припаивается об-
мотка (или обмотки), и зги же выводы держат ее в
плате. Сверху катушка имеет резьбу для перемеще-
ния подстроечного сердечника. При монтаже нуж-
но обеспечить легкий доступ к сердечнику. Иногда
катушка помешается в алюминиевый экран, наде-
ваемый сверху. Для крепления экрана обычно пре
дусматриваются отверстия в плате. При пайке та-
ких выводов их нельзя перегревать,
Броневая катушка (рис. 9.24, в) может быть
Рне, 9.25. Хстаноака мошиыл иолу проа одннкоаыч
приборов на радиаторах: я — без изо пирующей г
прокладки; 6 — с изолирующей прокладкой I
просто приклеена к плате, а ее чашки склеены
.между собой. Если настраивать броневую катушку ______
не нужно, ес можно закрепить центральным вин- г)
том из латуни. j- <
Малогабаритные дроссели устанавливаются так
же, как и постоянные резисторы (рис. 9.24, г).
Диоды, стабилитроны, стабисторы, варикапы, динисторы малой мощности
могут устанавливаться на плате как в горизонтальном, так и в вертикатьном
положении. Здесь нет каких-либо особенностей — все они уже описаны. По-
дробнее остановимся на монта-
же мощных полупроводниковых
приборов. Практически все они
могут устанавливаться на радиа-
торы специальной конструкции
для обеспечения охлаждения
Как правило, один из выводов
прибора соединен с его корпу-
сом, поэтому установка его на
радиатор без изолирующей про-
кладки автоматически приведет
к появлению на радиаторе по-
тенциала корпуса (рис. 9.25. а).
Часто это не елрашно, но ино-
гда может привести к опасным
последствиям, например, если радиатор хочется установить нне корпуса адм
закрепить на нем насколько приборов. В таком случае не обойтись без изоли-
рующих прокладок. Обращаем внимание читателя, что изолирующие про
363
Глава 9
Тип 2А2318
Тип 2А1310
Рис. 9.26. Рлмсры мектроизоляпионшх
прокладок ЛИО -Номакон»
21
Тип2А1Й13
4,5 03.1
у
18
5 03.1
Тип ЗА2568
Тип ЗА 1261
кладки должны не только обес-
печивать надежное электриче-
ское разъединение, но также не
деформироваться от температу-
ры. хорошо проводить тепло.
Обычные электроизоляционные
сгсклотскстолитовыс и фтороп-
ластовые прокладки не годят-
ся — ОНИ ПЛОХО Проводя! 1СПЛО.
Что же подойдет? Очень немно-
гое. Долгое время использовали
слюдяные прокладки, но они
обладают хрупкостью. Недавно
белорусская фирма «Номакон»
смогла выпустить хорошие пла-
стичные прокладки на основе
нового теплопроводного мате-
риала (рис 9.26). Приобрести их можно в радиомагазинах.
Прокладки годятся не только для диодов, но и для других силовых прибо-
ров. Если нс нашлось подходящей типовой формы, можно приобрести кусочек
этого замечательного материала и самому вырезать подходящую прокладку.
Транзисторы также имеют множество корпусов/соответствснно и вариантов
их монтажа тоже много. Транзистор, как мы знаем, обычно имеет три «нож-
ки*, с помошью которых он отлично держится на любой плате. Маломощные
транзисторы непосредственно впаиваются в плату, мощные устанавливаются
на радиаторы и соединяются с платой как с помощью своих выводов, так и на
удл и и ител ь н ы х про води и ка.х.
Наиболее типичные варианты представлены на рис. 9 27, а—к. Особое вни-
мание нужно обратить на мощные транзисторы, крепящиеся на радиатор с по-
мощью фланца (рис. 9.27, ж, «). Фланец ~ это деталь с отверстиями, которая
прижимает транзистор к радиатору. Фланец может существовать отдельно от
транзистора (рис 9.27. ж), а может быть закреплен на корпусе (рис. 9 27, и).
Разработчики современных траншеторов отказываются от отдельных фланцев
и переходят на закрепленные на корпусе. .
Нисколько слов нужно сказать о монтаже полевых транзисторов, так как эти
приборы наиболее сильно подвержены выходу из стоя при неумелом обраще-
нии. Полевые транзисторы, пока они нс установлены на плату*, боятся статиче-
ского электричества, которое постоянно присутствует на теле человека, на
монтажном инструменте. Поэтому нужно принять все меры к тому, чтобы,
во-первых, снять заряд с предметов, контактирующих с прибором, а во-вто-
рых, дополнительно защитить сам трлншеюр
«Полевики* с управляющим р-н-переходом вывести из стоя статическим
электричеством можно, но с iy часки эго очень редко, поскольку его упранляю-
364
О радиолюбительски/ телюлогиях
Рис. 9.27. Варианты монтажа тран тип про»
шая часть представляет собой обрат-
посмешенный полупроводниковый ди-
од, Значительно чаше выходят из строя
маломощные МОП-транзисторы с изо-
лированным затвором, так как входная
емкость у них мала, а голшина дизлек-
грика, изолирующего .загвор от канала,
составляет десятки нанометров. Стати-
ка пробивает такие тонкие диэлектри-
ки очень хорошо. Транзисторы
MOSFET и IGBT тоже имеют изолиро-
ванный затвор, но поскольку их вход-
ная емкость достаточно велика, то про-
бой здесь — явление крайне редкое.
И все же не мешает обезопасить тран-
зисторы при монтаже, чтобы нс напря-
гать себя в поиске неисправности
Монтаж транзисторов выполняется
при соединении всех трех электродов
тонкой технологической перемычкой
(она просто накручивается на выводы).
После впайки перемычка снимается.
Лучше всего пользоваться низково-
льтными (12, 36) паяльниками. Тело человека и паяльник при пайке полевых
транзисторов должны быть заземлены. Как организовать заземление? Нел о-
срсдственно заземлять ннструхтент и приборы можно, а себя нельзя — случай-
ный пробой изоляции немедленно подвергнет организм воздействию электри-
ческого тока. Но для стекания заряда с тела достаточно большого сопротивле-
ния (1—3 МОм), ведь его энергоемкость довольно мала.
Если у паяльника нет специального вывода для заземления, его нужно об-
мотать зачищенным проводом и подключить к заземлению. Несколько слож-
нее обстоит дело с заземлением тела, ведь руку не обмотаешь проводом (это не
только неудобно, но может перетянуть кровеносные сосуды). Профессиональ-
ные монтажники используют антнсглнческнй браслет с кожаным ремешком и
контактной площадкой. Если приобрести таком браслет не получится, сущест-
вует не менее надежный народный способ. В магазине хозтоваров продаете*
проволочная мочалка для чистки посуды, изготовленная в виде колечка Эту
мочалку можно надеть на руку как манжету и через резистор сопротивлением
1—3 МОм подключить к заземлению.
Есть и еще один способ снятия статических зарядов — перед монтажом чув-
ствительных к статике элементов достаточно коснуться массивного металйнче-
с кого предмета.
Светодиоды, фотодиоды нужно закреплять так. чтобы световой поток не за-
гораживали посторонние предметы. Светодиоды можно устанавливать без до-
3fi5
Глава 9
полнительных прокладок, а можно и с дополнительными держателями. Про-
мышленные светодиоды имеют привлекательный внешний вид, так что их
можно не закрывать декоративными колпачками и светорассеивателями. Паять
их надо осторожно, стараясь не перегревать, особенно боятся перегрева свето-
диоды в пластмассовых корпусах.
Особое слово о монтаже микросхем. Большинство микросхем, с которыми
придется иметь дело радиолюбителю, устанавливаются в отверстия и припаи-
ваются с обратной стороны. Так называемые планарные корпуса, выводы ко-
торых непосредственно припаиваются к дорожкам печатной платы, начинаю-
щему радиолюбителю рекомендуется использовать с осторожностью и только
в крайнем случае, если нс нашлось такой микросхемы в обычном корпусе.
Шаг выводов отечественных микросхем для монтажа в отверстие составляет
2,5 мм, а импортных — 2,54 мм. Это нужно учитывать при разработке печат-
ной платы и подборе аналогов. Встречаются микросхемы для монтажа в от-
верстие с шагом 1,78 мм. Разрабатывать плату' под такой элемент сложнее, да
и монтаж ее затруднен, однако не сравним по трудностям с пайкой «планач
ров* с шагом 0,5 мм.
Многовыводные микросхемы УНЧ, стабилизаторов напряжения, источни-
ков питания могут предусматривать места для крепления радиаторов. Если ра-
диатор потребуется, монтировать его нужно так, как это делается в случае, на-
пример, транзисторов
Микросхемы, приготовленные для монтажа, особенно новые, обычно не
‘Влезают» в отведенное для них посадочное место, так как их выводы несколь-
ко разве гены в стороны. Перед установкой корпуса надо легким нажатием па-
льцев сбоку (рис 9.2JO подогнуть выводы и вставить в посадочное место.
Некоторые микросхемы,
применяющиеся в электронной
технике, иногда должны извле-
каться из своих посадочных
мест, например при замене
• прошивки» микроконтролле-
ров, микросхем памяти и т д.
А папка ♦намертво* прикрепля-
ет микросхему к плане Нужно
обладать высокой квалифика-
цией, чтобы выпаять микросхе-
му не повредив ни ее саму, ни
посадочное место Но есть бопсе удачный выход испо и, юв.т. кошаюную
панельку Панелька, подобно микросхеме, ниаивашем it плату. Она имеш кон-
тактные зажимы, в которые и вш,шляется микросхема, как в раи.см, Панельки
бывают с пл,^минчанами зажимами. с цанговыми зажимами и зажимами с ну-
левым усилием (ziD. Наиболее дешевые ио 1иастиич;ные панельки, но они
допускают небольшое число циклон «устнноокп-сьем». Патовые панельки об-
ладай)'! большим ресурсом, но и более высокой стоимостью. Zil панельки
обычно применяются в программаторах микросхем они чре шычлпио доро-
ги, но очень удобны дли многочисленных операвшных замен.
