Обложка 1
Титульный
Аннотация
От издателя
Здравствуй, юный друг
Беседа первая. Истоки радиоэлектроники
Из глубины веков
Заглянем в микромир
О проводниках, непроводниках и полупроводниках
Электрический ток
Электричество и магнетизм: какая между ними связь
Переменный ток рождает электромагнитные волны
Зарождение радиотехники
Первые успехи радиодела в России
Беседа вторая. О колебаниях и волнах
Технике радиопередачи и радиоприема
Колебания и волны
Период и частота колебаний
О микрофоне и радиоволнах
Радиовещательные диапазоны волн
Радиопередача
Распространение радиоволн
Беседа третья. Твой первый радиоприемник
Антенна и заземление
Первый радиоприемник
Принципиальная электрическая схема твоего приемника
Конструкция приемника
Как приемник работает
Возможные неисправности
Беседа четвертая. Экскурсия в электротехнику
Электрический ток и его оценка
Электрическое сопротивление
Электрическое напряжение
Закон Ома
Индуктивное сопротивление
Мощность и работа тока
Трансформация переменного тока
Резисторы
Конденсаторы
Маркировка малогабаритных резисторов и конденсаторов
Коротко о плавком предохранителе
Осторожно - высокое напряжение
Беседа пятая. Полупроводниковые приборы широкого применения
Полупроводники и их свойства
Электропроводность полупроводника
Диоды
Светоизлучающий диод
Стабилитрон и его применение
Биполярные транзисторы
Транзистор - усилитель
Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов
Коротко о полевом транзисторе
О мерах предосторожности при монтаже транзисторов
Беседа шестая. Первый транзисторный приемник
От детекторного - к однотранзисторному
Варианты однотранзисторного приемника
Громкий радиоприем
Беседа седьмая. Измерительная техника первой необходимости
Измерительные пробники
Измерительный прибор магнитоэлектрической системы
Миллиамперметр
Вольтметр
Омметр
Милли-ампервольтомметр
Измерение основных параметров транзисторов
Беседа восьмая. Радиолюбительская мастерская
Рабочий стол
Искусство пайки
О некоторых материалах и приемах монтажа
О гнездах, зажимах и коммутационных устройствах
Катушки индуктивности
Магнитная антенна
Макетная панель
Печатный монтаж
Верстачная доска
Беседа девятая. Знакомство с микросхемами
Что такое микросхема
На аналоговой микросхеме
Цифровая микросхема
На одной цифровой микросхеме
Цифровые микросхемы КМОП
Коротко о монтаже микросхем и мерах предосторожности
Беседа десятая. Источники питания радиоаппаратуры
Гальванические элементы и батареи
Рынок электрохимических источников тока
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи
Выпрямитель
Сетевой трансформатор
Сетевой блок питания
Модернизация блока питания
Беседа одиннадцатая. Усилители. Колебаний звуковой частоты
Структурная схема и основные параметры усилителя
Электретный микрофон и звукосниматели
Головки динамические прямого излучения и громкоговорители
Каскады усилителя
Простые двухкаскадные
Двусторонний телефон
Стабилизация режима работы транзистора
Двухтактный усилитель мощности
Двухкаскадный с повышенной выходной мощностью
Усилитель с оу в первом каскаде
Трехкаскадный с улучшенными характеристиками
На микросхеме К174УН7
На полевом транзисторе и микросхеме
Электрофон
УЗЧ мощностью 20 ВТ
Беседа двенадцатая. Приемники прямого усиления
От усилителя - к приемнику прямого усиления
Усилитель радиочастоты и магнитная антенна
Портативный приемник
Радиочастотный блок радиолы
Приемник «Мальчиш»
На микросхемах серии К118
Миниатюрный на цифровой микросхеме
Беседа тринадцатая. Супергетеродин
Принцип работы супергетеродина
Преобразователь частоты
Радиочастотный тракт супергетеродина
Трехдиапазонный с отдельным гетеродином
Супергетеродин «Кварц РП-209
Беседа четырнадцатая. О мультивибраторах и его «профессиях»
Транзисторный мультивибратор и его работа
Генераторы и переключатели
Мультивибратор в радиотехнических игрушках и аттракционах
Электронный «Соловей»
Одновибратор
Беседа пятнадцатая. Электроизмерительная лаборатория
Мостовой измеритель
Транзисторный вольтметр постоянного тока
Измерительные генераторы сигналов звуковой частоты
Простой низкочастотный частотомер
Беседа шестнадцатая. Стереофония
Стереоэффект. Что это такое
Стереофонический звукосниматель
Стереофония на головные телефоны
Стереофонический комплекс
Беседа семнадцатая. От логических элементов - к цифровому частотомеру и электронным часам
Индикатор уровней напряжения
Генератор испытательных импульсов
Триггеры
Счетчики импульсов и делители частоты
Блок цифровой индикации
Цифровой частотомер
Электронные часы с будильником
Беседа восемнадцатая. Автоматика
Фотоэлементы
Электромагнитные реле
Электронное реле
Фотореле
Автомат включения уличного освещения
Реле выдержки времени
Акустическое реле
Термостабилизатор
Электронный сторож
Кодовые замки
Автоматы световых эффектов
Игровые автоматы
Беседа девятнадцатая. Телеуправление моделями
Модель идет на свет
Дешифратор
Модель, управляемая звуком
Аппаратура радиоуправления моделями
Передатчик с кварцевой стабилизацией несущей частоты
Беседа двадцатая. Знакомство с электро- и цветомузыкой
О некоторых свойствах музыкального звука
Терменвокс
Электронный рояль
Электрогитара
О цветомузыке
Цветомузыкальная приставка
Светодинамическая установка
Электромузыкальный автомат на микросхеме УМС
Беседа двадцать первая. Приглашение в радиоспорт
Что такое «Лиса»
Радиокомпас
Приемник «Лисолова»
На соревнованиях
Радиоспортсмены-коротковолновики
Приемник коротковолновика-наблюдателя
Беседа двадцать вторая. Си-Би — диапазон гражданской связи
Простейшая Си-Би радиостанция
Современные Си-Би станции
Первые шаги в эфире
Какая нужна антенна
Заключение
Приложения
1. Международная система единиц
2. Условные буквенно-цифровые обозначения на электрических схемах
3. Номиналы конденсаторов и резисторов широкого применения
4. Цветовая маркировка постоянных резисторов
5. Гальванические элементы и батареи
6. Малогабаритные аккумуляторные батареи
7. Полупроводниковые диоды
8. Светоизлучающие диоды
9. Стабилитроны малой мощности
10. Биполярные транзисторы малой мощности
11. Полевые транзисторы
12. Трансформаторы типа ТВК
13. Головки динамические прямого излучения
14. Малогабаритные реле постоянного тока
15. Возможные замены элементов
16. Микросхемы для усилителей ЗЧ
Содержание
Выходные данные
Обложка 2
Текст
                    Издание  девятое,  переработанное
и  дополненное
 В.Г.  Борисов


В. Г. Борисов ЭНЦИКЛОПЕДИЯ юного РАДИОЛ ЮБИТЕЛЯ- КОНСТРУКТОРА Издание девятое, переработанное и дополненное СОЛОН-Р Москва 2001
В. Г. Борисов ЭНЦИКЛОПЕДИЯ юного РАДИОЛЮБИТЕЛЯ- КОНСТРУКТОРА Издание девятое, переработанное и дополненное В форме популярных бесед книга знакомит юного читателя с историей раз¬ вития радио, современной радиотехникой и электроникой. Книга содержит большое количество описаний различных по сложности любительских радио¬ вещательных приемников и автоматически действующих электронных уст¬ ройств и дает советы по изготовлению и умелому использованию радиотехни¬ ки в быту. Ответственный за выпуск Редактор Верстка Художник С. Иванов А. Гриф Н. Бармина Б. Каплуненко ISBN 5-93455-100-0 © СОЛОН-Р, 2001 © Борисов В. Г.
3 ОТ ИЗДАТЕЛЯ Эта книга — образец долголетия! Таких единицы среди популярных радиотехнических изданий. Ее страницы читали и перечитывали с ка¬ рандашом и с паяльником в руках твой дед, отец и старшие братья. Без преувеличения можно сказать, что для многих поколений она была на¬ стольным практическим путеводителем по миру радио, помощником и советчиком в выборе будущей профессии. Несмотря на то, что в твоих руках уже девятое издание, книга не устарела. Она о вечном и мудром в радиотехнике и электронике. Автор лишь на основе появившихся в по¬ следнее время новых — транзисторов и микросхем показал возможнос¬ ти современной радиоэлектроники, заменив для этого некоторые уста¬ ревшие любительские конструкции. Он наглядно демонстрирует юному радиолюбителю-конструктору, что мир микроэлектроники, в котором читатель делает первые шаги, непрерывно в движении. Эта книга уникальна и потому, что она создана не только талантли¬ вым популяризатором радиотехники, но и умным педагогом, который в свои беседы вложил многолетний опыт работы с молодежью. Отсюда из¬ вестные из школьной программы законы физики, электротехники, акус¬ тики, химии и, конечно, радио раскрываются на множестве заниматель¬ ных опытов и оживают в работающих "схемах" приемной, измеритель¬ ной, усилительной техники, в автоматических и телеуправляемых уст¬ ройствах, в первой простейшей СИ-БИ радиостанции. Готовя издание 2001-го года, автор, несмотря на свой огромный авто¬ ритет, не пренебрег советами учеников и коллег. Он внес ряд важных до¬ полнений, а также с благодарностью использовал предоставленный ему Ю. А. Виноградовым материал для беседы о СИ-БИ связи, схему стерео¬ фонического усилителя, разработанную В. А. Васильевым и схемы УНЧ, предложенные А. В. Родиным в приложении 16.
4 ЗДРАВСТВУЙ, ЮНЫЙ ДРУГ! От всей души приветствую твое желание включиться в ряды много¬ численной армии радиолюбителей. Как и твоим сверстникам, интере¬ сующимся радиотехникой, электроникой, радиотехническим конструи¬ рованием, сидящим сейчас за классной партой, радиолюбительство по¬ может закрепить на практике знания основ наук, получаемые в школе, приобщит к интереснейшему творческому труду, расширит общетех¬ нический кругозор. Но, юный друг, эта книга — всего лишь Букварь, который поможет сделать только первые практические шаги к познанию Большой радио¬ техники и ее непременной спутницы — электроники. Однако и на этом коротком участке пути к заветной цели тебя ожидают и трудности, которые придется преодолевать, и, конечно же, радости успехов и одо¬ брение близких и друзей. Сначала я познакомлю тебя с некоторыми событиями и явлениями, имеющими прямое отношение к истории и технике радио, научу стро¬ ить и налаживать простенькие радиоприемники, звукоусилители, изме¬ рительные приборы, на примере которых будешь познаващь азбучные истины основ электро- и радиотехники, накапливать опыт радиотех¬ нического конструирования. Не теряйся, если на этом этапе ты почув¬ ствуешь себя первоклассником, как это было несколько лет назад, когда впервые перешагнул порог школы. Это будут твои первые шаги к радио¬ электронике. Потом... Впрочем, не будем забегать вперед. Всему свое время. Сейчас же про¬ шу твердо запомнить главное: если хочешь стать радиолюбителем не на словах, а на деле, накапливай необходимые знания, опыт, вырабаты¬ вай в себе упорство и настойчивость в достижении цели. Не пасуй перед трудностями. Тогда на твоем пути к познанию чудесницы-радиотехни- ки будет открыта широкая дорога, придет уверенность в своих силах, а она непременно станет приносить радости творчества. Желаю тебе на этом этапе пути больших успехов! В. Борисов
БЕСЕДА ПЕРВАЯ ИСТОКИ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Зарождению радио мы обязаны выдающемуся русскому ученому-физику Александру Сте¬ пановичу Попову. Созданное им более 100 лет назад беспроводное средство связи было логическим продолжением и развитием учения об электричестве, история которого ухо¬ дит в глубину веков. Но в этой первой беседе я не собираюсь посвящать тебя во все открытия, исследования и во все этапы практического использования магнитных и электрических явлений приро¬ ды, лежащих в основе радиотехники. Это было бы слишком длинно и, может быть, даже скучно сейчас для тебя. Я расскажу лишь о самом главном, на мой взгляд, из этой исто¬ рии — о наиболее важных явлениях природы, без знания которых ты не сможешь оценить и толком осмыслить работу даже самого простого радиотехнического устройства. ИЗ ГЛУБИНЫ ВЕКОВ Открытие электрических явлений легенда приписывает мудрейшему из мыслителей Древней Греции Фалесу, жившему более двух тысячелетий назад. ...Еще в те времена в окрестностях древнегреческого города Магнезии лю¬ ди находили на берегу моря камешки, притягивавшие легкие железные пред¬ меты. По имени этого города их называ¬ ли «магнитами» (вот откуда пришло к нам слово «магнит»). Фалес же обратил внимание и на не менее таинственные камешки, к тому же красивые и легкие. Эти привлекательные дары моря не притягивали, как магниты, железные
6 Беседа первая предметы, но обладали не менее любо¬ пытным свойством: если их натирали шерстяной тряпочкой, то к ним прили¬ пали пушинки, легкие кусочки сухого дерева, травы. Такие камешки, выбра¬ сываемые приливами и волнами мо¬ рей, мы сейчас называем янтарем. Древние же греки янтарь называли электроном. Отсюда и образовалось впоследствии слово «электричество». Это интересное явление природы, называемое электризацией тел трени¬ ем, ты можешь наблюдать, не отправ¬ ляясь к морю на поиски кусочков ока¬ меневшей смолы ископаемых расте¬ ний — янтаря. Натри пластмассовую расческу шерстяной тряпочкой и под¬ неси ее к мелким кусочкам тонкой бу¬ маги (рис. 1, а): они мгновенно прилип¬ нут к наэлектризованной расческе, а через некоторое время опадут на стол. Поднеси наэлектризованную расческу к волосам. Волосы тоже притянутся к расческе, что иногда может сопровож¬ даться даже появлением искр — сверх¬ миниатюрных молний. Проведи еще один опыт. На два спичечных коробка положи насухо протертое стекло, а под него — те же кусочки тонкой бумаги. Сложи шер¬ стяную тряпочку тампоном и натирай им стекло сверху (рис. 1, б). Ты уви¬ дишь, как запрыгают, запляшут под стеклом кусочки бумаги! Хотя и выгля¬ дит это как фокус, ничего загадочного здесь нет; натертые шерстяной тряпоч¬ кой расческа или стекло приобретают электрический заряд, благодаря кото¬ рому они, подобно магниту, притягива¬ ют легкие кусочки бумаги. Но ни древние греки, ни другие мыслители и философы на протяже¬ нии многих столетий не могли объяс¬ нить это свойство янтаря и стекла. В XVII в. немецкому ученому Отто Гери¬ ке удалось создать электрическую ма¬ шину, извлекавшую из натираемого шара, отлитого из серы, значительные искры, уколы которых могли быть да¬ же болезненными. Однако разгадка тайн «электрической жидкости», как в то время называли это электрическое явление, не была тогда найдена. Рис. 1. Наэлектризованная расческа притяги¬ вает пушинки, волоски, кусочки бумаги (а); под электризующимся стеклом кусочки бума¬ ги «танцуют» (б) Рис. 2. Лейденская банк^—конденсатор В середине XVII в. в Голландии, в Лейденском университете, ученые на¬ шли способ накопления электрических зарядов. Таким накопителем электриче¬ ства была «лейденская банка» (по назва¬ нию университета) — стеклянный со¬ суд, стенки которого снаружи и изнутри оклеены свинцовой фольгой (рис. 2).
Беседа первая 7 Лейденская банка, подключенная об¬ кладками к электрической машине, мог¬ ла накапливать и долго сохранять значи¬ тельное количество электричества. Если ее обкладки соединяли отрезком тол¬ стой проволоки, то в месте замыкания проскакивала сильная искра и накоп¬ ленный электрический заряд мгновенно исчезал. Если же обкладки заряженного прибора соединяли тонкой проволокой, она быстро нагревалась, вспыхивала и плавилась, т.е. перегорала, как мы часто говорим сейчас. Вывод мог быть один: по проволоке течет электрический ток, источником которого является электри¬ чески заряженная лейденская банка. Сейчас подобные приборы мы на¬ зываем электрическими конденсатора¬ ми (слово «конденсатор» означает «сгуститель»), а их не соединяющиеся между собой полоски фольги — об¬ кладками конденсаторов. Более совершенный, а главное, почти непрерывный источник электри¬ ческого тока изобрел в конце XVII в. итальянский физик Александр Вольта. Между небольшими дисками из меди и цинка он помещал суконку, смоченную раствором кислоты (рис. 3). Рис. 3. Элемент Вольта Пока прокладка влажная, между дисками и раствором происходит хи¬ мическая реакция, создающая в про¬ воднике, соединяющем диски, слабый электрический ток. Соединяя пары дисков в батарею, можно было полуг чать уже значительный электрический ток. Такие батареи называли «вольто¬ выми столбами». Они-то и положили начало электротехнике. Подобный источник тока мы назы¬ ваем гальваническим элементом — по имени Луиджи Гальвани, открывшего явление электрического тока, а соеди¬ ненные параллельно или последова¬ тельно элементы — батареями гальва¬ нических элементов. Практика показала, что существу¬ ют два вида электричества. Один из них, соответствующий электрическо¬ му заряду медной пластины, стали ус¬ ловно считать положительным, а вто¬ рой, соответствующий заряду цинко¬ вой пластины, — отрицательным. В со¬ ответствии с этим первую пластину — полюс источника тока — стали назы¬ вать положительным и обозначать зна¬ ком « + », а второй полюс — отрица¬ тельным и обозначать знаком « —». Условно стали также считать, что ток течет от положительного к отрицатель¬ ному полюсу элемента или батареи. Здесь я вынужден забежать немно¬ го вперед, чтобы ответить на вопрос, который, вероятно, у тебя уже возник: что такое электрический ток? ЗАГЛЯНЕМ В МИКРОМИР Электрический ток — это упорядо¬ ченное движение электрических заря¬ дов. Чтобы разобраться в этом явлении природы, нам придется мысленно про¬ никнуть в микромир вещества. Веществом, или материей, называ¬ ют все то, из чего состоят все сущест¬ вующие в природе предметы, тела: твердые, жидкие, газообразные. Все они образуются из атомов. Атомы чрезвычайно малы. Единица длины миллиметр совершенно непригодна для их измерения, так как она слиш¬ ком велика. Не годится для таких из¬ мерений ни тысячная доля миллимет¬ ра — микрон, ни миллимикрон, кото¬ рый в тысячу раз меньше микрона. Подходит только десятая доля милли¬ микрона — наномикрон. Диаметр ато¬ мов различных веществ составляет от 0,1 до 0,4 нм (Ю”10 м = 0,1 нм). Други¬ ми словами, на участке длиной 1 см могут свободно разместиться от 25 до 100 млн. атомов.
8 Беседа первая Рис. 4. Схематическое устройство атома водорода (а), атомов гелия (б) и кислорода (в). Орбиты эле¬ ктронов изображены в одной плоскости Некогда предполагали, что атом — мельчайшая неделимая частица веще¬ ства. Слово «атом» и означает «недели¬ мый». Но впоследствии ученые узнали, что и атом состоит из более мелких ча¬ стиц. В центре атома любого вещества находится ядро, размеры которого примерно в 100 тыс. раз меньше разме¬ ров самого атома. А потом оказалось, что и ядро состоит из еще более мелких частиц, которые были названы прото¬ нами и нейтронами. В настоящее время ученые успешно разрушают, или, как говорят, расщепляют ядра атомов и по¬ лучают огромную скрытую в них энер¬ гию — атомную. На атомных электро¬ станциях эта энергия превращается в энергию электрического тока. Атомная энергия приводит в движение морские корабли, например ледоколы, подвод¬ ные лодки. Атом можно представить как мир микроскопических частиц, вращаю¬ щихся вокруг своей оси и одна вокруг другой. А в центре этого микромира на¬ ходится плотное, массивное ядро, во¬ круг которого обращаются во много раз еще более мелкие, чем ядро, части¬ цы — электроны. Электроны образуют оболочку атома. Каковы размеры электронов? Чрез¬ вычайно малы. Если булавочную голо¬ вку мысленно увеличить до размера нашей планеты Земли, то при этом каждый атом металла, из которого сде¬ лана булавка, увеличился бы до разме¬ ра шара диаметром 1 м. И вот в центре такого фантастически увеличенного атома мы увидели бы его ядро — шарик размером в типографскую точку, во¬ круг которого вращались бы еле замет¬ ные пылинки — электроны. Если ты захочешь узнать размеры электрона, раздели число 3 на единицу с 12 нулями. Получишь примерный ди¬ аметр электрона, выраженный в мил¬ лиметрах. Электроны часто называют «части¬ цами». Однако это не следует понимать в том смысле, что электрон представля¬ ет собой нечто вроде твердого комочка или шарика. По современным пред¬ ставлениям электроны можно уподо¬ бить облачкам, окружающим атомное ядро и обращающимся вокруг него. Электрон как бы «размазан» по обо¬ лочке атома. Однако для наглядности объяснения физических явлений при¬ роды электроны часто условно, как бы символически, изображают на рисун¬ ках в виде шариков, вращающихся во¬ круг атомного ядра подобно искусст¬ венным спутникам вокруг Земли. Это¬ го будем придерживаться и мы. В атоме каждого химического эле¬ мента число электронов строго опреде¬ ленно, но неодинаково для разных хи¬ мических элементов. Самую простую конструкцию имеет атом газа водоро¬ да — его оболочка содержит всего один
Беседа первая 9 электрон (рис. 4, а). Оболочка атома ге¬ лия (рис. 4, б) (этим газом наполняют трубки для светящихся красным светом вывесок, рекламных надписей) имеет два электрона. Атомы других химичес¬ ких элементов содержат больше элек¬ тронов, причем их электронные обо¬ лочки многослойны. Атом кислорода, например, имеет восемь электронов, расположенных в двух слоях: в пер¬ вом — внутреннем, ближнем к ядру, слое движутся два электрона, а во вто¬ ром — внешнем, шесть (рис 4, в). У каж¬ дого атома железа по 26 электронов, а у каждого атома меди по 29. У атомов же¬ леза и меди электронные оболочки че¬ тырехслойные: в первом слое — два электрона, во втором и третьем по во¬ семь, а все остальные электроны нахо¬ дятся во внешнем, четвертом, слое. Электроны, находящиеся во внеш¬ нем слое оболочки атома, называют ва¬ лентными. Запомни — валентные. Мы не раз будем вспоминать о валентных электронах, особенно когда пойдет раз¬ говор о полупроводниковых приборах. О числе электронов в атомах раз¬ личных веществ ты можешь узнать из таблицы химических элементов, со¬ ставленной великим русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Эта таблица имеется в химическом и физическом кабинетах твоей школы. Пока же запомни — число протонов в ядре атома всегда равно тому числу эле¬ ктронов, которое должно быть в элек¬ тронной оболочке атома данного веще¬ ства. Каждый протон атомного ядра не¬ сет положительный (+) электрический заряд, а каждый электрон атомной обо¬ лочки — отрицательный ( —) электри¬ ческий заряд, равный заряду протона. Нейтроны, входящие в состав атомного ядра, не несут никакого заряда. Ты, конечно, не раз забавлялся под¬ ковообразным магнитом. Ведь только существованием невидимого магнит¬ ного поля, пронизывающего простран¬ ство вокруг его полюсов, можно объяс¬ нить явление притягивания им желез¬ ных предметов. Благодаря этому полю можно, например, заставить гвоздь держаться на столе вертикально, не ка¬ саясь его магнитом. А если попробо¬ вать соединить два магнита одноимен¬ ными полюсами? Они будут отталки¬ ваться! А разноименными? В этом слу¬ чае полюсы магнитов притянутся и прилипнут друг к другу. Подобным об¬ разом ведут себя и электрические за¬ ряды: одноименные заряды отталкива¬ ются, а разноименные притягиваются. Если электроны имеют заряд, про¬ тивоположный по знаку заряду прото¬ нов, значит, между ними в атоме все время действуют электрические силы, удерживающие электроны возле свое¬ го ядра. «А почему электроны не падают на ядро?» — спросишь ты. Потому, что они вращаются вокруг ядра с огромной скоростью. Не падает же на Землю Лу¬ на, хотя Земля и притягивает своего вечного спутника. Поскольку в атоме суммарный от¬ рицательный заряд всех электронов равен суммарному положительному заряду всех протонов, атом внешне не проявляет никаких электрических свойств. Говорят, что такой атом элект¬ рически нейтрален. Валентные электроны, находящие¬ ся на наибольшем удалении от ядра, удерживаются ядром слабее, чем более близкие к нему. При различных воз¬ действиях, например при нагревании, натирании или под влиянием света, ва¬ лентные электроны некоторых ве¬ ществ могут покидать свои атомы и да¬ же пределы тела, в которые они входи¬ ли. Такие электроны, покинувшие свои атомы, называют свободными. А что же происходит с атомом, по¬ терявшим один или несколько электро¬ нов? Его внутреннее электрическое равновесие нарушается. В нем начина¬ ет преобладать положительный заряд ядра, и атом в целом становится поло¬ жительным. Такой атом называют по¬ ложительным ионом. В этом случае он, как и магнит, стремится притянуть к себе оказавшиеся поблизости свобод¬
10 Беседа первая ные электроны или «отобрать» их у со¬ седних атомов, чтобы восполнить поте¬ рю и снова стать электрически нейт¬ ральным. А если в электронной оболоч¬ ке атома появится лишний электрон? Такой атом будет проявлять свойства отрицательного заряда. Это будет уже отрицательный ион. При первой же возможности он вытолкнет лишний электрон, чтобы вновь стать электри¬ чески нейтральным. «Родственные» атомы и атомы раз¬ ных химических элементов, соединя¬ ясь, образуют молекулы. Водород, на¬ пример, обычно состоит из молекул, в каждую из которых входят по два водо¬ родных атома. При этом электронные оболочки обоих атомов сливаются (рис. 5). В такой молекуле оба электро¬ на движутся вокруг двух атомных ядер. Здесь уже нельзя различить, какой из электронов какому из двух атомов при¬ надлежит. Если же два атома водорода соединить с одним атомом кислорода, то получится молекула воды. Все тела строятся на основе молекул. Бумага, например, на которой напечатана эта книга, «соткана» из молекул клетчатки, в которые входят атомы водорода, кис¬ лорода и углерода. Молекула, как и атом, электричес¬ ки нейтральна, если общее число элек¬ тронов в ней равно общему числу про¬ тонов, находящихся в ее атомных яд¬ рах. Если число электронов в молекуле будет меньше числа протонов, то моле¬ кула будет нести положительный за¬ ряд, а если число электронов больше числа протонов — отрицательный за¬ ряд. Если перенести каким-либо спосо¬ бом часть электронов из атомов или молекул одного тела в другое, то и во¬ круг этих тел, и в пространстве между ними возникнут электрические силы, или, как говорят, создастся электриче¬ ское поле. Вот тебе и разгадка «секрета» рас¬ чески, натертой шерстяной тряпочкой или шелком. При трении о шерсть рас¬ ческа отдает ей часть электрических зарядов, в результате чего сама элект¬ ризуется. Вокруг наэлектризованной расчески возникает электрическое по¬ ле, вследствие чего она и приобретает способность притягивать легкие пред¬ меты. Электрическое поле действует и между двумя частями одного и того же тела, например в куске металла, если в одной части его имеется избыток элек¬ тронов, а в другой — недостаток. Усло¬ вия для перемещения избыточных эле¬ ктронов возникают в той части тела, где их недостает. Рис. 5. При соединении двух атомов водорода в молекулу их электронные оболочки слива¬ ются Электрический заряд одного элек¬ трона ничтожно мал. Но если электро¬ нов много и если можно заставить их двигаться внутри тела в одну сторону, образуя поток отрицательных зарядов, получится то, что мы называем элект¬ рическим током. О ПРОВОДНИКАХ, НЕПРОВОДНИКАХ И ПОЛУПРОВОДНИКАХ Однако не в каждом теле есть усло¬ вия для прохождения электрического тока. Дело в том, что атомы и молекулы различных веществ обладают неодина¬ ковыми свойствами. В металлах, на¬ пример, электроны легко покидают оболочки и беспорядочно, хаотично движутся между атомами. В металлах особенно много свободных электро¬ нов. По существу металл состоит из по¬ ложительных ионов, расположенных в определенном порядке, пространство между которыми заполнено свободны¬ ми электронами (рис. 6). В металле не¬ возможно различить, какой электроц к какому из атомов относится, они сли¬ ваются в единое электронное «обла¬ ко». Огромное количество свободных электронов в металлах создает в них
Беседа первая 11 наиболее благоприятные условия для электрического тока. Нужно только ха¬ отическое движение электронов упо¬ рядочить, заставить их двигаться в од¬ ном направлении. Рис. 6. В металле, пространство между атома¬ ми заполнено свободными электронами В некоторых телах и веществах поч¬ ти нет свободных электронов, так как они прочно удерживаются ядрами. У молекул и атомов таких тел трудно «ото¬ брать» или «навязать» им лишние элек¬ троны. В этих телах нельзя получить электрический ток. Тела и вещества, в которых можно создавать электричес¬ кий ток, называют проводниками. Те же тела и вещества, в которых его со¬ здать нельзя, называют непроводника¬ ми тока, или диэлектриками. К провод¬ никам кроме металлов относятся также уголь, растворы солей, кислоты, щело¬ чи, живые организмы и многие другие тела и вещества. Причем в растворах со¬ лей электрический ток создается не только электронами, но и положитель¬ ными ионами. Диэлектриками являют¬ ся воздух, стекло, парафин, слюда, лаки, фарфор, резина, пластмассы, различ¬ ные смолы, маслянистые жидкости, су¬ хое дерево, сухая ткань, бумага и другие вещества. Фарфоровыми, например, де¬ лают изоляторы для электропроводки, лаки используют для покрытия прово¬ дов, чтобы изолировать провода друг от друга и от других предметов. Но есть еще большая группа ве¬ ществ, называемых полупроводниками. К полупроводникам, в частности, отно¬ сятся германий и кремний. По электро¬ проводности они занимают среднее ме¬ сто между проводниками и непроводни¬ ками. Считающиеся когда-то непригод¬ ными для практических целей, сейчас они стали основным материалом для производства современных полупро¬ водниковых приборов, например тран¬ зисторов, с которыми будет связана большая часть твоего творчества. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Как заставить двигаться упорядо¬ ченно, в одном направлении, обилие свободных электронов, скажем, в нити накала электрической лампочки? Нуж¬ но создать в проводнике электрическое поле, подключив, например, проводник к гальваническому элементу или к бата¬ рее гальванических элементов. Устройство простейшего гальвани¬ ческого элемента, являющегося хими¬ ческим источником тока, показано на рис. 7. Элемент состоит из цинковой и медной пластинок, называемых элект¬ родами, которые помещены в электро¬ лит — раствор соли или кислоты, на¬ пример серной. В результате химичес¬ кой реакции, происходящей между электродами и электролитом, на цин¬ ковом электроде образуется избыток электронов, и он приобретает отрица¬ тельный электрический заряд, а на медном наоборот — недостаток элек¬ тронов, и медный электрод приобрета¬ ет положительный заряд. При этом между разноименными электрически¬ ми зарядами такого источника тока возникает электрическое поле, дейст¬ вует электродвижущая сила (сокра¬ щенно ЭДС) или напряжение. О разни¬ це между ЭДС и напряжением я рас¬ скажу тебе позже, во время экскурсии в электротехнику.
12 Беседа первая Ты уже знаешь, что полюсы эле¬ мента или батареи обозначают знака¬ ми «плюс» и «минус». Их ты видел, на¬ пример, возле жестяных выводных пластинок батареи, предназначенной для питания лампы накаливания кар¬ манного электрического фонаря. Меж¬ ду прочим, эта батарея также состоит из гальванических элементов, только не жидкостных, как элемент, показан¬ ный на рис. 7, а сухих. Там их три. Не¬ сколько элементов, соединенных меж¬ ду собой в единый источник тока, на¬ зывают батареей. Рис. 7. Устройство простейшего гальваничес¬ кого элемента и схематическое изображение замкнутой электрической цепи «ь Запомни: на электрических схемах отрицательный полюс элемента или ба¬ тареи принято обозначать короткой линией, положительный — удлинен¬ ной линией. Как только проводник окажется подключенным к полюсам элемента или батареи, в нем возникнет электри¬ ческое поле, под действием которого электроны, как по мостику, перекину¬ тому через овраг, будут двигаться туда, где их недостаток — от отрицательного полюса через проводник к положитель¬ ному полюсу источника электрической энергии. Это и есть упорядоченное дви¬ жение электронов в проводнике — эле¬ ктрический ток. Ток течет через про¬ водник потому, что в получившейся це¬ пи (положительный полюс элемента, проводники, отрицательный полюс эле¬ мента, электролит) действует электро¬ движущая сила. Такую простейшую электрическую цепь можно подразде¬ лить на два основных участка: внешний и внутренний. К внешнему участку це¬ пи относится все, что подключается к полюсам источника тока (на рис. 7 — лампа накаливания и соединительные проводники), а к внутреннему — та часть цепи, которая заключена внутри самого источника тока. Запомни: замкнутая электрическая цепь — обязательное условие для су¬ ществования в ней тока. В разомкну¬ той цепи ток не течет. Разноименные заряды можно сооб¬ щить двум изолированным телам, на¬ пример шарикам, подвешенным на шелковых нитях. Шарики будут притя¬ гиваться, но тока между ними не будет, так как их разделяет диэлектрик — воздух. Установлено, что электроны в про¬ воднике движутся от отрицательного полюса (где избыток их) к положитель¬ ному (где недостаток в них), однако и сейчас, как в прошлом веке, принято считать, что ток течет от плюса к мину¬ су, т.е. в направлении, обратном дви¬ жению электронов. Ты можешь спро¬ сить: почему бы сейчас не нарушить эту традицию? Дело в том, что это по¬ требовало бы переработки всех учеб¬ ников, всей технической литературы, имеющей прямое или косвенное отно¬ шение к электротехнике и радиотехни¬ ке. Условное направление тока, кроме того, положено учеными в основу ряда правил, связанных с определением многих электрических явлений. В то же время такая условность никаких особых неудобств не создает, если твердо помнить, что направление тока в проводниках противоположно на¬ правлению движения электронов. В тех же случаях, когда ток создается по¬ ложительными электрическими заря¬ дами, например в электролитах хими¬ ческих источников постоянного тока, ток «дырок» в полупроводниках (об этом разговор пойдет в пятой беседе),
Беседа первая 13 таких противоречий вообще нет, пото¬ му что направление движения положи¬ тельных зарядов совпадает с направле¬ нием тока. Пока элемент или батарея действу¬ ют, во внешнем участке электрической цепи ток течет в одном и том же направ¬ лении. Такой ток называют постоян¬ ным. Его можно изобразить графичес¬ ки, как показано на рис. 8. Точка пере¬ сечения горизонтальной и вертикаль¬ ной осей, обозначенная нулем, является исходной для графического изображе¬ ния времени t и количественного значе¬ ния тока I в электрической цепи. О чем может рассказать этот гра¬ фик? Сначала (отрезок времени Оа) то¬ ка в цепи вообще нет (ток равен нулю), так как к источнику тока не подключен внешний участок цепи. Ток появился, когда цепь замкнули (точка а). Он мгно¬ венно возрос до некоторого значения и не изменялся до тех пор, пока цепь бы¬ ла замкнута. Когда цепь разомкнули, ток мгновенно прекратился (точка б). Если электрическую цепь снова замк¬ нуть, в ней опять появится ток. Так при¬ мерно выглядит график импульса по¬ стоянного тока, текущего через лампу накаливания карманного электричес¬ кого фонаря, когда его включают на ко¬ роткие промежутки времени. Через соединительные проводники и нить лампы накаливания, изображен¬ ные на рис. 7, электроны движутся сле¬ ва направо — от минуса к плюсу. Но ес¬ ли полюсы элемента поменять места¬ ми, тогда электроны в том же внешнем участке цепи потекут справа налево, так как теперь минус окажется на пра¬ вом конце участка цепи, а плюс — на левом. Изменится только направление движения электронов, но ток и в этом случае будет постоянным. А если полюсы источника тока ме¬ нять местами очень быстро и к тому же ритмично? В этом случае электроны во внешнем участке цепи тоже будут по¬ переменно изменять направление сво¬ его движения. Сначала они потекут в одном направлении, затем, когда полю¬ сы поменяют местами, — в другом, об¬ ратном предыдущему, потом вновь в прямом, опять в обратном и т.д. Во внешней цепи будет течь уже не посто¬ янный, а как бы переменный ток. Запомни: в проводах электроосве¬ тительной сети течет переменный ток, а не постоянный, как в цепи электриче¬ ского карманного фонаря. Его выраба¬ тывают машины, называемые генера¬ торами переменного тока. Знаки элект¬ рических зарядов на полюсах генера¬ тора непрерывно меняются, но не скачком, как в нашем примере, а плав¬ но. Заряд того полюса генератора, ко¬ торый в некоторый момент времени был положительным, начинает убы¬ вать и через долю секунды становится отрицательным; отрицательный заряд сначала возрастает, потом начинает убывать, пока снова не окажется поло¬ жительным, и т.д. Одновременно меня¬ ется знак заряда и другого полюса. При этом напряжение и значение тока в электрической цепи также периодиче¬ ски изменяются. Графически переменный ток изоб¬ ражают волнистой линией — синусои¬ дой, показанной на рис. 9. Здесь верти¬ кальная ось со стрелкой, направленной вверх, соответствует одному направле¬ нию тока, названному мною «туда», а вниз — другому направлению тока, об¬ ратному первому— «обратно». О чем может рассказать такой гра¬ фик? Ток в цепи появляется в момент, обозначенный на графике точкой а. Он плавно увеличивается и течет в одном направлении — «туда», достигает наи¬ большего значения (точка б) и также плавно убывает до нуля (точка в). Ис¬ чезнув на мгновение, ток вновь появля¬ Рис. 8. Графическое изображение постоянного тока
14 Беседа первая ется, плавно возрастает и протекает в цепи, но уже в противоположном на¬ правлении — «обратно». Достигнув на¬ ибольшего значения (точка г), он снова уменьшается до нуля (точка д). И далее ток, также последовательно возрастая и уменьшаясь, все время меняет свои направление и значение. При переменном токе электроны в проводнике как бы колеблются из сто¬ роны в сторону. Поэтому переменный ток называют также электрическими колебаниями. Одним полным, или за¬ конченным, колебанием тока принято считать упорядоченное движение эле¬ ктронов в проводнике, соответствую¬ щее участку графика от а до д или от в до ж (рис. 9). Время, в течение которого происходит одно полное колебание, называют периодом, время половины колебания — полупериодом, а наиболь¬ шее значение тока во время каждого полупериода — амплитудой. Переменный ток выгодно отлича¬ ется от постоянного тем, что он легко поддается преобразованию. Так, на¬ пример, с помощью специального уст¬ ройства — трансформатора напряже¬ ние переменного тока можно повысить или, наоборот, понизить его. Перемен¬ ный ток, кроме того, можно выпря¬ мить — преобразовать в постоянный ток. Эти свойства переменного тока ты будешь широко использовать в своей радиолюбительской практике. Рис. 9. Графическое изображение переменного тока Все то, о чем я рассказал тебе сей¬ час, знает каждый старшеклассник и, разумеется, каждый радиолюбитель. Ты пользуешься благами электричест¬ ва, иногда даже расточительно, не за¬ думываясь над тем, что ученые всего- навсего каких-нибудь лет 100 назад только-только нащупали пути практи¬ ческого использования этого щедрого дара природы. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ: КАКАЯ МЕЖДУ НИМИ СВЯЗЬ? Непосредственную связь между электричеством и магнетизмом открыл в 1819 г. датский профессор физики Ганс Эрстед. Проводя опыты, ученый обнаружил, что всякий раз, когда он включал ток, магнитная стрелка, нахо¬ дящаяся поблизости от проводника с током, стремилась повернуться перпен¬ дикулярно проводнику, а когда выклю¬ чал, магнитная стрелка возвращалась в исходное положение. Ученый сделал вывод: вокруг проводника с током воз¬ никает магнитное поле, которое воз¬ действует на магнитную стрелку. Ты можешь в этом убедиться, если сам проведешь аналогичный опыт. Дл5^ этого потребуются: батарея гальвани¬ ческих элементов, например 3336, и миниатюрная лампа накаливания, предназначаемые для карманного эле¬ ктрического фонаря, медный провод толщиной 0,2...0,3 мм в эмалевой, хлоп¬ чатобумажной или шелковой изоляции и компас. С помощью отрезков прово¬ да, удалив с их концов изоляцию, под¬ ключи к батарее лампу накаливания. Лампа горит, потому что образовалась электрическая цепь. Батарея в данном случае является источником питания этой цепи. Поднеси один из соедини¬ тельных проводников поближе к ком¬ пасу (рис. 10) и ты увидишь, как его магнитная стрелка сразу же станет по¬ перек проводника. Она укажет направ¬ ление круговых магнитных силовых линий, рожденных током. Наиболее сильное магнитное поле тока будет воз¬ ле самого проводника. По мере удале¬ ния от проводника магнитное поле, рассеиваясь, ослабевает. А если изменить направление тока в проводнике, поменяв местами под¬
Беседа первая 15 Рис. 10. При изменении направления тока в про¬ воднике меняется и направление линий магнит¬ ного поля ключение его к полюсам батареи? Из¬ менится и направление магнитных си¬ ловых линий — магнитная стрелка по¬ вернется в другую сторону. Значит, на¬ правление силовых линий магнитного поля, возбуждаемого током, зависит от направления тока в проводнике. Какова в этих опытах роль лампы накаливания? Она служит как бы ин¬ дикатором наличия тока в цепи и, кро¬ ме того, ограничивает ток в цепи. Если к батарее подключить только провод¬ ник, магнитное поле тока станет силь¬ нее, но батарея быстро разрядится. Если в проводнике течет постоян¬ ный ток неизменного значения, его магнитное поле также не будет изме¬ няться. Но если ток уменьшится, то слабее станет и его магнитное поле. Увеличится ток — усилится его магнит¬ ное поле, исчезнет ток — магнитное поле пропадет. Словом, ток и его маг¬ нитное поле неразрывно связаны и взаимно зависимы. Магнитное поле тока легко уси¬ лить, если проводник с током свернуть в катушку. Силовые линии магнитного поля такой катушки можно сгустить, если внутрь ее поместить гвоздь или железный стержень. Такая катушка с сердечником станет электромагнитом, способным притягивать сравнительно тяжелые железные предметы (рис. 11). Это свойство тока используется во множестве электрических приборов. А если магнитную стрелку поднес¬ ти к проводу с переменным током? Она останется неподвижной, даже если провод свернуть в катушку. Значит ли это, что вокруг проводника с перемен¬ ным током нет магнитного поля? Маг¬ нитное поле есть, но оно тоже пере¬ менное, магнитная же стрелка не будет отклоняться только вследствие своей неповоротливости — инерционности, она не будет успевать следовать за бы¬ стрыми изменениями магнитного поля. Рис. 11. Проводник с током, свернутый в ка¬ тушку, становится электромагнитом Первый электромагнит, основные черты которого сохранились во мно¬ гих современных электрических при¬ борах, например в электромагнитных реле, излучателях головных телефо¬ нов, изобрел английский ученый Стер- джен в 1821 г. А спустя два десятилетия
16 Беседа первая после этого события французский фи¬ зик Андре Ампер сделал новое, исклю¬ чительно важное по тому времени открытие. Он опытным путем устано¬ вил, что два параллельно расположен¬ ных проводника, по которым течет ток, способны совершать механичес¬ кую работу, если ток в обоих провод¬ никах течет в одном направлении, то они притягиваются, а если в противо¬ положных — отталкиваются. Догадываешься, почему так проис¬ ходит? В первом случае, когда направ¬ ление тока в обоих проводниках одина¬ ково, их магнитные поля, также имею¬ щие одинаковое направление, как бы стягиваются в единое поле, увлекая за собой проводники. Во втором случае магнитные поля вокруг проводников, имеющие теперь противоположные направления, отталкиваются и тем са¬ мым раздвигают проводники. В первой половине прошлого сто¬ летия ценнейший вклад в науку внес английский физик-самоучка Майкл Фарадей. Изучая связь между электри¬ ческим током и магнетизмом, он от¬ крыл явление электромагнитной ин¬ дукции. Суть его заключается в следу¬ ющем. Если внутрь катушки из изоли¬ рованной проволоки быстро ввести магнит, стрелка электроизмерительно¬ го прибора, подключенного к концам катушки, на мгновение отклонится от нулевой отметки на шкале прибора (рис. 12, а). При таком же быстром вве¬ дении магнита внутрь катушки, но уже в обратном направлении, стрелка при¬ й) бора также быстро отклонится в про¬ тивоположную сторону (рис. 12, б) и вернется в исходное положение. Вывод может быть один: магнитное поле пе¬ ресекает провод и возбуждает (инду¬ цирует) в нем движение свободных электронов — электрический ток. Впрочем, можно поступить иначе: пе¬ ремещать не магнит, а катушку вдоль неподвижного магнита. Результат бу¬ дет такой же. Рис. 13. Схема генератора переменного тока Магнит можно заменить катушкой, в которой течет постоянный ток. Маг¬ нитное поле этой катушки, вызванное током, при пересечении витков второй катушки также будет возбуждать в ней электродвижущую силу, создавая в ее цепи электрический ток. Явление электромагнитной индук¬ ции лежит в основе действия генерато¬ ра переменного тока, представляюще¬ го собой катушку из провода (ротор), вращающуюся между полюсами силь- 5) Рис. 12. Энергия магнитного поля создает движение электронов — электрический ток
Беседа первая 17 ного магнита или электромагнита (на рис. 13 катушка показана в виде одного витка провода). Вращаясь, катушка пе¬ ресекает силовые линии магнитного поля, и в ней индуцируется (вырабаты¬ вается) электрический ток. В 1837 г. русский академик Б. С. Яко¬ би открыл явление, обратное по дейст¬ вию генератора тока. Через катушку, по¬ мещенную в магнитном поле, ученый пропускал ток, и катушка начинала вра¬ щаться. Это был первый в мире электро¬ магнитный двигатель с вращающимся ротором. Фарадей, открывший закон элект¬ ромагнитной индукции, опытным пу¬ тем обнаружил еще одно очень важное явление — возможность передавать пе¬ ременный ток из катушки в катушку на расстояние без какой-либо прямой эле¬ ктрической связи между ними. Суть этого явления заключается в том, что переменный или прерывающийся (пульсирующий) ток, текущий в одной из катушек, преобразуется в перемен¬ ное магнитное поле, которое пересека¬ ет витки второй катушки и тем самым возбуждает в ней переменную ЭДС. На этой основе создан замечательный прибор — трансформатор, играющий очень важную роль в электро- и радиотехнике. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК РОЖДАЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ Опыты Майкла Фарадея и его со¬ отечественника и последователя Клар¬ ка Максвелла привели ученых к выво¬ ду, что переменное магнитное поле, рождаемое непрерывно изменяющим¬ ся током, создает в окружающем про¬ странстве электрическое поле, кото¬ рое, в свою очередь, возбуждает маг¬ нитное поле, магнитное поле — элект¬ рическое и т.д. Взаимосвязанные, создаваемые друг другом, магнитное и электрическое поля образуют единое которое непрерывно, как бы отделяясь и удаляясь от места возбуждения его, распространяется во всем окружаю¬ щем пространстве со скоростью света, равной 300 ООО км/с. Явление возбуждения переменным током электромагнитных полей приня¬ то называть излучением электромаг¬ нитных колебаний, или излучением электромагнитных волн. Встречая на своем пути проводники, магнитные со¬ ставляющие электромагнитных коле¬ баний возбуждают в этих проводниках переменное электрическое поле, созда¬ ющее в них такой же переменный ток, как ток, возбудивший электромагнит¬ ные волны, только несравненно слабее. На этом замечательном явлении и ос¬ нована техника радиопередачи и ра¬ диоприема. Равенство скорости распростране¬ ния электромагнитных волн, создавае¬ мых переменным током, и скорости света не случайно, потому что световые лучи, как, между прочим, и тепловые, по своей природе тоже электромагнит¬ ные колебания. Мысль о родстве световых и элект¬ рических явлений высказал русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов еще в середине XVIII в. Теорию электро¬ магнитных волн развил Кларк Максвелл в первой половине прошлого столетия. Однако только в 1888 г. немецкому уче¬ ному Генриху Герцу удалось опытным путем доказать сам факт существования электромагнитных волн и найти воз¬ можность обнаружить их. В его опыт¬ ной установке (рис. 14) излучателем эле¬ ктромагнитных волн был вибратор — два стержня с металлическими шарами на концах, источником напряжения пи¬ тания вибратора — индукционная ка¬ тушка Румкорфа (есть в каждом школь¬ ном физическом кабинете), а обнару¬ жителем электромагнитной энергии — резонатор, представляющий собой не¬ замкнутый виток провода, тоже с шара¬ ми на концах. Половинки вибратора за¬ ряжались до столь высокого напряже¬ ния, что между внутренними шарами
18 Беседа первая через воздух проскакивала электричес¬ кая искра — искусственная молния в миниатюре. Происходил электричес¬ кий разряд. В этот момент, длившийся малые доли секунды, вибратор излучал короткую серию быстропеременных затухающих, т.е. убывающих по ампли¬ туде, электромагнитных волн. Пересе¬ кая провод резонатора, расположенно¬ го поблизости, электромагнитная энер¬ гия возбуждала в нем электрические ко¬ лебания, о чем свидетельствовала очень слабая искра, появляющаяся между ша¬ рами резонатора. Еще разряд — и новая очередь затухающих электромагнит¬ ных колебаний возбуждала в резонато¬ ре слабый переменный ток. Рис. 14. Опытная установка Г. Герца для воз¬ буждения и обнаружения электромагнитных волн и графическое изображение затухающих электромагнитных волн. Так Генрих Герц нашел способ воз¬ буждения электромагнитных волн и их обнаружения. Но он не представлял се¬ бе путей практического использования своего открытия. ЗАРОЖДЕНИЕ РАДИОТЕХНИКИ Одним из первых, кто по достоин¬ ству оценил труды Герца и других уче¬ ных, занимавшихся исследованием электромагнитных колебаний, был преподаватель минного офицерского класса в Кронштадте Александр Степа¬ нович Попов. Читая лекции об электро¬ магнитных явлениях и сопровождая их демонстрацией приборов собственно¬ го изготовления, А. С. Попов высказал смелую по тому времени мысль о воз¬ можности использования электромаг¬ нитных волн для передачи сигналов на расстояние без проводов. Александр Степанович Попов Это было в последнем десятилетир прошлого века. В то время русский во¬ енный флот оснащался новой боевой техникой. Для преодоления морских просторов обновленному флоту нужны были более совершенные средства свя¬ зи. И русский ученый искал их. После множества опытов и экспериментов А. С. Попов создал прибор, реагиро¬ вавший на электромагнитные волны. Источником электромагнитных волн был такой же вибратор, как в опытной установке Герца, но дополненный отрезками проволоки для лучшего излу¬
Беседа первая 19 чения. Прием осуществлялся другим от¬ резком проволоки, соединенным с при¬ бором, сконструированным А. С. Попо¬ вым. Как только вибратор начинал излучать электромагнитную энергию, приемный прибор отзывался на нее трелью звонка. 25 апреля (7 мая) 1895 г. Александр Степанович в Петербурге (ныне Санкт- Петербург) на заседании Русского фи¬ зико-химического общества сделал до¬ клад об изобретенном способе приема электромагнитных волн без проводов. Тот исторический день конца девятнад¬ цатого века, когда А. С. Попов заявил о новом направлении науки и техники, мы отмечаем ежегодно как День радио. Продолжая опыты, А. С. Попов об¬ наружил, что на сконструированный им прибор действуют и атмосферные электрические разряды — молнии. Это навело ученого на мысль об использо¬ вании приемника для сигнализации о приближающихся грозах, что и было проверено в одной из петербургских обсерваторий. Рис. 15. Эскизный чертеж приемника А. С. Попова Эскизный чертеж исторического приемника А. С. Попова ты видишь на рис. 15. Всмотрись в него внимательно, попробуй разобраться в нем и понять, как приемник действует. Не считая ба¬ тареи, в приемнике три прибора: коге¬ рер (изобретен в 1880 г. французским ученым Эдуардом Бранли), электриче¬ ский звонок и электромагнитное ре¬ ле — электромагнит, притягивающий якорь, если через его обмотку течет ток. Когерер представляет собой стек¬ лянную трубку с мелкими металличес¬ кими опилками внутри. С помощью тонких металлических полосок он под¬ вешен между опорами 1 и 2. Через об¬ мотку реле одна контактная пластинка когерера соединена с положительным, а вторая — с отрицательным полюсами батареи. Это первая электрическая цепь приемника Если якорь реле при¬ жать к сердечнику, чтобы конец его коснулся винта 3, то образуется вторая электрическая цепь приемника — цепь электрического звонка. Когерер в разных условиях облада¬ ет неодинаковой проводимостью тока. Находящиеся в нем металлические опилки в обычных условиях оказыва¬ ют току большое сопротивление, т. е. плохо пропускают его. В это время ток в первой цепи, в которую включена об¬ мотка реле, настолько мал, что якорь реле не притягивается к сердечнику. Но как только на когерер начнут дейст¬ вовать электромагнитные волны, со¬ противление слоя опилок уменьшится, а ток первой цепи резко возрастет. В этот момент якорь реле притягивает¬ ся к сердечнику и, коснувшись винта 3, замыкает цепь электрического звонка. Сразу же притягивается якорь элект¬ ромагнита этой цепи, и молоточек уда¬ ряет по чашечке звонка. Но якорь эле¬ ктромагнита звонка отходит от кон¬ тактной пружинки и разрывает вторую цепь. Теперь молоточек звонка, отпу¬ щенный электромагнитом, ударяет по когереру и встряхивает опилки, вос¬ станавливая их большое сопротивле¬ ние. Если электромагнитные волны продолжают воздействовать на коге¬ рер, молоточек автоматически ударяет то по чашечке звонка, то по когереру. Когда А. С. Попов присоединял к когереру антенну, чувствительность приемника заметно повышалась. В этом случае приемник реагировал на разря¬ ды молнии, происходящие на расстоя¬ нии до 30 км. А так как приемник отзы¬
20 Беседа первая Радиостанция А. С. Попова на о. Гогланд вался не только на искусственно со¬ здаваемые электромагнитные волны, но и на те, которые возникают в атмо¬ сфере перед грозой, А. С. Попов назвал его грозоотметчиком. Спустя менее года после историче¬ ского заседания Русского физико-хи¬ мического общества, 24 марта 1896 г. произошло новое крупное событие в истории радио. В этот день А. С. По¬ пов докладывал ученым о возможности передачи и приема радиосигналов с за¬ писью на ленту телеграфного аппарата. Когда докладчик умолк, в аудитории послышался стук телеграфного аппа¬ рата, соединенного с приемником: Александр Степанович принимал ра¬ диограмму, передаваемую его ближай¬ шим помощником Петром Николаеви¬ чем Рыбкиным. Летом того же 1896 г. в печати по¬ явилось сообщение о том, что итальян¬ ский инженер Гульельмо Маркони па¬ тентует в Англии устройство для бес¬ проволочного телеграфа. Однако толь¬ ко годом позже, когда стали известны подробности приборов Маркони, оказа¬ лось, что его передающее устройство аналогично передатчику Г. Герца, а при¬ емник — копия приемника А. С. Попо¬ ва. Будучи предприимчивым человеком, Маркони сумел привлечь внимание к радиотелеграфии деловых кругов Ве¬ ликобритании и в 1897 г. организовал крупное Акционерное общество Мар¬ кони и К°. Большие материальные воз¬ можности и привлечение к работе мно¬ гих видных ученых и инженеров позво¬ лили Маркони добиться в будущем больших успехов в практической реали¬ зации радиотелеграфии. Продолжая совершенствовать свои приборы, А. С. Попов постепенно уве¬ личивал дальность радиосвязи. Весной 1897 г. были переданы радиосигналы с корабля на берег на расстояние 640 м. А в 1899 г., после открытия возможнос¬ ти приема радиосигналов с помощью телефонных трубок на слух, дальность радиосвязи достигла уже 35 км. Это был новый успех, послуживший толчком к развитию радиотелеграфа в России. Доказать жизненную необходи¬ мость нового средства связи А. С. По¬ пову помогли и непредвиденные обсто¬ ятельства. В ноябре 1899 г. во время
Беседа первая 21 снежного шторма у пустынных бере¬ гов о. Гогланд в Финском заливе сел на камни броненосец «Генерал-адмирал Апраксин». От острова до ближайшего на материке г. Котки (Финляндия) око¬ ло 44 км. А. С. Попов и П. Н. Рыбкин для обеспечения надежной двусторон¬ ней связи установили на острове и ма¬ терике приемно-передающие радио¬ станции. Линия радиосвязи действова¬ ла с февраля по апрель 1900 г. пока ве¬ лись спасательные работы. За это время было передано и принято 440 ра¬ диограмм. Одна из них оказала людям неоценимую услугу. Случилось это 6 февраля 1900 г. П. Н. Рыбкин, находившийся на о. Гог¬ ланд, принял от А. С. Попова из г. Котки радиограмму: «Командиру «Ермака». Около Лавенсаари оторвало льдину с рыбаками. Окажите помощь». Ледо¬ кол «Ермак» немедленно вышел на по¬ иски в море и снял с льдины 27 рыбаков. Люди были спасены благодаря радио. Работы А. С. Попова получили вы¬ сокую оценку не только в России, но и за рубежом: его приемник в 1900 г. был удостоен Большой золотой медали на Всемирной выставке в Париже. В сентябре того же 1900 г. начала дей¬ ствовать Кронштадтская радиомастер¬ ская, основанная Главным командиром Кронштадтского порта вице-адмира- лом С. О. Макаровым и А. С. Поповым. Одна из радиостанций, состоящая из искрового передатчика и детекторного приемника, изготовленных в этой ра¬ диомастерской, в 1903 г. была установ¬ лена на крейсере «Аврора». Велико значение трудов нашего со¬ отечественника А. С. Попова. Он пер¬ вым правильно оценил огромное прак¬ тическое значение электромагнитных волн, сумел поставить их на службу че¬ ловеку и тем самым положил начало новой эпохе в развитии мировой науки и техники — эпохе радиотехники. ПЕРВЫЕ УСПЕХИ РАДИОДЕЛА В РОССИИ В 1918 г. в Низшем Новгороде была создана радиолаборатория. Это, по су¬ ществу, был первый радиотехнический университет, сыгравший большую роль в развитии радиофикации и ра¬ диовещания в нашей стране. Нижегородской радиолаборатори¬ ей руководил крупнейший русский изо¬ бретатель в области радио, создатель первых мощных радиовещательных станций Михаил Александрович Бонч- Бруевич. Под его руководством было налажено производство радиоламп, а осенью 1920 г. закончена постройка первой радиотелефонной станции, пе¬ редававшей по радио живую человечес¬ кую речь на большие расстояния. В 1924 г. принимается постановле¬ ние «О частных приемных станциях», положившее начало широкой радиофи¬ кации страны, развитию радиовещания и радиолюбительства. В том же 1924 г. многочисленные друзья радио, увле¬ ченные радиотехникой, получили пер¬ вый номер своего журнала «Радиолю¬ битель». С него-то, переименованного позже в журнал «Радио», по существу, и началась летопись нашего радиолю¬ бительства. Начался выпуск радиопри¬ емников, деталей для самостоятельного изготовления радиоаппаратуры. Но, юный друг, радиовещание и радиосвязь не единственные области современной радио- техники. Радиотехника сегодня — это телевидение и радиолокация, радионавигация, ра¬ диоастрономия и телемеханика, звукозапись и многие другие отрасли и разделы науки и техники. С некоторыми из них я намерен познакомить тебя в следующих беседах. Нач¬ ну же с наиболее широкой области применения радиотехники — техники радиовещания.
БЕСЕДА ВТОРАЯ О КОЛЕБАНИЯХ И ВОЛНАХ, ТЕХНИКЕ РАДИОПЕРЕДАЧИ И РАДИОПРИЕМА Слово «радио» происходит от латинского radiare — излучать или испускать лучи. Радио¬ вещательная станция, например, подобно Солнцу излучает радиоволны во все стороны по радиусам. Лишь некоторые радиостанции специального назначения излучают радио¬ волны в каком-то одном направлении. Если бы ты пришел на территорию радиовеща¬ тельной станции, то, прежде всего, увидел бы вертикальную ажурную металлическую мачту или провода, поднятые высоко над землей. Это — антенна. Рядом или неподале¬ ку — здание, где находится передатчик, вырабатывающий электрические колебания вы¬ сокой частоты, которые антенна преобразует в энергию радиоволн. К передатчику от радиостудии, а она может находиться далеко от передатчика, идет подземный ка¬ бель — хорошо изолированные провода в прочной оболочке. В студии установлен микро¬ фон. Не только голос диктора, разговор людей и звуки музыки, но и шепот, шорохи мик¬ рофон мгновенно превращает в электрические колебания звуковой частоты, которые по кабелю поступают к передатчику, чтобы «внедриться» в его высокочастотные колеба¬ ния. Скольким еще преобразованиям подвергается переменный ток звуковой частоты, прежде чем приемник превратит его снова в звуки! Приемник будет первым твоим практическим шагом к познанию радиотехники. А что¬ бы этот шаг был уверенным, надо разобраться в сущности тех физических явлений, ко¬ торые лежат в основе техники радиопередачи и радиоприема, поговорить о природе зву¬ ка и несколько больше, чем в первой беседе, о переменном токе и его свойствах.
Беседа вторая 23 КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Вокруг нас все время рождаются и затухают колебательные явления. Ко¬ леблется ветка, с которой слетела птица. Колеблются маятники часов, качели. Под действием ветра колеблются дере¬ вья, провода, подвешенные на столбах, колеблется вода в озерах и морях. Вот ты бросил на гладкую поверх¬ ность озера камень, и от него побежали волны (рис. 16). Что произошло? Части¬ цы воды в месте удара камня вдавились, вытеснив соседние частицы, и на по¬ верхности воды образовался кольцеоб¬ разный горб. Затем в месте падения камня вода поднялась вверх, но уже вы¬ ше прежнего уровня — за первым гор¬ бом появился второй, а между ними — впадина. Далее частицы воды продол¬ жают перемещаться попеременно вверх и вниз — колеблются, увлекая за собой все больше и больше соседних частиц воды. Образуются волны, расхо¬ дящиеся от места своего возникнове¬ ния концентрическими кругами. Подчеркиваю — частицы воды толь¬ ко колеблются, но не движутся вместе с волнами. В этом нетрудно убедиться, бросив на колеблющуюся поверхность воды щепку. Если нет ветра или течения воды, щепка будет лишь опускаться и подниматься над уровнем воды, не пе¬ ремещаясь вместе с волнами. Водяные волны могут быть больши¬ ми, т.е. сильными, или маленькими — слабыми. Сильными мы называем та¬ кие волны, которые имеют большой размах колебаний, как говорят, боль¬ шие амплитуды колебаний. Слабые волны имеют малые горбы — неболь¬ шую амплитуду. Чем больше амплиту¬ да возникших волн, тем большую энер¬ гию они несут в себе. Энергия волн, возникших от бро¬ шенного камня, относительно невели¬ ка, однако она может заставить коле¬ баться камыш и траву, растущие в озе¬ ре. Но мы знаем, какие большие раз¬ рушения берега могут производить морские волны, обладающие больши¬ ми амплитудами и, следовательно, большой энергией. Эти разрушения осуществляются именно той энерги¬ ей, которую волны непрерывно отда¬ ют берегу. Волны могут быть частыми или ред¬ кими. Чем меньше расстояние между гребнями бегущих волн, тем короче каждая взятая в отдельности волна; чем больше расстояние между волнами, тем длиннее волна. Длиной волны на воде мы называем расстояние между двумя соседнимк бегущими гребнями или впадинами. По мере удаления волн от места возникновения их амплитуды постепенно уменьшаются, затухают, но длина волн остается неизменной. Волны на воде можно также созда¬ вать, например, погружая в воду палку и ритмично, в такт с колебаниями во¬ ды, опуская и поднимая ее. И в этом случае волны будут затухающими. Но существовать они будут лишь до тех пор, пока мы не прекратим возмущать поверхность воды. А как возникают колебания обыч¬ ных качелей? Это ты хорошо знаешь: их надо подтолкнуть, вот они и будут качаться из стороны в сторону. Чем сильнее толчок, тем больше амплитуда колебаний. Эти колебания будут зату¬ хать, если не поддерживать их допол¬ нительными толчками. Такие и многие другие подобные механические коле¬ бания мы видим. В природе же больше невидимых колебаний, которые мы слышим, ощущаем в виде звука. Не всегда, например, можно заметить ко¬ лебания струны музыкального инстру¬ мента, но мы слышим, как она звучит. При порывах ветра в трубе возникает звук. Его создают колебательные дви¬ жения воздуха в трубе, которые мы не видим. Звучат камертон, стакан, лож¬ ка, тарелка, ученическое перо, лист бу¬ маги — они тоже колеблются. Да, юный друг, мы живем в мире звуков, потому что многие окружаю¬ щие нас тела, колеблясь, звучат. Как возникают звуковые волны в воздухе ? Воздух состоит из невидимых
24 Беседа вторая для глаз частиц. При ветре они могут переноситься на большие расстояния. Но они, кроме того, могут и колебаться. Например, если в воздухе сделать рез¬ кое движение палкой, то мы почувству¬ ем легкий порыв ветра и одновременно услышим слабый звук. Звук этот — ре¬ зультат колебаний частиц воздуха, воз¬ бужденных колебаниями палки. Проведи такой опыт. Оттяни стру¬ ну, например, гитары, а потом отпусти ее. Струна начнет дрожать — колебать¬ ся относительно своего первоначаль¬ ного положения покоя. Достаточно сильные колебания струны заметны на глаз. Слабые колебания струны можно только почувствовать, как легкое ще¬ котание, если прикоснуться к ней паль¬ цем. Пока струна колеблется, мы слы¬ шим звук. Как только струна успокоит¬ ся, звук затихнет. Рождение звука здесь — результат сгущения и разре¬ жения частиц воздуха. Колеблясь из стороны в сторону, струна теснит, как бы прессует перед собой частицы воз¬ духа, образуя в некотором его объеме области повышенного давления, а сза¬ ди, наоборот, области пониженного давления. Это и есть звуковые волны. Распространяясь в воздухе со скоро¬ стью около 340 м/с, они несут в себе некоторый запас энергии. В тот мо¬ мент, когда до уха доходит область по¬ вышенного давления звуковой волны, она надавливает на барабанную пере¬ понку, несколько прогибая ее внутрь. Когда же до уха доходит разреженная область звуковой волны, барабанная перепонка выгибается несколько нару¬ жу. Барабанная перепонка все время колеблется в такт с чередующимися областями повышенного и пониженно¬ го давления воздуха. Эти колебания пе¬ редаются по слуховому нерву в мозг, и мы воспринимаем их как звук. Чем больше амплитуды звуковых волн, тем больше энергии несут они в себе, тем громче воспринимаемый нами звук. Звуковые волны, как и водяные или электрические колебания, изобража¬ ют волнистой линией — синусоидой. Ее горбы соответствуют областям повы¬ шенного давления, а впадины — облас¬ тям пониженного давления воздуха. Область повышенного давления и сле¬ дующая за нею область пониженного давления образуют звуковую волну. Мы живем и в мире электромагнит¬ ных колебаний, излучаемых электриче¬ скими приборами и всеми проводами, в которых течет переменный ток, огром¬ ным числом антенн радиостанций, ат¬ мосферными электрическими разряда¬ ми, недрами Земли и бесконечным Кос¬ мосом. Только с помощью приборов, созданных человеком, они могут быть обнаружены и зафиксированы. ПЕРИОД И ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ Важнейшим параметром, характе¬ ризующим механические, звуковые, электрические, электромагнитные и все другие виды колебаний, является период — время, в течение которого совершается одно полное колебание. Если, например, маятник часов-ходи- ков делает за 1 с два полных колебания, период каждого колебания равен 0,5 с. Период колебаний больших качелей около 2 с, а период колебаний струны может составлять от десятых до десяти¬ тысячных долей секунды.