Сдавить
Рис. я 28. Фпрмивха пмвозов михроемм
366
О ралиопюбительсхих технологиях
Рис. 9.29. 7И — пи* зло лля усгакоаки
микросхемы
Остальные элементы, которые мо-
гут встретиться, либо имеют анало-
гичные описанным способы установ-
ки, или же по конструкции вы сами
легко разберетесь, как их лучше за-
крепить.
Демонтаж элементов для замены
(или ремонта) — тоже очень важный
вопрос, но мы нс рассматриваем его
применительно к перечисленным
выше компонентам, поскольку там
все очевидно. Микросхемы демонти-
ровать намного сложнее — очень
трудно одновременно прогревать бо-
льшое количество выводов и при
этом нс повредить печатную плату
Поэтому рекомендуем радиолюбителям воспользоваться таким методом: с по-
мощью миниатюрных бокорезов (подойдут также шипиы ня ногтей) в месте
начала вывода (у корпуса микросхемы) «откусить» по очереди все выводы, а
затем по одному выпаять их.
Как зачистить отверстие, которое «залил» припои? Тоже просто — нужно
заточить спичку и при одновременном прогревании места, где располагается
отверстие, вставить спичку, вращая се.
Изготовление корпусов для своих конструкций
Для достижения поставленном цели
деловитость нужна не менее, чем знание
Пьер Огюстен Яомарше
Лосле и потопления печатной платы с работающим устройством всегда воз-
никает проблема се зашиты от окружающего мира Гут нужен корпус, причем
желательно красивый, особенно если он будет стоить на виду. Во все времена
задача конорскгнпвою оформления устройства была не ih простых, но гем не
менее решаемая. Как можно выйти из затруднительно!о положения с мииима
тынами i.npaiaMii, мы и рассмотрим.
Гели lev 10 назад другою пути, кроме самое тигельного ияончисш».ч кор-
пуса, нс бы до Ы\1 каждый исходит из своих возможностей и лскппа к обору
лопанию), го сеюлнч есть и другие варианты Рпомыштснносн., правда пока -
основном зарубежная. не спи г и уже позаботилась о нас с нами В рлджтмага-
nntax и на радпорынке можно наш и немало вариантов уже готовых корпусов ’
в основном ih таетмассы. Мнение среди них имеют довольно нриачекатель-
Глава 9
нын внешний пнд, а конструкция универсальна, что позволяет лс!ко размес-
тить внутри любую схему, закрепив элементы настройки и индикации на пе-
редней панели. Единственное, что огорчает, так это цена, которая в некоторых
случаях явно зашкаливает за разумный предел. Работает тот самый закон под-
лости: дорого стоит именно то, что нам больше всего нужно, или же этого нет
в продаже вообше.
Чтобы не столкнуться с такой ситуацией, надо стараться выбирать уже гото-
вый корпус (унифицированный или от какой-то промышленной радиоаппара-
туры) еше до разработки и изготовления топологии печатной платы. Это по-
зволит сделать размеры платы с учетом ее размещения в конкретном месте,
даст возможность более рационально расположить все элементы конструкции.
Без край не ii необходимости не следует сильно уплотнять монтаж, так как это
очень затруднит доступ к элементам для настройки, модернизации или ремон-
та изделия. В корпусе желательно оставить немного свободного места.
в)
Рис. 9.30. П-обраэнмй корпус:
a — вариант 1; б — паризит 2; в — радметка (раскрой) материала
368
О i/лдиолюби н'льег их технолог иях
И МОГЛИ В KU'ICCIBC корпуса МОЖНО И с пользой.» I Ь коробки ПОДХОДЯЩИХ Р<> 1
мерой, которые не имеют никакою оиюшения к рад по зле к i роникс: мыльни-
цу, футляр от часов или набора авюручск и т. п. (корпусом может янлжься
крышка от мощного реле) В лом случае затраты вообще можно свести к ну-
левым Придать привлекательный вид такому корпусу можно при помаши
самоклеющейся пластиковой пленки, имитирующей различные породы дере-
ва. Эту декоративную пленку
удобно использовать и для дру-
гих конструкций корпусов.
Ну а теперь о том, как можно
изготовить простой корпус само-
стоятельно. Известно несколько
вариантов, но вес они предпола-
гают, что вы умеете пользоваться
слесарным инструментом (но-
жовкой, молотком, напильником
и тисками).
Первый способ: П-образный
корпус (рис. 9.30). Для него по-
требуется дюралевый лист марки
М толщиной 0,5-.. I мм (подойдет
и железный, но тогда он должен
быть тоньше 0,5 мм). Правда, ма-
териал может быть и более тол-
стым, но тогда возникнут слож
ности с его изгибом.
Как видно из рисунка, вся
конструкция состоит из двух ча-
стей. загнутых буквой П по
нужным размерам. Пластины
вырезаются ножницами по ме-
таллу или ножовкой, загибаются
в тисках под углом 90* (сначала
руками и плоскогубцами, а по-
том молотком). Размеры верх-
ней крышки должны быть не-
много больше, чем у основания,
это придаст привлекательный
вид конструкции. А закрепить
крышку к основанию можно
винтами-саморезами (или уста
новить резьбовые втулки).
Если глубина корпуса (А) не-
большая или же найденный мате-
риал сложно загибать, то можно
сделать основание без боковых
Рис. 9.31 Kopinc-пенал
Рис. 9 32. Корпус ю пластик стгилит «стили ГГ
а — выполнение фаски; б — пайка каркас*.
« — змкрсп.теиис крышки
369
Глава 9
выступов, а на дне поставить уголки с резьбой, к которым и (фиксировать
крышку, как это показано на рис. 9.30, б.
Второй способ: корпус-пенал (рис. 9.31) Конструкция его сборки немного
напоминает спичечный коробок. Две платы закрепляются винтами к упорам из
оргстекла и образуют жестким каркас, с одной стороны которою приклеена
стенка (I). После изготовления каркаса можно делать съемный футляр, закры-
вающий всю конструкцию. Проше всего его выполнить из тонкого плотного
картона (например, от обувной коробки), обмотав каркас и проклеив его жест-
ким клеем, например эпоксидным. После высыхания клея каркас должен без
больших усилий вытаскиваться. Для того чтобы придать корпусу приятный
внешний вид, футляр нужно оклеить пленкой под дерево, срезав лишние ку-
сочки лезвием. Для того чтобы ф\тляр сам нс соскакивал. служит вторая стен-
ка (2), закрепляемая двумя винтами.
Третий способ: пайка из стеклотекстолита (рис 9.32). Этот материал на-
столько легко доступен, что позволяет применять его для выполнения нс толь-
ко плат, но и небольших корпусов. Для этих целей лучше использовать матери-
ал максимальной тол шины.
В соответствии с нужными размерами вырезаем пластины, образующие
основание и боковые стенки. При помощи напильника делаем на них (фаску
под углом в 45s (рис 9.32 а). Края основания и боковых стенок зачищаем и
облуживасм. после чего их спаиваем под углом 90° (рис. 9.32, б).
После того как основание корпуса будет готово, останется только закрепить
крышку. Сделать это можно при помощи медных резьбовых втулок или угол-
ков, сделанных из контактных лепестков от промежуточных реле (они исполь-
зуются в устройствах промышленной автоматики). Для закрепления их припа-
иваем к боковым стенкам внутри корпуса ниже уровня верхней крышки. Те-
перь в крышке можно сверлить отверстия для ее закрепления. Завершает дело
уже описанная ранее декоративная пленка.
Электробезопасность при выполнении работ
Прогресс сделал розетки недоступными
большинству детей — умирают самые одаренные
Народная мудрость
j-Ju когда не следует забывать, что электрическое напряжение при нс i рам от-
цом с ним обращении может представлять опасность для жизни и здоровья.
Безопасным для человека считается напряжение не превышающее 4У В. но
нам часто придется иметь дело и с более высоким, например сетевым 220 В.
Основы безопасности при работе с электро- и радиотехническими устройства-
ми должен знать каждый, даже далекий от радиолюбительства. А уж о радио-
любителях мы не говорим — это подразумевается. В случае внимательного от-
ношения электричество из интересного друга никогда не превратится в опас-
ною врага Иметь с ним дело будет нс опаснее, чем переходить улицу в городе
с интенсивным движением автотранспорта.
370
О радиолюбительских технологиях
Если подробнее разобраться в проблеме действия на организм человека
электрического тока, то наибольшую опасность представляет не столько на-
пряжение, сколько ток. Причем последствия зависят не только от его величи-
ны, ко и от пути прохождения. Электрический ток величиной более 50 100 мА
уже представляет опасность для здоровья и жизни. Значение тока, протекаю-
щего через тело человека, зависит от сопротивления тела человека на пути его
распространения. У всех людей это сопротивление различно, оно зависит даже
от эмоционального состояния, но принято считать, что в среднем сопротивле-
ние тела составляет около 1000 Ом.
Для безопасной работы с электрическим током необходимо помнить и вы-
полнять следующие основные правила.
I Руки должны быть чистыми и сухими, так как величина проходящего то-
ка зависит от состояния кожи, а также площади соприкосновения с токоведу-
щнми частями — грязь и влага ее увеличивают.
2. Нельзя работать в схеме, находящейся под напряжением, сразу двумя ру-
ками или одной рукой при этом касаться токопроводящей поверхности (метал-
лического корпуса устройства), так как наиболее опасным является путь рас-
пространения тока от руки к руке — через область сердца и легких.
3. Ремонт с заменой деталей необходимо выполнять при отключении пита-
ния устройства от сети 220 В. Для полной уверенности в этом случае лучше вы-
тащить сетевую вилку из розетки — выключатель может сломаться в самый не-
ожиданный момент!
4. Не следует забывать, что после отключения питания конденсаторы в
устройстве могут еще долгое время сохранять заряд. Прикоснувшись к выводам
такого конденсатора рукой, вы получите удар током. Авторам неизвестны слу-
чаи, когда такой разряд приводил к смертельному исходу, но есть вероятность
непроизвольно дернуть рукой и прикоснуться к другим токоведушим частям.
Для исключения такой возможности выводы высоковольтных конденсаторов
«закорачиваются» через резистор примерно 100 Ом (закорачивание выводов
короткозамыкающеи перемычкой может их повредить, так что лучше изгото-
вить специальный «разрядный* резистор с изолированными щупами). Это пра-
вило особенно хорошо запоминается после того, как разряд высоковольтного
конденсатора один раз почувствуешь на себе.