Беседа вторая 25 Другим параметром, характеризу¬ ющим колебания, является частота (от слова «часто») — число, показываю¬ щее, сколько полных колебаний в се¬ кунду совершают маятник часов, зву¬ чащее тело, ток в проводнике и т.п. Ча¬ стоту колебаний оценивают единицей, носящей название герц (сокращенно пишут Гц). 1 Гц — это одно колебание в секунду. Если, например, звучащая струна совершает 440 полных колеба¬ ний в 1 с (при этом она создает тон «ля» третьей октавы), говорят, что частота ее колебаний 440 Гц. Частота перемен¬ ного тока электроосветительной сети 50 Гц. При таком токе электроны в про¬ водах сети в течение секунды текут по¬ переменно 50 раз в одном направлении и столько же раз в обратном, т.е. совер¬ шают за 1 с 50 полных колебаний. Более крупные единицы частоты — килогерц (пишуткГц), равный 1000 Гц, и мегагерц (пишут МГц), равный 1000 кГц или 1 000 000 Гц. По частоте колебаний звучащего тела можно судить о тоне, или высоте звука. Чем больше частота, тем выше тон звука, и, наоборот, чем меньше ча¬ стота, тем ниже тон звука. Наше ухо способно реагировать на сравнительно небольшую полосу (участок) частот звуковых колебаний — примерно от 20Ч|Гц до 20 кГц. Тем не менее, эта по¬ лоса частот вмещает всю обширней¬ шую гамму звуков, создаваемых голо¬ сом человека, симфоническим оркест¬ ром: от очень низких тонов, похожих на звук жужжания жука, до еле улови¬ мого высокого писка комара. Колеба¬ ния частотой до 20 Гц, называемые ин- фразвуковыми, и свыше 20 кГц, назы¬ ваемые ультразвуковыми, мы не слы¬ шим. А если бы барабанная перепонка нашего уха оказалась способной реаги¬ ровать и на ультразвуковые колебания, мы могли бы тогда услышать писк лету¬ чих мышей, голос дельфина. Дельфины издают и слышат ультразвуковые коле¬ бания с частотами до 180 кГц. Но, юный друг, не путай высоту, т.е. тон звука, с силой его. Высота звука зависит не от амплитуды, а от частоты колебаний. Толстая и длинная струна музыкального инструмента, например, создает низкий тон звука, т.е. колеб¬ лется медленнее, чем тонкая и корот¬ кая струна, создающая высокий тон звука. Разобраться в этом вопросе тебе поможет рис. 17. Рис. 17. Чем больше частота колебаний стру¬ ны, тем короче звуковые волны и тем выше тон звука В электро- и радиотехнике исполь¬ зуют переменные токи частотой от нескольких герц до тысяч гигагерц. Ан¬ тенны широковещательных радиостан¬ ций, например, питаются токами часто¬ той примерно от 150 кГц до 100 МГц. Эти быстропеременные колебания, на¬ зываемые колебаниями радиочастоты, и являются тем средством, с помощью ко¬ торого осуществляется передача звуков на большие расстояния без проводов. Весь огромный диапазон перемен¬ ных токов принято подразделять на не¬ сколько участков — поддиапазонов. Токи частотой от 20 Гц до 20 кГц, соот¬ ветствующие колебаниям, восприни¬ маемым нами как звуки разной то¬ нальности, называют токами (или ко¬ лебаниями) звуковой частоты, а токи частотой выше 20 кГц — токами ульт¬ развуковой частоты. Токи частотой от 100 кГц до 30 МГц называют токами высокой частоты, а токи частотой вы¬ ше 30 МГц — токами ультравысокой и сверхвысокой частоты. Запомни хорошенько эти границы и названия поддиапазонов частот пере¬ менных токов. Время
26 Беседа вторая О МИКРОФОНЕ И РАДИОВОЛНАХ Предположим, ты снимаешь труб¬ ку телефонного аппарата, набираешь или называешь нужный номер. Вскоре ты слышишь голос товарища, а он — твой. Какие электрические явления происходят во время вашего телефон¬ ного разговора? Звуковые колебания воздуха, со¬ зданные тобой, преобразуются микро¬ фоном в электрические колебания зву¬ ковой частоты, которые по проводам передаются к аппаратуре твоего собе¬ седника. Там, на другом конце линии, они с помощью излучателя телефона преобразуются в колебания воздуха, воспринимаемые твоим приятелем как звуки. В телефонии средством связи между аппаратами служат провода, а в радиовещании — радиоволны. В телефонии для преобразования звука в электрические колебания звуко¬ вой частоты используют обычно уголь¬ ные микрофоны, а в радиовещании — электродинамические, конденсаторные и электретные. Примером микрофона электродинамического типа может слу¬ жить, например, микрофон МД-42 и МД-47 (рис. 18), используемый радио¬ любителями в аппаратуре звукозаписи. Он имеет сильный постоянный магнит 2, напоминающий толстостенный ста¬ кан, с круглым сердечником-керном 3 в середине. Такой магнит, если разрезать его вдоль, похож на букву Ш. К стороне, противоположной «дну» магнита, при¬ креплен фланец 5 — стальная накладка с круглым отверстием в середине. Меж¬ ду фланцем и керном магнита образует¬ ся узкий воздушный кольцевой зазор, в котором действует сильное магнитное поле. В кольцевом магнитном поле, не касаясь ни керна, ни фланца, находится звуковая катушка 4 из изолированного провода. Катушка скреплена с мембра¬ ной б, сделанной из алюминиевой фоль¬ ги или пластмассы. Края мембраны гоф¬ рированы, благодаря чему она и скреп¬ ленная с ней звуковая катушка облада¬ ют подвижностью. Весь механизм мик¬ рофона находится в металлическом корпусе 1. В крышке корпуса сделаны отверстия для прохода звуковых волн. Принцип работы такого микрофона основан на свойствах электромагнит¬ ной индукции, о которой я рассказывал тебе в первой беседе. Пока катушка ми¬ крофона неподвижна, в ней не индуци¬ руются электрические колебания, хотя она и находится в самой гуще магнит¬ ных силовых линий. Но вот перед мик¬ рофоном зазвучала, например, струна. Сразу же в такт с областями понижен¬ ного и повышенного давления звуко¬ вых волн начинает колебаться мембра¬ на. Колеблясь, она увлекает за собой катушку. При этом катушка пересекает магнитные силовые линии и в ней инду¬ цируется переменное напряжение той же частоты, что и у звуковых колеба¬ ний. Чем выше тон звука, тем выше ча¬ стота этого тона. Чем громче звук, тем больше амплитуда электрических коле¬ баний звуковой частоты. Рис. 18. Внешний вид и устройство электроди¬ намического микрофона МД-42 и МД-47 В микрофонной подставке нахо¬ дится трансформатор 7, с помощью ко¬ торого напряжение звуковой частоты, созданное электромагнитной системой микрофона, повышается, далее усили¬ вается до необходимого уровня студий¬ ным усилителем и от него передается по проводам к передатчику.
Беседа вторая 27 «Сердцем» передатчика любой ра¬ диостанции является генератор — уст¬ ройство, вырабатывающее колебания высокой, но строго постоянной для дан¬ ной радиостанции частоты. Эти колеба¬ ния радиочастоты, усиленные до необ¬ ходимой мощности, поступают в антен¬ ну и возбуждают в окружающем ее пространстве электромагнитные коле¬ бания точно такой же частоты — радио¬ волны. Скорость удаления радиоволн от антенны радиостанции равна скоро¬ сти света — 300 ООО км/с, что почти в миллион раз быстрее распространения звука в воздухе. Это значит, что если на Московской радиовещательной стан¬ ции в некоторый момент времени включили передатчик, то ее радиовол¬ ны меньше чем за 1/30 с дойдут до Вла¬ дивостока, а звук за это время успеет распространиться всего на 10—11 м. Радиоволны распространяются не только в воздухе, но и там, где его нет, например в космическом пространст¬ ве. Этим они отличаются от звуковых волн, для которых совершенно необхо¬ дим воздух или какая-либо другая плот¬ ная среда, например вода. Когда радиовещательная станция начинает свои передачи, диктор иногда сообщает, что данная радиостанция ра¬ ботает на волне такой-то длины. Волну, бегущую по поверхности воды, мы ви¬ дим и при известной ловкости можем измерить ее длину. Длину же радио¬ волн можно измерить только с помо¬ щью специальных приборов или рас¬ считать математическим путем, если, конечно, известна частота тока, воз¬ буждающего эти волны. Длина радиоволны — это расстоя¬ ние, на которое распространяется энер¬ гия электромагнитного поля за период колебания тока в антенне радиостанции. Понимать это надо так. За время одного периода тока в антенне передатчика в пространстве вокруг нее возникает одна радиоволна. Чем выше частота тока, тем больше следующих друг за другом ра¬ диоволн излучается антенной в течение каждой секунды. Допустим, что частота тока в антенне радиостанции составляет 1 МГц. Значит, период этого тока и воз¬ бужденного им электромагнитного поля равен одной миллионной доле секунды. За 1 с радиоволна проходит расстояние 300 000 км, или 300 000 000 м. За одну миллионную долю секунды она пройдет расстояние в миллион раз меньше, т.е. 300 000 000 : 1 000 000. Следовательно, длина волны данной радиостанции рав¬ на 300 м. Итак, длина волны радиостанции зависит от частоты тока в ее антенне: чем больше частота тока, тем короче волна, и наоборот, чем меньше частота тока, тем длиннее волна. Чтобы узнать длину волны радиостанции, надо ско¬ рость распространения радиоволн, вы¬ раженную в метрах,/ разделить на час¬ тоту тока в ее антенне. И наоборот, что¬ бы узнать частоту тока в антенне радиостанции, надо скорость распро¬ странения радиоволн разделить на дли¬ ну волны этой радиостанции. Для перевода частоты тока пере¬ датчика в мегагерцах в длину волны в метрах и обратно удобно пользоваться такими формулами: А,(м) = ЗООЛ(МГц); Г(МГц) = 300А(м), где X (греческая буква «лямбда») — длина волны; f — частота колебаний; 300 — скорость распространения ра¬ диоволн, выраженная в тысячах кило¬ метров в секунду. Хочу тебя предупредить: не путай понятие о длине волны, на которой ра¬ ботает радиостанция, с дальностью ее действия, т.е. с расстоянием, на кото¬ ром передачи этой станции могут быть приняты. Дальность действия радио¬ станций, правда, зависит от длины вол¬ ны, но не отождествляется с нею. Так, передача станции, работающей на вол¬ не длиной в несколько десятков мет¬ ров, может быть услышана на расстоя¬ нии в несколько тысяч километров, но не всегда слышна на более близких расстояниях. В то же время передача радиостанции, работающей на волне длиной в сотни и тысячи метров, часто не слышна на таких больших расстоя¬
28 Беседа вторая ниях, на которых слышны передачи ко¬ ротковолновых станций. Итак, каждая радиовещательная станция работает на определенной, от¬ веденной для нее частоте, называемой несущей. Длины волн различных ра¬ диостанций неодинаковы, но строго постоянны для каждой из них. Это и да¬ ет возможность принимать передачи каждой радиостанции в отдельности, а не все одновременно. РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ ВОЛН Весьма широкий участок радио¬ волн, отведенный для радиовещатель¬ ных станций, условно подразделен на несколько диапазонов: длинноволно¬ вый (сокращенно ДВ), средневолно¬ вый (СВ), коротковолновый (КВ), ульт¬ ракоротковолновый (УКВ). Длинно¬ волновый диапазон охватывает радио¬ волны длиной от 735,3 до 2000 м, что соответствует частотам 408—150 кГц; средневолновый — радиоволны дли¬ ной от 186,9 до 571,4 м (радиочастоты 1605—525 кГц); коротковолновый — радиоволны длиной от 24,8 до 75,5 (радиочастоты 12,1—3,95 МГц); ульт¬ ракоротковолновый — радиоволны д/шной от 4,11 до 4,56 м (радиочастоты 3—65,8 МГц). Радиоволны УКВ диапазона назы¬ вают также метровыми волнами; вооб¬ ще же ультракороткими волнами назы¬ вают все волны короче 10 м. В этом ди¬ апазоне ведутся телевизионные пере¬ дачи, работают связные радиостанции, оборудованные на автомашинах по¬ жарной охраны, такси, медицинского обслуживания населения на дому, бе¬ зопасности уличного движения. Радиочастоты коротковолновых ве¬ щательных станций неравномерно рас¬ пределены по диапазону: больше всего их работает на волнах длиной около 25, 31, 41 и 50 м. Соответственно этому ко¬ ротковолновый радиовещательный ди¬ апазон подразделяется на 25-, 31-, 41- и 50-метровый поддиапазоны. По международному соглашению волна длиной 600 м (500 кГц) отведена для передачи сигналов бедствия кораб¬ лями в море — SOS. На этой волне ра¬ ботают все морские аварийные радио¬ передатчики, на эту волну настроены приемники спасательных станций и маяков. РАДИОПЕРЕДАЧА Если сложное техническое оснаще¬ ние радиовещательной станции изоб¬ разить упрощенно в виде условных знаков и прямоугольников, то получит¬ ся ее структурная схема в таком виде, как показано на рис. 19. Здесь пять ос¬ новных приборов и устройств: студий¬ ный микрофон, усилитель звуковой ча¬ стоты (34), генератор колебаний ра¬ диочастоты (РЧ), усилитель мощности колебаний радиочастоты и антенна, из¬ лучающая электромагнитную энергию радиоволн. Пока студийный микрофон не включен, в антенне станции течет ток высокой (несущей), но строго по¬ стоянной частоты и амплитуды (см. ле¬ вые части графиков на рис. 20). Антен¬ на при этом излучает радиоволны неиз¬ менной длины и мощности. Рис. 19. Структурная схема радиовещательной станции Но вот в студии включили микро¬ фон, и люди, находящиеся за десятки,
Беседа вторая 29 сотни и тысячи километров от радио¬ станции, услышали знакомый голос диктора. Что же в это время происходит в передатчике радиостанции? Колеба¬ ния звуковой частоты, созданные мик¬ рофоном и усиленные студийным уси¬ лителем 34, попадают в так называе¬ мый модулятор, входящий в усилитель мощности передатчика, и там, воздейст¬ вуя на ток высокой частоты генератора, изменяют его амплитуду колебаний. От этого изменяется излучаемая антенной передатчика электромагнитная энергия (см. первые части графиков на рис. 20). Чем больше частота тока, поступающе¬ го из радиостудии в передатчик, тем с большей частотой изменяются амплиту¬ ды тока в антенне. Рис. 20. При действии звука на микрофон ток высокой частоты в антенне передатчика изме¬ няется по амплитуде Так звук, преобразованный микро¬ фоном в электрические колебания зву¬ ковой частоты, получает «путевку» в эфир. Процесс изменения амплитуд вы¬ сокочастотных колебаний под действи¬ ем тока звуковой частоты называют амплитудной модуляцией (AM). Изме¬ няемые же по амплитуде токи высокой частоты в антенне и излучаемые ею ра¬ диоволны носят название модулиро¬ ванных колебаний радиочастоты. Кроме амплитудной модуляции су¬ ществует еще так называемая частот¬ ная модуляция (ЧМ). При таком виде модуляции изменяется частота, а амп¬ литуда колебаний радиочастоты в ан¬ тенне радиостанции остается неизмен¬ ной. Частотную модуляцию применя¬ ют, например, для передачи звукового сопровождения в телевидении, в ра¬ диовещании на УКВ. В радиовещании на ДВ, СВ и КВ используют только амп¬ литудную модуляцию. Радиоволны не могут быть обнару¬ жены ни одним органом наших чувств. Но если на их пути встречается провод¬ ник, они отдают ему часть своей энер¬ гии. На этом явлении и основан прием радиопередач. Улавливание энергии радиоволн приемником осуществляет его антенна. Отдавая антенне часть электромагнитной энергии, радиовол¬ ны индуцируют в ней модулированные колебания радиочастоты. В приемнике происходят процессы, обратные тем, которые осуществляют¬ ся в студии и на передатчике радиостан¬ ции. Если там звук последовательно преобразуется сначала в электрические колебания звуковой частоты, а затем в модулированные колебания радиочас¬ тоты, то при радиоприеме решается об¬ ратная задача: модулированные колеба¬ ния радиочастоты, возбужденные в ан¬ тенне, приемник преобразует в элект¬ рические колебания звуковой частоты, а затем в звук. В простейшем приемни¬ ке, работающем только благодаря энер¬ гии, уловленной антенной, модулиро¬ ванные колебания радиочастоты преоб¬ разуются в колебания звуковой частоты детектором, а эти колебания в звук — головными телефонами. Но ведь антенну приемника прони¬ зывают радиоволны множества радио¬ станций, возбуждая в ней модулиро¬ ванные колебания самых различных радиочастот. И если все эти радио сиг¬ налы преобразовать в звуки, то мы ус¬ лышали бы сотни голосов людей, разго¬ варивающих на разных языках. Вряд ли такой радиоприем нас устроил бы. Разумеется, интересно послушать пе¬ редачи разных станций, но только, ко¬ нечно, не все одновременно, а каждую в отдельности. А для этого из колеба¬ ний всех частот, возбуждающихся в
30 Беседа вторая антенне, надо выделить колебания с ча¬ стотой той радиостанции, передачи ко¬ торой мы хотим слушать. Эту задачу выполняет колебательный контур, яв¬ ляющийся обязательной частью как са¬ мого простого, так и самого сложного радиовещательного приемника. Имен¬ но с помощью колебательного контура ты будешь в следующей беседе настра¬ ивать свой первый приемник на сигна¬ лы радиостанций разной длины волны. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В заключение этой беседы, кото¬ рая, надеюсь, помогла тебе разобрать¬ ся в сущности радиопередачи и радио¬ приема, надо сказать о некоторых осо¬ бенностях распространения радио¬ волн. Дело в том, что радиоволны разных диапазонов обладают неодина¬ ковыми свойствами, влияющими на дальность их распространения. Волны одной длины преодолевают большие расстояния, волны другой длины «те¬ ряются» за пределами горизонта. Бы¬ вает так, что радиосигнал превосходно слышен где-то по ту сторону Земли или в Космосе, но его невозможно обнару¬ жить в нескольких десятках километ¬ ров от радиостанции. Если бы мы настроили приемники на несущие частоты рядом располо¬ женных радиостанций, работающих в диапазонах УКВ, КВ, СВ и ДВ, то, уда¬ ляясь от радиостанций, смогли бы на¬ блюдать такое явление: уже на рассто¬ янии в несколько десятков километров прекратился бы прием УКВ и КВ стан¬ ций, через 800—1000 км перестанут быть слышны передачи СВ, а через 1500—2000 км — и передачи ДВ стан¬ ции. Но на большем расстоянии можно услышать передачу КВ станции. Чем это объяснить? Что влияет на «дальнобойность» радиоволн разной длины? Земля и окружающая ее атмо¬ сфера. Земля — проводник тока, хотя и не такой хороший, как, скажем, медные провода. Земная атмосфера состоит из трех слоев. Первый слой, верхняя гра¬ ница которого кончается в 10... 12 км от поверхности Земли, называется тропо¬ сферой. Над ним, километров до 50 от поверхности Земли, находится второй слой — стратосфера. А выше, пример¬ но до 400 км над Землей, простирается третий слой — ионосфера (рис. 21). Ио¬ носфера играет решающую роль в рас¬ пространении радиоволн, особенно ко¬ ротких. Рис. 21. Пути радиоволн Воздух в ионосфере сильно разре¬ жен. Под действием солнечных излу¬ чений там из атомов газов выделяется много свободных электронов, в ре¬ зультате чего появляются положитель¬ ные ионы. Происходит, как говорят, ионизация верхнего слоя атмосферы. Ионизированный слой способен по¬ глощать радиоволны и искривлять их путь. В течение суток в зависимости от интенсивности солнечного излучения количество свободных электронов в ионизированном слое, его толщина и высота изменяются, а от этого изме¬ няются и электрические свойства это¬ го слоя. Антенны радиостанций излучают радиоволны вдоль поверхности Земли и вверх под различными углами к ней. Волны, идущие вдоль поверхности, на¬ зывают земными или поверхностными, под различными углами — пространст¬ венными. При передаче сигналов ДВ станций используется главным обра¬ зом энергия поверхностных волн, ко¬ торые хорошо огибают поверхность Земли. Но Земля, являясь проводни¬
Беседа вторая 31 ком, поглощает энергию радиоволн. Поэтому по мере удаления от ДВ стан¬ ции громкость приема ее передач по¬ степенно уменьшается и наконец при¬ ем совсем прекращается. Средние волны хуже огибают Зем¬ лю и, кроме того, сильнее, чем длин¬ ные, поглощаются ею. Этим-то и объ¬ ясняется меньшая «дальнобойность» СВ радиовещательных станций по сравнению с ДВ станциями. Так сигна¬ лы радиостанции, работающей на вол¬ не длиной 300—400 м, могут быть при¬ няты на расстоянии, в два-три раза меньшем, чем сигналы станции такой же мощности, но работающей на волне длиной 1500—2000 м. Чтобы повысить дальность действия СВ станций, прихо¬ дится увеличивать их мощность. В вечернее и ночное время суток передачи ДВ и СВ радиостанций мож¬ но слышать на больших расстояниях, чем днем. Дело в том, что излучаемая вверх часть энергии радиоволн этих станций днем бесследно теряется в атмосфере. После же захода Солнца нижний слой ионосферы искривляет их путь так, что они возвращаются к Земле на таких расстояниях, на кото¬ рых прием этих станций поверхност¬ ными волнами уже невозможен. Радиоволны КВ диапазона сильно поглощаются Землей и плохо огибают ее поверхность. Поэтому уже на рас¬ стоянии в несколько десятков километ¬ ров от радиостанций их поверхност¬ ные волны затухают. Но зато простран¬ ственные волны могут быть обнаруже¬ ны приемниками на расстоянии в несколько тысяч километров от них и даже в противоположной точке Земли. Искривление пути пространственных коротких волн происходит в ионосфе¬ ре. Войдя в ионосферу, они могут прой¬ ти в ней очень длинный путь и вернуть¬ ся на Землю далеко от радиостанции. Они могут совершить кругосветное пу¬ тешествие — их можно принять даже в том месте, где расположена передаю¬ щая станция. Этим и объясняется сек¬ рет хорошего распространения корот¬ ких волн на большие расстояния даже при малых мощностях передатчика. Но при распространении коротких волн могут образовываться зоны, где передачи КВ радиостанции вообще не слышны. Их называют зонами молча¬ ния (см. рис. 21). Протяженность зоны молчания зависит от длины волны и со¬ стояния ионосферы, которое, в свою очередь, зависит от интенсивности солнечного излучения. Ультракороткие волны по своим свойствам наиболее близки к световым лучам. Они в основном распространя¬ ются прямолинейно и сильно поглоща¬ ются землей, растительным миром, различными сооружениями, предмета¬ ми. Поэтому уверенный прием сигна¬ лов УКВ станций поверхностной вол¬ ной возможен главным образом лишь тогда, когда между антеннами передат¬ чика и приемника можно мысленно провести прямую линию, не встречаю¬ щую по всей длине каких-либо препят¬ ствий в виде гор, /возвышенностей, ле¬ сов. Ионосфера для УКВ подобна стек¬ лу для света — «прозрачна». Ультрако¬ роткие волны почти беспрепятственно проходят через нее. Поэтому такой ди¬ апазон радиоволн используют для свя¬ зи с искусственными спутниками Зем¬ ли и космическими кораблями. Но наземная дальность действия даже мощной УКВ радиостанции не превышает, как правило, 100—200 км. Лишь путь наиболее длинных волн это¬ го диапазона (8—9 м) несколько ис¬ кривляется нижним слоем ионосферы, как бы пригибая волны к земле. Поэто¬ му расстояние, на котором возможен прием сигналов УКВ передатчика, мо¬ жет быть большим. Иногда, однако, пе¬ редачи УКВ станций слышны на рас¬ стояниях в сотни и тысячи километров от них. Радиолюбители, увлеченные радиоспортом, помогают ученым раскрывать секреты рас- ространения УКВ.
БЕСЕДА ТРЕТЬЯ ТВОЙ ПЕРВЫЙ РАДИОПРИЕМНИК Практическое знакомство с радиотехникой обычно начинается с постройки самого про- стого радиовещательного приемника — детекторного. Советую и тебе не нарушать эту радиолюбительскую традицию. Но детекторный приемник, как, впрочем, и некото¬ рые простые транзисторные, не будет удовлетворительно работать без внешней ан¬ тенны и заземления. С них поэтому тебе и придется начать свои первые практические шаги в радиотехнике. АНТЕННА И ЗАЗЕМЛЕНИЕ Слово «антенна» пришло к нам из греческого языка. Греки называли ан¬ тенной щупальца или усики насекомых. Приемная антенна — это тоже щупаль¬ ца, которыми она «захватывает» из про¬ странства энергию радиоволн. Чем боль¬ ше энергии приемник получит от своей антенны, тем громче он будет работать. Это особенно важно для детекторного приемника, который работает исключи¬ тельно благодаря энергии радиоволн. Конструкций антенн много. Боль¬ шая часть из них — это длинные прово¬ да, поднятые высоко над землей. Такие антенны называют наружными, так как находятся снаружи зданий. Те же антен¬ ны, которые располагают внутри зда¬ ний, называют комнатными или внут¬ ренними. Наружные антенны по прием¬ ным свойствам лучше внутренних.
Беседа третья 33 Тебе, пока что начинающему ра¬ диолюбителю, рекомендую соорудить наружную антенну. Однако сначала сделай заземление. Дело в том, что под действием атмосферных разрядов в проводе наружной антенны могут на¬ капливаться столь значительные элект¬ рические заряды, что они будут ощу¬ щаться при прикосновении к проводу. Соединив же с землей провод будущей наружной антенны, ты отведешь заря¬ ды в землю. Рис. 22. Заземление Заземление. Возможно ближе к ок¬ ну, через которое ты предполагаешь вводить провода заземления и антен¬ ны, вырой яму такой глубины, где зем¬ ля всегда сохраняет влагу. В яму уложи какой-нибудь металлический предмет, например старое, но не заржавевшее ведро (рис. 22, а) или лист оцинкован¬ ного железа (рис. 22, б) размерами при¬ мерно 50x100 см, предварительно при¬ паяв к нему отрезок провода такой дли¬ ны, чтобы протянуть его до твоего ра¬ бочего места. Металлический предмет засыпь землей, но осторожно, чтобы не перерубить лопатой провод заземле¬ ния, и хорошо утрамбуй землю. После этого провод заземления прикрепи к стене дома скобами, сделанными из гвоздей или стальной проволоки. Если ты живешь в городе, то зазем¬ лением могут служить трубы водопро¬ вода, центрального парового или водя¬ ного отопления, так как они имеют хо¬ роший электрический контакт с зем¬ лей. Трубу (по возможности ближе к твоему рабочему месту) надо осторож¬ но зачистить до блеска напильником и туго обмотать этот участок трубы кон¬ цом зачищенного медного провода, ко¬ торый пойдет к приемнику. Надежный контакт провода с трубой можно сде¬ лать и с помощью металлического хо¬ мута (рис. 22, в). Наружная антенна. Лучше всего соорудить Г-образную антенну, напо¬ минающую внешним видом букву «Г» (рис. 23). Такая антенна состоит из про¬ вода длиной 20...40 м, подвешенного с помощью опор-мачт на высоту 10... 15 м над землей, и снижения — такого же провода, свисающего вниз, конец кото¬ рого подключают к радиоприемнику. Ту часть снижения, которую вводят в дом, называют вводом антенны. Чем длиннее горизонтальная часть антенны и чем выше она поднята над землей, тем лучше радиоприем. Для такой антенны удобно приме¬ нить антенный канатик — многожиль¬ ный провод, свитый из нескольких тон¬ ких медных проводов, или медную про¬ волоку толщиной 1,5...2 мм. В крайнем случае, можно использовать оцинко¬ ванную стальную или железную про¬ волоку такой же толщины. Более тон¬ кая проволока не годится, антенна из нее полупится непрочной. Непригодна для антедны алюминиевая проволока, так как на воздухе она становится хрупкой и обрывается. Желательно, чтобы горизонталь¬ ная часть, снижение и ввод антенны были сделаны одним отрезком прово¬ да. Если нет провода необходимой дли¬ ны, то соединяемые участки проводов нужно зачистить до блеска, прочно скрутить и обязательно пропаять места скруток. К приемнику 2 Зак. 261
34 Беседа третья Рис. 23. Устройство Г-образной антенны Определяя место подвески гори¬ зонтальной части антенны, учитывай возможность использования крыши своего дома. Близко к железной крыше дома и над деревьями антенну подве¬ шивать не рекомендуется. Если непо¬ далеку проходят провода электричес¬ кого освещения, то горизонтальную часть антенны располагай по возмож¬ ности перпендикулярно им и подальше от них. Имей в виду: категорически запре¬ щается подвешивать провод антенны над линиями электрического освеще¬ ния, телефонными и другими провода¬ ми, а также крепить шесты к водосточ¬ ным, вентиляционным и дымоходным трубам, телефонным столбам, столбам электрического освещения. Для мачт, устанавливаемых на кры¬ шах домов, нужны шесты длиной 3...4 м, диаметром у основания 8... 10 см, а у вершины 4...5 см. В сельской мест¬ ности в качестве одной из опор можно использовать дерево. К шестам, отсту¬ пая от вершины на 15...20 см, прикрепи по три отрезка стальной проволоки ддиной несколько больше длины шес¬ тов, они будут оттяжками. На вершине одного из шестов укрепи блок. Пропус¬ ти через него прочную веревку, а луч¬ ше тонкий металлический трос для подъема горизонтальной части антен¬ ны, а в дальнейшем для регулировки ее натяжения. Под мачты обязательно сделай дощатые опорные площадки с гнездами для их оснований. Устанавли¬ вать мачты удобнее вдвоем — один держит мачту в вертикальном положе¬ нии, а другой закрепляет ее оттяжки на костылях или гвоздях, вбитых в крышу. Если кровля железная, оттяжки можно крепить в закроях железа. Провод горизонтального луча ан¬ тенны подвешивай к мачтам на двух цепочках из антенных изоляторов (рис. 24, а) или фарфоровых роликах (рис. 24, б), используемых для комнат¬ ной электропроводки. В каждой цепоч¬ ке должно быть не менее чем по два изолятора. Одну цепочку крепи к вер¬ шине мачты без блока, вторую — к ве¬ ревке (тросу), перекинутой через блок на второй мачте. Разматывая провод, не выпускай моток из рук, следи за тем, чтобы на проводе не образовывались петли, пе¬ регибы. Ту часть провода, которая будет снижением, временно, пока не закон¬ чишь подъем и крепление горизонталь¬ ной части антенны, соедини с заземле¬ нием. Если для снижения приходится использовать отдельный отрезок прово¬ да, место его скрутки с горизонтальным
Беседа третья 35 лучом обязательно пропаяй. Сильно на¬ тягивать провод горизонтального луча не следует, так как'во время зимних мо¬ розов его длина заметно уменьшается, провод натягивается и может оборвать¬ ся или поломать опоры. Рис. 24. Цепочка изоляторов Чтобы снижение не болталось и не соприкасалось с кровлей или другими частями дома, укрепи на стене или на краю крыши шест или брусок с роликом и привяжи к нему провод снижения. Если в качестве одной опоры ан¬ тенны использовать дерево, то к его стволу нужно привязать шест с блоком на конце, как показано на рис. 23. Сво¬ бодный конец троса, пропущенный че¬ рез блок, к стволу не крепи — во время ветра качающееся дерево может обо¬ рвать провод антенны. К нему надо привязать какой-нибудь груз, напри¬ мер камень. Подбирая массу этого гру¬ за, легко добиться необходимого натя¬ жения горизонтального луча антенны. Если по каким-либо причинам тебе не удастся соорудить Г-образную ан¬ тенну на двух опорах, сделай ее в виде наклонного луча. Для этого потребует¬ ся одна опора высотой 10... 15 м. Второй конец провода крепи на изоляторе воз¬ ле окна, через которое антенну будешь вводить в дом. Если дом высокий, а ты живешь на первом или втором этаже, неплохой наружной антенной может быть провод, вертикально или с накло¬ ном свисающий к твоему окну. Наружная антенна может быть и од¬ номачтовой, например типа «метелка» (рис. 25). Она состоит из 40...80 прутков проволоки без изоляции толщиной 1,0...1,5 мм и длиной по 40...50 см. Прут¬ ки должны быть зачищены с одного конца и туго стянуты концом провода, предназначенного для снижения. Ниж¬ нюю часть метелки желательно залить расплавленным свинцом, чтобы обес¬ печить надежный контакт между от¬ дельными ее прутками. Пучок прутков надо вставить в отверстие большого фарфорового изолятора или толсто¬ стенный фарфоровый либо стеклян¬ ный стакан подходящего диаметра, а затем залить варом или смолой. Сво¬ бодные концы прутков расправляют наподобие метлы. Изолятор крепят к мачте железным хомутиком или прово¬ локой. Рис. 25. Антенна типа «метелка» Вводы антенны и заземления. В сельской местности для оборудования ввода наружной антенны кроме изоля¬ ционных материалов потребуется еще грозовой переключатель — небольшой рубильник с зубчатыми пластинками, образующими искровой промежуток. Провода снижения и заземления вводи внутрь комнаты через отверстия, про¬ сверленные в стене (рис. 26), оконной колодке или не открывающейся раме окна. Сверли их с небольшим накло¬ ном в сторону улицы, чтобы через них в комнату не затекала дождевая вода. Возможно ближе к этим отверстиям укрепи грозовой переключатель. В отверстие для антенного ввода с наружной стороны вставь фарфоро¬ вую воронку, а с внутренней — втулку. Вставь в них резиновую, поливинил¬
36 Беседа третья Рис. 26. Оборудование вводов антенны и заземления и установка грозового переключателя хлоридную или иную изоляционную трубку, а через трубку пропусти конец провода снижения. Если нет фарфоро¬ вых воронки и втулки, можно обойтись одной изоляционной трубкой. Провод заземления вводи без изо¬ ляционных материалов, только со сто¬ роны комнаты вставь в отверстие втул¬ ку, чтобы не испортить внешний вид стены. Ввод антенны укрепи на роли¬ ках и, сделав на конце провода петель¬ ку, закрепи ее под верхний зажим гро- зопереключателя. Ввод заземления прибей к стене проволочными скоба¬ ми. На конце провода заземления тоже сделай петельку и прочно зажми ее под винт ножа грозопереключателя. Далее заготовь два отрезка изолированного провода такой длины, чтобы дотянуть их до твоего рабочего места. Подойдет провод, применяемый для электросети. Концы проводов зачисть от изоляции. Один из них закрепи под нижний сво¬ бодный зажим грозопереключателя, другой — под его верхний зажим (с ко¬ торым соединен ввод антенны). Проти¬ воположными концами эти провода бу¬ дешь подключать к приемнику. Зачем нужен грозопереключатель? Чтобы отводить в землю электрические заряды, возникающие в проводах на¬ ружной антенны под действием различ¬ ных атмосферных явлений. Когда при¬ емником не пользуются, антенна долж¬ на быть заземлена — нож грозопере¬ ключателя устанавливают в верхнее положение. Перед началом радиопере¬ дач нож грозопереключателя переки¬ дывают вниз, переключая заземление на приемник. Если к радиопередаче на¬ чинают примешиваться значительные трески, являющиеся признаком при¬ ближения грозы (в это время заряды из антенны уходят в землю через искровой промежуток), радиоприем желательно прекратить, а антенну заземлить. При этом приемник перестает работать, а создающиеся в антенне электрические заряды через нож переключателя стека¬ ют в землю, не причиняя вреда ни при¬ емнику, ни слушателю. Этих предосторожностей вполне достаточно, чтобы не иметь неприятно¬ стей от наружной антенны во время грозы. Комнатная антенна. Для приема сигналов местной или отдаленной мощной радиовещательной станции можно пользоваться также комнатной антенной. Для ее устройства нужно в углах комнаты под потолком привер¬ нуть фарфоровые ролики и натянуть между ними изолированный или голый провод. Его можно протянуть вдоль од¬ ной, двух, трех или всех четырех стен комнаты. Один из концов провода пой¬ дет вниз, к приемнику. Такая антенна будет тем лучше, чем длиннее ее про¬ вод и чем выше над землей находится комната. Можно также соорудить спираль¬ ную комнатную антенну (рис. 27),
Беседа третья 37 представляющую собой изолирован¬ ный или голый провод длиной 10... 15 м, свитый в спираль на круглой болванке. Спиральную антенну нужно подвесить на шнуре или капроновой леске между стенами комнаты. Снижение к радио¬ приемнику можно сделать от любого конца или витка спирали. жень из феррита марки 400НН или 600НН диаметром 7...8 мм и длиной 120... 140 мм (такие стержни использу¬ ют для магнитных антенн транзистор¬ ных приемников), полупроводниковый точечный диод, который в приемнике будет детектором, несколько конденса¬ торов постоянной емкости и головные телефоны. Катушку индуктивности сделай сам. Остальные детали готовые. Диод может быть любым из серий Д9, Д2. Конденсаторы также любых ти¬ пов — слюдяные, керамические или бумажные емкостью от нескольких де¬ сятков до нескольких тысяч пикофарад (сокращенно: пФ). Головные телефоны высокоомные, т.е. с обмотками сопро¬ тивлением 1500...2200 Ом, например, типа ТОН-1 или ТА-4. Несколько поз¬ же, когда приступишь к эксперимен¬ там, нужны будут некоторые другие детали и материалы. Для катушки потребуется обмоточ¬ ный провод марки ПЭВ-1 (провод с эма¬ левой высокопрочной изоляцией в один слой), ПЭВ-2 (тоже, но с изоляци¬ ей в два слоя) или ПЭЛ (провод с эмале¬ вой лакостойкой изоляцией) диамет¬ ром 0,15...0,2 мм. Обмоточные провода этих марок и их диаметр обозначают так: ПЭВ-1 0,15; ПЭВ-2 0,18; ПЭЛ 0,2. Го¬ дятся обмоточные провода и других ма¬ рок, например ПБД — с изоляцией из двух (буква Д) слоев хлопчатобумаж¬ Рис. 28. Самодельная катушка индуктивности (а), ферритовый стержень (б), точечный диод (в), конденсаторы (г) и головные телефоны (д), необходимые для опытного приемника Рис. 27. Комнатная спиральная антенна Грозопереключатель для комнат¬ ной антенны не нужен. ПЕРВЫЙ РАДИОПРИЕМНИК Главное достоинство этого вариан¬ та простейшего радиоприемного уст¬ ройства заключается в том, что в нем легко делать любые изменения и до¬ полнения, исправлять ошибки путем переключения соединительных про¬ водников, поскольку все его детали бу¬ дут лежать перед тобой в развернутом виде. Опыты с ним помогут тебе понять основные принципы работы любого радиовещательного приемника и полу¬ чить некоторые практические навыки радиотехнического конструирования. Для такого приемника понадобятся (рис. 28): катушка индуктивности, стер¬
38 Беседа третья ной пряжи (буква Б) или ПЭЛШО — с эмалевой лакостойкой изоляцией и од¬ ним (буква О) слоем натурального шел¬ ка (буква ТТТ). Важно лишь, чтобы изо¬ ляция провода была не попорченной, иначе между витками катушки может возникнуть замыкание, чего допускать нельзя. Внутренний диаметр каркаса катуш¬ ки, склеенный из писчей бумаги в 3-4 слоя, должен быть таким, чтобы в него с небольшим трением входил феррито- вый стержень. В связи с этим условием советую тебе ферритовый стержень ис¬ пользовать в качестве болванки для за¬ готовки каркаса катушки. Делай это так. Предварительно обверни стержень одним-двумя слоями тонкой бумаги, чтобы в дальнейшем к нему приклеился каркас. Затем обверни стержень один раз полоской писчей бумаги шириной около 100 мм. Внутреннюю сторону ос¬ тавшейся части бумаги намажь тонким и ровным слоем клея БФ-2 или «Мо¬ мент», плотно закатай в нее стержень и, не снимая каркас со стержня, немного подсуши его. Когда каркас подсохнет, сними его со стержня, удали бумажную прослойку и досуши в теплом месте — готовый каркас должен быть жестким. Прежде чем катушку наматывать, вставь в каркас ферритовый стержень. Провод сильно не натягивай, иначе каркас сожмется и из него будет труд¬ но вытащить стержень. Всего на кар¬ кас надо намотать в один ряд 300 вит¬ ков провода, делая через каждые 50 витков отводы в виде петель. Получит¬ ся однослойная шестисекционная ка¬ тушка индуктивности с двумя крайни¬ ми выводами и пятью отводами. Чтобы крайние витки провода готовой катуш¬ ки не спадали, закрепи их на каркасе колечками, нарезанными из резиновой или поливинилхлоридной трубки, или обмотай нитками. Дополнительно вит¬ ки провода катушки можно скрепить тонким слоем клея БФ-2. Концы карка¬ са аккуратно подрежь острым ножом. Бывает, что во время намотки ка¬ тушки провод оборвется или одного от¬ резка провода не хватит на всю катуш¬ ку. В таком случае концы провода, ко¬ торые нужно соединить, должны быть очищены от изоляции, крепко скруче¬ ны, пропаяны и обязательно обмотаны тонкой изоляционной лентой. Если со¬ единение приходится возле отвода, то лучше не жалеть нескольких витков провода и сделать его в петле. Рис. 29. Соединение деталей опытного прием¬ ника Вот теперь, юный друг, приступай к сборке своего первого радиоприемника (рис. 29). Концы выводов и отводов ка¬ тушки необходимо зачистить от изоля¬ ции, только осторожно, чтобы не по¬ рвать провод. Один из крайних выводов назовем началом катушки и обозначим буквой н. Соедини его с диодом. Второй крайний вывод катушки, ее конец к, со¬ едини с одним из контактных штырьков шнура головных телефонов. Оставшие¬ ся свободными вывод диода и штырек телефонов тоже соедини между собой. К проводнику, идущему от начала ка¬ тушки к диоду, прочно прикрути провод антенны, предварительно зачистив его от изоляции. Этот проводник приемни¬ ка будем называть антенным. К провод¬ нику, соединяющему конец катушки с телефонами, прикрути провод заземле¬ ния. Это будет заземленный проводник. Во время опытов его придется переклю¬ чать с одного вывода катушки на другой (на рис. 29 показано штриховой линией со стрелкой), не изменяя при этом со¬ единения заземления с телефонами. Совершим «прогулку» по цепям по¬ лучившегося приемника. От начала ка¬
Беседа третья 39 тушки н по антенному проводнику мы попадаем к диоду, а от него — к голо¬ вным телефонам. Через телефоны, да¬ лее по заземленному проводнику и че¬ рез все витки катушки приходим к от¬ правной точке н. Получилась замкну¬ тая электрическая цепь, состоящая из катушки, диода и телефонов. Ее назы¬ вают детекторной. Если в этой цепи где-либо окажется обрыв, плохой кон¬ такт между деталями или соединитель¬ ными проводниками, например не¬ прочная скрутка, приемник, естествен¬ но, работать не будет. Кратчайший путь из антенны в зем¬ лю — через катушку. По этому пути пойдет ток высокой частоты, возбуж¬ даемый в антенне радиоволнами. Этот ток создаст на концах катушки высоко¬ частотное напряжение, которое вызо¬ вет ток такой же частоты во всей детек¬ торной цепи. Цепь, состоящую из антенны, ка¬ тушки и заземления, называют антен¬ ной или антенным контуром. Обрати внимание, контурная катушка прием¬ ника входит как в антенную, так и в де¬ текторную цепи. После такой прогулки по цепям приемника можно перейти к его испы¬ танию. Надень на голову телефоны, прижми их плотнее к ушам, прислу¬ шайся. Возможно, сразу ты ничего не услышишь даже при заведомо хоро¬ ших антенне и заземлении, предвари¬ тельно проверенных диоде и телефо¬ нах. Это потому, что приемник, види¬ мо, не настроен на несущую частоту радиовещательной станции, сигналы которой хорошо слышны в вашем рай¬ оне, или ты попал в перерыв передачи. Настраивать такой приемник можно изменением числа витков катушки, включаемых в антенный контур. На рис. 29 в антенный контур вклю¬ чены все 300 витков катушки. Но если заземленный проводник отсоединить от конца катушки и присоединить, на¬ пример, к отводу 5, то в контур будет включено уже не 300, а 250 витков. Ес¬ ли же этот проводник переключить на отвод 4, в контур будет включено 200 витков. При переключении его на от¬ вод 3 в антенный контур будет включе¬ но 150 витков и т.д. При этом нижние секции окажутся не включенными в контур и в работе приемника участво¬ вать не будут. Таким образом, пере¬ ключением заземленного проводника ты можешь включать в контур разное число витков через 50 витков. Запомни: чем больше длина волны радиовещательной станции, на кото¬ рую можно настроить приемник, тем большее число витков катушки должно быть включено в антенный контур. Твой опытный приемник можно на¬ страивать на радиовещательные стан¬ ции как СВ, так и ДВ диапазонов. Но, разумеется, передачи не всякой стан¬ ции ты можешь принять. На слабые сигналы отдаленных станций детектор¬ ный приемник реагировать не смо¬ жет — мала чувствительность. Теперь займись настройкой прием¬ ника путем присоединения заземлен¬ ного проводника сначала к отводу 5, за¬ тем к отводу 4 и так до отвода 1. Одно¬ временно следи, чтобы отводы катушки и соединительные проводники не со¬ прикасались, а контакты в скрутках не нарушались. Иначе приемник совсем не будет работать или в телефонах бу¬ дут слышны трески, шорохи, мешаю¬ щие приему. Электрические контакты будут надежнее, если места соедине¬ ний проводников и деталей пропаять. Настроив приемник на одну стан¬ цию, запомни число витков, включен¬ ных в контур, при котором станция слышна с наибольшей громкостью. По¬ том попытайся «найти» таким же спо¬ собом другую станцию. Надеюсь, что ты добился некоторо¬ го успеха. Попробуй улучшить работу приемника. Не изменяя настройки приемника, присоедини параллельно телефонам (между его контактными штырьками) конденсатор. Емкость это¬ го конденсатора, называемого в дан¬ ном случае блокировочным, может быть от 1000 до 3000 пФ. При этом
40 Беседа третья громкость звучания телефонов должна несколько увеличиться. А если радио¬ вещательные станции находятся более чем в 150...200 км от того места, где ты живешь, блокировочный конденсатор включай в самом начале опыта. Способ настройки приемника толь¬ ко скачкообразным изменением числа витков катушки очень прост. Но он не всегда позволяет настроить приемник точно на несущую частоту станции. Точной настройки можно добиться до¬ полнительным способом, например ... с помощью гвоздя. Попробуй! Настрой приемник уже знакомым тебе способом на волну радиостанции и введи внутрь каркаса катушки толстый гвоздь или подходящего диаметра же¬ лезный стержень. Что получилось? Громкость приема немного возрастет или, наоборот, уменьшится. Вытащи гвоздь из катушки — громкость станет прежней. Теперь медленно вводи гвоздь в катушку и также медленно извлекай его из катушки — громкость работы приемника будет немного, но плавно изменяться. Опытным путем можно найти такое положение металлического предмета в катушке, при котором гром¬ кость звучания будет наилучшей. Этот опыт позволяет сделать вы¬ вод, что металлический стержень, по¬ мещенный в катушку, влияет на наст¬ ройку контура. С таким способом наст¬ ройки приемника, только, разумеется, с применением лучшего, чем гвоздь, ферромагнитного сердечника, ты по¬ знакомишься еще в этой беседе. А пока предлагаю следующий опыт: настроить приемник на сигналы радиовещатель¬ ной станции с помощью конденсатора переменной емкости. Для удобства проведения этого и нескольких последующих опытов с де¬ текторным приемником на фанерной дощечке размерами примерно 30x70 мм смонтируй колодку со штепсельными гнездами, два зажима, блокировочный конденсатор, соединив их под дощеч¬ кой, как показано на рис. 30. Колодку с гнездами устанавливай на дощечке так: просверли в ней два отверстия диамет¬ ром 6...8 мм с расстоянием 20 мм между центрами и вставь в них «хвосты» штепсельных гнезд. Колодку укрепи на дощечке шурупами или винтами с гай¬ ками. Начало катушки и антенну под¬ ключи к зажиму, с которым соединен диод, а ко второму зажиму, соединен¬ ному с гнездом телефонов, подключи конец катушки и заземление. Конденсатор переменной емкости может быть как с воздушным, так и с твердым диэлектриком. Но функцию конденсатора переменной емкости могут выполнять две металлические пла¬ стины размерами примерно 150x150 мм, вырезанные, например, из жести боль¬ ших консервных банок. К пластинам припаяй проводники длиной по 250...300 мм. С помощью этих провод¬ ников одну пластину соедини с зажи¬ мом антенны, а другую — с зажимом заземления. Положи пластины на стол одну возле другой, но так, чтобы они не соприкасались, и настрой прием¬ ник на радиостанцию только переклю¬ чением секций катушки заземленным проводником. Теперь поднеси зазем¬ ленную пластину к пластине, соеди¬ ненной с антенной. Если громкость бу¬ дет увеличиваться, сближай пластины и, наконец, положи одну пластину на другую, проложив между ними лист сухой бумаги (чтобы не было электри¬ ческого контакта). Найди такое взаим¬ ное расположение пластин, при кото¬ ром будет точная настройка. Если же Рис. 30. Настройка приемника самодельным конденсатором переменной емкости
Беседа третья 41 при сближении пластин громкость приема будет уменьшаться, переклю¬ чи заземленный проводник на ближ¬ ний к началу катушки отвод и вновь сближай пластины, добиваясь наи¬ большей громкости. В этом опыте настройка приемника на несущую частоту радиостанции осу¬ ществлялась двумя способами: грубо — изменением индуктивности катушки путем переключения ее секций, точ¬ но — изменением емкости пластинча¬ того конденсатора. Запомни: индуктивность катушки и емкость конденсатора при настройке приемника на радиостанцию взаимо¬ связаны. Одну и ту же радиостанцию можно слушать при включении в ан¬ тенный контур приемника большего числа витков, т.е. большей индуктивно¬ сти катушки, но при меньшей емкости конденсатора либо, наоборот, при меньшей индуктивности катушки, но большей емкости конденсатора. прежней громкости звучания телефо¬ нов. Если до включения в контур до¬ полнительного конденсатора во время приема одной станции прослушива¬ лась еще какая-то другая, близкая по частоте радиостанция, теперь она бу¬ дет слышна много слабее, а возможно, и совсем не будет мешать. Приемник стал четче выделять сигналы той стан¬ ции, на которую настроен, или, как го¬ ворят, улучшилась его селективность, т.е. избирательность. Вместо конденсатора постоянной емкости включи между антенной и приемником конденсатор переменной емкости. С его помощью ты сможешь не только изменять селективность при¬ емника, но, возможно, и настраивать его на разные станции. Рис. 31. Конденсатор, включенный в цепь ан¬ тенны, улучшает селективность приемника Теперь снова настрой приемник на какую-либо радиостанцию, запомни громкость приема передачи, а затем, не изменяя настройки, включи между ан¬ тенной и антенным зажимом конденса¬ тор емкостью 47...62 пФ (рис. 31). Что получилось? Громкость приема не¬ сколько уменьшилась. Произошло это потому, что конденсатор, включенный в цепь антенны, изменил параметры всего контура. Подстрой контур кон¬ денсатором переменной емкости до Рис. 32. Приемник с настройкой ферритовым стержнем Следующий опыт — настройка приемника ферритовым стержнем (рис. 32). Пластинчатый конденсатор удали, а вместо него между зажимами антенны и заземления, т.е. параллель¬ но катушке, включи слюдяной или ке¬ рамический конденсатор емкостью 120... 150 пФ. Прижми телефоны по¬ плотнее к ушам, сосредоточься и очень медленно вводи ферритовый стержень внутрь каркаса катушки. Постепенно углубляя стержень в катушку, ты дол¬ жен услышать передачи всех тех ра¬ диовещательных станций, прием кото¬
42 Беседа третья рых возможен в вашей местности на детекторный приемник. Чем длиннее волна радиостанции, тем глубже дол¬ жен быть введен стержень в катушку. Опытным путем найди такое положе¬ ние стержня в катушке, при котором наиболее громко слышны сигналы станции, и сделай на стержне соответ¬ ствующую пометку карандашом. Поль¬ зуясь ею как делениями шкалы, ты сможешь быстро настроить приемник на волну этой станции. Продолжая опыт с использованием ферритового стержня, подключи па¬ раллельно катушке другой конден¬ сатор емкостью 390...470 пФ. Как это повлияло на настройку приемника? Громкость осталась прежней, но для настройки на ту же станцию стержень приходится меньше вводить в катушку. Совсем удали конденсатор, оставив включенной только катушку. Что полу¬ чилось? Чтобы настраивать приемник на ту же станцию, стержень надо глуб¬ же вводить в катушку. Какие выводы можно сделать, про¬ водя эксперименты с таким вариантом детекторного приемника? Основных два. Во-первых, ферритовый стержень значительно сильнее, чем металличес¬ кий предмет, влияет на индуктивность катушки, а значит, и на настройку кон¬ тура. Во-вторых, с помощью феррито¬ вого стержня можно плавно и точно настраивать контур приемника на же¬ лательную радиостанцию. Еще один эксперимент. Антенну и заземление отключи от приемника, между ними включи диод, а параллель¬ но — телефоны без блокировочного конденсатора. Вот и весь приемник. Ра¬ ботает? Тихо, вероятно? К тому же, возможно, одновременно слышны пе¬ редачи двух-трех радиовещательных станций. От такого приемника ожидать лучшего не следует. Ты, наверное, заметил, что когда дотрагиваешься рукой до деталей или соединительных проводников, гром¬ кость работы немного изменяется. Это объясняется расстройкой антенного контура, вносимой в него электричес¬ кой емкостью твоего тела. Может случиться, что у тебя не окажется ферритового стержня. В та¬ ком случае для приемника и настройки его используй так называемый варио¬ метр, описанный в восьмой беседе (см. рис. 140). ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ТВОЕГО ПРИЕМНИКА Чтобы правильно соединить детали приемника, ты пользовался рисунками. На них катушку, телефоны, диод-де¬ тектор и другие детали, приборы и со¬ единения ты видел такими, какими они выглядят в натуре. Это очень удобно для начала, пока приходится иметь де¬ ло с совсем простыми радиотехничес¬ кими конструкциями, состоящими из малого числа деталей. Но если попы¬ таться изобразить таким способом уст¬ ройство современного приемника, то получится такая «паутина» деталей и проводов, в которой невозможно разо¬ браться. Чтобы этого избежать, любой электроприбор или радиоаппарат изо¬ бражают схематически, т.е. в виде уп¬ рощенного чертежа — схемы. Так де¬ лают не только в электро- и радиотех¬ нике. Посмотри, например, на геогра¬ фическую карту. Судоходная могучая красавица Волга со всеми ее грандиоз¬ ными сооружениями изображена на карте извилистой змейкой. Даже такие большие города, как Москва, Санкт- Петербург, Нижний Новгород, Екате¬ ринбург, Владивосток и многие другие показаны на карте всего лишь кружка¬ ми разного диаметра. Леса, равнины, горы, моря, каналы изображены на ней тоже упрощенно — схематически. Различают три основных вида схем: структурные, принципиальные электрические и схемы электрических соединений. Структурная схема представляет собой упрощенный чертеж, на кото¬ ром группы деталей и приборов, вы¬
Беседа третья 43 полняющие определенные функции радиотехнического устройства, изоб¬ ражают условно прямоугольниками или иными символами. Структурная схема дает лишь общее представление о работе этого устройства, о его струк¬ туре и связях между его функциональ¬ ными группами. Примером структур¬ ной схемы может служить рис. 19, по которому я в предыдущей беседе рас¬ сказывал тебе о работе радиовещатель¬ ной станции. Можно ли таким способом изобра¬ зить устройство детекторного прием¬ ника? Конечно, можно. Нарисуй в один ряд четыре прямоугольника и соедини их между собой линиями со стрелками, идущими слева направо. В крайний ле¬ вый прямоугольник впиши слово «Ан¬ тенна», в следующий за ним прямо¬ угольник — «Колебательный контур», в третий прямоугольник — «Детектор», в четвертый — «Телефоны». Получится структурная схема детекторного при¬ емника. «Прочитать» ее можно так: мо¬ дулированные колебания радиочасто¬ ты, возбужденные в антенне, поступа¬ ют в колебательный контур приемника, а затем к детектору, детектор выделяет из принятого сигнала колебания звуко¬ вой частоты, которые телефоны преоб¬ разуют в звук. Принципиальную электрическую схему чаще называют принципиаль¬ ной или просто схемой. На ней все де¬ тали радиотехнического устройства и порядок их соединения изображают условными знаками, символизирую¬ щими эти детали линиями. «Читая» принципиальную схему как географи¬ ческую карту или чертеж какого-то ме¬ ханизма, нетрудно разобраться в цепях и принципе работы устройства. Но она не дает представления о размерах уст¬ ройства и размещении его деталей на монтажных платах. Схема соединений, в отличие от принципиальной, информирует, как расположены в конструкции и соеди¬ нены между собой детали устройства. Собирая приемник, усилитель или лю¬ бой другой радиоаппарат, радиолюби¬ тель располагает детали и проводники примерно так, как показано на реко¬ мендованной схеме соединений. Но монтаж и все соединения деталей про¬ веряют по принципиальной схеме уст¬ ройства. Уметь грамотно чертить и читать радиосхемы — совершенно обязатель¬ ное условие для каждого, кто хочет стать радиолюбителем. На рис. 33 ты видишь уже знако¬ мые тебе детали и устройства и некото¬ рые другие, с которыми придется иметь дело в дальнейшем. А рядом в кружках — их условные графические обозначения на принципиальных схе¬ мах. Любую катушку индуктивности без сердечника независимо от ее кон¬ струкции и числа витков на принципи¬ альной схеме изображают в виде вол¬ нистой линии. Отводы катушек пока¬ зывают черточками. Если катушка имеет неподвижный ферромагнитный сердечник (ферритовый стержень), увеличивающий ее индуктивность, его обозначают прямой линией вдоль изо¬ бражения катушки. Если таким сердеч¬ ником настраивают контур приемни¬ ка, как это было в опытном приемнике, его на схеме обозначают тоже прямой, но вместе с катушкой пересекают стрелкой. Подстроечный ферромаг¬ нитный стержень катушки обозначают короткой жирной чертой, пересекаю¬ щейся Т-образным символом. Любой конденсатор постоянной емкости изображают двумя короткими параллельными линиями, символизи¬ рующими две изолированные одна от другой пластины. Если конденсатор ок¬ сидный (о таких конденсаторах погово¬ рим позже), его положительную об¬ кладку обозначают дополнительным знаком « + ». Конденсаторы перемен¬ ной емкости изображают так же, как конденсаторы постоянной емкости, но пересеченными наискось стрелкой, символизирующей переменность емко¬ сти этого прибора. Гнезда для подклю¬ чения провода антенны, головных теле-
44 Беседа третья Рис. 33. Условные графические обозначения некоторых радиотехнических деталей, приборов и ус¬ тройств на принципиальных схемах
Беседа третья 45 фонов или каких-то других устройств либо деталей обозначают значками в виде вилки, а зажимы кружками. Новым для тебя является переклю¬ чатель. Вместо того, чтобы при наст¬ ройке приемника раскручивать и скру¬ чивать проводники, как ты это делал во время опытов с детекторным приемни¬ ком, выводы и отводы катушки можно переключать простейшим ползунко- вым, движковым или иной конструк¬ ции переключателем. Проводники, которыми соединяют детали, обозначают прямыми линиями. Если линии сходятся и в месте их пере¬ сечения стоит точка, значит, проводни¬ ки соединены. Отсутствие точки в мес¬ те пересечения проводников говорит о том, что они не должны соединяться. На принципиальных схемах рядом с условными обозначениями радиоде¬ талей, приборов, коммутационных и других устройств пишут присвоенные им латинские буквы. Например, всем конденсаторам независимо от их кон¬ структивных особенностей и примене¬ ния присвоена буква С, резисторам — буква R, катушкам — буква L, полупро¬ водниковым диодам — буквы VD, тран¬ зисторам — буквы VT, антеннам — буква W, гнездам и другим соедини¬ тельным устройствам — буква X, голо¬ вным телефонам, головкам громкого¬ ворителей, микрофонам и другим пре¬ образователям электрических или зву¬ ковых колебаний — соответственно буквы BF, BA, ВМ, батареям гальвани¬ ческих элементов или аккумулято¬ ров — буквы GB, лампам накалива¬ ния — буквы EL, светодиодам — HL и т.д. Кроме того, на схемах детали нуме¬ руют, т.е. рядом с буквой, присвоенной детали, пишут цифру, например Cl, LI, L2, Rl, VT1 и т.д. Для упрощения прин¬ ципиальных схем на них иногда не по¬ казывают антенну, головные телефо¬ ны, ограничиваясь только обозначени¬ ями гнезд или зажимов для их подклю¬ чения, но тогда возле них пишут соответствующие буквы с цифрами Wl, BF1. Более подробно о принятой у нас системе буквенно-цифрового обозначе¬ ния деталей на принципиальных элект¬ рических схемах радиоаппаратуры го¬ ворится в приложении 2 в конце книги. Вот теперь, зная условные позици¬ онные обозначения деталей, детек¬ торные приемники, с которыми ты экс¬ периментировал, можно изобразить принципиальными схемами. Принципиальная схема первого ва¬ рианта опытного приемника показана на рис. 34, а. Его ты настраивал измене¬ нием числа секций катушки, входящих в контур, путем переключения заземлен¬ ного проводника. Поэтому в схему вве¬ ден переключатель SA1. Вспомни нашу прогулку по цепям приемника и совер¬ ши ее еще раз, но уже по принципиаль¬ ной схеме. От начала катушки L1, обо¬ значенной на схеме черной точкой, ты попадешь к диоду VD 1 и через него — к телефонам BF1, далее через телефоны по заземленному проводнику, переклю¬ чатель SA1 и витки катушки LI — к ис¬ Рис. 34. Принципиальные схемы вариантов опытного приемника с настройкой переключением от¬ водов катушки (а), конденсатором переменной емкости (б), ферритовым стержнем (в)
46 Беседа третья ходной точке. Это детекторная цепь. Для токов высокой частоты путь из антенны в землю идет через секции катушки и переключатель. Это — антенный кон¬ тур. Приемник настраивается на радио¬ станцию скачкообразным изменением числа витков, включаемых в контур. Па¬ раллельно телефонам подключен блоки¬ ровочный конденсатор Са. На схеме штриховыми линиями показан конденсатор Са. В приемнике такой детали не было. Но символизи¬ рующая его электрическая емкость присутствовала — она образовывалась антенной и заземлением и как бы под¬ ключалась к настраиваемому контуру. Принципиальная схема одного из последующих вариантов опытного приемника показана на рис. 34, б. Его входной настраиваемый контур состо¬ ит из катушки L1, имеющей один от¬ вод, введенного тобой конденсатора переменной емкости С2, антенного ус¬ тройства и антенного конденсатора С1. Включение в контур только верхней (по схеме) секции катушки соответст¬ вует приему радиостанций СВ диапазо¬ на, включение обеих секций — приему радиостанций ДВ диапазона. Таким об¬ разом, в приемнике переход с одного диапазона на другой осуществляется переключателем SA1, а плавная наст¬ ройка в каждом диапазоне — конден¬ сатором переменной емкости С2. Последним вариантом был прием¬ ник, настраиваемый ферритовым стержнем. Его принципиальную схему ты видишь на рис. 34, б. Колебательный контур образуют катушка L1 и конден¬ сатор постоянной емкости С2. Катуш¬ ка не имеет отводов, значит, приемник однодиапазонный. Для приема радио¬ станций другого диапазона в контур надо включить катушку, рассчитанную на прием станций этого диапазона. Для подключения головных телефонов пре¬ дусмотрены гнезда BF1. КОНСТРУКЦИЯ ПРИЕМНИКА В принципе детекторный прием¬ ник утратил былое практическое зна¬ чение. Сегодня им уже никого не уди¬ вишь. Таково веление времени. Но для тебя, как и для всех начинающих люби¬ телей, он ценен как учебное пособие по основам радиотехники, на котором, кроме того, можно освоить и некото¬ рые навыки радиомонтажных работ. Поэтому, полагаю, тебе будет полезно довести приемник до простой закон¬ ченной конструкции. Возможная конструкция приемника первого варианта (по схеме рис. 34, в) показана на рис. 35. Диод VD1, выполня¬ ющий функцию детектора, может быть любым из серий Д2, Д9. Емкость конден¬ сатора С1, блокирующего телефоны BF1, может быть от 2200 до 6800 пФ. Пе¬ реключатель SA1 — самодельный пол- зункового типа (см. беседу «Радиолюби¬ тельская мастерская»). Приемник монтируй на фанерной панели размерами примерно 60x100 мм. Снизу по краям прибей бруски высотой по 10... 15 мм, которые будут служить Рис. 35. Приемник с настройкой переключением секций контурной катушки
Беседа третья 47 стойками. Сверху на панели будут пере¬ ключатель, двухгнездная колодка для включения телефонов, зажимы антен¬ ны и заземления, под панелью — диод VD1, блокировочный конденсатор С1 и контурная катушка L1. Отводы и выво¬ ды катушки соединены с контактами переключателя и зажимом антенны. Закончив монтаж, проверь проч¬ ность всех соединений и их правиль¬ ность по принципиальной схеме, вклю¬ чи телефоны, присоедини антенну и за¬ земление и приступай к испытанию приемника. Может случиться, что наи¬ более длинноволновая радиостанция будет слышна слабо даже тогда, когда в контур включены все секции катушки. В таком случае между зажимами антен¬ ны и заземления придется включить до¬ полнительный конденсатор емкостью 100...270 пФ. А если одновременно про¬ слушиваются передачи двух радиостан¬ ций, то для улучшения селективности приемника в цепь антенны включи кон¬ денсатор емкостью 47...62 пФ. Рис. 36. Приемник с настройкой ферритовым стержнем В конструкции, показанной на рис. 36, ты должен узнать третий вари¬ ант опытного приемника — с настрой¬ кой ферритовым стержнем (по схеме на рис. 34, в). Только тогда контурная катушка находилась на столе и ты под¬ ключал ее выводы к детекторной при¬ ставке, здесь же она концами каркаса вклеена в отверстия стоек аналогич¬ ной приставки. Приемник настраива¬ ется только ферритовым стержнем. На стержне сделаны метки, соответствую¬ щие его положению в каркасе катушки при настройке на разные станции. Если в вашей местности хорошо слышны передачи радиостанций в ос¬ новном только ДВ диапазона, в прием¬ нике используй опытную катушку. Ес¬ ли же лучше слышны радиостанции СВ диапазона, тогда надо сделать другую катушку, рассчитанную на прием стан¬ ций этого диапазона. Конструкция катушки СВ диапазона такая же. Длина ее каркаса, также скле¬ енного на ферритовом стержне, может быть 80...90 мм. Катушка должна содер¬ жать 80—90 витков провода ПЭВ-1 или ПЭВ-2 диаметром 0,2...0,3 мм, но уло¬ женных на каркас вразрядку (с неболь¬ шим расстоянием между витками) с та¬ ким расчетом, чтобы общая длина на¬ мотки составила 60...70 мм. При такой намотке можно точнее настраивать контур на волну радиостанции, особен¬ но работающую в наиболее коротко¬ волновом участке этого диапазона. В этом ты еще убедишься. Диод VD1, как и в предыдущем приемнике, серии Д9 или Д2 с любым буквенным индексом. Емкость конден¬ сатора С1 может быть 47...62 пФ, кон¬ денсатора СЗ — 2200...6800 пФ. Кон¬ денсатор С2 подбери опытным путем (на схеме рис. 34, в отмечен звездоч¬ кой); его емкость (от 100 до 470 пФ) должна быть такой, чтобы наиболее длинноволновая радиостанция прини- алась при почти полностью введенном внутрь каркаса ферритовом стержне. Как пользоваться таким приемником, ты уже знаешь. Если в вашей местности хорошо слышны передачи всего лишь одной радиостанции, скажем только местной, ты можешь сделать более простой де¬ текторный приемник — с фиксирован¬ ной настройкой, например, по схеме, показанной на рис. 37. Такой приемник не имеет ручек настройки. Его один раз настраивают на выбранную стан¬ цию, и он всегда готов для приема этой станции.