5 При первоначальном включении устройства следует соблюдать осторож-
ность, в особенности беречь глаз*!, гак как диоды и электролитические конден-
саторы при неправильной полярности включения или нарушении режимов,
оговоренных в технической документации на них, могут «взорваться» или сго-
реть с языками пламени и выделением огромного количества дыма. При этом
конденсаторы «взрываются» нс сразу, а сначала некоторое время греются
6 Не рекомендуется оставлять без присмотра включенные и еше не настро-
енные устройства — это может вызвать пожар.
7. При работах с радиоаппарату рои необходимо пользоваться инструментом
только с изолированными ручками. Допустимо изолировать ручки нескольки-
ми слоями изоляционной ленты.
371
Глава 9
8. Для монтажа элементен лучите использовать паяльник с рабочим напря-
жением, не превышающим 48 В и гальванически развязанным ог питающей
сети с помощью трансформатора. Паяльник на большее рабочее напряжение
должен иметь заземленное жало. В этом случае, если в аварийном режиме (раз-
ное напряжение попадет на корпус, сработает автомат зашиты, отключающий
питание,
9. При работе с паяльником нельзя стряхивать с жала остатки припоя, уда-
ряя его: брыз!и расплавленного припоя могут попасть в глаза или на тело и
вызвать травму. Осторожность необходима и при вытаскивании выводов эле-
ментов из платы при отпапке.
10. Паяльник должен иметь подставку, которая исключает случанпое каса-
ние горячих частей руками, а также скатывание его на стол пли на пол,
И При длительной работе с паяльником воздух в комнате насыщается
вредными для организма парами свинца, олова и канифоли. Поэтому помеще-
ние следует регулярно проветривать.
Особо внимательным надо быть при настройке схем, нс имеющих элсмри-
ческой развязки от сети 220 В (без понижающих напряжение трансформато-
ров). В этом случае подключение измерительных приборов необходимо выпол-
нять только при oiключенноп схеме Еше лучше воспользоваться переходным
трансформатором (-220 -> -220 В), который обеспечит гальваническую развяз-
ку, рис. 9.33. а. Гальваническую развязку можно обеспечить при помощи двух
одинаковых трансформаторов соответствующей мощности, включив их как это
показано на рис. 9.33, б
а)
б)
Рис. 9.33. Выполнение галиваицческол рлмязкл or сни.пя проверки бес г ране формат оных устройств
Нс следует также иметь дело с электрическим током в болезненном или
утомленном состоянии - это опасно.
Если же вы по неосторожности попали под напряжение или стали свидете-
лем такого случая. то надо как можно скорее освободиться от контакта с токо-
ведушим проводником, любым способом разомкнув цепь. Последствия пора-
жения зависят от времени нахождения человека под напряжением.
Различают два вида поражения током: электрические травмы и электриче-
ский улар. Электрические травмы представляют собой местные поражения тка-
ней нтектричсским током в виде ожогов Ожоги возникают при прохождении
через тело человека тока более I А, в результате мето в тканях выделяется тсп-
ю. А при их нагреве до температуры 60 70 *С свертывается белок и но шикает
ожог Электрический удар (шок) наблюдается при вохтсттстнии током до не-
372
О радиолюбительских технологиях
скольких сотен миллиампер. Такой ток нс вызывает ожогов, но, действуя на
нервную систему и мышцы, может принести к параличу дыхательных мышц, а
также мыши сердца, в отдельных случаях даже к смерти
Обо всех опасностях невозможно рассказать в этой книге, поэтому будьте
внимательны и осторожны при работах с электричеством, не пренебрегайте
элементарными правилами техники безопасности О важности этого говорит
хотя бы то, что на производстве все люди, связанные с эксплуатацией, ре-
монтом и даже ратрабогкой электротехнического оборудования, регулярно
проходят инструктаж по технике безопасности и раз в год сдают аттестат*
онные экзамены на знание всех правил. Кроме приведенных здесь, сушесг
вуст еше много других правил, но в домашних условиях их нарушить вам
вряд ли удастся.
И напоследок вновь пожелаем: будьте внимательны’
Литература
I. Солонин В Монтаж микросхем накруткой — М ГЧтиомир, 200I № 9. С 19
2. Кунаков Г Монтаж микросхем серии К155 накруткой провода - М
Радио, 1979. № 10
IE НЕUI
ПИП
373
Справочная информация
Единицы измерения электрических параметров в системе СИ
11
к»
1з
ЗпектричкЧ’кав
величина.
Единица измерении
Осношнд* или производная
Кр.инаи или дольная
Нанмоно-
взнио
величины
Символ
обозна
ченив
Наимено
ванне
Обозначение
рус-
ское
междуна-
родное
Наймено
ВЛНИО
Заряд
Q.q
кулон
Кл
Сила тока
Мощность I
активна" ।
• Сол рот нале- R
1 кие
ампер
Напряжение,
Э.Д.С
IU | E.e | вольт
Р.Р
вал
Обозначение
миллиампер
микроампер
рус- ской междуна- родное
кА mA
мкА рА
кВ kV
мВ mV
мкВ
HV
» мА» ю 5А
I мкА = 10 ’ А
Соотношении
можду
Кр.ННОИ ици
дольной
единицей и
основной или
производной
1 кВ - КР В
I мВ = КГ В
1 мкВ = 10 6 В
Емкость
Индуктив-
ность, взаим-
ом
В
V
киловольт
МИЛЛИВОЛЬТ
микровольт
Вт W киловатт кВт милл-вап мВт
Ом Q мегом Им килоом
мп
кП
kW
mW
Проводимость
G.9 сименс См S
С Фарада Ф F
н
микрофарада
пикофарада
миллисименс
микросименс
U I
генри
м .
миллигенри,
микрогенри
мСм
мкСм
мкФ
пФ
мГ
мкГ
1 кВт= 1(Я Вт
1 мВт = 10 3 Вт
М0М= = О'ОМ
кОм = 1(РОм
mS
р$
pF
pF
mH
pH
мСм - I#-3 См
мС«= 11*См
. мкФ = !0"*Ф
»г>Ф = 10 ,гФ
I мГ= КН Г
1 мкГ • ИНГ
индукция
1 Частота t.F герц 1 г“ килогерц мегагерц кГц МГц kHz MHz 1 кГц = t МГц =
ДЛИгв ВОЛНЫ метр m сантиметр (*• 1 - J cm U S
'рад/:
рад
радиан
105 Гц
IO6 Гц
Фаювиый
сдвиг
1
я/ТвО рад
<’)
И
Е
Р
А
г
к
А
приставки для образования
Множители и
производных единиц измерения
Многие широко используемые единицы (сантиметр, микроампер, милли
вольт и г. п.) величины образуются с помощью приставок, которые добавляют
ся к основной единице Такие единицы называются производными от основ
ных. В этом случае понимают, что приставка говорит о том, какую часть о
основной единицы составляет данное значение и чтобы сто перевести в основ
ыую величину надо умножить на соогвстшву ющни коэффициент, который ука
зан в таблице
374
CnjxiaOMHjH информация
Приставки в обозначениях единиц измерений
М КОЖИН'. II. COOI |1П||Ц'11НЧ с oiiKiiuitiii г ишииси (<jh|Uiiicii(ioe oGoiiwuhiii iipiieuiiku Ila mail tic lipiKUUkn
МСАД) inijn» UIOC
I 01)0 000 000 000 - 10'1 —[ 1 Upa
1 000 000 000 * I09 г (i ful'd
1 000 000 • 1(1“ м м mc< a
1 000 - Ир к . ? _ Ml,10
100 «= I02 Г h IVKlo
10 ДЗ da дека
0,1 = 10-' д d дени
0,01 - 10’2 с с саи1й
0,001 = 10-3 м m милли
0,000 001 = 10‘6 мк и микро
0,000 000 001 = 10-9 н n нано
0,000 000 000 001 = 10-'- п p пнко
0,000 000 000 000 001 = 10-'5 ф f фемто
0,000 000 000 000 000 001 = 10-18 а a атто
Стандартные ряды номиналов элементов
Ряды номинальных значений сопротивлений резисторов
и емкости конденсаторов с допуском ±5 % и более
L3 Гб
1,0 1,0
112 1.2 114 IjO 1Л >,2 и 1.5 Ij6 1,8 13 L6 Н2 L24 । >т ) з 1 2 "> । *» т *” ' 1 ’* . j — 2,7 2’ L3 4.7 16 Eli E24 4,7 4,7 4.7 5.1 .6 5,6
I 1,5 I.S 3,0 6.2 6.8 6.8 ' 6.8 г— —। 8.2 8,2
3.3 3,3 1 3J гу 3,9 3,9
2.0 4.3 _ _ LL!
Справочная ин формация
Ряды номинальных значении сопротивлений резисторов
С допуском менее ±5 %
Р4Н L96 tl92 FJS ph El 92 1.48 1.96 ГН2 E48 E96 El 92
100 1 100 101 1’8 178 ISO >u 316 316 320 562 562 । 562 569
102 10"> “.m J
104 18. 184 | Л 24 3*4 121 583
105 105 105 106 187 187 j 189 ?» 332 33’ _3H MU 590 591 597
107 107 191 19T- 340 604
109 193 , *44 612 1
196 196 1*5 | 348 348 .Ml 619 619 619 1
111 P* Ml 426 j
200 3#C* 357 MT v>l , -
115 115 115 117 205 205 2fc$ k 2* 365 365 165 I’ll W9 649 649
И8 Bl IJU 210 > 3,0 213 374 1T4 •73 665 ' 661 673
121 121 ’15 215 111 383 383 U3 Mi Ml 681 611 69L_
124 126 221 ' 221 223 392 m 1*7 698 <
. 127 127 129 226 226 226 402 402 4H2 441’ 715 715
130 130 132 232 232 412 «11 417
Г*133 13з , 155 ’37 237 243 246 422 42? CJ 750 750 ) ?