48 Беседа третья Рис. 37. Принципиальная схема детекторного приемника с фиксированной настройкой на одну радиостанцию Настроить приемник на местную станцию можно ферритовым подстро¬ енным стержнем катушки L1 (на схеме подстроечник символизирует короткая жирная черточка, пересекающаяся «молоточком») и подбором конден¬ сатора С1 емкостью от 100 до 300 пФ. Можно использовать уже имеющуюся у тебя катушку с ферритовым стерж¬ нем, который будет выполнять функ¬ цию подстроечника. Но, разумеется, можно намотать новую, более корот¬ кую катушку, а в качестве подстроеч¬ ника использовать отрезок ферритово- го стержня по длине каркаса катушки. Укрепи его на панели приемника непо¬ движно, а настраивать контур на волну радиостанции будешь перемещением катушки вдоль ферритового стержня. Настроив таким способом контур, за¬ крепи каркас катушки на стержне кап¬ лей клея. Пользуясь таким приемником, по¬ мни, что в его контур входят емкость и индуктивность антенны. Поэтому при подключении к нему другой антенны контур придется снова подстраивать. Вот теперь, когда закончены экспе¬ рименты с простейшим радиоприем¬ ным устройством, настало время пого¬ ворить о самой сущности работы дета¬ лей, узлов и приемника в целом. КАК ПРИЕМНИК РАБОТАЕТ? Твой первый приемник состоит из трех основных элементов, обеспечива¬ ющих ему работоспособность. Эти эле¬ менты — колебательный контур, детек¬ тор и телефоны. Колебательный кон¬ тур, в который входила антенна с за¬ землением, обеспечивал приемнику настройку на волну радиостанции, де¬ тектор преобразовывал модулирован¬ ные колебания радиочастоты в колеба¬ ния звуковой частоты, которые теле¬ фоны преобразовывали в звук. Без этих элементов или без любого из них радиоприем невозможен. В чем сущность действия этих обя¬ зательных элементов радиоприемного устройства? Колебательный контур. Простей¬ ший колебательный контур (рис. 38) состоит из катушки L и конденсатора С, образующих замкнутую электриче¬ скую цепь. При некоторых условиях в контуре могут возникать и существо¬ вать электрические колебания. Поэто¬ му его и называют колебательным кон¬ туром. Рис. 38. Простейший электрический колеба¬ тельный контур Приходилось ли тебе наблюдать та¬ кое явление: в момент выключения пи¬ тания электроосветительной лампы между размыкающимися контактами выключателя появляется искра. Если случайно соединить выводы полюсов батареи электрического карманного фонарика (чего нужно избегать), в мо¬ мент их разъединения между ними также проскакивает маленькая искра. А на заводах, в цехах фабрик, где ру¬ бильниками разрывают электрические цепи, по которым текут токи большой силы, искры могут быть столь значи¬ тельными, что приходится принимать меры, чтобы они не причинили вреда человеку, выключающему ток. Почему возникают эти искры? Из первой беседы ты уже знаешь, что вокруг проводника с током сущест¬
Беседа третья 49 вует магнитное поле, которое можно изобразить в виде замкнутых магнит¬ ных силовых линий, пронизывающих окружающее его пространство. Обна¬ ружить это поле, если оно постоянное, можно с помощью магнитной стрелки компаса. Если отключить проводник от источника тока, то его исчезающее маг¬ нитное поле, рассеиваясь в пространст¬ ве, будет индуцировать токи в ближай¬ ших от него других проводниках. Ток индуцируется и в том проводнике, ко¬ торый создал это магнитное поле. А так как он находится в самой гуще своих же магнитных силовых линий, в нем бу¬ дет индуцироваться более сильный ток, чем в любом другом проводнике. На¬ правление этого тока будет таким же, каким оно было в момент разрыва про¬ водника. Иначе говоря, исчезающее магнитное поле будет поддерживать со¬ здающий его ток до тех пор, пока оно само не исчезнет, т.е. полностью не из¬ расходуется содержащаяся в нем энер¬ гия. Следовательно, ток в проводнике течет и после того, как выключен источ¬ ник тока, но, разумеется, недолго — ни¬ чтожно малую долю секунды. Но ведь в разомкнутой цепи движе¬ ние электронов невозможно, возра¬ зишь ты. Да, это так. Но после размыка¬ ния цепи электрический ток может не¬ которое время течь через воздушный промежуток между разъединенными концами проводника, между контакта¬ ми выключателя или рубильника. Вот этот ток через воздух и образует элект¬ рическую искру. Это явление называют самоиндук¬ цией, а электрическую силу (не путай с явлением индукции, знакомым тебе по первой беседе), которая под действием исчезающего магнитного поля поддер¬ живает в нем ток, — электродвижущей силой самоиндукции или сокращенно ЭДС самоиндукции. Чем больше ЭДС самоиндукции, тем значительнее мо¬ жет быть искра в месте разрыва элект¬ рической цепи. Явление самоиндукции наблюдает¬ ся не только при выключении, но и при включении тока. В пространстве, окру¬ жающем проводник, магнитное поле возникает сразу при включении тока. Вначале оно слабое, но затем очень бы¬ стро усиливается. Усиливающееся маг¬ нитное поле тока также возбуждает ток самоиндукции, но этот ток направ¬ лен навстречу основному току. Ток са¬ моиндукции мешает мгновенному уве¬ личению основного тока и росту маг¬ нитного поля. Однако через короткий промежуток времени основной ток в проводнике преодолевает встречный ток самоиндукции и достигает наи¬ большего значения, магнитное поле становится постоянным, и действие са¬ моиндукции прекращается. Явление самоиндукции можно сравнивать с явлением инерции. Сан¬ ки, например, трудно сдвинуть с места. Но когда они наберут скорость, запа¬ сутся кинетической энергией — энер¬ гией движения, их невозможно остано¬ вить мгновенно. При торможении сан¬ ки продолжают скользить до тех пор, пока запасенная ими энергия движе¬ ния не израсходуется на преодоление трения о снег. Все ли проводники обладают оди¬ наковой самоиндукцией? Нет! Чем длиннее проводник, тем значительнее самоиндукция. В проводнике, сверну¬ том в катушку, явление самоиндукции сказывается сильнее, чем в прямоли¬ нейном проводнике, так как магнитное поле каждого витка катушки наводит ток не только в этом витке, но и в со¬ седних витках этой катушки. Чем боль¬ ше длина провода в катушке, тем доль¬ ше будет существовать в нем ток само¬ индукции после выключения основно¬ го тока. И наоборот, потребуется больше времени после включения ос¬ новного тока, чтобы ток в цепи увели¬ чился до определенного значения и ус¬ тановилось постоянное по силе магнит¬ ное поле. Запомни: свойство проводников влиять на ток в цепи при изменении его значения называют индуктивнос¬ тью, а катушки, в которых наиболее
50 Беседа третья сильно проявляется это свойство, — катушками самоиндукции или индук¬ тивности. Чем больше число витков и размеры катушки, тем больше ее ин¬ дуктивность, тем значительнее влияет она на ток в электрической цепи. Итак, катушка индуктивности пре¬ пятствует как нарастанию, так и убы¬ ванию тока в электрической цепи. Если она находится в цепи постоянного то¬ ка, влияние ее сказывается только при включении и выключении тока. В цепи же переменного тока, где беспрерывно изменяются ток и его магнитное поле, ЭДС самоиндукции катушки действует все время, пока течет ток. Это электри¬ ческое явление и используется в пер¬ вом элементе колебательного контура приемника — катушке индуктивности. Вторым элементом колебательного контура приемника является «накопи¬ тель» электрических зарядов — кон¬ денсатор. Простейший конденсатор представляет собой два проводника электрического тока, например две ме¬ таллические пластины, называемые обкладками конденсатора, разделен¬ ные диэлектриком, например возду¬ хом или бумагой. Таким конденсато¬ ром ты уже пользовался во время опы¬ тов с простейшим приемником. Чем больше площадь обкладок и чем ближе они расположены друг к другу, тем больше электрическая емкость кон¬ денсатора. Если к обкладкам конденсатора под¬ ключить источник постоянного тока (рис. 39, а), то в образовавшейся цепи возникнет кратковременный ток и конденсатор зарядится до напряжения, равного напряжению источника тока. Ты можешь спросить: почему в це¬ пи, где есть диэлектрик, возникает ток? Когда мы присоединяем к конден¬ сатору источник постоянного тока, свободные электроны в проводниках образовавшейся цепи начинают дви¬ гаться в сторону положительного по¬ люса источника тока, образуя кратко¬ временный поток электронов во всей цепи. В результате обкладка конденса¬ тора, которая соединена с положитель¬ ным полюсом источника тока, обедня¬ ется свободными электронами и заря¬ жается положительно, а другая обклад¬ ка обогащается свободными электро¬ нами и, следовательно, заряжается отрицательно. Как только конденсатор зарядится, кратковременный ток в це¬ пи, называемый током зарядки конден¬ сатора, прекратится. Если источник тока отключить от конденсатора, то конденсатор окажется заряженным (рис. 39, б). Переходу из¬ быточных электронов с одной обкладки на другую препятствует диэлектрик. Между обкладками конденсатора тока не будет, а накопленная им электричес¬ кая энергия будет сосредоточена в элек¬ трическом поле диэлектрика. Но стоит обкладки заряженного конденсатора соединить каким-либо проводником (рис. 39, в), «лишние» электроны отри¬ цательно заряженной обкладки перей¬ дут по этому проводнику на другую об¬ кладку, где их недостает, и конденсатор разрядится. В этом случае в образовав¬ шейся цепи также возникает кратко¬ временный ток, называемый током раз¬ рядки конденсатора. Если емкость кон¬ денсатора большая и он заряжен до зна¬ чительного напряжения, момент его разрядки сопровождается появлением значительной искры и треска. Рис. 39. Зарядка и разрядка конденсатора Свойство конденсатора накапли¬ вать электрические заряды и разря¬ жаться через подключенные к нему проводники используется в колеба¬ тельном контуре радиоприемника. А теперь, юный друг, вспомни обыкновенные качели. На них можно раскачиваться так, что «дух захватыва¬
Беседа третья 51 ет». Что для этого надо сделать? Снача¬ ла подтолкнуть, чтобы вывести качели из положения покоя, а затем прикла¬ дывать некоторую силу, но обязатель¬ но только в такт с их колебаниями. Без особого труда можно добиться силь¬ ных размахов качелей и получить большие амплитуды колебаний. Даже маленький мальчик может раскачать на качелях взрослого человека, если будет прикладывать свою силу умею¬ чи. Раскачав качели посильнее, чтобы добиться больших амплитуд колеба¬ ний, перестанем подталкивать их. Что произойдет дальше? За счет запасен¬ ной энергии они некоторое время сво¬ бодно качаются, амплитуда их колеба¬ ний постепенно убывает, как говорят, колебания затухают, и, наконец, каче¬ ли остановятся. При свободных колебаниях каче¬ лей, как и свободно подвешенного ма¬ ятника, запасенная — потенциаль¬ ная — энергия переходит в кинетичес¬ кую — энергию движения, которая в крайней верхней точке вновь перехо¬ дит в потенциальную, а через долю се¬ кунды — опять в кинетическую. И так до тех пор, пока не израсходуется весь запас энергии на преодоление трения веревок в местах подвеса качелей и со¬ противления воздуха. При сколь угод¬ но большом запасе энергии свободные колебания всегда являются затухаю¬ щими: с каждым колебанием их ампли¬ туда уменьшается и колебания посте¬ пенно совсем затухают — качели оста¬ навливаются. Но период, т.е. время, в течение которого происходит одно ко¬ лебание, а значит, и частота колебаний, остаются постоянными. Однако, если качели все время под¬ талкивать в такт с их колебаниями и тем самым пополнять потери энергии, расходуемой на преодоление различ¬ ных тормозящих сил, колебания станут незатухающими. Это уже не свобод¬ ные, а вынужденные колебания. Они будут длиться до тех пор, пока не пере¬ станет действовать внешняя подталки¬ вающая сила. Я вспомнил здесь о качелях потому, что физические явления, происходя¬ щие в такой механической колебатель¬ ной системе, очень схожи с явлениями в электрическом колебательном конту¬ ре. Чтобы в контуре возникли электри¬ ческие колебания, ему надо сообщить энергию, которая «подтолкнула» бы в нем электроны. Это можно сделать, за¬ рядив, например, его конденсатор. Разорвем выключателем SA коле¬ бательный контур и подключим к об¬ кладкам его конденсатора источник постоянного тока, как показано на рис. 40 слева. Конденсатор зарядится до напряжения батареи GB. Затем от¬ ключим батарею от конденсатора, а контур замкнем выключателем SA. Яв¬ ления, которые теперь будут происхо¬ дить в контуре, изображены графичес¬ ки на рис. 40 справа. В момент замыкания контура вы¬ ключателем верхняя обкладка конден¬ сатора имеет положительный заряд, а нижняя — отрицательный (рис. 40, а). В это время (точка 0 на графике) тока в контуре нет, а вся энергия, накоп¬ ленная конденсатором, сосредоточе¬ на в электрическом поле его диэлект¬ рика. При замыкании конденсатора на катушку конденсатор начнет раз¬ ряжаться. В катушке появляется ток, а вокруг ее витков — магнитное поле. К моменту полной разрядки конденса¬ тора (рис. 40, б), отмеченному на гра¬ фике цифрой 1, когда напряжение на его обкладках уменьшится до нуля, ток в катушке и энергия магнитного поля достигнут наибольших значе¬ ний. Казалось бы, что в этот момент ток в контуре должен был прекра¬ титься. Этого, однако, не произойдет, так как от действия ЭДС самоиндук¬ ции, стремящейся поддержать ток, движение электронов в контуре будет продолжаться. Но только до тех пор, пока не израсходуется вся энергия магнитного поля. В катушке в это вре¬ мя будет течь убывающий по значе¬ нию, но первоначального направле¬ ния индуцированный ток.
52 Беседа третья К моменту, отмеченному на графи¬ ке цифрой 2, когда энергия магнитного поля израсходуется, конденсатор вновь окажется заряженным, только теперь на его нижней обкладке будет положи¬ тельный заряд, а на верхней — отрица¬ тельный (рис. 40, в). Теперь электроны начнут обратное движение — в направ¬ лении от верхней обкладки через ка¬ тушку к нижней обкладке конденсато¬ ра. К моменту 3 (рис. 40, г) конденсатор разрядится, а магнитное поле катушки достигнет наибольшего значения. И опять ЭДС самоиндукции «погонит» по проводу катушки электроны, перезаря¬ жая тем самым конденсатор. В момент времени 4 (рис. 40, д) со¬ стояние электронов в контуре будет таким же, как в первоначальный мо¬ мент 0. Закончилось одно полное коле¬ бание. Естественно, что заряженный конденсатор вновь будет разряжаться на катушку, перезаряжаться и про¬ изойдут второе, за ним третье, четвер¬ тое и т.д. колебания. Другими словами, в контуре возникнет переменный элек¬ трический ток, электрические колеба¬ ния. Но этот колебательный процесс в контуре не бесконечен. Он продолжа¬ ется до тех пор, пока вся энергия, полу¬ ченная конденсатором от батареи, не израсходуется на преодоление сопро¬ тивления провода катушки контура. Колебания в контуре свободные и, сле¬ довательно, затухающие. Какова частота таких колебаний электронов в контуре? Чтобы подроб¬ нее разобраться в этом вопросе, сове¬ тую провести такой опыт с простейшим маятником. Подвесь на нитке длиной 100 см шарик, слепленный из пластили¬ на, или иной груз массой в 20...40 г (на рис. 41 длина маятника обозначена ла¬ тинской буквой 1). Выведи маятник из положения равновесия и, пользуясь ча¬ сами с секундной стрелкой, сосчитай, сколько полных колебаний он делает за 1 мин. Примерно 30. Следовательно, ча¬ стота колебаний этого маятника равна 0,5 Гц, а период 2 с. За период потенци¬ альная энергия маятника дважды пере¬ ходит в кинетическую, а кинетическая в потенциальную. Укороти нить напо¬ ловину. Частота маятника увеличится примерно в 1,5 раза и во столько же раз уменьшится период колебаний. Этот опыт позволяет сделать вы¬ вод — с уменьшением длины маятника частота его собственных колебаний увеличивается, а период пропорцио¬ нально уменьшается. Изменяя длину подвески маятника, добейся, чтобы его частота колебаний равнялась 1 Гц. Это должно быть при длине нити около 25 см. При этом пери¬ од колебаний маятника будет равен 1 с. Рис. 40. Электрические колебания в контуре
Беседа третья 53 Каким бы ты ни пытался создать перво¬ начальный размах маятника, частота его колебаний будет неизменной. Но стоит только укоротить или удлинить нитку, как частота колебаний сразу из¬ менится. При одной и той же длине нитки всегда будет одна и та же часто¬ та колебаний. Это собственная частота колебаний маятника. Получить задан¬ ную частоту колебаний можно, подби¬ рая длину нити. Рис. 41. Графики колебаний простейшего ма¬ ятника Колебания нитяного маятника — затухающие. Они могут стать незату¬ хающими только в том случае, если ма¬ ятник в такт с его колебаниями слегка подталкивать, компенсируя таким об¬ разом ту энергию, которую он затрачи¬ вает на преодоление сопротивления, оказываемого ему воздухом, энергию трения и земное притяжение. Собственная частота характерна и для электрического колебательного контура. Он зависит, во-первых, от ин¬ дуктивности катушки. Чем больше чис¬ ло витков и диаметр катушки, тем боль¬ ше ее индуктивность, тем больше будет длительность периода каждого колеба¬ ния. Собственная частота колебаний в контуре будет соответственно меньше. И наоборот, с уменьшением индуктив¬ ности катушки сократится период ко¬ лебаний — возрастет собственная час¬ тота колебаний в контуре. Во-вторых, собственная частота колебаний в кон¬ туре зависит от емкости его конденса¬ тора. Чем емкость больше, тем больший заряд может накопить конденсатор, тем больше потребуется времени для его перезарядки, тем меньше частота колебаний в контуре. С уменьшением емкости конденсатора частота колеба¬ ний в контуре возрастает. Таким обра¬ зом, собственную частоту затухающих колебаний в контуре можно регулиро¬ вать изменением индуктивности ка¬ тушки или емкости конденсатора. Но в электрическом контуре, как и в механической колебательной систе¬ ме, можно получить и незатухающие, т.е. вынужденные колебания, если при каждом колебании пополнять контур дополнительными порциями электри¬ ческой энергии от какого-либо источ¬ ника переменного тока. Каким же образом в контуре при¬ емника возбуждаются и поддержива¬ ются незатухающие электрические ко¬ лебания? Колебания радиочастоты, возбуждающиеся в антенне приемни¬ ка, сообщают контуру первоначальный заряд, они же и поддерживают ритмич¬ ные колебания электронов в контуре. Но наиболее сильные незатухающие колебания в контуре приемника возни¬ кают только в момент резонанса собст¬ венной частоты контура с частотой то¬ ка в антенне. Как это понимать? Люди старшего поколения расска¬ зывают, будто в Петербурге от шедших в ногу солдат обвалился Египетский мост. А могло это случиться, видимо, при таких обстоятельствах. Все солда¬ ты ритмично шагали по мосту. Мост от этого стал раскачиваться — колебать¬ ся. По случайному стечению обстоя¬ тельств собственная частота колеба¬ ний моста совпала с частотой шага сол¬ дат, и мост, как говорят, вошел в резо¬ нанс. Ритм строя сообщал мосту все новые и новые порции энергии. В ре¬ зультате мост настолько раскачался, что обрушился: слаженность воинско¬ го строя нанесла вред мосту. Если бы резонанса собственной частоты коле¬ баний моста с частотой шага солдат не было, с мостом ничего бы не случилось. Поэтому, между прочим, при прохож¬ дении солдат по слабым мостам приня¬ то подавать команду «сбить ногу».
54 Беседа третья А вот опыт. Подойди к какому-ни¬ будь струнному музыкальному инстру¬ менту и громко крикни «а»: какая-то из струн отзовется — зазвучит. Та из них, которая окажется в резонансе с часто¬ той этого звука, будет колебаться силь¬ нее остальных струн — она-то и отзо¬ вется на звук. Рис. 42. Опыт, иллюстрирующий явление ре¬ зонанса Еще один опыт — с маятником. На¬ тяни горизонтально нетолстую верев¬ ку. Привяжи к ней тот же маятник из нити и пластилина (рис. 42). Перекинь через веревку еще один такой же маят¬ ник, но с более длинной ниткой. Длину подвески этого маятника можно изме¬ нять, подтягивая рукой свободный ко¬ нец нитки. Приведи маятник в колеба¬ тельное движение. При этом первый маятник тоже станет колебаться, но с меньшей амплитудой. Не останавливая колебаний второго маятника, посте¬ пенно уменьшай длину его подвески — амплитуда колебаний первого маятни¬ ка будет увеличиваться. В этом опыте, иллюстрирующем резонанс механиче¬ ских колебаний, первый маятник явля¬ ется приемником колебаний, возбуж¬ даемых вторым маятником. Причиной, вынуждающей первый маятник коле¬ баться, являются периодические коле¬ бания растяжки с частотой, равной частоте колебаний второго маятника. Вынужденные колебания первого ма¬ ятника будут иметь максимальную амплитуду лишь тогда, когда его собст¬ венная частота совпадет с частотой ко¬ лебаний второго. Такие или подобные явления, толь¬ ко, разумеется, электрического проис¬ хождения, наблюдаются и в колеба¬ тельном контуре приемника. От дейст¬ вия волн многих радиостанций в при¬ емной антенне возбуждаются токи са¬ мых разных частот. Нам же из всех ко¬ лебаний радиочастот надо выбрать только несущую частоту той радио¬ станции, передачи которой мы хотим слушать. Для этого следует так подо¬ брать число витков катушки и емкость конденсатора колебательного контура, чтобы его собственная частота совпа¬ дала с частотой тока, создаваемого в антенне радиоволнами интересующей нас станции. В этом случае в контуре возникнут наиболее сильные колеба¬ ния с несущей частотой той радиостан¬ ции, на волну которой он настроен. Это и есть настройка контура приемника в резонанс с частотой передающей стан¬ ции. При этом сигналы других станций совсем не слышны или прослушивают¬ ся очень тихо, так как возбуждаемые ими колебания в контуре будут во мно¬ го раз более слабыми. Таким образом, настраивая контур своего первого приемника в резонанс с несущей частотой радиостанции, ты с его помощью как бы отбирал, выделял колебания частоты только этой стан¬ ции. Чем лучше контур будет выделять нужные колебания из антенны, тем вы¬ ше селективность приемника, тем сла¬ бее будут помехи со стороны других радиостанций. Рис. 43. Антенна и заземление — открытый колебательный контур До сих пор мы говорили о замкну¬ том колебательном контуре, т.е. конту¬ ре, собственная частота которого опре¬ деляется только индуктивностью ка¬
Беседа третья 55 тушки и емкостью конденсатора, обра¬ зующих его. Однако во входной контур приемника входят также антенна и за¬ земление. Это уже не замкнутый, а от¬ крытый колебательный контур. Дело в том, что провод антенны и земля яв¬ ляются «обкладками» конденсатора (рис. 43), обладающего некоторой элек¬ трической емкостью. В зависимости от длины провода и высоты антенны над землей эта емкость может составлять несколько сотен пикофарад. Такой кон¬ денсатор на рис. 34, а был показан штриховыми линиями. Но ведь антенну и землю можно рассматривать и как не¬ полный виток большой катушки. Стало быть, антенна и заземление, взятые вместе, обладают еще и индуктивнос¬ тью. А емкость совместно с индуктивно¬ стью образуют колебательный контур. Такой контур,'являющийся откры¬ тым колебательным контуром, тоже обладает собственной частотой колеба¬ ний. Включая между антенной и зем¬ лей катушки индуктивности и конден¬ саторы, мы можем изменять его собст¬ венную частоту, настраивать его в резонанс с частотами разных радио¬ станций. Как это делается на практике, ты уже знаешь. Я не ошибусь, если скажу, что коле¬ бательный контур является «сердцем» радиоприемника. И не только радио¬ приемника. В этом ты еще убедишься. Перехожу ко второму элементу приемника — детектору. Детектор. В твоем первом приемни¬ ке роль детектора выполнял диод. По¬ дробно о его устройстве и работе мы поговорим в шестой беседе. Сейчас же лишь скажу, что он является двухэлект¬ родным полупроводниковым прибо¬ ром, обладающим односторонней элек¬ тропроводностью: хорошо проводит ток одного направления и плохо — ток обратного направления. Для простоты же объяснения работы диода как детек¬ тора будем считать, что ток обратного направления он вообще не проводит и является для него как бы изолятором. Это свойство диода иллюстрирует гра¬ фик, изображенный на рис. 44: диод беспрепятственно пропускает через се¬ бя положительные полуволны перемен¬ ного тока и совсем не пропускает отри¬ цательные полуволны, он их как бы срезает. В результате такого действия диода переменный ток преобразуется в пульсирующий — ток одного направле¬ ния, но изменяющийся по значению с частотой пропускаемого через него то¬ ка. Этот преобразовательный процесс, называемый выпрямлением перемен¬ ного тока, лежит в основе детектирова¬ нии принятых радиосигналов. Рис. 45. Графики, иллюстрирующие детекти¬ рование модулированных колебаний радиоча¬ стоты Посмотри на графики, показанные на рис. 45. Они иллюстрируют процес¬ сы, происходящие в знакомой тебе де¬ текторной цепи простейшего прием¬ ника. Под действием радиоволн в кон¬ туре приемника возбуждаются моду¬ лированные колебания радиочастоты (рис. 45, в). К контуру подключена цепь, состоящая из диода и телефонов. Для этой цепи колебательный контур является источником переменного то¬ ка радиочастоты. Поскольку диод про¬ пускает ток только одного направле- Рис. 44. Диод преобразует переменный ток в пульсирующий
56 Беседа третья ни я, то модулированные колебания ра¬ диочастоты, поступающие в его цепь, будут им выпрямлены (рис. 45, б) или, говоря иначе, продетектированы. Если провести штриховую линию, огибаю¬ щую вершины выпрямленного тока, то получится «рисунок» тока звуковой частоты, которым модулирован ток, поступающий в антенну радиостанции во время передачи. Ток, получившийся в результате де¬ тектирования, состоит из импульсов радиочастоты, амплитуды которых из¬ меняются со звуковой частотой. Его можно рассматривать как суммарный ток и разложить на две составляющие: высокочастотную и низкочастотную. Их называют соответственно высоко¬ частотной и низкочастотной составля¬ ющей звуковой частоты пульсирующе¬ го тока. В простейшем приемнике низ¬ кочастотная составляющая звуковой частоты идет через телефоны и преоб¬ разуется ими в звук. Головной телефон — третье, по¬ следнее, звено простейшего приемни¬ ка, которое, образно выражаясь, «вы¬ дает готовую продукцию» — звук. Это один из старейших электрических приборов, почти без изменения сохра¬ нивший свои основные черты до на¬ ших дней. Для детекторных и многих про¬ стейших транзисторных приемников используют головные телефоны, на¬ пример, типов ТОН-1, ТГ-1, ТА-4. Это два последовательно соединенных те¬ лефона, удерживающихся на оголовье. Отвернем крышку одного из телефо¬ нов (рис. 46, а). Под ней находится круглая жестяная пластинка — мемб¬ рана. Сняв осторожно мембрану, мы увидим две катушки, насаженные на полюсные наконечники постоянного магнита, впрессованного в корпус. Ка¬ тушки соединены последовательно, а крайние выводы их припаяны к стер¬ женькам, к которым с наружной сторо¬ ны с помощью зажимных винтов под¬ ключен шнур с однополюсными штеп¬ сельными вилками. Полюсные наконечники Рис. 46. Устройство {а) и работа (б) электро¬ магнитного телефона Как работает телефон? Мембрана, создающая звук, находится возле по¬ люсных наконечников магнита и опи¬ рается на бортики корпуса (рис. 46, б). Под действием поля магнита она не¬ много прогибается в середине, но не прикасается к полюсным наконечни¬ кам магнита (на рис. 46, б сплошная ли¬ ния). Когда через катушки телефона течет ток, он создает вокруг катушек магнитное поле, которое взаимодейст¬ вует с полем постоянного магнита. Си¬ ла этого единого магнитного поля, а значит, и сила притяжения мембраны к полюсным наконечникам зависит от направления тока в катушках. При од¬ ном направлении, когда направления магнитных силовых линий катушек и магнита совпадают и их поля складыва¬ ются, мембрана сильнее притягивается к полюсам магнита (на рис. 46, б ниж¬ няя штриховая линия). При другом на¬ правлении тока силовые линии кату¬ шек и магнита направлены встречно и общее поле становится слабее, чем по¬ ле магнита. В этом случае мембрана слабее притягивается полюсными на¬ конечниками и, выпрямляясь, несколь¬ ко удаляется от них (на рис. 46, б верх¬ няя штриховая линия). Если через ка¬
Беседа третья 57 тушки телефона пропускать перемен¬ ный ток звуковой частоты, суммарное магнитное поле станет то усиливаться, то ослабляться, а мембрана будет то приближаться к полюсным наконечни¬ кам магнита, то отходить от них, т.е. ко¬ лебаться с частотой тока. Колеблясь, мембрана создаст в окружающем про¬ странстве звуковые волны. С первого взгляда может показать¬ ся, что постоянный магнит в телефоне не нужен, катушки можно надеть на железную ненамагниченную подковку. Но это не так. И вот почему. Железная подковка, намагничиваемая только то¬ ком в катушках, будет притягивать мембрану независимо от того, идет ток через катушки в одном направлении или другом. Значит, за один период пе¬ ременного тока мембрана притянется во время первого полупериода, отойдет от него и еще раз притянется во время второго полупериода, т.е. за один пери¬ од переменного тока (рис. 47, а) она сде¬ лает два колебания (рис 47, б). Если, на¬ пример, частота тока 500 Гц, то мембра¬ на телефона за 1 с сделает 500x2 = 1000 колебаний и ток звука исказится — бу¬ дет вдвое выше. Вряд ли нас устроит та¬ кой телефон. С постоянным же магнитом дело обстоит иначе: при одном полупериоде происходит усиление магнитного по¬ ля — уже притянутая мембрана про¬ гнется еще больше, при другом полупе¬ риоде поле ослабевает и мембрана, вы¬ прямляясь, отходит дальше от полюсов магнита. Таким образом, при наличии постоянного магнита мембрана за один период переменного тока делает толь¬ ко одно колебание (рис. 47, б) и теле¬ фон не искажает звук. Постоянный магнит, кроме того, повышает гром¬ кость звучания телефона. Теперь разберем такой вопрос: за¬ чем параллельно головным телефонам подключают блокировочный конденса¬ тор? Какова его роль? Электрическая емкость блокиро¬ вочного конденсатора такова, что че¬ рез него свободно проходят токи высо¬ кой частоты, а токам звуковой частоты он оказывает значительное сопротив¬ ление. Телефоны, наоборот, хорошо пропускают токи звуковой частоты и оказывают большое сопротивление то¬ кам высокой частоты. На этом участке детекторной цепи высокочастотный пульсирующий ток разделяется (на рис. 48 — в точке а) на составляющие, которые далее идут: высокочастот¬ ная — через блокировочный конденса¬ тор С, а составляющая звуковой часто¬ ты — через телефоны В. Затем состав¬ ляющие соединяются (на рис. 48 — в точке б) и далее опять идут вместе. Рис. 47. Графики, иллюстрирующие работу электромагнитного телефона: а — переменный ток в телефоне, б — колеба¬ ние мембраны в телефоне без постоянного магнита; в — ток в телефоне с постоянным магнитом Рис. 48. В точке а детекторной цепи составля¬ ющие высокочастотного пульсирующего тока разделяются, а в точке б соединяются
58 Беседа третья Назначение блокировочного кон¬ денсатора можно объяснить еще так. Телефон из-за инертности мембраны не может отзываться на каждый высо¬ кочастотный импульс тока в детектор¬ ной цепи. Значит, чтобы телефон рабо¬ тал, надо как-то «сгладить» высокочас¬ тотные импульсы, «заполнить» прова¬ лы тока между ними. Эта задача и решается с помощью блокировочного конденсатора следующим образом. От¬ дельные высокочастотные импульсы заряжают конденсатор. В моменты между импульсами конденсатор разря¬ жается через телефон, заполняя таким образом «провалы» между импульсами. В результате через телефон идет ток од¬ ного направления, но изменяющийся по значению со звуковой частотой, ко¬ торый и преобразуется им в звук. Еще короче о роли блокировочного конденсатора можно сказать так: он фильтрует сигнал звуковой частоты, выделенный диодом, т.е. «очищает» его от составляющей радиочастоты. Почему же детекторный приемник работал во время самого первого опыта (см. рис. 29), когда блокировочного конденсатора не было? Его компенси¬ ровала емкость, сосредоточенная меж¬ ду проводами шнура и витками кату¬ шек телефонов. Но эта емкость значи¬ тельно меньше емкости специально подключаемого конденсатора. В этом случае ток через детектор будет мень¬ шим, чем при наличии блокировочного конденсатора, и передача слышна сла¬ бее. Это особенно заметно при приеме отдаленных станций. Качество работы телефона оцени¬ вают главным образом с точки зрения его чувствительности — способности реагировать на слабые колебания элек¬ трического тока. Чем слабее колеба¬ ния, на которые отзывается телефон, тем выше его чувствительность. Чувствительность телефона зави¬ сит от числа витков в его катушках и качества магнита. Два телефона с со¬ вершенно одинаковыми магнитами, но с катушками, содержащими неодина¬ ковое число витков, различны по чув¬ ствительности. Лучшей чувствительно¬ стью будет обладать тот из них, в кото¬ ром использованы катушки с большим числом витков. Чувствительность теле¬ фона зависит также от положения мембраны относительно полюсных на¬ конечников магнита. Наилучшая чув¬ ствительность его будет в том случае, когда мембрана находится очень близ¬ ко к полюсным наконечникам, но, виб¬ рируя, не прикасается к ним. Телефоны принято подразделять на высокоомные — с большим числом вит¬ ков в катушках, и низкоомные — с от¬ носительно небольшим числом витков. Для детекторного приемника пригодны только высокоомные телефоны. Ка¬ тушки каждого телефона типа ТОН-1, например, намотаны эмалированным проводом толщиной 0,06 мм и имеют по 4000 витков. Их сопротивление посто¬ янному току около 2200 Ом. Это число, характеризующее телефоны, выштам- повано на их корпусах. Поскольку два телефона соединены последовательно, их общее сопротивление постоянному току составляет 4400 Ом. Сопротивле¬ ние постоянному току низкоомных те¬ лефонов, например типа ТА-56, может быть 50...60 Ом. Низкоомные телефоны можно использовать для некоторых транзисторных приемников. Как проверить исправность и чув¬ ствительность головных телефонов? Прижми их к ушам. Смочи слюной штепсельные вилки на конце шнура, а затем коснись ими друг друга — в теле¬ фонах должен быть слышен слабый щелчок. Чем сильнее этот щелчок, тем чувствительнее телефоны. Щелчки по¬ лучаются потому, что смоченный кон¬ такт между металлическими вилками представляет собой очень слабый ис¬ точник тока. Грубо проверить телефоны можно с помощью батареи для карманного электрического фонарика. При под¬ ключении телефонов к батарее и от¬ ключении от нее должны быть слышны резкие щелчки. Если щелчков нет, зна¬
Беседа третья 59 чит, где-то в катушках или шнуре име¬ ется обрыв или плохой контакт. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ Детекторный приемник прост. Од¬ нако и в нем, как и в сложном приемни¬ ке, могут быть неполадки, которые на¬ до уметь находить и устранять. Меньше всего неисправностей бы¬ вает, как правило, в приемнике, детали которого укреплены прочно, монтаж выполнен аккуратно, а все соединения надежно пропаяны. Но если все же приемник перестал работать или работает с перебоями, значит, где-то обрыв, ненадежный или совсем плохой контакт, произошло ко¬ роткое замыкание. Надо прежде всего посмотреть, нет ли внешних повреж¬ дений в катушке, хорошо ли присоеди¬ нены антенна и заземление, в порядке ли переключатель. Проверь исправ¬ ность антенны, заземления и их вво¬ дов, посмотри, не соприкасается ли провод антенны с каким-либо предме¬ том, через который может быть утечка тока из антенны в землю помимо при¬ емника. Если внешних повреждений в приемнике, антенне и заземлении не обнаружено, значит, где-то нарушился контакт в самом приемнике. Чаще все¬ го плохие контакты появляются в пе¬ реключателях из-за отвертывания гаек и винтов во время настройки, плохой зачистки монтажного провода в мес¬ тах соединений. При этом приемник вообще перестает работать или его пе¬ редачи принимаются со значительным треском. Неисправность может быть и в са¬ мой катушке, если она намотана не из целого отрезка провода и места соеди¬ нения не пропаяны. Так бывает часто, если приемник долго находился в сы¬ ром месте: от сырости соединения окисляются, нарушаются электричес¬ кие контакты. Какие еще могут быть неисправно¬ сти в приемнике? Посмотри на схему своего прием¬ ника и ответь на такие вопросы: Будет ли работать приемник, если блокиро¬ вочный конденсатор окажется «проби¬ тым» (его обкладки соединены)? Что произойдет, если соединятся проводни¬ ки шнура головных телефонов? Будет ли работать приемник, если случайно соединятся начало и конец контурной катушки или надломятся ее отводы? Задай себе еще ряд подобных во¬ просов и ответь на них. Тогда тебе бу¬ дет легче отыскивать неисправности в приемнике и устранять их. В седьмой беседе ты узнаешь о пробниках и приборах, с помощью ко¬ торых облегчается оценка качества де¬ талей, контактов, соединений. Ими то¬ же можно воспользоваться для отыска¬ ния неисправностей в детекторном приемнике. Следующим шагом практического освоения радиоприемной техники будет постройка однотранзисторного устройства, обеспечивающего более громкое, чем детекторный приемник, звучание головных телефонов. Но прежде надо будет поглубже «заглянуть» в электротехнику, поговорить об устройстве и работе транзисторов, других приборах и радиотехнических деталях, без чего этот шаг может стать ненадежным.
60 БЕСЕДА ЧЕТВЕРТАЯ ЭКСКУРСИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ Рассказывая в предыдущих беседах об истории электро- и радиотехники, о сущности ра¬ диопередачи и радиоприема, о работе детекторного приемника, я обходился лишь по¬ верхностным объяснением тех или иных электрических явлений, прибегая к аналогиям, примерам. Да и твой первый приемник состоял всего из нескольких деталей. Дальнейшее знакомство с радиотехникой, монтаж более сложных радиотехнических приборов и устройств потребуют более широких знаний электротехники и некоторых законов ее, умения рассчитывать хотя бы простые электрические цепи. Кроме того, те¬ бе придется иметь дело с новыми, пока что незнакомыми деталями и приборами, уст¬ ройство и принцип работы которых надо знать. Поэтому-то я и предлагаю тебе в этой беседе совершить своеобразную «экскурсию» в электротехнику. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО ОЦЕНКА Характеризуя количественное зна¬ чение электрического тока, я иногда пользовался такой терминологией, как, например, «малый ток», «большой ток». На первых порах такая оценка тока как-то устраивала тебя, но она совер¬ шенно непригодна для характеристики тока с точки зрения работы, которую он может выполнять. Когда мы говорим о работе тока, под этим подразумеваем, что его энер¬ гия преобразуется в какой-либо иной вид энергии: тепло, свет, химическую
Беседа четвертая 61 или механическую энергию. Чем боль¬ ше поток электронов, тем значитель¬ нее ток и его работа. Иногда говорят, «сила тока» или просто «ток». Таким образом, слово «ток» имеет два значе¬ ния. Оно обозначает само явление дви¬ жения электрических зарядов в про¬ воднике, а также служит оценкой ко¬ личества электричества, проходящего по проводнику. Ток (или значение тока) условно оценивают числом электронов, проходя¬ щих по проводнику в течение 1 с. Число это огромно. Через нить накала горящей лампочки электрического карманного фонарика, например, ежесекундно про¬ ходит около 2 ООО ООО ООО ООО ООО ООО эле¬ ктронов. Вполне понятно, что характе¬ ризовать ток количеством электронов неудобно, так как пришлось бы иметь дело с очень большими числами. За еди¬ ницу электрического тока принят ампер (сокращенно пишут А). Так ее назвали в честь французского физика и математи¬ ка А. Ампера (1775—1836 гг.), изучавше¬ го законы механического взаимодей¬ ствия проводников с током и другие эле¬ ктрические явления. Ток 1 А — это ток такого значения, при котором через поперечное сечение проводника за 1 с проходит б 250 ООО ООО ООО ООО ООО элек¬ тронов. В математических выражениях ток обозначают латинской буквой I или i (чи¬ тается «и»). Например, пишут: I = 2 А или i = 0,5 А. Наряду с ампером применяют бо¬ лее мелкие единицы значения тока: миллиампер (пишут мА), равный 0,001 А, и микроампер (пишут мкА), равный 0,000001 А, или 0,001 мА. Сле¬ довательно, 1 А равен 1000 мА, или 1 000 000 мкА. Приборы, служащие для измере¬ ния токов, называют соответственно амперметрами, миллиамперметрами, микроамперметрами. Их включают в электрическую цепь последовательно с потребителем тока, т.е. в разрыв внеш¬ ней цепи (рис. 49). На схемах эти при¬ боры изображают кружками с присво¬ енными им буквами внутри: А (ампер¬ метр), мА (миллиамперметр) и мкА (ми¬ кроамперметр), а рядом пишут РА, что означает измеритель тока. Измери¬ тельный прибор рассчитан на ток не больше некоторого предельного для данного прибора. Прибор нельзя вклю¬ чать в цепь, в которой течет ток, превы¬ шающий это значение, иначе он может испортиться. Рис. 49. Амперметр (миллиамперметр, микро¬ амперметр) включают в электрическую цепь последовательно с потребителем тока У тебя может возникнуть вопрос: как оценить переменный ток, направ¬ ление и значение которого непре¬ рывно изменяются? Переменный ток обычно оценивают по его действующе¬ му значению. Это такое значение тока, которое соответствует постоянному току, производящему такую же работу. Действующее значение переменного тока составляет примерно 0,7 ампли¬ тудного, т.е. максимального значения. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Говоря о проводниках, мы имеем в виду вещества, материалы и, прежде всего, металлы, относительно хорошо проводящие ток. Однако не все вещест¬ ва, называемые проводниками, одина¬ ково хорошо проводят электрический ток, т.е. они, как говорят, обладают неодинаковой электропроводимостью. Объясняется это тем, что при своем дви¬ жении свободные электроны сталкива¬ ются с атомами и молекулами вещества, причем в одних веществах атомы и мо-
62 Беседа четвертая лекулы сильнее мешают движению эле¬ ктронов, а в других — меньше. Говоря иначе, одни вещества оказывают элект¬ рическому току большее сопротивле¬ ние, а другие — меньшее. Из всех мате¬ риалов, широко применяемых в элект- ро- и радиотехнике, наименьшее сопро¬ тивление оказывает медь. Поэтому-то электрические провода и делают чаще всего из меди. Еще меньшее сопротив¬ ление имеет серебро, но это очень доро¬ гой металл. Железо, алюминий и раз¬ ные металлические сплавы обладают большим сопротивлением, т.е. худшей электропроводимостью. Сопротивление проводника зави¬ сит не только от свойств его материала, но и от размера самого проводника. Толстый проводник обладает меньшим сопротивлением, чем тонкий из такого же материала; короткий проводник имеет меньшее сопротивление, длин¬ ный — большее, так же, как широкая и короткая труба оказывает меньшее препятствие движению воды, чем тон¬ кая и длинная. Кроме того, сопротивле¬ ние металлического проводника зави¬ сит от его температуры: чем ниже тем¬ пература проводника, тем меньше его сопротивление. За единицу электрического сопро¬ тивления принят ом (пишут Ом) — по имени немецкого физика Г. Ома. Со¬ противление 1 Ом — сравнительно небольшая электрическая величина. Та¬ кое сопротивление току оказывает, на¬ пример, отрезок медного провода диа¬ метром 0,15 мм и длиной 1 м. Сопротив¬ ление нити накала лампочки карманно¬ го электрического фонаря около 10 Ом, нагревательного элемента электро¬ плитки — несколько десятков Ом. В ра¬ диотехнике чаще приходится иметь де¬ ло с большим, чем ом или несколько десятков Ом, сопротивлением. Сопро¬ тивление высокоомного телефона, на¬ пример, больше 2000 Ом; сопротивле¬ ние полупроводникового диода, вклю¬ ченного в не пропускающем ток на¬ правлении, несколько сотен тысяч ом. Знаешь, какое сопротивление электри¬ ческому току оказывает твое тело? От 1000 до 20 000 Ом. А сопротивление ре¬ зисторов — специальных деталей, о ко¬ торых я буду еще говорить в этой бесе¬ де, могут быть до нескольких миллио¬ нов ом и больше. Эти детали, как ты уже знаешь (по рис. 33), на схемах обо¬ значают в виде прямоугольников. В математических формулах со¬ противление обозначают латинской буквой R. Такую же букву ставят и воз¬ ле графических обозначений резисто¬ ров на схемах. Для выражения больших сопротив¬ лений резисторов используют более крупные единицы: килоом (сокращен¬ но пишут кОм), равный 1000 Ом, и ме- гаом (сокращенно пишут МОм), рав¬ ный 1 000 000 Ом, или 1000 кОм. Сопротивления проводников, элек¬ трических цепей, резисторов или дру¬ гих деталей измеряют специальными приборами — омметрами. На схемах омметр обозначают кружком с гречес¬ кой буквой Q (омега) внутри. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ За единицу электрического напря¬ жения, электродвижущей силы (ЭДС) принят вольт (в честь итальянского фи¬ зика А. Вольта). В формулах напряже¬ ние обозначают латинской буквой U (читается «у»), а саму единицу напря¬ жения — вольт — буквой В. Например, пишут: U = 4,5 В; U = 220 В. Единица вольт характеризует на¬ пряжение на концах проводника, уча¬ стке электрической цепи или полюсах источника тока. Напряжение 1 В — это такая электрическая величина, которая в проводнике сопротивлением 1 Ом со¬ здает ток, равный 1 А. Батарея 3336 (иногда пишут с бук¬ вой Л в конце обозначения, что означа¬ ет «летняя»), предназначенная для пло¬ ского карманного электрического фо¬ наря, как ты уже знаешь, состоит из трех элементов, соединенных последо¬
Беседа четвертая 63 вательно. На этикетке батареи можно прочитать, что ее напряжение 4,5 В. Значит, напряжение каждого из эле¬ ментов батареи 1,5 В. Напряжение ба¬ тареи «Крона» или «Корунд» 9 В, а на¬ пряжение электроосветительной сети может быть 127 или 220 В. Напряжение измеряют вольтмет¬ ром, подключая прибор одноименны¬ ми зажимами к полюсам источника то¬ ка или параллельно участку цепи, рези¬ стору или другой нагрузке, на которой необходимо измерить действующее на ней напряжение (рис. 50). На схемах вольтметр обозначают латинской бук¬ вой V в кружке, а рядом — PU. Для оценки напряжения применяют и бо¬ лее крупную единицу — киловольт (пи¬ шут кВ), соответствующую 1000 В, а также более мелкие единицы — милли¬ вольт (пишут мВ), равный 0,001 В, и ми¬ кровольт (пишутмкВ), равный 0,001 мВ. Эти напряжения измеряют соответст¬ венно киловольтметрами, милливольт¬ метрами и микровольтметрами. Такие приборы, как и вольтметры, подключа¬ ют параллельно источникам тока или участкам цепей, на которых надо изме¬ рить напряжение. Рис. 50. Вольтметр подключают параллельно нагрузке или источнику тока, питающего эле¬ ктрическую цепь Выясним теперь, в чем разница по¬ нятий «напряжение» и «электродвижу¬ щая сила». Электродвижущей силой называют напряжение, действующее между по¬ люсами источника тока, пока к нему не подключена внешняя цепь — например, нагрузка, лампочка накаливания или резистор. Как только будет подключена внешняя цепь и в ней возникнет ток, на¬ пряжение между полюсами источника тока станет меньше. Так, например, но¬ вый, еще не работавший гальваничес¬ кий элемент имеет ЭДС не менее 1,5 В. При подключении к нему нагрузки на¬ пряжение на его полюсах становится равным примерно 1,3...1,4 В. По мере расходования энергии элемента на пи¬ тание внешней цепи его напряжение постепенно уменьшается. Элемент счи¬ тается разрядившимся и, следователь¬ но, негодным для дальнейшего приме¬ нения, когда напряжение снизится до 0,7 В, хотя, если отключить внешнюю цепь, его ЭДС будет больше этого на¬ пряжения. А как оценивают переменное на¬ пряжение? Когда говорят о перемен¬ ном напряжении, например о напря¬ жении электроосветительной сети, то имеют в виду его действующее значе¬ ние, составляющее примерно, как и действующее значение переменного тока, 0,7 амплитудного. ЗАКОН ОМА На рис. 51 показана схема знако¬ мой тебе простейшей электрической цепи. Эта замкнутая цепь состоит из трех элементов: источника напряже¬ ния — батареи GB, потребителя тока — нагрузки R, которой может быть, на¬ пример, нить накала электрической лампы или резистор, и проводников, соединяющих источник напряжения с нагрузкой. Между прочим, если эту цепь дополнить выключателем, то по¬ лучится полная схема карманного эле¬ ктрического фонаря. Рис. 51. Простейшая электрическая цепь Нагрузка R, обладающая опреде¬ ленным сопротивлением, является уча¬
64 Беседа четвертая стком цепи. Значение тока на этом уча¬ стке цепи зависит от действующего на нем напряжения и его сопротивления: чем больше напряжение и меньше со¬ противление, тем больший ток будет идти по участку цепи. Эта зависимость тока от напряжения и сопротивления выражается следующей формулой: 1= U/R, где I — ток, выраженный в амперах, А; U — напряжение в вольтах, В; R — со¬ противление в омах, Ом. Читается это математическое выражение так: ток в участке цепи прямо пропорционален напряжению на нем и обратно пропор¬ ционален его сопротивлению. Это ос¬ новной закон электротехники, именуе¬ мый законом Ома (по фамилии Г. Ома) для участка электрической цепи. Закон Ома можно записать еще так: U = IP или R = U/I. Используя закон Ома, можно по двум известным электрическим вели¬ чинам узнать неизвестную третью. Вот несколько примеров практического применения закона Ома. Первый пример. На участке цепи, об¬ ладающем сопротивлением 5 Ом, дейст¬ вует напряжение 25 В. Надо узнать зна¬ чение тока на этом участке цепи. Решение: I = U/R = 25/5 = 5 А. Второй пример. На участке цепи действует напряжение 12 В, создавая в нем ток, равный 20 мА. Каково сопро¬ тивление этого участка цепи? Прежде всего, ток 20 мА нужно вы¬ разить в амперах. Это будет 0,02 А. Тог¬ да R= U/I= 12/0,02= 600 Ом. Третий пример. Через участок це¬ пи сопротивлением 10 кОм течет ток 20 мА. Каково напряжение, действую¬ щее на этом участке цепи? Здесь, как и в предыдущем приме¬ ре, ток должен быть выражен в ампе¬ рах (20 мА = 0,02 А), а сопротивление в омах (10 кОм = 10 000 Ом). Следова¬ тельно, U = IR = 0,02 х 10 000 = 200 В. На цоколе лампы накаливания пло¬ ского карманного фонаря выштампова- но: 0,28 А и 3,5 В. О чем говорят эти све¬ дения? О том, что лампочка МН 3,5-0,28 будет нормально светиться при токе 0,28 А, который обусловливается на¬ пряжением 3,5 В. Пользуясь законом Ома, нетрудно подсчитать, что нака¬ ленная нить лампочки имеет сопротив¬ ление R = U/I = 3,5/0,28 = 12,5 Ом. Это, подчеркиваю, сопротивление накаленной нити лампочки. А сопро¬ тивление остывшей нити значительно меньше. Закон Ома справедлив не только для участка, но и для всей электричес¬ кой цепи. В этом случае в значение R подставляется суммарное сопротивле¬ ние всех элементов цепи, в том числе и внутреннее сопротивление источника тока. Однако при простейших расчетах цепей обычно пренебрегают сопротив¬ лением соединительных проводников и внутренним сопротивлением источ¬ ника тока. В связи с этим приведу еще один пример. Напряжение электроо¬ светительной сети 220 В. Какой ток по¬ течет в цепи, если сопротивление на¬ грузки равно 1000 Ом? Решение: I = U/R = 220/1000 = 0,22 А. Примерно такой ток потребляет электрический паяльник. Всеми этими формулами, вытекаю¬ щими из закона Ома, можно пользо¬ ваться и для расчета цепей переменно¬ го тока, но при условии, что в цепях нет катушек индуктивности и конденсато¬ ров. Теперь рассмотрим такой вопрос: как влияет на ток резистор, включае¬ мый в цепь последовательно с нагруз¬ кой или параллельно ей? Разберем такой конкретный при¬ мер. У тебя есть лампочка от электри¬ ческого фонаря, нить которой рассчи¬ тана на напряжение 2,5 В при токе накала 0,15 А, т.е. миниатюрная типа МН2,5-0,15. Можно ли ее питать от ба¬ тареи 3336, начальное напряжение ко¬ торой 4,5 В? Нетрудно подсчитать, что сопротивление накаленной нити этой лампочки при номинальном напряже¬ нии (2,5 В) будет около 15 Ом. И если
Беседа четвертая 65 но сравнить с потоком воды в реке. Русло реки на различных участках мо¬ жет быть широким или узким, глубо¬ ким или мелким. Однако за определен¬ ный промежуток времени через попе¬ речное сечение любого участка русла реки всегда проходит одинаковое ко¬ личество воды. Добавочный резистор, включае¬ мый в цепь последовательно с нагруз¬ кой (как, например, на рис. 52), можно рассматривать как резистор, «гася¬ щий» часть напряжения, действующе¬ го в цепи. Напряжение, которое гасит¬ ся добавочным резистором или, как го¬ ворят, падает на нем, будет тем боль¬ шим, чем больше сопротивление этого резистора. Зная ток и сопротивление добавочного резистора, падение на¬ пряжения на нем легко подсчитать по знакомой тебе формуле U = IR. Здесь U — падение напряжения, В; I — ток в цепи, A; R — сопротивление добавоч¬ ного резистора, Ом. Применительно к нашему примеру резистор R (рис. 52) погасил избыток напряжения: U = IR = 0,15 х 15 = 2 В. Остальное напряжение батареи падало на нити лампочки. Необходимое сопротивление рези¬ стора можно найти по другой знакомой тебе формуле: R = U/I, где R — искомое сопротивление доба¬ вочного резистора, Ом; U — напряже¬ ние, которое необходимо погасить, В; I — ток в цепи, А. Для нашего примера (рис. 52) сопро¬ тивление добавочного резистора долж¬ но быть: R = U/I = 2/0,15 — 15 Ом. Из¬ меняя сопротивление, можно умень¬ шать или увеличивать напряжение, которое падает на добавочном резис¬ торе, и таким образом регулировать ток в цепи. Но добавочный резистор R в такой цепи может быть переменным, т.е. ре¬ зистором, сопротивление которого можно изменять (рис. 53). В этом слу¬ чае с помощью движка резистора R1 можно плавно изменять напряжение, питать ее от свежей батареи 3336, то через нить накала, по закону Ома, по¬ течет ток, вдвое превышающий тот ток, на который она рассчитана. Такой пе¬ регрузки нить не выдержит, она пере¬ калится и разрушится. Но эту лампоч¬ ку все же можно питать от батареи 3336, если последовательно в цепь включить добавочный резистор сопро¬ тивлением 13... 15 Ом, как это показано на рис. 52. В этом случае общее сопро¬ тивление внешней цепи будет равно примерно 30 Ом, т.е. 15 Ом — сопро¬ тивление нити лампочки EL плюс 15 Ом — сопротивление добавочного резистора R. В цепи, следовательно, потечет ток, равный примерно 0,15 А, т.е. такой же, на который рассчитана нить накала. Эту лампочку можно пи¬ тать от батареи и с более высоким на¬ пряжением и даже от электроосвети¬ тельной сети, если подобрать резистор соответствующего сопротивления. Рис. 52. Добавочный резистор, включенный в цепь, ограничивает ток в этой цепи В этом примере добавочный резис¬ тор ограничивает ток в цепи до нужно¬ го нам значения. Чем больше будет его сопротивление, тем меньше будет и ток в цепи. В данном случае в цепь было включено последовательно два сопро¬ тивления: нити накала лампочки и со¬ противление резистора. А при последо¬ вательном соединении сопротивлений ток одинаков во всех точках цепи. Можно включать амперметр в любую точку цепи, и всюду он будет показы¬ вать одно значение. Это явление мож¬
66 Беседа четвертая подводимое к нагрузке R2, а значит, плавно регулировать ток, протекаю¬ щий через эту нагрузку. Включенный таким образом переменный резистор называют реостатом. С помощью рео¬ статов регулируют токи в цепях прием¬ ников и усилителей. Во многих киноте¬ атрах реостаты используют для плавно¬ го гашения света в зрительном зале. Есть, однако, и другой способ под¬ ключения нагрузки к источнику тока с избыточным напряжением — тоже с помощью переменного резистора, но включенного потенциометром, т.е. де¬ лителем напряжения, как показано на рис. 54. Здесь R1 — резистор, включен¬ ный потенциометром, a R2 — нагрузка, которой может быть та же лампочка накаливания или какой-то другой при¬ бор. На резисторе R1 происходит паде¬ ние напряжения источника тока, кото¬ рое частично или полностью может быть подано к на грузке R2. Когда дви¬ жок резистора находится в крайнем нижнем положении, к нагрузке напря¬ жение вообще не подается (если это лампочка, она гореть не будет). По ме¬ ре перемещения движка резистора вверх мы будем подавать все большее напряжение к нагрузке R2 (если это лампочка, ее нить будет накаливаться). Когда же движок резистора R1 окажет¬ ся в крайнем верхнем положении, к на¬ грузке R2 будет подано все напряже¬ ние источника тока (если R2 — лампоч¬ ка карманного фонаря, а напряжение источника тока большое, нить лампоч¬ ки перегорит). Можно опытным путем найти такое положение движка пере¬ менного резистора, при котором к на¬ грузке будет подано необходимое ей напряжение. Переменные резисторы, включае¬ мые потенциометрами, широко ис¬ пользуют для регулирования громкос¬ ти в приемниках и усилителях колеба¬ ний звуковой частоты. Резистор может быть непосредст¬ венно подключен параллельно нагруз¬ ке. В таком случае ток на этом участке цепи разветвляется и идет двумя парал¬ дельными путями: через добавочный резистор и через основную нагрузку. Наибольший ток будет в ветви с наи¬ меньшим сопротивлением. Сумма же токов обеих ветвей равна току, расхо¬ дуемому на питание внешней цепи. Рис. 54. Регулирование напряжения на нагрузке R2 цепи с помощью переменного резистора R1 К параллельному соединению при¬ бегают, когда надо ограничить ток не во всей цепи, как при последователь¬ ном включении добавочного резисто¬ ра, а только в каком-то участке ее. До¬ бавочные резисторы подключают, на¬ пример, параллельно миллиампермет¬ рам, чтобы ими можно было измерять большие токи. Такие резисторы назы¬ вают шунтирующими, или шунтами. Слово шунт означает «ответвление». ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В цепи переменного тока на значе¬ ние тока влияет не только сопротивле¬ ние проводника, включенного в цепь, но и его индуктивность. Поэтому в це¬ пях переменного тока различают так называемое омическое или активное сопротивление, определяемое свойст¬ вами материала проводника, и индук¬ тивное сопротивление, определяемое индуктивностью проводника. Прямой проводник обладает сравнительно не¬ большой индуктивностью. Но если этот проводник свернуть в катушку, его индуктивность увеличится. При этом увеличится и сопротивление, ока- Рис. 53. Регулирование тока в цепи резистором
Беседа четвертая 67 зываемое им переменному току, — ток в цепи уменьшится. С увеличением ча¬ стоты тока индуктивное сопротивле¬ ние катушки тоже увеличивается. Запомни: сопротивление катушки индуктивности переменному току воз¬ растает с увеличением ее индуктивнос¬ ти и частоты проходящего по ней тока. Это свойство катушки используют в различных цепях приемников, когда требуется ограничить ток высокой час¬ тоты или выделить колебания высокой частоты, в выпрямителях переменного тока и во многих других случаях, с ко¬ торыми тебе придется постоянно стал¬ киваться на практике. Единицей индуктивности является генри (Гн). Индуктивностью 1 Гн обла¬ дает такая катушка, у которой при из¬ менении тока в ней на 1 А в течение 1 с развивается ЭДС самоиндукции, рав¬ ная 1 В. Этой единицей пользуются для определения индуктивности катушек, которые включают в цепи токов звуко¬ вой частоты. Индуктивность катушек, используемых в колебательных конту¬ рах, измеряют в тысячных долях генри, называемых миллигенри (мГн), или еще в тысячу раз меньше единицей — микрогенри (мкГн). МОЩНОСТЬ И РАБОТА ТОКА На нагрев нити накала электролам¬ пы, электропаяльника, электроплитки или иного прибора затрачивается не¬ которое количество электроэнергии. Эту энергию, отдаваемую источником тока (или получаемую от него нагруз¬ кой) в течение 1 с, называют мощнос¬ тью тока. За единицу мощности тока принят ватт (Вт). Ватт — это мощность, которую развивает постоянный ток 1А при напряжении 1В. В формулах мощ¬ ность тока обозначают латинской бук¬ вой Р (читается «пэ»). Электрическую мощность в ваттах получают умноже¬ нием напряжения в вольтах на ток в амперах, т.е. Р = U х I. Если, например, источник постоян¬ ного тока напряжением 4,5 В создает в цепи ток 0,1 А, то мощность тока будет: р = U х I = 4,5 х 0,1 = 0,45 Вт. Поль¬ зуясь этой формулой, можно подсчи¬ тать мощность, потребляемую лампоч¬ кой МНЗ,5-0,28, если 3,5 В умножить на 0,28 А. Получим около 1 Вт. Изменив эту формулу так: I = P/U, можно узнать ток, протекающий через электрический прибор, если известны потребляемая им мощность и подводи¬ мое к нему напряжение. Каков, напри¬ мер, ток, идущий через электрический паяльник, если известно, что при на¬ пряжении 220 В он потребляет мощ¬ ность 40 Вт? I = р/и = 40/220 = 0,18 А. Если известны ток и сопротивле¬ ние цепи, но неизвестно напряжение, мощность можно подсчитать по такой формуле: Р = I2R. Когда же известны напряжение, действующее в цепи, и сопротивление этой цепи, то для под¬ счета мощности используют такую формулу: Р = U2/R. Но ватт — сравнительно небольшая единица мощности. Когда приходится иметь дело с электрическими устройст¬ вами, приборами или машинами, по¬ требляющими токи в десятки, сотни ампер, используют единицу мощности киловатт (пишут кВт), равную 1000 Вт. Мощности электродвигателей завод¬ ских станков, например, могут состав¬ лять от нескольких единиц до десятков киловатт. Количественный расход электро¬ энергии оценивают ватт-секундой, ха¬ рактеризующей единицу энергии — джоуль. Расход электроэнергии опре¬ деляют умножением мощности, по¬ требляемой прибором, на время его ра¬ боты в секундах. Если, например, лам¬ почка плоского электрического фона¬ рика (ее мощность, как ты уже знаешь, около 1 Вт) горела 25 с, значит расход энергии составил 25 ватт-секунд. Одна¬ ко ватт-секунда — величина очень ма¬ лая. Поэтому на практике используют более крупные единицы расхода элект¬ роэнергии: ватт-час, гектоватт-час и киловатт-час.