137 138 243 432 432 437 768
140 140 | 142 244 249 249 1 252 442 44? 442^ 44» 787 787 ml 796
(43 143 । 145- ' 25$ 255 258 45? 453 459 806 606 81*
Г 17:- . 149 >1 261 I 2(>4 5 464 464 470 S25 625 62: 83
Г~Т50 152 1 26’ 267 L?”. 475 «71 Kb 645 W5 856
1 IM , 156 2*4 2’4 277 487 487 487 493 866 866 866 8’6
IbO 280 ' 2*0 499 499 505 887 887 ~ WS
Гы ice 1Ы Hi7 287 | 291 51Г Sil 1 511 > _52_. 909 T 909 909 920
N4 298 523 523 530 931 931 ‘М2
’169 172 301 536 5)6 L*i_. 953 953 "SsT" 965 —
7’4 549 I 549 556 -97б“ 9’6 | 988
376
Справочная информация
Параллельное включение резисторов и последовательное
конденсаторов
На практике, при изготовлении или настройке радиотехнических схем, ино-
гда требуется иметь величины резисторов или конденсаторов, отличающиеся от
широко распространенного цифровою ряда Е24.
Приобрести элементы с номиналами из рядов Е48 или Е96 (Е 192) довольно
сложно, да и стоимость у них значительно выше, так как при изготовлении ис-
пользуется подгонка номинала. Предприятия такие детали изготавливают на
заказ и небольшими партиями. В этом случае для получения нужных значении
иногда приходится соединять параллельно два резистора или последовательно
два конденсатора. Величина обшего номинала соединенных таким способом
элементов определяется вам уже известными формулами
_ Л1-Л2 = Cl С2
** R\ + R2 CI + C2’
но удобней воспользоваться уже заранее рассчитанной по этим формулам таб-
лицей, приведенной далее. •
Она также поможет получить любой нужный номинал it в тех случаях, когда
его нет в наличии, но есть много других резисторов иди конденсаторов.
R2
Г-—СЗ---1 Ct С2
R1 °----’--II-----II-*--°
о—□ L-,—о
L.
В верхнем горизонтальном и правом вертикальном рядах находятся все чис-
ла из ряда номиналов Е24. Обшая величина номинала соединений находится
на пересечении вертикального и горизонтального рядов чисел. При необходи-
мости эти значения можно одновременно 'множить на 0,1; 10 млн 100 Напри-
мер, при параллельном соединении резисторов 24 кОм и 120 кОм получаем об-
щее сопротивление 20 кОм (аналогичный результат будет и при номиналах ре-
зисторов 220 кОм и 22 кОм).
Таблицей удобно пользоваться и при обратных действиях, когда требуется
по известной величине узнать, из каких стандартных значений номиналов эту
величину можно получить. Так, например, если нужно сопротивление
179 кОм. его можно составить из двух параллельно включенных резисторов с
номиналами 390 кОм и 330 кОм.
Иногда может пригодиться и формула дтя определения, какой резистор не-
обходимо установить параллельно к уже имеющемуся, чтобы подучить нужное
значение обшего номинала. Она имеет вид:
Al „ R2 R^
Аналогично можно записать формулы и хтя конденсаторов.
377
Справочная информация
10 и 12 13 15 16 18 20 22 j 24 27 30
1и 5 00 $24 5,45 1 1 5.24 5.50 5.74~ 5.65 6,00 6,1! 6,43 6,67 6.88 7,06 7,30 7.12 7,50
иг । 6,83 . т, >е ! 7.33 7,54 8,05
12 5.45 5,74 _ 6,00 Ь» МТ 6,86 » T.SD 8.Х : 9.31 1.57
13 5 55 596~" > л ЬЛ
е» Ш I ТП 1 7Я Ш , ЦТ 6.4’ ’ ' 1.71
15 6.00 5 35 4 СТ 7» ' тл» >10 [ Ш г IJ? ] з,64 1С.05
16 6,15 5,52 1» 7.17 к — — ♦ т.н 1 ВЛ а» аг» •* rm юн на
18 20 22 Ш j г.» 1.47 S.QO Т 9.47 9.90 1' 'Л 10,89
7 ‘ > g 7JB> 1 , 1 П 1.19 •i_l I 10,ос 15,4|_^ 10,91 11.49 12Л ' ил 13.» '4.J1
-21 <Л W . 190 Ю 40 0 11 48 12,12
2_ , ),29 1.41 .2,00 12,71
ш • 02Z 1J.80 •».« ‘ I2.W • 111 1» 13.5®
зо • .а _зз_ 35 39 1 tor ’ ВЛ 1Ц» I04J •1.25 14,21 Г 5,01
1М1 •tn_ 12,45 14.85 И.71
г — 1Ш 1 Ц> 1 IMP 18 12.86 13.66 14.4 15.43 JMC пл
_аи_ Г КД 1<Л I LJi» 13,22 14.07 14,86 15,95
43 47 ив — —4 «я [ ш 1Ч 1 12.99 13,65 14,56 15.40 16.59
i 19» Il J7 1.94 1 1Л iy) 14,03 14,99 15,89 17.15 1|Д» !
_5_1 ' * i2. И их ’ 11*2 14,37 15.37 16.32 17,65 1IW Л.» №
56 762 0 '2 _ »л Ь Я ’ .2.44 14.74 15.79 16*' 14,^
ЭД4 | ЮЛ J 13» 12.72 15,12 16.24 17.30 18,11
68_ 75 82 ю и 7Л 12.95 V Ц52 15.45 16.62 17.74 19,33
1 ”?• . ИЛ ОЛ J 1 И1 15,79 17,01 11.11 19.85 2» 43
14,7% 1«.0« 11.57 29,31 7IA 7256
91 * ИЯ ом •3X1 5,03 1S.4T 18.90 20.82
100 10 II® 11,04 XJ 5,Л 16,67 h |Ч 19,35 21,26
ИО) । »•.« '«эд нт п.?. |3-37 14,12 5.47 16, МкЯ 19,7» 21,64 i j 23,57 1
J20 11 ,тэ j И» 5.65 17,14 11Л 1» к 20,00 22.04 24.0( ’
130 150 ТБО 180 с шм IMS 14 я 11 Л 1? 04 14 44 5.11 17, 20.26 22.36 24.И
10Л 1 п.н «С7 1 1UI 20.5S 22,84
Itu 11Й |»,3< , 12.11 ; uh и u им ' 144» S.36 17,71 ».оа t п а Л87 d 23,1» 7 23.44 526 BJ1
200 10.43 1 • 1.- 220 •13 I4.M •4Л4 IME S.51 L S.74 1 > и» НО 1 41 ЛОО UfA 23,79 • 24,05 ' 2427_ жл
-240 9.» _270 300 330 ЗоО 390 |>Я 1 43 11» НИ Г ,ш* -211 *‘и лп тип
••ДР И.« 1240 Г10 V 1 П.Н- 8.94 11.62 2»,34 22.04 24.55 ’
10 в! , Ь М " мя •£,»! 16 И 11.75 29 50 22.» 24 77 ПЛ
па тя >•» | itr Щ1 'l 4Л k ИЛ Год L ,7Л_ 11.86 11,95 29.63 29.73 22.37 22.51 24,96 25,12 РЖ» л.<я
У »•» ив» 1>л 1 мм <sjr 7 2J 19,02 20.13 22.61 25.26 ^.86
_4ээ 470 510 Чеб Г4.71 1 ИД ! ИЛ Г~М< * 15,43 Л. 19.11 20.91 22.73 25.Ц 24.04
_ 13^ 11 я 1>.в [ МЛ j Ц1£_ 7> 19,11 21,02 Z2.K 25,53 25,64 мл
ЮГ И Т5 12 К 1 I4JT 1 1 tyi •7» к— ,',,й 22,92 2»Л
1ВЛ и 71 [ 1411 1 , 1130 ' ITM j 1мГ^ >1П 23 01 25.76 Я 4Т
Нрц-чечание
Мы уже говорили о том, что любой элемент (резистор, конденсатор, катушка индук-
тивности) имеет допуск на свой иоминдт, Именно градации ряда (£24, Е48, Е96. Е192)
определяют возможный допуск, а на корпусе элемента указывается номинал. Это озна-
чает, что, ваяв из коробки два резистора сопротиалением 220 кОм и 22 кОм с допуском
378
Справочная информация
10 33 7.67 38 7,83 39 , 43 47 51 56 62 8,48 8.61 68_ | 9,01 75 82 9J 8Р | 8191 j *<Й |
11 0,25 8,4,1 8,58 8.76 ’ 8.91 9® -9.71 ' 9,19 9.34 Lml 9# 9,70 *•!_ | 10.47 j IQ 80