68 Беседа четвертая Чтобы расход энергии был выра¬ жен в ватт-часах или киловатт-часах, нужно соответственно мощность в ваттах или киловаттах умножить на время в часах. Если, например, при¬ бор потребляет мощность 0,5 кВт в те¬ чение 2 ч, то расход энергии составит 0,5 х 2 = 1 кВт*ч; 1 кВт*ч энергии будет также израсходован, если цепь будет потреблять (или расходовать) мощность 2 кВт в течение получаса, 4 кВт в течение четверти часа и т. д. Электрический счетчик, установлен¬ ный в доме или квартире, где ты жи¬ вешь, учитывает расход электроэнер¬ гии в киловатт-часах. Умножив пока¬ зания счетчика на стоимость 1 кВт • ч, ты узнаешь, на какую сумму израсхо¬ довано энергии за неделю, месяц. При работе с гальваническими эле¬ ментами или батареями говорят об их электрической емкости в ампер-часах, которая выражается произведением значения разрядного тока на длитель¬ ность работы в часах. Начальная ем¬ кость батареи 3336, например, 0,5 А*ч. Подсчитай, сколько времени будет ба¬ тарея непрерывно работать, если раз¬ ряжать ее током 0,28 А (ток лампочки МНЗ,5-0,28) ? Примерно один и три чет¬ верти часа. Если же эту батарею разря¬ жать более интенсивно, например то¬ ком 0,5 А, она будет работать меньше 1 ч. Таким образом, зная емкость галь¬ ванического элемента или батареи и токи, потребляемые их нагрузками, можно подсчитать примерное время, в течение которого будут работать эти химические источники тока. Начальная емкость, а также реко¬ мендуемый разрядный ток или сопро¬ тивление внешней цепи, определяю¬ щее разрядный ток элемента или бата¬ реи, указывают иногда на их этикетках или в справочной литературе. ТРАНСФОРМАЦИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Переменный ток выгодно отличает¬ ся от постоянного тока тем, что он хоро¬ шо поддается трансформированию, т.е. преобразованию тока относительно высокого напряжения в ток более низ¬ кого напряжения или наоборот. Транс¬ форматоры позволяют передавать пе¬ ременный ток по проводам на большие расстояния с малыми потерями энер¬ гии. Для этого переменное напряже¬ ние, вырабатываемое на электростан¬ циях генераторами, с помощью транс¬ форматоров повышают до напряжения в несколько сотен тысяч вольт и «посы¬ лают» по линиям электропередачи (ЛЭП) в различных направлениях. С по¬ вышением напряжения уменьшается сила тока в ЛЭП при одной и той же пе¬ редаваемой мощности, что и приводит к снижению потерь и позволяет приме¬ нять провода меньшего сечения. В горо¬ дах и селах на расстоянии сотен и ты¬ сяч километров от электростанций это напряжение понижают трансформато¬ рами до более низкого, которым и пита¬ ют лампочки освещения, электродвига¬ тели и другие электрические приборы. Трансформаторы широко приме¬ няют и в радиотехнике. Схематическое устройство про¬ стейшего трансформатора показано на рис. 55. Он состоит из двух катушек из изолированного провода, называемых обмотками, насаженных на магнито- провод, собранный из пластин специ¬ альной, так называемой трансформа¬ торной, стали. Обмотки трансформато¬ ра изображают на схемах так же, как катушки индуктивности, а магнитопро- вод — линией между ними. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Пере¬ менный ток, текущий по одной из об¬ моток трансформатора, создает вокруг нее и в магнитопроводе переменное магнитное поле. Это поле пересекает витки другой обмотки трансформатора и индуцирует в ней переменное напря¬ жение той же частоты. Если к этой об¬ мотке подключить какую-либо нагруз¬ ку, например лампу накаливания, то в получившейся замкнутой цепи потечет переменный ток — лампа станет го¬
Беседа четвертая 69 реть. Обмотку, к которой подводится переменное напряжение, предназна¬ ченное для трансформирования, назы¬ вают первичной, а обмотку, в которой индуцируется переменное напряже¬ ние, — вторичной. Рис. 55. Трансформатор с магнитопроводом из стали: а — устройство в упрощенном виде; б — гра¬ фическое обозначение на схемах Напряжение, которое получается на концах вторичной обмотки, зависит от соотношения чисел витков в обмот¬ ках. При одинаковом числе витков на¬ пряжение на вторичной обмотке при¬ близительно равно напряжению, под¬ веденному к первичной обмотке. Если вторичная обмотка трансформатора содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее мень¬ ше, чем напряжение, подводимое к первичной обмотке. И наоборот, если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напря¬ жения, подводимого к первичной об¬ мотке. В первом случае трансформатор будет понижать, во втором — повы¬ шать переменное напряжение. Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, можно достаточно точно подсчитать по отношению чисел витков обмоток трансформатора: во сколько раз она имеет большее (или меньшее) число витков по сравнению с числом витков первичной обмотки, во столько же раз напряжение на ней бу¬ дет больше (или меньше) по сравнению с напряжением, подводимым к первич¬ ной обмотке. Так, если одна обмотка трансформатора имеет 1000 витков, а вторая 2000 витков, то, включив пер¬ вую обмотку в сеть переменного тока с напряжением 220 В, мы получим во второй обмотке напряжение 440 В — это повышающий трансформатор. Ес¬ ли же напряжение 220 В подвести к об¬ мотке, имеющей 2000 витков, то в об¬ мотке, содержащей 1000 витков, мы по¬ лучим напряжение 110 В — это пони¬ жающий трансформатор. Обмотка, имеющая 2000 витков, в первом случае будет вторичной, а во втором случае — первичной. Для наглядности обмотки I и II, показанные на рис. 55, размещены на разных кернах магнитопровода. На самом деле такое делают довольно ред¬ ко. Наоборот. Для наилучшего выпол¬ нения трансформатором своей основ¬ ной функции — передачи энергии с минимальными потерями — его обмот¬ ки стремятся максимально сблизить. И наматывают их чаще всего на общем керне Ш-образного магнитопровода. А если две, три, четыре обмотки содер¬ жат равное число витков, то нередко их намотку ведут одновременно — в два, три, четыре провода. Такие как бы вло¬ женные одна в другую обмотки имеют максимально возможную связь. С этой же целью в трансформаторах, намо¬ танных на кольцевых магнитопрово- дах, каждую из обмоток стремятся воз¬ можно равномернее распределить по всему магнитопроводу. Но, пользуясь трансформатором, ты не должен забывать о том, что мощ¬ ность тока (Р = UI), которую можно получить в цепи вторичной обмотки, никогда не превышает мощности тока первичной обмотки. Это значит, что получить от вторичной обмотки одну и ту же мощность можно, повышая на¬ пряжение и уменьшая ток либо потреб¬ ляя от нее пониженное напряжение при увеличенном токе. Следовательно, повышая напряжение, мы проигрыва¬ ем в значении тока, а выигрывая в зна¬ чении тока, обязательно проигрываем в напряжении. Для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока часто использу¬ ют трансформаторы с несколькими вторичными обмотками с различным числом витков. С помощью таких
70 Беседа четвертая трансформаторов, называемых сете¬ выми, или трансформаторами питания, получают несколько напряжений, пи¬ тающих разные цепи. Наибольшая мощность тока, кото¬ рая может быть трансформирована, за¬ висит от размера магнитопровода трансформатора и диаметра провода, из которого выполнены обмотки. Чем больше объем магнитопровода, тем большая мощность тока может быть трансформирована. Практически же в трансформаторе всегда бесполезно те¬ ряется часть мощности. Поэтому мощ¬ ность в цепи вторичной обмотки (или сумма мощностей, получаемых от всех вторичных обмоток) всегда несколько меньше мощности, потребляемой пер¬ вичной обмоткой. Но запомни: трансформаторы по¬ стоянный ток не трансформируют. Ес¬ ли, однако, в первичной обмотке транс¬ форматора течет пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуци¬ роваться переменное напряжение, час¬ тота которого равна частоте пульсаций тока в первичной обмотке. Это свойст¬ во трансформатора используется для индуктивной связи между разными це¬ пями, разделения пульсирующего тока на его составляющие и ряда других це¬ лей, о которых разговор будет впереди. Все трансформаторы со стальными магнитопроводами и магнитопровода- ми из железоникелевых сплавов (пер¬ маллоя) называют низкочастотными, так как они пригодны только для пре¬ образования переменного напряжения низкочастотного диапазона. На схемах низкочастотные трансформаторы обо¬ значают буквой Т, а их обмотки — рим¬ скими цифрами I, II и т.д. Принцип действия высокочастот¬ ных трансформаторов, предназначае¬ мых для трансформации колебаний высокой частоты, также основан на электромагнитной индукции. Они мо¬ гут быть как с сердечниками, так и без сердечников. Их обмотки (катушки) располагают на одном или разных кар¬ касах, но обязательно близко одну к другой (рис. 56). При появлении тока высокой частоты в одной из катушек вокруг нее возникает быстроперемен¬ ное магнитное поле, которое индуци¬ рует во второй катушке напряжение такой же частоты. Как и в низкочастот¬ ных трансформаторах, напряжение во вторичной катушке зависит от соотно¬ шения чисел витков в катушках. Рис. 56. Высокочастотные трансформаторы без сердечников (слева — катушки трансфор¬ матора с общим каркасом, справа — катушки трансформатора на отдельных каркасах, в се¬ редине — обозначение на схемах) Рис. 57. Высокочастотные трансформаторы с магнитодиэлектрическими сердечниками (сле¬ ва — со стержневым, справа — с кольцевым (тороидальным) сердечником) Для усиления связи между катуш¬ ками в высокочастотных трансформа¬ торах используют магнитопроводы в виде стержней или колец (рис 57), пред¬ ставляющие собой спрессованную мас¬ су из неметаллических материалов Их называют магнитодиэлектрическими или высокочастотными. Наиболее рас¬ пространены ферритовые магнитопро¬ воды. С одним из таких магнитопрово- дов — ферритовым стержнем — ты уже имел дело во второй беседе. Фер¬ ритовый магнитопровод не только уси¬ ливает связь между катушками, но и по¬ вышает их индуктивность, поэтому они могут иметь меньше витков по сравне¬ нию с катушками трансформатора без магнитопровода. Магнитопровод высокочастотного трансформатора независимо от его
Беседа четвертая 71 конструкции и формы обозначают на схемах так же, как магнитопровод низ¬ кочастотного трансформатора, — пря¬ мой линией между катушками, а об¬ мотки, как и катушки колебательных контуров, — латинскими буквами L. РЕЗИСТОРЫ Эти детали, пожалуй, наиболее многочисленны в радиоаппаратуре. В транзисторном приемнике средней сложности, например, их может быть два-три десятка. Используют же их для ограничения тока в цепях, для созда¬ ния на отдельных участках цепей паде¬ ний напряжений, для разделения пуль¬ сирующего тока на его составляющие, для регулирования громкости, тембра звука и т.д. Для резисторов сравнительно не¬ больших сопротивлениий, рассчитан¬ ных на токи в несколько десятков мил¬ лиампер, используют тонкую проволо¬ ку из никелина, нихрома и некоторых других металлических сплавов. Это проволочные резисторы. Для резисто¬ ров больших сопротивлений, рассчи¬ танных на сравнительно небольшие то¬ ки, используют различные сплавы ме¬ таллов и углерод, которые тонкими слоями наносят на изоляционные мате¬ риалы. Эти резисторы называют не¬ проволочными. Как проволочные, так и непрово¬ лочные резисторы могут быть постоян¬ ными, с неизменными сопротивления¬ ми, и переменными, сопротивления ко¬ торых в процессе работы можно изме¬ нять от некоторых минимальных до их максимальных значений. Основные характеристики резисто¬ ра: номинальное, т.е. указанное на его корпусе, сопротивление, номинальная мощность рассеяния и наибольшее воз¬ можное отклонение действительного сопротивления от номинального. Мощ¬ ностью рассеяния резистора называют ту наибольшую мощность тока, кото¬ рую он может длительное время выдер¬ живать и рассеивать в виде тепла без ущерба для его работы. Если, например, через резистор сопротивлением 100 Ом течет ток 0,1 А, то он рассеивает мощ¬ ность 1 Вт. Если резистор не рассчитан на такую мощность, то он может быстро сгореть. Номинальная мощность рассе¬ яния — это, по существу, характеристи¬ ка электрической прочности резистора. Наша промышленность выпускает постоянные и переменные резисторы разных конструкций и номиналов, от нескольких ом до десятков и сотен ме- гаом. Из постоянных наиболее распро¬ странены металлопленочные резисто¬ ры МЛТ (металлизованные лакирован¬ ные теплостойкие). Конструкция рези¬ стора этого типа показана в несколько увеличенном виде на рис 58, а. Его ос¬ новой служит керамическая трубка, на поверхность которой нанесен слой спе¬ циального сплава, образующего токо¬ проводящую пленку толщиной 0,1 мкм. У высокоомных резисторов этот слой может иметь форму спирали. На концы стержня с токопроводящим покрытием напрессованы металлические колпач¬ ки, к которым приварены контактные выводы резистора. Сверху корпус ре¬ зистора покрыт влагостойкой цветной эмалью. Рис. 58. Постоянные резисторы
72 Беседа четвертая Резисторы МАТ изготовляют на мощности рассеяния 2, 1, 0,5, 0,25 и 0,125 Вт. Их обозначают соответствен¬ но МЛТ-2, МЛТ-1, МЛТ-0,5, МЛТ-0,25 и МЛТ-0,125. Внешний вид этих резис¬ торов и условные обозначения мощно¬ стей рассеяния на принципиальных схемах показаны на рис 58, б и в. Со временем ты научишься распознавать мощности рассеяния резисторов по их внешнему виду. Наибольшее возможное отклоне¬ ние действительного сопротивления резистора от номинального выражают в процентах. Если, например, номинал резистора 100 кОм с допуском ±10%, это значит, что его фактическое сопро¬ тивление может быть от 90 до 110 кОм. Номиналы постоянных резисторов ши¬ рокого применения, выпускаемых на¬ шей промышленностью, указаны в приложении 3, помещенном в конце книги. Таблица этого приложения бу¬ дет твоим справочным листком. Она подскажет тебе, резисторы каких но¬ миналов и допусков можно искать в магазинах или у товарищей. Переменный непроволочный рези¬ стор устроен так (на рис. 59 резистор СП I показан без защитной крышки): к круглому пластмассовому основанию приклеена дужка из гетинакса, покры¬ тая тонким слоем сажи, перемешан¬ ной с лаком. Этот слой, обладающий сопротивлением, и является собствен¬ но резистором. От обоих концов слоя сделаны выводы. В центр основания впрессована втулка. В ней вращается ось, а вместе с осью фигурная гетинак- совая пластинка. На внешнем конце пластинки укреплена токосъемная щетка (ползунок) из нескольких пру¬ жинящих проволочек, которая соеди¬ нена со средним выводным лепестком. При вращении оси щетка перемещает¬ ся по слою сажи на дужке, вследствие чего изменяется сопротивление между средним и крайними выводами. Свер¬ ху резистор закрыт металлической крышкой, предохраняющей его от по¬ вреждений. Рис. 59. Конструкции и графическое обозначе¬ ние переменных резисторов на схемах Так или примерно так устроены почти все переменные резисторы, в том числе типов СП (сопротивление переменное), СПО (сопротивление пе¬ ременное объемное) и ВК. Резисторы ТК отличаются от резисторов ВК толь¬ ко тем, что на их крышках смонтирова¬ ны выключатели, используемые для включения источников питания. Прин¬ ципиально так же устроены и малога¬ баритные дисковые переменные рези¬ сторы, например типа СПЗ-Зв. Переменные непроволочные рези¬ сторы изготовляют с номинальными сопротивлениями, начиная с 47 Ом, с допусками отклонения от номинала ±20, 25 и 30%. На принципиальных схемах, чтобы не загромождать их, используют систе¬ му сокращенных обозначений сопро¬ тивлений резисторов, при которой на¬ именования единиц их сопротивлений (Ом, кОм, МОм) при числах не ставят. Такая система обозначения номиналь¬
Беседа четвертая 73 ных сопротивлении резисторов приме¬ нена и в этой книге. Сопротивления резисторов от 1 до 999 Ом обозначают на принципиаль¬ ных схемах целыми числами, соответ¬ ствующими омам, а сопротивления резисторов от 1 до 999 кОм — цифра¬ ми, указывающими число килоом, с буквой «к». Большие сопротивления резисторов указывают в мегаомах с буквой «М». Вот несколько примеров обозначения сопротивлений резисто¬ ров на схемах: R1 270 соответствует 270 Ом, R2 6,8 к — 6800 Ом, R3 56 к — 56 кОм (56 ООО Ом), R4 220 к — 220 кОм (0,22 МОм), R5 1,5 М — 1,5 МОм. Рис. 60. Последовательное {а) и параллельное (б) соединения резисторов Сразу же сделаю оговорку — для подавляющего большинства радиолю¬ бительских конструкций без ущерба для их работы допустимо отклонение от указанных на схемах номиналов ре¬ зисторов в пределах ±10... 15%. Это значит, что резистор сопротивлением, например, 5,1 кОм может быть заменен резистором ближайшего к нему номи¬ нала, т.е. резистором с номиналом 4,7 или 5,6 кОм. Представь себе такой случай. Тебе нужен резистор определенного сопро¬ тивления. А у тебя нет такого, но есть резисторы других номиналов. Можно ли из них составить резистор нужного сопротивления? Можно, конечно, если знать элементарный расчет последова¬ тельного и параллельного соединений сопротивлений электрических цепей и резисторов. При последовательном со¬ единении резисторов (рис. 60, а) их об¬ щее сопротивление Ro6l4 равно сумме сопротивлений всех соединенных в эту цепочку резисторов, т.е. КобЩ = Rl + R2 + R3hta. Например, если R1 = 15 кОм и R2 = 33 кОм, то их общее сопротивле¬ ние Ro6l4 = 15 + 33 = 48 кОм (ближай¬ шие номиналы 47 и 51 кОм). При параллельном соединении ре¬ зисторов (рис. 60, б) их общее сопро¬ тивление Робщ уменьшается и всегда меньше сопротивления каждого от¬ дельно взятого резистора. Результиру¬ ющее сопротивление цепи из парал¬ лельно соединенных резисторов рас¬ считывают по такой формуле: Кбщ = R1 Х R2/(R1 + R2)' Допустим, что R1 = 20 кОм, а R2 = 30 кОм. Общее сопротивление участка цепи, состоящей из этих двух резисторов, равно: R, общ = R1 X R2/(R1 + R2) = 20 X 30/(20 + 30) = 12 кОм. Когда параллельно соединяют два резистора с одинаковыми номиналами, их общее сопротивление равно поло¬ вине сопротивления каждого из них. Если параллельно соединить не два, а большее число резисторов, то их об¬ щее сопротивление вычисляют по фор¬ муле:. 1/Кобщ= 1/R1 + 1/R.2 +... + 1/Rn КОНДЕНСАТОРЫ Как и резисторы, конденсаторы от¬ носятся к наиболее многочисленным элементам радиотехнических уст¬ ройств. О некоторых свойствах кон¬ денсатора — накопителя электричес¬ ких зарядов — я тебе уже рассказывал. Тогда же говорил, что емкость конден¬ сатора будет тем значительнее, чем больше площадь его обкладок и чем тоньше слой диэлектрика между ними. Основной единицей электричес¬ кой емкости является фарада (сокра¬ щенно Ф), названная так в честь анг¬ лийского физика М. Фарадея. Однако 1 ф — это очень большая электричес-
74 Беседа четвертая кая емкость. Земной шар, например, обладает емкостью меньше 1 Ф. В элек- тро- и радиотехнике пользуются еди¬ ницей емкости, равной миллионной до¬ ле фарады, которую называют микро¬ фарадой (сокращенно мкФ). В одной фараде 1 ООО ООО мкФ, т.е. 1 мкФ = 0,000001 Ф. Но и эта единица емкости часто оказывается слишком большой. Поэтому существует еще более мелкая единица емкости, именуемая пикофа¬ радой (сокращенно пФ), представляю¬ щая собой миллионную долю микро¬ фарады, т.е. 0,000001 мкФ, 1 мкФ = 1 000 000 пФ. Все конденсаторы, будь то постоян¬ ные или переменные, характеризуют¬ ся, прежде всего, их емкостями, выра¬ женными соответственно в пикофара¬ дах, микрофарадах. На принципиальных схемах ем¬ кость конденсаторов от 1 до 9999 пФ указывают целыми числами, соответст¬ вующими их емкостям в этих единицах без обозначения пФ, а емкость конден¬ саторов от 10 000 пФ и больше — в до¬ лях микрофарады или микрофарадах с обозначением мк. Вот несколько при¬ меров обозначения емкостей конденса¬ торов на схемах: С1 47 (47 пФ), С2 3300 (3300 пФ), СЗ 0,047 мк (47 000 пФ), С4 0,1 мк, С5 0,47 мк, Сб 20 мк. Ты уже знаешь, что конденсатор в простейшем виде представляет собой две пластинки, разделенные диэлект¬ риком. Если конденсатор включить в цепь постоянного тока, то ток в этой цепи прекратится. Да это и понятно: через изолятор, которым является диэ¬ лектрик конденсатора, постоянный ток течь не может. Включение конденсато¬ ра в цепь постоянного тока равнознач¬ но разрыву ее (мы не принимаем во внимание момент включения, когда в цепи появляется кратковременный ток зарядки конденсатора). Иначе ведет себя конденсатор в цепи переменного тока. Вспомни, что полярность напря¬ жения на зажимах источника перемен¬ ного тока периодически меняется. Зна¬ чит, если включить конденсатор в цепь, питаемую от такого источника тока, его обкладки будут попеременно пере¬ заряжаться с частотой этого тока. В ре¬ зультате в цепи будет протекать пере¬ менный ток. Конденсатор подобно резистору и катушке оказывает переменному току сопротивление, но разное для токов различных частот. Он может хорошо пропускать токи высокой частоты и одновременно быть почти изолятором для токов низкой частоты. Радиолю¬ бители, например, иногда вместо на¬ ружных антенн используют провода электроосветительной сети, подклю¬ чая приемники к ним через конденса¬ тор емкостью 220...510 пФ. Случайно ли выбрана такая емкость конденсато¬ ра? Нет! Конденсатор такой емкости хорошо пропускает токи высокой час¬ тоты, необходимые для работы прием¬ ника, но оказывает большое сопро¬ тивление переменному току частотой 50 Гц, текущему в сети. В этом случае конденсатор становится своеобраз¬ ным фильтром, пропускающим ток вы¬ сокой частоты и задерживающим ток низкой частоты. Емкостное сопротивление конден¬ сатора переменному току зависит от его емкости и частоты тока: чем боль¬ ше емкость конденсатора и частота то¬ ка, тем меньше его емкостное сопро¬ тивление. Это сопротивление конден¬ сатора можно с достаточной точностью определить по такой упрощенной фор¬ муле: Rc = 1/6 fC, где Rc — емкостное сопротивление конденсатора, Ом; f — частота тока, Гц; С — емкость данного конденсатора, Ф; цифра 6 — округленное до целых еди¬ ниц значение 2я (точнее 6,28, так как я = 3,14). Пользуясь этой формулой, давай узнаем, как ведет себя конденсатор по отношению к переменным токам, если применить провода электросети в качестве антенны. Допустим, что ем¬ кость этого конденсатора 500 пФ
Беседа четвертая 75 (500 пФ = 0,0000000005 Ф). Частота то¬ ка электросети 50 Гц. За среднюю не¬ сущую частоту радиостанции примем 1 МГц (1 000 000 Гц), что соответствует волне длиной 300 м. Какое сопротивле¬ ние оказывает этот конденсатор ра¬ диочастоте? Rc= 1/(6 х 1 000 000 х 0,0000000005) = 300 Ом. А переменному току электросети? Rc = 1/(6 х 50 х 0,0000000005) = = 7 МОм. Следовательно, конденсатор емко¬ стью 500 пФ оказывает току высокой частоты в 20 000 раз меньшее сопро¬ тивление, чем току низкой частоты. Убедительно? Конденсатор меньшей емкости оказывает переменному току сети еще большее сопротивление. Запомни: емкостное сопротивле¬ ние конденсатора переменному току уменьшается с увеличением его емкос¬ ти и частоты тока и, наоборот, увеличи¬ вается с уменьшением его емкости и частоты тока. Свойство конденсатора не пропус¬ кать постоянный ток и проводить по- разному переменные токи различных частот используют для разделения пуль¬ сирующих токов на их составляющие, задержания токов одних частот и про¬ пускания токов других частот. Этим свойством конденсаторов ты будешь ча¬ сто пользоваться в своих конструкциях. Разновидностей конденсаторов по¬ стоянной емкости, выпускаемых на¬ шей промышленностью, много. В зави¬ симости от используемого в них диэ¬ лектрика различают конденсаторы керамические, слюдяные, бумажные, металлобумажные, оксидные (элект¬ ролитические). Основных характерис¬ тик, по которым судят о пригодности конденсаторов для тех или иных це¬ лей, три: номинальная емкость, т.е. ем¬ кость, указанная на корпусе данного конденсатора, номинальное напряже¬ ние и допустимое отклонение (в про¬ центах) от номинальной емкости. Но¬ минальным напряжением называют такое напряжение постоянного тока, при котором конденсатор может рабо¬ тать длительное время, не изменяя сво¬ их характеристик. Превышение номи¬ нального (иногда называют «рабо¬ чим») напряжения ведет к сокраще¬ нию срока работы конденсатора и даже пробою его диэлектрика. В нашей стране действует система сокращенного обозначения конденса¬ торов и их основных характеристик, состоящая из буквенных и цифровых индексов, например: К10П-1, К50-6. Первый индекс системы обозначе¬ ния — буква К — начальная буква сло¬ ва «конденсатор». Второй индекс — двузначное число, характеризующее конденсаторы по виду диэлектрика, на¬ пример: 10 — керамические на номи¬ нальное напряжение ниже 1600 В; 31 — слюдяные малой мощности; 40 — бу¬ мажные с обкладками из фольги (но¬ минальное напряжение ниже 1600 В); 50 — оксидные алюминиевые. Третий индекс — буква, характеризующая на¬ значение конденсатора: П — для рабо¬ ты в цепях постоянного и переменного токов; Ч — для работы в цепях пере¬ менного тока. Четвертый индекс — по¬ рядковый номер варианта конденсато¬ ров одной группы по виду диэлектрика. Зная эту систему буквенно-цифро¬ вых индексов, нетрудно составить представление об основных характе¬ ристиках того или иного конденсатора. Например: К10П-1 — конденсатор по¬ стоянной емкости (индекс К), керами¬ ческий на номинальное напряжение ниже 1600 В (индекс 10), предназначен для работы в цепях постоянного и пе¬ ременного токов (индекс П), первый вариант разработки (четвертый ин¬ декс — цифра 1); К50-6 — конденсатор (К) оксидный алюминиевый (50) для печатного монтажа. Вместе с тем продолжает действо¬ вать и ранее принятая упрощенная си¬ стема буквенной маркировки конден¬ саторов по виду диэлектрика и конст¬ руктивному выполнению. Например: КТК — конденсатор трубчатый кера¬ мический;
76 Беседа четвертая КСО — конденсатор слюдяной спрес¬ сованный; БМ — бумажный малогабаритный. Как устроены конденсаторы посто¬ янной емкости? Внешний вид некоторых керамиче¬ ских конденсаторов постоянной емкос¬ ти показан на рис. 61. У них диэлектри¬ ком служит специальная керамика, об¬ кладками — тонкие слои посеребренно¬ го металла, нанесенные на поверхности керамики, а выводами — латунные по¬ серебренные проволочки или полоски, припаянные к обкладкам. Сверху кор¬ пуса конденсаторы покрыты эмалью. Наиболее распространены диско¬ вые керамические конденсаторы КД-1, К10-7 и трубчатые КТ-1, КТ-2. У кон¬ денсаторов типа КТ одна обкладка на¬ несена на внутреннюю, а вторая — на внешнюю поверхность тонкостенной керамической трубочки. Иногда труб¬ чатые конденсаторы помещают в гер¬ метичные фарфоровые «футлярчики» с металлическими колпачками на кон¬ цах. Это конденсаторы типа КТК. Керамические конденсаторы обла¬ дают сравнительно небольшими емко¬ стями — до нескольких тысяч пикофа¬ рад. Их ставят в те цепи, в которых те¬ чет ток высокой частоты (цепь антен¬ ны, колебательный контур), для связи между ними. Чтобы получить конденсатор не¬ больших размеров, но обладающий от¬ носительно большой емкостью, его де¬ лают не из двух, а из нескольких плас¬ тин, сложенных в стопку и отделенных друг от друга диэлектриком (рис. 62). В этом случае каждая пара расположен¬ ных рядом пластин образует конденса¬ тор. Соединяя эти пары пластин парал¬ лельно, получают конденсатор значи¬ тельной емкости. Так устроены все конденсаторы со слюдяным диэлектри¬ ком. Их пластинками обкладками слу¬ жат листочки из алюминиевой фольги или слои серебра, нанесенные непо¬ средственно на слюду, а выводами — отрезки посеребренной проволоки. Та¬ кие конденсаторы спрессованы пласт¬ массой. Это конденсаторы КСО. В их Рис. 62. Слюдяные конденсаторы Рис. 63. Бумажные и металлобумажные кон¬ денсаторы постоянной емкости Рис. 61. Дисковые и трубчатые керамиче¬ ские конденсаторы