12 а, во 9.00 9.18 9.75 9,38 9.56 9 8£_ 1005 10,75 10 60 1138 10 34
13 15 9 33 9» 9® 10.18 10,36 10#_ 11,08 -[1.22 1 Т
* JH,83 1208 12.88 1250
10,31 1 10,59 10.83 11.12 11,37 Н,59
16 18 10,78 11,08 11.35 11,66 11 94 12.18 12 44 12,72 13,61 13.19 __Ш9. _13*'
11,65 12,00 12,32 12,69 13Д2 13.Х 13.62- 13,95 _j5.®_ 14,52 Z ’Л.7* 1503
20 12,45 12.66 13,22 13,65 14,03 14 37 15,12— 16 40 15,79 16.08 16 40
22 13,20 13.66 14,07 1455 14® 15 J7 15,79 16 24_ 1730 17,72 17ХИ _П.» _П,72 [в®_
24 13.89 1440 14,86 15 40 15 89 16,32 16 М 18.® J8,U ’ <flS7
27 14,85 15.43 15,95 16.59 17,15 17,65 1822 18,11 20-12 19 85 ~ 20.31 2082__
30 15.71 16.36 16.96 ~ 17,67 <8,31 18Д9 1953 20.22 22Ж 21,43 2J.96
33 16,50 17,22 17.08 18,67 19.33 20.04 20.76 21 54 24,22 22,92 2Э53 24 22
Зв 1722 18,00 18,72 19,50 20,39 21,10 21.91 22,78 25,80 24,32 25,02 | 25.80
39 17,08 1 18,72 1950 20.45 21.31 22,10 22,® _23> 2730 25 а _2МЗ__ j Z7.X
| 43 16,67 19,59 20.45 21,50 22,46 23ЛЗ 24 32 25® 29 20 27 33 Т~28,21 29,20
47 19.39 20,39 21.31 22 46 23.50 24,46 26.73 X,® 2889 29 М X.®
_51 20,04 21,10 22.Ю 23.33 24,46 25,50 26.69 27.98 32.68 X.» 31 44 32,68
56 20,76 21,91 22,99 24,32 25,55 26, И 28.00 29,42 34,67 _32,06_ 33 28— 34 67-
62 21,54 22 78 23,94 25.39 26,73 27,98 2942 31 00 36,88 33 94 35 31 36.М
68 22.22 23.54 24,79 26.34 27 79 29 14 30,71 32.43 _М.92_ 35,66 37.17 38,92
__75_ _ 22 92 24,32 25.66 27.33 28® 3036 32 06 33.94 41,11 38,17 4jjl_
02 _23.53_ 25.02 26,43 28,21 _29.М_ 31,44 33 28 35.31 43.13 Э9,)7_ 41.00
91 24.22 25,80 2730 29 20 30,99 32 68 34 67 36,М 45,50 41,11 " 43,13 ~ J5.50_
ООО .2 Z ~ 1-1 U 24.8 26,47 28,06 30 07 3137 33.77 35.90 _И,77_ _47,б4_ 42,86 45,05 _<7,М
25 38 27,12 28.79 30,92 32 93 37,11 39 65 49 90 44.50 46 98 <9 80
?5ВД 27,69 29.43 31.68 33,77 35,79 38.19 40.06 51,75 46,15 Г 48.71 51.73
130 . 26,32 28,19 30 00 32.31 3*52 36 63 39.14 41.98 53,53 47,58 50 2В S3,S3
150 160 180 _ 20£ Г 220 _ 27.05 29.03 30,® 33,42 35.79 М06 40.7В 43.87 56.64 50,00 53.02 56,64
27.36 29.39 31.36 33.89 36 33 38,67 41,48 44 68 58.01 51,06 54 21 58,01
27в1_ 30,00 32.05 34.71 37 27 38.74 42,71 46,12 60.44 52,94 56.34 60 44
26,33 30,51 32,64 35,39 38.06 40,64 43J5_ 47,33 62,54 54.55 58.16 62,54
28,70 30.94 _ 33.13 35 97 38.73 41,40 44J4 46,37 64.37 55® 50.74 64 37
240 _270 [ _29.01__ 31,30 33.55 36.47 39,30 _£JO6_ 45,41 49.27 65,98 57,14 61,12 65®
29.41 31,76 34.08 37® 40.03 42.90 46,38 50,42 68 06 58.70 62.» 68.06
300_ 29,73 32.14 34,51 37,61 43,58 47.19 ‘51,38 69.82 60.GO 64.40 68.82
330 360 30,00 32,46 34,88 38.04 41,14 U.17 47,88 52,19 71.33 61.11 65 61 71 33
1^0,23_ 32,73 -15.19 3841 41.57 4467 48,46 52,89 72.64 52 07 66.79 7284
390 30,43 32.96 35 45 38.73 41.® 45,10 48 97 53.50 73,78 62 J0 67,75 73,7В
430 _ Х.65 _33.22 _ 35.78 39,09 42,37 45,® 49,55 54,19 75 11 6386 68 87 75.11
470 5,0 560 _ 33 44 36 01 3S.40 42.73 46.01 50W 54,77 76 34 64 68 99,82 76. ЗШ
30,® _33,63_ _Э6.23- 39.66 43,И 46,36 50 46 55.28 Т22 65 38 _JW4_ Т7^2__ 1
L 31,16 33 83 36,46 35,93 43 36 46.74 50,91 55 82 78.28 66,14 П 53 да
5%. реальные значении могут отличаться Сопротивления этих резисторов имеют пол-
ное право иметь номиналы. например. 231 кОм и 23,1 кОм, что при паралаК^ьнш^В
июючснии ааст уже 21 кОм. Это уже 5% отклонение от требуемого значении в 20 кОм.
Поэтому расчетное значение лучше принимать в качестве первоначального орненпфа^а»
окончательную проверку выполнять при помощи прибора.
'гтпааочмы информация
Параметры отечественных и импортных диодов
1. Выпрямительные и импульсные диоды
Тми 1МОЛД Д9Г. Примой нн. нА 10.5 Uopaiiioe напряжение. 5^. В 10 \Црм1рив».» наст нрнчсч КрЛСН
дчв Д‘>1_ 54 М) 30 30 оран ж кольцо '
Д9Л 80 30 белое У а"ода |
Л'М. л*ж ГЦ5О7А 1Д5О7А 54 16 50 _ 100 20 fo.iyGoe зеленое тип н расположение шавидои умпно па м рпусс
•’•Kjnok
Корина
КДЮ2А хлсиая
КД102Б эею синаи
Ml ЗА IW 50 синяя
(черм. торец)
кд а
(хлси торги)
точка
у анода
точка
у ьмш
точка
у анода
КД »*А 200 ; 60 *п- j
Ж»
краем. у анода
М»
ПИ и pacnotoaccwK
ммодод указам
на корпусе
CL2KA «О
КД2ОГ36
ТМП и расжж.жсмме
КД2ОЭВ .«Л *Ю awacuoa указана
—— —j на корпусе
5000
К.1ЛД ИЛОТ 1000
m г,----------------- - -' --------- I
380
Справочная информация
1 mi 11риМ< И 1ОК. 1*10 ы Lp. Ч\ JBLSMKfl 1 КД212А <3«*>pj пин: *unp«AiHHv. U^. В 200 MapkupnkkJ 1 um.1 приыеч.
КЛ212Б 1000 200 тип и pjcnoioxmtte вы родов >K,«ia*to на корпусе
KJ12I2B woo luo 1® 200
КД212Г 1000 10000
КД213А тип и расположение ПЫ 1Ю |0М }КДк1ВО ид корпусе
КД21 *Б 10000 200
Д22О so SO ж
Д223 Л22ЭА 50 so so 100 гмл и расположение ыводов указано на корпусе
Д2231, Д237А 50 ISO
300 300 200
Д237О Л237В Ф (ил и р«сположение выколов умшио ил корпусе
Д242 ЯМЮ тип я рас .. «симе
Д242А 5000 100
>1243 - - - ... , SOX) , 1 200 —( 200 •ывевюа у&ашю ма Mj^aryce
Д243А I
КД243А (|К4®|) ‘ 1<П0 30 - - j фшмгеоа.
КД243Б(1Ч4®2> | |Ш0 1® орвиж моем* у
КД243В И*4003» j 1<Ю0 _ г - 1 Л» KfMCMtW
КД243Г (JSWM) j -«0 400 жжмое
КД243Д (IS4005, j 10® CAO Л£Л1Г»
КД243Е (1S4K*) J wee ' mo - x .. _ белое
КД243Ж (|*»4®7> ; КД247Д j 10® [ M | raay&oc «
30 фаммеп*
КЛ247В (1МЭМ) ; 1000 l® Сфйил. 1
КЛ247В 200 ) красные
К.1247Г (IN4V34; ] J Л0 4® { клемыс { «гманв у
КД247Д l®0 «в жааа ахпые
M247E l®0 МО всм«
СЖ' МЮ IW тхтуАвы
Рисунок
к® fH>>C4
Спрлоочная информация
()<* [iJiiinc
Млркп|и i>kj
Прччий lit.
I И1|
'»ll )НО*
Примечание
Все элемешы. имеющие более двух выводов — это диодные сборки, в кото
рых уже сделаны соединения диодов между собой для удобства применения.
Диоды Д9 и ГД507 — германиевые, вес остальные кремниевые.
382
C<Iрамочная информ щия
2, Силовые выпрямительные диоды
I 1|>ЯМОЙ
Обрашос nji'pxAiiitte, Uw-F
BiU
(ОК 50 11 11)0 В 200 В 400 В 600 В 8110 В IOQ0 11 kupnju
1 RLI0I RL1U2 RLI03 RL1G4 RL105 т~ RIJ06 ' RL107
I IN400I IN 4002 IN4OO3 1 N4004 1N4005 IN 4Н06 1N4007
1.0 А 1IERI0I HLRI02 IIERI03 HER 105 HERIO6 Я ER 107 HER 108 DO 41
КД243А КД243Ь КД243В КД243 Г КД243Д КД243Е КД243Ж
. КД247Л КД247Б КД247В КД 24 7 Г КД247Д ' КД247Е | КД247Ж
1.5 А Т ' КД 258А КД258Б КД258В КД258Г КД258Д SOD57
1 1145391 IN 5392 1145393 1 N5395 IN 5397 1 1N5398 IN 5399 DO-15
2.0 Л 1 RL20I RL2O2 RL2O3 RL204 RL2O5 RL206 Rl-207 DO-15
HER20I HER202 HLR203 HER2O5 HER206 HER2O7 HT.R2O8
| IN5400 IN 5401 IN5402 IN 5404 IN 5406 IN 5407 IN 5408 DO-27
3,0 А IIER30I HLR3O2 IIERJ03 HCR305 HER306 HER3O7 HER3O8
КД257А КД257Б КЛ257В КД257Г КД257Д SOD64
6,0 А Р600А Р600В P600D । P600G P600J P6U0K P600M । R.6.J
Рис. I. Виды распространенных CTJtuupinuv тшгов Mipincna диодов (корпус Rb не показам, тжь к»
on отличайся от 1)0-27 юлько болыиям дпачетроч цилиндра — 9,1 мм)
Справочная информация
Параметры распространенных светодиодов
Тип Пне г свечения (маркировка) Красный (К|Х|«.п точка) АЛ1О2Ь Красный (2 ычкк точки) миилм 1кры 1ОЧ К.0 vii.di.m ,, , Скрин точки) mi., им , (it точка) . , ...... Красный А НО 1 М i » 1 , 1 I « 1 М< Н i ' >»ммп . , . ,» ... 1 1 нный | ' 1* ИПЫТ) | К|чк"““ 1 к 1 и И К ипыП vно ' leicjihlrt \ 1 Ч)> 1 Ленни! АД ID’II Op.lli* АЛЮ?.') Орт. Прямое падение , НЗПрЯЖС- i ПИЯ, не более, В| 5.8 2 .К ?,8 2.Н 2.Н .',м 2.И 2,8 2.1» 2.м 2.Н ' я 2.5 аЛ тл Обратное | напряже- ние, В 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.” .’ о 2.0 2.1) ?)> 1 н 2.о 2.0 2,0 2.0 Рекоменду- емый прямой ток, мА 5 20 5 ?П Я 211 20 10 10 2d 20 10 10 10 Максималь- ный прямой ток, нА 10 20 20 211 22 2й 22 20 20 21 22 22 22 22 22 3 3 р>| ко : L 11 1 1 Л'. 1 °* ж суни РИ)С£ 05 04 -Ът .4)^ + U, . Й1 1 1 1- 1 ьМ. I Н) 1 г-£ Jil ]г[ till 1 < <£? 12. «> Г •л
384
Справочная информация
Тип
АЛ310А
AJI3I0G
AJI.B6A
АЛИН»
АЛ 110II
АЛ1Ч.Д
АЛ 111.1
АЛ И(>А
АЛ ИЫ
АЛ Hi.ll
AJI И(,К
АННИН
К1ШДЛЛ к
М1!1Ц.‘П. к
М1НД24А I
М1ПД.Ч1. И
МНИЛА А
MUIjL’II. >
Цвет свечения । 11римое паление напряжс- । НИЯ, | не более, В1 Опра гное напряже- ние, В Рекоменду- емый прямой ток, мА Максималь- ный прямой ток, М/К
Красный 2.0 2,0 10 12
Красный 2.0 2.0 10 12
Kp.um.Hi 2.0 2,0 10 20
Красный 2.0 —. 2.0 10 20
Зеленый 2,Х 2.0 10 20
Al Л )ЫЙ _ 1,И 2,0 10 20
Дел н.п» 2.Х 2.0 10 20
Дс/ный 2.М 2.0 ш 20
г- —-MBBMI . 4В
кленый 2.1 2.0 10 20
1с ленмй 2Л 2.0 10 20
К р-н кий • К 2.0 10 20
1с ICHI-Hl г.к 2.<» 1») 31
-
К|ысны(1 2Л 2.0 5 2(1
Кр.и нни 2.5 2Л 5 20
1 кленый 2.5 ).« 10 IX
клгнын М 2.0 10 IX
Ас ныи 2Л 2.0 i »
ДемыП 2Л 2,о Ю "J
Рисунок
корпуса
№
I
2 ’ \ 5f2 'j
J 1
а 1 н
ил-g-g
1 +
JG’I
и и . ; i
oi
Г
lIpUWHtmur
Nt - Mil 11» M.lpMipiMlkH. CM. uiopyui Ip.l'Vy ijUhihm
Справочная информация
Основные параметры стабилитронов и стабисторов
I ни
исток корится
КС 10? А
0.77
Kt IIЗА
KCI1ЧА
!\ I аркнровка
(iiiiHAienainic)
Напряжение
стаончми-
цнн, Н1Т. В
100
(CljnKclUll)
itl-IUlil нм»)
ИЮ
КСИ9А
КС 147 >
5.0
kc IS6A
ь.з
7.5
6J
КС I68A
1.0.. 8.5
Д814А
8,0. .9.5
Д814Б
9.01. 10,5
Д814В
29
Д814Г
ДЯ14Д
оранА./кл.
АСЛТ /бел
КС 508 Б
3,8.. 15,6
КС 508 Г
16.8 19,1
зелен /бет.
79
лрлнж /кл.
ft?
*СЛТ /эст
53
бел /кл
КС515А
голуб /ле
1.0
KC5I8A
КС522А
• 9.8 24.2
24.3. 29/
маркироика:
катод /анол
16.2. 19.8
КС5О8В 15.3 17.1
KC5I0A 9.0 U,0
KC5I2X
КС 508Д 22.8 25.1
Мин. тик
езяйнлнг.р
инн
-Маке, ток
сгаСнъмва-
ШП!,
П>4\. мА
U гаинпор)
3 JJ 20
J *3
_— —— -
3,0
3,0
3.0
IV.P , I 11.6 14.0
КС50ЧА । 11,4 12.
81
70
58
А5
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
1.0
1,0
1,0
1.0
1.0
45
40
36
32
10.5
голуб.
клен
рая
оран к
краем
8.5
Т.8 М»асн /хл
-т.о голуб/бел.
1.0
10,8 i,0
ид 164 1.0
—
1.0 4- ” ct рая/мл (
1.0 j L__ черн /кт
386
Справочная информация
T ин Напряжение 1 стлПн IH J3- Ш»Н, 1‘г, В 1 Мин. ток сгапилиа- нии, h'< nlio» И Макс, ток стабилиза- ции, I € г т>\ » 41 Маркировка | (примечание) !
Д815А 5,0.. 6.2 50.0 (400 -
ДХ15Б 6.1 . 7,5 50.0 1 150 —
ДЯ 15В 7,4 9.1 W6 ¥М1 -
ДН15Г 9.0.. 1 1.0 25.0 КОО
ДЯ15Д 10,8 13,3 25.0 650
ДН15Е 13.1. .16,4 JJ.t> 550 —
Д815Ж 16.2...19,К 25,0 450 —
ДЯ16Л 19.6 ..24.2 10.0 230 -
I ДН16Б 24.2.. 29,5 10.0 180 —
1 Д816В Г». 5 М.0 10.0 — 10,0 150 —
Д816Г 35.0 41,0 130 -
Д816Д 42,5 .51.5 10.0 1 10 —
Д817А 50,5.61.5 | 5.0 1, t
г ДБ1ТБ 61.0 5.0 _75
Д817В 74,0...90.0 5.0 60 -
Д817Г 90,0 НО.О 5.0 50
I'mcjuok Kupiijcj
Интегральные аналоговые стабилизаторы
Интегральные стабилизаторы напряжения из серии 142 не всегда имеют
полную маркировку типа. В этом случае на корпусе стоит условный код обо-
значения, указанный в таблице, который позволяет определить тип микросхе-
мы Микросхемы стабилизаторов с приставкой КР вместо К имеют те же
основные параметры и отличаются конструкцией корпуса. При маркировке
этих микросхем часто используют укороченное обозначение, например вместо
KPI42EH5A наносят КРЕН5Л
Микросхемы без первых букв в обозначении выпускаются в керамических
корпусах с планарными выводами и имеют расширенным температурный диа-
пазон эксплуатации (-60...+ 125 *С). На входе всех микросхем ставится керами-
ческий или оксидный танталовый конденсатор емкостью не менее 2,2 мкФ и
не менее 10 мкФ для алюминиевых оксидных конденсаторов, а на выходе — не
менее 1 и 10 мкФ соответственно.
В приведенных таблицах допустимая мошностъ рассеивания указана при ра-
боте микросхем без теплоотвода.
Спраао^ая информация
Пластмассовые корпуса
Рис. 2. Виды корпусов для линейных стабилизаторов
Стабилизаторы средней мощности на фиксированное напряжение
Наименова- ние микросхемы (Ю142ЕН5А (КН42Ш5Б Напряжение стайилпзаин, В 5 10.1 6 ±0.12 1 Маке. d uaip • А Код на Рассенвае- Позребляе- корпусе, мая РНЛХ, Вт , мыи ток, мА (зарубежный аналог) Вид корпуса па рис. 2
' .о 1 <К)12 1 (КПЗ
< КН42ЕН5В (КИ42ЕН5Г । 5 ±0.18 6 ±0.21 2.0 3,0 2.0 5 (О ,К"4 (К)15
KPI42EH5A КР142ЕН5Б 5 ±0.1 6 ±0.12 5 ±0.18 6 ±0.2 9 ±0,15 12 ±0.27 15 ±0,36 КРЕН5А, 5 Ю 1 <™5) j КРЕН5Б <7>
КР142ЕН5В КР142ЕН5Г КРЕН5В, 5 10 КРЕН5Г
142ЕН8А 142ЕН8Б 142ЕНЧВ 1.5 18 6 10 19 | 20 <2>
KI42EHSA К142ЕН8Б KI42EH8B 9 ±0.27 12 ±0,36 15 Ю.45 1.5 KI8 6 10 KI9 К 20
К142ЕНЫ К142ЕН J КМЯНЬЕ 9 ±0.36 12 ±0,48 15 ±0.6 Ld К35 6 10 кч 1 к 37
388
Справочная информация
Наименова- ние микросхемы Напряжение craojLiHiauM, В Макс. 1<-т Mitp.i А Рассеивае- мая Р^. Вт ь Кол на Лотрсбляе- корпусе, Ви i корпуса мый юк, иЛ ' (зарубежный , на рис, 2 аналог)
КР142ЕН8А КР142ЕН8Б KPI42EH8B КР142ЕН8Г КРН2ЕН8Д КР142ЕН8Е 9 ±0,27 12 ±0,36 15 ±0,45 9 ±0.36 12 ±0,48 15+0.6 ... 6 КРЕН> ; КРЕН8Б КРЕН8В ‘° КРЕН8Г KPEHU КРЕН8Е <7л
I42EH9A 142ЕН9Б 142ЕН9В 20 ±0.2 24 ±0.25 27 +0.35 1.5 6 10 21 22 j- 23 Г
KI42EH9A К142ЕН9Б К142ЕН9В 20 ±0.4 24 ±0 48 27 ±0.54 1.5 6 10 К2( К22 К23 <2г
К142ЕН9Г К142ЕН9Д KI42EH9E 20 ±0,6 24 ±0.72 27 ±0.81 1,0 6 10 КЗв К39 К40 <2>
КР1I62EH5 KPII62EH6 КРН62ЕН8 KPII62EH9 KPII62EHI2 KPI162EHI5 KPII62EHI8 KPII62EH24 । Д Д Д । । । । 1.5 10 5 <7;
KPII79EH5 KPH79EH6 КРП79ЕН8 KPI I79EH9 КР 1179ЕН12 KP1I79EHI5 -5 ±0.2 -6 +0.24 -8 ±0.32 -9 ±0,45 -12 +0.48 -15 ±0.6 1.5 1.5 1 (MC790S) 1 (MC79I2) | •<7>
KPI I80EH5A K.PH8OEHSB KPI 180ЕН6 КРП80ЕН6Б KPI180EH8A КРПВОЕНЯБ КРН80ЕН9А КРН8ОЕН9Б КРП80СН12А КРН8ОЕН12Б К1’11Я»Е.Н15А КРН80ЕН15Б КРН80ЕИ18А KPIIMJEH18Б 1 KPI180EH24A КРН8ОЕН24Б _ 5 +0,1 5 ±0.2 6 ±0.(2 6 ±0.24 8 ±0.16 8 ±0.32 9 ±0.18 9 ±0,36 12 ±0.24 12 +0.48 15 +0.3 15 ±0.6 IS ±0.36 18 ±0Л2 24 ±0,48 24 ±0.96 1.5 I (МС7805) (МС7806) (МС7808) (MC7809I । (ML78I2) ' {MC78I5) (МС7818) 1МС7824» 1 1
J
Справочная информация
Маломощные стабилизаторы
>1 1 микросхемы КР142ЕН17А | К.Р142Ц117Б КР142ЕН17П KPII7HLH3 KPI17OEH4 KPI 17OLH5 KPII7OEH6 КРИ70ЕН8 КР117(1ЕН9 KPI170EH12 КРН7ОЕН15 KPI 157ЕН502А(Б) KPI 157ЕН6О2А(Б) КРП57ЕНЫ32 KPU57EHW2 КРП57ЕН12О2 KPH57EHISO2 KPH57EJ 11802 К.Р1 IS7EH2402 1 КРН57ЕЦ27О2 1 ап ряже и не 5 стаиилиаа- 1 или. В 4,5 ±0 2 5 ±0.25 6 +0,3 3 ±0,15 4 ±0.2 5 ±0.25 6 ±0,3 8 ±0.4 9 ±0.45 12 ±0.6 j 15 ±0.6 5 6 8 9 12 15 18 24 27 Пакс гг нлр А 0,04 0.! 0,. I Рассеи- ваем а я P^v Вт 0.25 0.5 0,5 lloipcujui- СМЫИ 1ЛК мА 2 1 5 Кил на KOpilJCC, (М|пбсжпын | аналог) (LM2931Z05) (LM2931Z09) (LM293IZI2) (7HL05) (78LO6) (78L08) (78L09) (78LI2) (78LI5) (78LI8) (78L24) (78L27)
|КР1157ЕН5А-Б (В-Г1 KPI 157ЕН6А-Б (В-Г| KPH57FH9A Ь (В-Г КРН57ЕН12А-Б (В-Г) К1,1157Е1П5А-Б (В Г) 1 КРН57ЕНИА-Б(В-П КРП57ЕН24А-Ь (В-Г) КГ1157ЕН27А-1» (В-Г) K.PI168EH5 KPII68EH6 KPD6REH8 KPII6RCH9 КР1|6МЕШ2 KPI16ЯЕН15 КН 16ЯГН18 КРНЖН-4 5 6 1 ’ '2 15 18 24 27 -6 -в -9 12 15 -24 0,1 (0.25) 0,1 0.5 0.5 (LM78LO5AC ) <L\mL06AC) (LM7hL09AC) (LMMLI2AC) (LM78L15AC) 4LM78LI8AC) (LM78L24AC) (LM78L27AC) (I.M79L0S) (LM79M16) fl.M7<)LO8) (1 М791П9) (LM79LI2) 11 M-9LI5I <LM79LI8) (LM7VL24)
Вил
Kuptnca
па рис. 2
390
Справочная информация
Регулируемые стабилизаторы
Наименование микросхемы Напряжение стабилизации, в Макс 1 кт цагр.> 1 Код на 'Рассеиваемая'Потребляемый i корпусе, Вид корпус Рмал. Вт ток, мА I{зарубежный на рис. 2 аналог) '
I42EH1A 142СН1Б 3. .12 ±0,3 3. 12 ±0.1 0,15 0,8 4 06 07 <Р
КI42EH1A 3.. 12 ±0,3 (К)06
КI42EHIБ KI42EHIВ 3 ..12 ±0.1 3. 12 ±0.5 0.15 0,8 * (К)07 К 27 • 4>
KI42EHIГ 3 .12 ±0,5 К28
KI42EH2A К142ЕН2Б 3...I2 ±0,3 3. 12 ±0,1 0.15 0.8 4 К08 К 09 <4>
(Ю142ЕН10 3 .30 1.0 2 7 (К)24 <3:
(Ю142ЕНП 1,2.. 37 1,5 4 1 L- (К)25 <2> -1 - —
— (К) I42EHI2 1.2...37 1,5 1 5 (К)47 <2>
KPI42EH12A КГ142ЕН12Б I.2.. 37 I.2.. 37 1.5 1.0 1 5 | KJEHCA ILM3I7D KKHI8I 1 <7> .
142ЕНЗА 142ЕНЗБ 3. 30 1.0 0.7 4 5 кю КЗ, <3> I
KPI42EH3A КР142ЕНЗБ 3.30 1,0 0.7 2 5 • <8>
142ЕН4А 142ЕЦ4Б 3 30 1.0 0.7 4 5 ки К32 <3>
КН2ЕН4А К142ЕЦ4Б 3...30 1.0 0.7 т 5 <3"»
KPIIS7EHI 1,2. 37 0.1 0.6 5 (LM317S <5>
— КРН68ЕН1 -1,3 37 0.1 0.5 5 (LM3371
— КР141ЕН11Л — -1,3.26.5 -1.3 26,5 1.0 1.5 1 5 КРЕН ISA (LM337) <7>
39?
"Справочная информация
Многоканальные стабилизаторы
г. Напряжение Рассей- „ _ ,|а < {Наименование Макс ваемая р . Потреоляемыи i корпусе, микросхемы lvT 11ЖГр, A ток, мА । (заруоежвыи 1 диалог) I -Я КГ142ЕН6 1 ±15 ±0,3 0,2 5 7,5 Вид корпуса на рис. 2 <8>
KI42EH6A ±15 ±0,3 1 ' ’ KI6 К142ЕН6Б ±15 ±0,3 0,2 5 1 7.5 К17 KU2EH6B ±15 ±0,5 1 1 КЗЗ <3>
КЫ2ЕН6Г I ±15+0,5 | К34 1К142ЕН61 ±15 +1.0 0,15 ' 5 7.5 К48 |К142ЕН6Е ±15 ±1.0 1 ( К49
j I42EH6A * ±15 ±0,015 142ЕН6Б ' ±15 +0.05 0.2 5 I42CH6B , ±15 ±0,025 — 142ЕН6Г 1I.UOO75 | 0,15 5 — КР142ЕН15А | ±15 ±0.5 0,1 0,8 КР142ЕН15Б ±15 +0,5 0.2 0.8 — 7,5 17 42 7.5 ! 43 <3>
6 (SGJ50IAN) <4>
Расположение выводов у распространенных транзисторов
Полевые транзисторы
КГИСй
(р-канал)
КПЗОЗ, КП307
(л-канал)
КП922А1, КП510. КП520
IRF540, BU211
392
Справочная информация
Биполярные транзисторы
КТ315 (п-р-п)
(буква группы сбоку)
КТ361 (р-п-р)
(буква группы по центру)
КТ3117, КТ503 (п-р-п)
КТ368(АМ, БМ) (п-р-п)
КТ3102(АМ-ЕМ) (п-р-п)
КТ3107, КТ502 (р-п-р)
КТ3102(А-Е) (п-р-п)
КТ3108 (р-п-р)
КТ368(А. Б) (п-р-п)
КТ316(А-Д) (п-р-п)
КТ972, КТ940 (п-р-п)
КТ815. КТ817 (п-р-п)
КТ814, КТ816 (р-п-р)
KT92Q, 2Т92О (п-р-п)
КТ922, 2Т922 (п-р-п)
КТ825(А2-82) (р-п-р)
KTS29, КТ850 (п-р-п)
КТ904 (п-р-п)
2Т904 (п-р-п)
КТ907 (п-р-п)
КТ805, КТ819(А-Г) (п-р-п)
КТ835, КТ837 (р-п-р)
КТ818(А-Г) (р-п-р)
«
КТ819(АМ-ГМ) (п-р-п)
КТВ18(АМ-ГМ) (р-п-р)
КТ825(А-Г) (р-п-р)
КТ827(А-8), КТ828(А-В) (п-р-п)
Ж
Оглавление книги 1
Зачем нужна эта книга 3
Глава 1. Электричество в мире вокруг нас
Электрическая энергия в природе 5
Электростатика — наш друг или враг9 [О
Нет жизни без электричества 13
Получаем постоянный электрическим ток 16
Выполняемая электричеством работа. 22
Связь электричества и магнетизма 25
Законы для постоянного тока 27
Интересные страницы истории 31
Первые практические конструкции 34
Светодиодный фонарик . 35
Индикатор биоэнергии человека . 37
Глава 2. Секреты взаимного превращения энергий
Как получить переменный ток. . . . . 40
Трансформатор и его изобретатели. 44
Характеристики переменного тока 46
Переменный гок превращаем в постоянный 50
Электроэнергия от Солнца и других источников 53
Немного истории . 57
Практические конструкции 59
Индикаторы сетевого напряжения. 60
Получение *живой» и ♦мертвоТЬ воды. 64
Глава 3. Знакомство с радиоэлементами
Проводники, полупроводники и диэлектрики 67
Кто такие проводники 68
Что необходимо знать о диэлектриках . 75
Полупроводники — особый класс веществ 77
Пассивные и активные компоненты 81
Резисторы Х2
Конденсаторы
Трансформаторы 92
Катушки индуктивности 95
Диоды, стабилитроны, варикапы, светодиоды, фотодиоды и экзотика 99
Коммутационные эле мен гы и предохранители 105
Системы маркировки или Как понять назначение элемента 108
Маркировка резисторов 109
Маркировка конденсаторов 111
394
Оглавление книги I
Маркировка индуктивностей 114
Маркировка полупроводников . 115
Язык для электрических схем. Н7
Практический опыт . 124
Как правильно выбрать провода для силовых цепей 124
Допустимый ток для монтажных проводов . 126
Изготовление плавкого предохранителя 127
Глава 4. Чем бы все это измерить
Простейшие измерительные приборы и их принцип работы . 129
Что необходимо приобрести в первую очередь . 135
Осциллограф— «электронный глаз* радиолюбителя 138
Основные меры предосторожности, или О том. чего нельзя делать 141
Простые вспомогательные приставки 142
Для контроля энергоемкости элементов питания 142
Для быстрого измерения температуры 147
Глава 5. Питание на любой вкус
Какие бывают источники и чем отличаются. .
Выпрямители и фильтры.
Линейные параметрические стабилизаторы.
Линейные компенсационные стабилизаторы
Стабилизированные источники на основе микросхем
Популярные интегральные стабилизаторы
Стабилизаторы с уменьшенными потерями.
Особенности маломощных стабилизаторов .
Специализированные стабилизаторы .
Стабилизаторы тока
Универсальные источники питания .
С переключаемым выходным напряжением.
С плавной регулировкой напряжения
Когда-нибудь, ла пригодится.
Двухполярный источник — из однополярных
Двухполяриый источник от одной обмотки.
Друг за дружкой .
Повышаем напряжение стабилизации
Управляемый стабилитрон
Глава 6. История технических изобретений
Этапы большого пути.
Первой была радиолампа
Как изобрели биполярные транзисторы .
Вилы полевых транзисторов и их отличия
Чго еще придумали для усиления сигналов
150
153
156
159
163
163
166
168
168
170
171
171
173
176
176
177
177
178
179
181
190
197
212
218
Оглавление книги 1__________________________________________________
Виды электронных усилителен 221
Интересные страницы истории 225
Кхпейдоскоп схем на одном транзисторе 231
Электронные ключи 231
Датчик разрыва цепи 232
Реле времени 232
Сенсорные включатели 233
Индикатор электромагнитного поля 235
Датчик постоянного тока в цепи . 235
Звуковой сигнализатор на пьезой пум ателе .236
Электромагнитный звуковой сигнализатор . 237
Усилитель постоянного тока 238
Простейший звуковой усилитель 239
Активный внешний микрофон 239
Эмнтгерный повторитель
с повышенным входным сопротивлением 240
Вариант нстокового повторителя 241
Усилитель для антенны 241
Глава 7. Телефонные штучки
История появления телефона . 243
Современные линии и телефонные аппараты 251
Практические конструкции для дома 255
Индикатор занятой линии 255
Блокиратор для зашиты от «пиратов* 258
Получение режима HOLD 261
Адаптер для записи разговора 262
Простое переговорное устройство 265
От прошлого к настоящему. 267
Глава 8. У силиваем сигналы
Логарифмический масштаб 272
Логарифмическая шкала 276
Спектр электрических сигналов. 277
Наше восприятие звука. 280
О простейших усилителях 286
Прохождение сигналов через RC-цепи 287
Особенности работы транзисторных схем 291
Подробно о повтори гелях 292
Термостабилизация простейших каскадов 293
Токовое зеркало 295
Дифференциальная схема 296
Каскодная схема 298
Комплиментарные схемы 299
396
Оглавление книги 1
Предварительные усилители 301
Простой усилитель на транзисторах. . 303
Звуковые усилители на микросхемах 305
Немного о типовых узлах радиоаппаратуры 322
Ламповый ренессанс? 326
Секреты высокого качества звука . 327
Глава 9. О радиолюбительских технологиях
Виды существующих соединении элементов 334
Секреты пайки или о том, Как этому быстро научиться 337
Виды монтажных плат и их особенности . 341
Макетная плата для соединения элементов без панки 345
Изготовление печатной платы в домашних условиях 347
Разводка топологии . . 348
Сверление отверстий. . 350
Защитное покрытие токоведуших дорожек 352
Удаление лишней меди 354
Подготовка платы к монтажу 357
Безопасность при обращении с химикатами 357
Как сделать печатную плазу без химии 358
Основные приемы монтажа радиодеталей 359
Изготовление корпусов для своих конструкций . 367
Электробезопасность при выполнении работ 370
Справочная информация
Единицы измерения электрических параметров в системе СИ 374
Множители и приставки для образования
производных единиц измерения 374
Стандартные ряды номиналов эле\<ентов 375
Параллельное включение резисторов
и последовательное конденсаторов 377
Параметры отечественных и импортных диодов 380
Параметры распространенных светодиодов 384
Основные параметры стабилитронов и стабисторов 386
Интегральные аналоговые стабилизаторы 388
Стабилизаторы средней
мощности на фиксированное напряжение 388
Маломощные стабилизаторы. 390
Регулируемые стабилизаторы. 391
Многоканальные стабилизаторы
Расположение выводов у распространенных зранзисторов . >92
Полевые транзисторы
Биполярные транзисторы
Оглавление книги 2
Предисловие к книге 2
Глава 10. Радиотехника и мир
радиоволн
Как был сделан первый
радиопередатчик и радиоприемник
Особенности распространения
радиоволн
Виды антенн и что из них можно
использовать дома
Немного об истории телевидения
Простая телевизионная антенна для
дачи
Интересные факты и цифры
Основы современного радиоприема
Глава 11, Какие бывапт
радиоприемники
Детекторный приемник
Приемник прямого усиления
Рефлексный приемник
Регенеративный приемник
С верхре генератор
Приемник прямого преобразования
Супергетеродинный приемник
Асинхронно-гетеродинный приемник
Приемник с двойным преобразованием
и другие
Обзор современных способов
голученця информации
Глава 12. Радиопередатчики для дома
Об устройстве передатчиков и их
основных узлах
Высокочастотные LC-гснераторы
Генераторы с кварцевой
стабилизацией частоты
Режимы работы ВЧ усилителей
Особен мости настройки передатчиков
Микромощные радиопередатчики
Ретрансляция звука телевизора или
магнитофона
П рося у ш ива н не тел сфо« того
разговора
Радиомикрофон и а одном
транзисторе
Радиомикрофоны повышенной
чувствительности
Бесконтактный ключ
Радиопередатчики повышенной
мощности
Для дистанционного управления
Передатчик для радиосторожа
Глава 13, Основы схемотехники,
или Как придумать схему
Зачем нужны тиристоры и симисторы
Однопереходные транзисторы
Знакомство с аналоговыми
микросхемами
Операционные усилители
Компараторы
Аналоговые таймеры
Другие аналоговые микросхемы
Микросхемы в практических
конструкциях
Усилители на ОУ
Разные фильтры на ОУ
Глава 14. Логика для цифрового мира
Немного об истории возникновения
цифровой техники
Логические уровни, или Как можно
передать информацию
Обозначения и маркировка цифровых
микросхем
Распространенные серии
Первые цифровые микросхемы
Микросхемы с пониженным
потреблением
Как все это работает?
Простейшие логические элементы
Триггер — ячейка памяти
Цифровые счетчики
398
OtJi,innoHnf' mhv и 2
IXiiiii.ic pei lie i pi«i
[ IpcoOp'UoiMreJiii кодов cni палов
Комму мгоры Ш|фрОВЫ\ II
антыоговых сигналов
Аиалою-цифровыс и цифроаналоговые
преобразователи
Современные микроконтроллеры и их
мссго в рэдиоалнарптуре
Интересные факты и цифры
Глава 15. Устройства, полезные в быту
Простейшие зарядные устройства
Малогабаритные
бестрансформаториые
С трансформаторным питанием от
сети
Со стабилизаторам тока на
транзисторе
Со стабилизатором тока на
микросхеме
Перезарядка гальванических элементов
«•Таблетки- из серии СЦ
Элементы типоразмера АД и АДА
Врем я задающие управляющие автоматы
Таймер для зарядных устройств
Цифровой циклический таи мер
Таймер для забывчивых
Микрофон для компьютера
Ретранслятор команд на ИК-лучах
Как сделать *Люс(ру Чижевского»
Цветная музыка
Глава 16. Компьютер в лаборатории
радиолюбителя
Чему может научить компьютер
Вецпмогл1сльпыс программы
Справочные программы
Маркировка компонентов
Технические характеристики
Компьютер превращается
Ан.иихиоры сигналов
Анализатор логических сигналов
Разводка печатных плат и графические
работы
Программы для расчетов нелеп и узлов
RLC-HCHH и здеменш
Н>СЧС1 трансформаторов п
дросселей
Программы для аналоговых
таймеров
Обзор обучающих программ
Программы для моделирования схем
Что есть полезного и Интернете
Информационные поисковые
системы
Справочная информация по
радиодеталям
Сайты для радиолюбителей
Бесплатные программы в
Интернете
Рекомендуемая литература
Справочная информация
Параметры и маркировка варикапов
Малогабаритные стандартные сетевые
трансформаторы
Трансформаторы TI1-4
Трансформаторы Г П-5
Трансформаторы 7 П 112,111-114.
ТП-115. ТП-121, ТЛ-321,
ТПК-2
Миниатюрные электромагнитные
реле
Основные коммутационные
параметры
Технические параметры
электромеханических реле
Технические параметры
герконовых ре те
Расположение выводов у но квы х
ipaiBiicrupoD
Расположение выполов у €<иоотяриых
трлн JIICIOpOB
Особенности кодовом маркировки
транзисторов
Расположение выводов и основные
параметры симнсторов и
тиристоров
Оглавление книги I
Содержание компакт-диска
599
Игорь Петрович Шелестов
Борис Юрьевич Семенов
Путеводитель в мир электроники
Книга 1
Ответственный за выпуск
В. Митин
Макет и верстка
Н. Бармина
Обложка
Е. Жбанов
ООО «СОЛОН-Пресс»
123242, Москва, а/я 20
Телефоны:
(095) 254-44-10, 252-36-96, 252-25-21
E-mail: Solon-Avtor@coba.ru
Распростра ненке
ООО «Альянс-книга»
(095) 258-91-94
ООО «СОЛ ОН -Пресс*
Р7О51 г. Москва, М Сухаревская пл., д. 6. стр. 1 (пом. ТАРП ЦАО)
Формат 70x100/16. Объем 22 п. л. Тираж 2000
Отпечатано в ООО "Джеймсер"