Беседа четвертая 77 обозначении есть цифра, характеризу¬ ющая форму и размеры конденсато¬ ров, например КСО-1, КСО-5. Чем больше значение цифры, тем больше размеры конденсатора. Некоторые слюдяные конденсаторы выпускают в керамических влагонепроницаемых корпусах. Их называют конденсатора¬ ми типа С ГМ. Емкость слюдяных конденсаторов бывает от 47 до 50 ООО пФ (0,5 мкФ). Как и керамические, они предназначены для высокочастотных цепей, а также для использования в качестве блокиро¬ вочных и для связи между высокочас¬ тотными цепями. В бумажных конденсаторах (рис. 63) диэлектриком служит специально обра¬ ботанная тонкая бумага, а обкладка¬ ми — фольга. Полоски бумаги вместе с обкладками свертывают в рулон и поме¬ щают в картонный или металлический корпус. Чем шире и длиннее обкладки, тем больше емкость конденсатора. Бумажные конденсаторы применя¬ ют главным образом в низкочастотных цепях, а также для блокировки источ¬ ников питания. Конденсаторы БМ заключают в ме¬ таллические трубочки, которые с тор¬ цов заливают специальной смолой. Конденсаторы К40П 1 (КБ) имеют кар¬ тонные цилиндрические корпуса. У конденсаторов КБГ-И фарфоровые корпуса с металлическими торцовыми колпачками, соединенными с обклад¬ ками, от которых отходят узкие вывод¬ ные лепестки. Диэлектриком конденсаторов типа МБМ (металлобумажный малогабарит¬ ный) служит лакированная конденса¬ торная бумага, а обкладками — слои металла толщиной меньше микрона, нанесенные на одну сторону бумаги. Характерная особенность конденсато¬ ров этого типа — способность самовос- станавливаться после электрического пробоя диэлектрика. Номиналы керамических, слюдя¬ ных, бумажных, металло бумажных конденсаторов постоянной емкости, выпускаемых нашей промышленнос¬ тью, сведены в таблицу приложения 3. Особую группу конденсаторов по¬ стоянной емкости составляют оксид¬ ные конденсаторы (рис 64). По внут¬ реннему устройству оксидный конден¬ сатор несколько напоминает бумаж¬ ный. В нем имеются две ленты из алюминиевой фольги. Поверхность од¬ ной из них покрыта тончайшим слоем окиси. Между алюминиевыми лентами проложена лента из пористой бумаги, пропитанной специальной густой жид¬ костью — электролитом. Эту четырех¬ слойную полосу скатывают в рулон и помещают в алюминиевый цилиндри¬ ческий стакан или патрончик. Диэлектриком конденсатора слу¬ жит слой окиси. Положительной об¬ кладкой (анодом) служит та лента, ко¬ торая имеет слой окиси. Она соединя¬ ется с изолированным от корпуса выводным лепестком. Вторая, отрица¬ тельная обкладка (катод) — бумага, пропитанная электролитом через лен¬ ту, на которой нет слоя окиси, соединя¬ ется с металлическим корпусом. Таким образом, корпус является выводом от¬ рицательной, а изолированный от него лепесток — выводом положительной обкладки оксидного конденсатора. Так, в частности, устроены конденса¬ торы типов КЭ, К50-3. Конденсаторы Рис. 64. Оксидные конденсаторы
78 Беседа четвертая КЭ-2 отличаются от конденсаторов КЭ только пластмассовой втулкой с резь¬ бой и гайкой для крепления на панели. Алюминиевые корпуса конденсаторов К50-3 имеют форму патрончика диаме¬ тром 4,5...6 и длиной 15...20 мм. Выво¬ ды — проволочные. Аналогично устро¬ ены и конденсаторы К50-6. Но у них выводы электродов (обкладок) изоли¬ рованы от корпусов. Оксидные конденсаторы обладают большими емкостями — от долей до не¬ скольких тысяч микрофарад. Они предназначены для работы в цепях с пульсирующими токами, например в фильтрах выпрямителей переменного тока, для связи между низкочастотны¬ ми цепями. При этом отрицательный электрод конденсатора соединяют с от¬ рицательным полюсом цепи, а положи¬ тельный — с ее положительным полю¬ сом. При несоблюдении полярности включения оксидный конденсатор мо¬ жет выйти из строя. Номинальные емкости и номиналь¬ ные напряжения оксидных конденса¬ торов пишут на их корпусах. Фактиче¬ ская же емкость может быть значи¬ тельно больше номинальной. Оксидные конденсаторы выпуска¬ ют на номинальные напряжения от не¬ скольких вольт до 30...50 В и от 150 до 450...500 В. В связи с этим их подразде¬ ляют на две группы — низковольтные и высоковольтные. Конденсаторы пер¬ вой группы используют в цепях со сравнительно небольшим напряжени¬ ем, а конденсаторы второй группы — в цепях с относительно высоким напря¬ жением. На принципиальных схемах оксид¬ ные конденсаторы изображают так же, как другие конденсаторы постоянной емкости, — двумя черточками, но воз¬ ле положительной обкладки ставят знак « + ». Здесь же указывают его но¬ минальную емкость и номинальное на¬ пряжение, например СЗ 20 мк х 15 В. Подбирая конденсаторы для своих конструкций, всегда обращай внима¬ ние на их номинальные напряжения. В цепи с меньшим напряжением, чем но¬ минальное, конденсаторы включать можно, но в цепи с напряжением, пре¬ вышающим номинальное, их включать нельзя. Если на обкладках конденсато¬ ра окажется напряжение, превышаю¬ щее его номинальное напряжение, то диэлектрик пробьется. Пробитый кон¬ денсатор непригоден для работы. Конденсаторы постоянной емкос¬ ти, как и резисторы, можно соединять параллельно или последовательно. К соединению конденсаторов прибегают чаще всего в тех случаях, когда под ру¬ ками нет конденсаторов нужного но¬ минала, но имеются другие, из которых можно составить необходимую ем¬ кость. Если конденсаторы соединять параллельно (рис. 65, а), то их общая емкость будет равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов, т.е. Собщ = С1 +С2 + С3ит.д. Так, если С1 = 33 пФ и С2 = 47 пФ, то общая емкость этих двух конденса¬ торов будет: Рис. 65. Параллельное (а) и последовательное (б) соединение конденсаторов Рис. 66. Простейший конденсатор перемен¬ ной емкости
Беседа четвертая 79 Собщ = 33 + 47 = 80 пФ. При последовательном соединении конденсаторов (рис. 65, б) их общая ем¬ кость всегда меньше наименьшей ем¬ кости, включенной в цепочку. Она под¬ считывается по формуле: Собщ = С1хС2/(С1 + С2). Например, допустим, что С1 = = 220 пФ, а С2 = 330 пФ; тогда Собщ = = 220 х 330/(220 + 330) = 132 пФ. Ког¬ да соединяют последовательно два кон¬ денсатора одинаковой емкости, их об¬ щая емкость будет вдвое меньше емко¬ сти каждого из них. Если последова¬ тельно включены не два, а большее число конденсаторов, то их общую ем¬ кость вычисляют по формуле: 1/СобЩ = 1/С1. + 1/С2...1/Сп Теперь о конденсаторах перемен¬ ной емкости. Устройство простейшего конденса¬ тора переменной емкости ты видишь на рис. 66. Одна его обкладка — статор — неподвижна. Вторая — ротор — скреп¬ лена с осью. При вращении оси площадь перекрытия обкладок, а вместе с нею и емкость конденсатора изменяются. Конденсаторы переменной емкости, применяемые в настраиваемых колеба¬ тельных контурах приемников, состоят из двух групп пластин (рис. 67, а), сде¬ ланных из листового алюминия или ла¬ туни. Пластины ротора соединены осью. Статорные пластины также соеди¬ нены и изолированы от ротора. При вращении оси пластины статорной группы постепенно входят в воздуш¬ ные зазоры между пластинами ротор¬ ной группы, отчего емкость конденса¬ Рис. 67. Конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком (а) и твердым диэ¬ лектриком (б) тора плавно изменяется. Когда пласти¬ ны ротора полностью выведены из за¬ зоров между пластинами статора, ем¬ кость конденсатора наименьшая, ее называют начальной емкостью конден¬ сатора. Когда роторные пластины пол¬ ностью введены между пластинами статора, емкость конденсатора будет наибольшей, т.е. максимальной для данного конденсатора. Максимальная емкость конденсатора будет тем боль¬ ше, чем больше в нем пластин и чем меньше расстояние между подвижны¬ ми и неподвижными пластинами. В конденсаторах, показанных на рис. 66 и 67, а, диэлектриком служит воздух. В малогабаритных же конденса¬ торах переменной емкости (рис. 67, б) диэлектриками могут быть бумага, пластмассовые пленки, керамика. Та¬ кие конденсаторы называют конденса¬ торами переменной емкости с твердым диэлектриком. При меньших размерах, чем конденсаторы с воздушным диэлек¬ триком, они могут иметь значительные максимальные емкости. Именно такие конденсаторы и применяют для наст¬ ройки колебательных контуров малога¬ баритных транзисторных приемников. Наиболее распространены конден¬ саторы переменной емкости, имеющие начальную емкость в несколько пико¬ фарад и наибольшую 240...490 пФ. Не исключено, что один из таких конден¬ саторов ты уже использовал для наст¬ ройки твоего первого радиоприемника. В приемниках с двумя настраиваю¬ щимися колебательными контурами используют блоки конденсаторов пе- Рис. 68. Конструкции блока конденсаторов переменной емкости
80 Беседа четвертая ременной емкости (КПЕ). В блоке КПЕ, показанном на рис. 68, имеются два конденсатора, роторы которых имеют общую ось. При вращении оси одно¬ временно изменяются емкости обоих конденсаторов. Одиночные конденсаторы и блоки конденсаторов переменной емкости с воздушным диэлектриком требуют к себе бережного отношения. Даже не¬ значительное искривление или иное повреждение пластин приводит к замы¬ канию между ними. Исправление же пластин конденсатора — дело сложное. К числу конденсаторов с твердым диэлектриком относятся и подстроеч- ные конденсаторы, являющиеся разно¬ видностью конденсаторов переменной емкости. Чаще всего такие конденсато¬ ры используют для подстройки конту¬ ров в резонанс, поэтому их называют подстроечными. Конструкции наиболее распрост¬ раненных подстроечных конденсато¬ ров показаны на рис. 69. Каждый из них состоит из сравнительно массив¬ ного керамического основания и тон¬ кого керамического диска. На поверх¬ ность основания (под диском) и на диск нанесены в виде секторов металличес¬ кие слои, являющиеся обкладками кон¬ денсатора. При вращении диска вокруг оси изменяется площадь перекрытия секторов-обкладок, изменяется ем¬ кость конденсатора. Рис. 69. Построечные конденсаторы и их гра¬ фическое обозначение Емкость подстроечных конденсато¬ ров указывают на их корпусах в виде дробного числа, где числитель — наи¬ меньшая, а знаменатель — наибольшая емкость данного конденсатора. Если, например, на конденсаторе указано 6/30, то это значит, что наименьшая его емкость 6 пФ, а наибольшая 30 пФ. Подстроечные конденсаторы обычно имеют наименьшую емкость 2...5 пФ, а наибольшую до 100... 150 пФ. Некото¬ рые из них, например КПК-2, можно использовать в качестве конденсато¬ ров переменной емкости для настрой¬ ки простых одноконтурных приемни¬ ков, о чем я расскажу позже. МАРКИРОВКА МАЛОГАБАРИТНЫХ РЕЗИСТОРОВ И КОНДЕНСАТОРОВ На резисторах и конденсаторах от¬ носительно больших размеров их но¬ минальные сопротивления или емкос¬ ти маркируют, применяя общеприня¬ тые сокращенные обозначения единиц электрических величин, а рядом — воз¬ можное отклонение от номинала в про¬ центах, например: 470±10%, 33±20%. Для обозначения же этих параметров малогабаритных резисторов и конден¬ саторов применяют специальный код, слагающийся из условных буквенных и цифровых знаков. По такой системе единицу сопро¬ тивления ом сокращенно обозначают буквой Е, килоом — буквой К, мега- ом — буквой М. Сопротивления резис¬ торов от 100 до 910 Ом выражают в до¬ лях килоома, а сопротивления от 100 000 до 910 000 Ом — в долях мегао- ма. Если номинальное сопротивление резистора выражают целым числом, то буквенное обозначение единицы изме¬ рения ставят после этого числа, напри¬ мер: ЗЗЕ (33 Ом), 47К (47 кОм), 1М (1 МОм). Когда же сопротивление ре¬ зистора выражают десятичной дробью меньше единицы, то буквенное обозна¬ чение единицы измерения располага¬ ют перед числом, например: К22 (220 Ом), М47 (470 кОм). Выражая со¬ противление резистора целым числом с десятичной дробью, целое число ста¬ вят впереди буквы, а десятичную дробь — после буквы, символизирую¬ щей единицы измерения (буква заме¬ няет запятую после целого числа). При¬
Беседа четвертая 81 меры: 1Е5 (1,5 Ом), 2К2 (2,2 кОм), 1М5 (1,5 МОм). Допустимое отклонение наносят после обозначения номинального со¬ противления следующими буквами: Допуск, % ±20 ±10 ±5 Маркировка В С И Предположим, на малогабаритном резисторе обозначено: 1М5И. Это зна¬ чит, что его номинальное сопротивле¬ ние 1,5 МОм, допустимое отклонение от номинала ±5%. Номинальные емкости конденсато¬ ров до 91 пФ выражают в пикофарадах, используя для обозначения этой еди¬ ницы емкости букву П. Емкости от 100 до 9100 пФ выражают в долях нанофа¬ рады (1 нФ = 1000 пФ, или 0,001 мкФ), а от 0,01 до 0,091 мкФ — в нанофарадах, обозначая нанофараду буквой Н. Емко¬ сти от 0,1 мкФ и больше выражают в микрофарадах, используя для обозна¬ чения этой единицы емкости букву М. Если емкость конденсатора выражают целым числом, то буквенное обозначе¬ ние емкости ставят после этого числа, например: 12П (12 пФ), 15Н (15 НФ = 15 000 пФ, или 0,015 мкФ), ЮМ (ЮмкФ). Чтобы номинальную емкость кон¬ денсатора выразить десятичной дро¬ бью, буквенное обозначение единицы емкости располагают перед числом: Н15 (0,15нФ = 150пФ),М22 (0,22мкФ). Для выражения емкости конденсатора целым числом с десятичной дробью буквенное обозначение единицы ставят между целым числом и десятичной дро¬ бью, заменяя ею запятую, например: 1П2 (1,2 пФ), 4Н7 (4,7 нФ = 4700 пФ), 1М5 (1,5 мкФ). Допустимое отклонение маркиру¬ ют после обозначения номинальной емкости цифрами в процентах, пико¬ фарадах или буквенным кодом, кото¬ рый приводим здесь в сокращенном виде: Допуск, % ±30 ±20 ±10 ±5 ±2 ±1 Маркировка Ф В С И Л Р Вот несколько примеров обозначе¬ ния параметров малогабаритных кон¬ денсаторов: 1Н5В (1500 пФ, допуск ±20%), 5П6Л (5,6 пФ, допуск ±2%), 1М5Ф (1,5 мкФ, допуск ±30%). Не исключено, что тебе уже прихо¬ дилось видеть постоянные резисторы, «украшенные» разноцветными пояска¬ ми или точками на корпусах. Это тоже система условного обозначения пара¬ метров резисторов, введенная в нашей стране сравнительно недавно. Разо¬ браться в ней тебе поможет приложе¬ ние 4, которое найдешь в конце книги. КОРОТКО О ПЛАВКОМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕ Этот прибор представляет собой отрезок проволоки, толщина которой рассчитана на пропускание тока неко¬ торого определенного значения, на¬ пример 0,25 А. Он предохраняет источ¬ ник тока от перегрузки. Предохраните¬ ли имеют все электросети, иногда штепсельные розетки, радиоконструк¬ ции, питающиеся от электроосвети¬ тельной сети. Рис. 70. Плавкие предохранители Плавкий предохранитель вставля¬ ют в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь ток, потреб¬ ляемый нагрузкой этой цепи. Пока ток не превышает допустимой нормы, про¬ волока предохранителя чуть теплая или совсем холодная. Но как только в цепи появится недопустимо большая нагруз¬ ка или произойдет короткое замыка¬ ние, ток резко возрастет, расплавит проволоку и цепь автоматически разо¬ рвется. Патрон плавкого предохраните¬ ля, используемого в осветительной эле¬ ктросети, устроен так же, как патрон электролампы. В него ввертывают фар¬
82 Беседа четвертая форовую «пробку» (рис. 70 — слева), внутри которой имеется свинцовая проволока. Один конец ее припаян к металлическому донышку пробки, а другой — к металлическому цилиндру с резьбой, которым предохранитель ввертывают в патрон. Проволока плавкого предохраните¬ ля радиоконструкции (на рис. 70 — справа) заключена в стеклянную тру¬ бочку и концами припаяна к металличе¬ ским колпачкам, выполняющим роль контактов. Этими контактами предохра¬ нитель вставляют в специальный патрон (держатель) или между двумя металли¬ ческими стоечками, к которым подведе¬ ны провода защищаемой от перегрузок сети. Ток плавления 1^ тонкого медного провода (диаметром не более 0,2 мм) можно рассчитать по формуле: 1^ (А) = [d(MM) - 0,005] / 0,034 Причину, вызвавшую перегорание предохранителя, надо найти, устранить и только после этого, соблюдая осто¬ рожность, можно вставлять в электри¬ ческую цепь новый предохранитель. ОСТОРОЖНО - ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ! Да, юный друг, всегда, когда при¬ ходится иметь дело с электросетью, на¬ до быть особенно внимательным, осто¬ рожным и никогда не забывать о дей¬ ствующем в ней опасном высоком на¬ пряжении. Иногда, балуясь или хвастая, ребя¬ та касаются рукой оголенного провода или контактов штепсельной розетки. Вроде ничего опасного. Но может слу¬ читься непоправимое, потому что элек¬ тросеть не любит шуток. «Эффект» та¬ кого «опыта» всецело зависит от элект¬ рического сопротивления тела челове¬ ка и изоляции его от земли, влажности пола, на котором он стоит. У разных людей в разном возрасте и при различ¬ ном состоянии всего организма элект¬ рическое сопротивление тела может быть от тысячи до нескольких десятков тысяч ом. И если человек со сравни¬ тельно небольшим сопротивлением те¬ ла коснется провода электросети, че¬ рез него может пройти значительный ток, который может стать причиной электрической травмы. Простой расчет: если напряжение сети 220 В, а сопротивление тела 22 кОм, то ток по закону Ома будет равен 220:22000 = 0,01 А. Такой ток для чело¬ века опасен, но не смертелен. А если со¬ противление мало — всего 2,2 кОм? Тогда ток возрастет до 220:2200 = 0,1 А. Такой ток уже смертельно опасен! Как предотвратить неприятности, которые может причинить электросеть? Прежде всего — никогда, ни при ка¬ ких условиях не касайся руками ого¬ ленных участков проводов электроо¬ светительной сети, монтажа или кон¬ тактных соединений монтируемой или налаживаемой аппаратуры, питаю¬ щейся от сети. А если понадобится за- изолировать провод, улучшить контак¬ ты штепсельной розетки, делай это только после обесточивания сети вы¬ ключателем на квартирном электро¬ распределительном щитке. При налаживании приемника или усилителя с питанием от сети щуп из¬ мерительного прибора (или инстру¬ мент) держи одной рукой во избежание прикосновения токонесущих провод¬ ников обеими руками. Прежде чем за¬ менить испортившуюся деталь или вне¬ сти изменения в монтаж, полностью от¬ ключи приемник, усилитель или питаю¬ щий их выпрямитель от сети. На этом я прерываю беседу. Но «экскурсия» в электротехнику еще не закончена. Впере¬ ди — другие электрические явления, закономерности и приборы, с которыми тебе по¬ стоянно придется иметь дело.
83 БЕСЕДА ПЯТАЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ ШИРОКОГО ПРИМЕНЕНИЯ Ты, юный друг, современник технической революции во всех областях радиоэлектроники. Суть ее заключается в том, что на смену электронным лампам, многие десятилетия за¬ нимавшим доминирующее положение в радиоаппаратуре различного назначения, пришли транзисторы, а их теперь все больше теснят полупроводниковые приборы новейшего по¬ коления — микросхемы. Предком одного из наиболее характерных представителей «ар¬ мии» усилительных полупроводниковых приборов —транзистора — был так называемый генерирующий детектор, изобретенный еще в 1922 г. радиофизиком О. В. Лосевым. Этот прибор, представляющий собой кристалл полупроводника с двумя примьисающими к нему проволочками — при определенных условиях мог генерировать и усиливать электричес¬ кие колебания. Но он тогда из-за несовершенства не мог конкурировать с электронной лампой. Достойного полупроводникового соперника электронной лампе, названного тран¬ зистором, создали в 1948 г. американские ученые Браттейн, Бардин и Шокли. В нашей стране большой вклад в разработку полупроводниковых приборов внесли А. Ф. Иоффе, А Д. Ландау, Б. И. Давыдова, В. Е. Лошкарев и ряд других ученых и инженеров, многие на¬ учные коллективы. Чтобы понять сущность явлений, происходящих в современных полу¬ проводниковых приборах, нам придется «заглянуть» в структуру полупроводника, разо¬ браться в причинах образования в нем электрического тока. Но перед этим хорошо бы тебе вспомнить ту часть первой беседы, где я рассказывал о строении атомов.
84 Беседа пятая ПОЛУПРОВОДНИКИ и их СВОЙСТВА Напомню: по электрическим свой¬ ствам полупроводники занимают сред¬ нее место между проводниками и не¬ проводниками тока. К сказанному до¬ бавлю, что к группе полупроводников относится гораздо больше веществ, чем к группам проводников и непро¬ водников, взятых вместе. К полупро¬ водникам, нашедшим практическое применение в технике, относятся гер¬ маний, кремний, селен, закись меди и некоторые другие вещества. Но для по¬ лупроводниковых приборов использу¬ ют главным образом германий, крем¬ ний и арсенид галлия. Каковы наиболее характерные свойства полупроводников, отличаю¬ щие их от проводников и непровод¬ ников тока? Электропроводность полу¬ проводников сильно зависит от окружа¬ ющей температуры. При очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю (~273°С), они ведут себя по отно¬ шению к электрическому току как изо¬ ляторы, Большинство же проводников, наоборот, при такой температуре ста¬ новятся сверхпроводимыми, т.е. почти не оказывают току никакого сопротив¬ ления. С повышением температуры проводников их сопротивление элект¬ рическому току увеличивается, а со¬ противление полупроводников умень¬ шается. Электропроводность провод¬ ников не изменяется при действии на них света. Электропроводность же по¬ лупроводников под действием света, так называемая фотопроводность, по¬ вышается. Полупроводники могут пре¬ образовывать энергию света в электри¬ ческий ток. Проводникам же это со¬ вершенно не свойственно. Электро¬ проводность полупроводников резко увеличивается при введении в них ато¬ мов некоторых других элементов. Эле¬ ктропроводность же проводников при введении в них примесей ухудшается. Эти и некоторые другие свойства полу¬ проводников были известны давно, од¬ нако широко использовать их стали сравнительно недавно. Германий и кремний, являющиеся исходными материалами многих совре¬ менных полупроводниковых приборов, имеют во внешних слоях своих оболо¬ чек по четыре валентных электрона. Всего же в атоме германия 32 электро¬ на, а в атоме кремния 14. Но 28 электро¬ нов атома германия и 10 электронов атома кремния, находящиеся во внут¬ ренних слоях их оболочек, прочно удерживаются ядрами и ни при каких обстоятельствах не отрываются от них. Только четыре валентных электрона атомов этих полупроводников могут, да и то не всегда, стать свободными. За¬ помни: четыре! Атом же полупроводни¬ ка, потерявший хотя бы один электрон, становится положительным ионом. Рис. 71. Схема взаимосвязи атомов в кристал¬ ле полупроводника В полупроводнике атомы располо¬ жены в строгом порядке: каждый атом окружен четырьмя такими же атома¬ ми. Они к тому же расположены на¬ столько близко друг к другу, что их ва¬ лентные электроны образуют единые орбиты, проходящие вокруг всех со¬ седних атомов, связывая их в единое вещество. Такую взаимосвязь атомов в кристалле полупроводника можно представить себе в виде плоской схе¬ мы, как показано на рис. 71. Здесь боль¬ шие шарики со знаком « + » условно изображают ядра атомов с внутренни¬ ми слоями электронной оболочки (по¬
Беседа пятая 85 ложительные ионы), а маленькие ша¬ рики — валентные электроны. Каждый атом, как видишь, окружен четырьмя точно такими же атомами. Любой из атомов связан с каждым соседним дву¬ мя валентными электронами, один из которых «свой», а второй заимствован у «соседа». Это двухэлектронная, или валентная, связь. Самая прочная связь! В свою очередь, внешний слой элек¬ тронной оболочки каждого атома содер¬ жит восемь электронов: четыре своих и по одному от четырех соседних атомов. Здесь уже невозможно различить, ка¬ кой из валентных электронов в атоме «свой», а какой «чужой», поскольку они сделались общими. При такой связи атомов во всей массе кристалла герма¬ ния или кремния можно считать, что кристалл полупроводника представляет собой одну большую молекулу. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКА Схему взаимосвязи атомов в полу¬ проводнике можно для наглядности уп¬ ростить, изобразив ее так, как это сде¬ лано на рис. 72. Здесь ядра атомов с внутренними электронными оболочка¬ ми показаны в виде кружков со знаком плюс, а межатомные связи — двумя ли¬ ниями, символизирующими валентные электроны. При температуре, близкой к абсолютному нулю, полупроводник ведет себя как абсолютный непровод¬ ник, потому что в нем нет свободных электронов. Но при повышении темпе¬ ратуры связь валентных электронов с атомными ядрами ослабевает и некото¬ рые из них вследствие теплового дви¬ жения могут покидать свои атомы. Вырвавшийся из межатомной связи электрон становится свободным (на рис. 72 — черные точки), а там, где он был до этого, образуется пустое место. Это пустое место в межатомной связи полупроводника условно называют дыркой (на рис. 72 — разорвавшиеся линии электронов). Чем выше темпера¬ тура полупроводника, тем больше в нем появляется свободных электронов и дырок. Таким образом, образование в массе полупроводника дырки связано с уходом из оболочки атома валентного электрона, а возникновение дырки со¬ ответствует появлению положительно¬ го электрического заряда, равного от¬ рицательному заряду электрона. Рис. 72. Упрощенная схема структуры полу¬ проводника А теперь рассмотри рис. 73. На нем схематично изображено явление воз¬ никновения тока в полупроводнике. Причиной возникновения тока служит напряжение, приложенное к полупро¬ воднику (на рис. 73 источник напряже¬ ния символизируют знаки « + » и «—»). Вследствие тепловых явлений во всей массе полупроводника высвобождает¬ ся из межатомных связей некоторое количество электронов (на рис. 73 они обозначены точками со стрелками). Электроны, освободившиеся вблизи положительного полюса источника напряжения, притягиваются этим по¬ люсом и уходят из массы полупровод¬ ника, оставляя после себя дырки. Элек¬ троны, ушедшие из межатомных свя¬ зей, на некотором удалении от положи¬ тельного полюса тоже притягиваются им и движутся в его сторону. Но, встре¬ тив на своем пути дырки, электроны как бы «впрыгивают» в них (рис. 73, а), происходит заполнение некоторых ме¬ жатомных связей. А ближние к отрица¬ тельному полюсу дырки заполняются
86 Беседа пятая другими электронами, вырвавшимися из атомов, расположенных еще ближе к отрицательному полюсу (рис. 73, б). Пока в полупроводнике действует эле¬ ктрическое поле, этот процесс продол¬ жается: нарушаются одни межатомные связи — из них уходят валентные элек¬ троны, возникают дырки — и заполня¬ ются другие межатомные связи — в дырки «впрыгивают» электроны, осво¬ бодившиеся из каких-то других межа¬ томных связей (рис. 73, б-г). Рассматривая эти схемы, ты, ко¬ нечно, заметил: электроны движутся в направлении от отрицательного полю¬ са источника напряжения к положи¬ тельному, а дырки перемещаются от положительного полюса к отрицатель¬ ному. Это явление можно сравнить с такой хорошо знакомой тебе карти¬ ной. Урок физкультуры начинается с построения. Но несколько ребят вы¬ шло из строя: образовались пустые ме¬ ста — «дырки». Физрук подает коман¬ ду: «Сомкнуть строй!». Ребята по оче¬ реди перемещаются вправо, заполняя пустые места. Что получается? Ребята один за другим перемещаются к пра¬ вому флангу, а пустые места — в сто¬ рону левого. При температуре выше абсолютно¬ го нуля в полупроводнике непрерывно возникают и исчезают свободные элек¬ троны и дырки даже тогда, когда нет внешних электрических полей. Но эле¬ ктроны и дырки движутся хаотически в разные стороны и не уходят за преде¬ лы полупроводника. В чистом полупро¬ воднике число высвободившихся в каждый момент времени электронов равно числу образующихся при этом дырок. Общее же их число при комнат¬ ной температуре относительно невели¬ ко. Поэтому электропроводность тако¬ го полупроводника, называемая собст¬ венной, мала. Иными словами, такой полупроводник оказывает электричес¬ кому току довольно большое сопротив¬ ление. Но если в чистый полупровод¬ ник добавить даже ничтожное количе¬ ство примеси в виде атомов других эле¬ ментов, электропроводность его резко повысится. При этом в зависимости от структуры атомов примесных элемен¬ тов электропроводность полупровод¬ ника будет электронной или дырочной. Чем различаются эти два вида элек¬ тропроводности полупроводника? Если какой-либо атом в кристалле полупроводника заменить атомом сурь¬ мы, имеющим во внешнем слое элек¬ тронной оболочки пять валентных эле¬ ктронов, этот атом-«пришелец» че¬ тырьмя электронами свяжется с че- Рис. 73. Схема движения электронов и дырок в полупроводнике
Беседа пятая 87 тырьмя соседними атомами полупро¬ водника. Пятый же валентный элек¬ трон атома сурьмы окажется «лишним» и станет свободным. Чем больше в по¬ лупроводник будет введено атомов сурьмы, тем больше в его массе окажет¬ ся свободных электронов. Следователь¬ но, полупроводник с примесью сурьмы приближается по своим свойствам к металлу: для того чтобы через него про¬ ходил электрический ток, в нем не обя¬ зательно должны разрушаться межа¬ томные связи. Полупроводники, обла¬ дающие такими свойствами, называют полупроводниками с электропроводно¬ стью типа п или, короче, полупроводни¬ ками n-типа. Здесь латинская буква п — начальная буква латинского слова «negativ» (негатив), что значит «отрица¬ тельный». Этот термин в данном случае нужно понимать в том смысле, что в по¬ лупроводнике типа п основными носи¬ телями тока являются отрицательные заряды, т.е. электроны. Совсем иная картина получится, если в том же полупроводнике имеют¬ ся атомы с тремя валентными электро¬ нами, например атомы индия. Каждый атом металла индия своими тремя элек¬ тронами заполнит связи только с тремя соседними атомами полупроводника, а для заполнения связи с четвертым ато¬ мом у него не хватает одного электро¬ на. Образуется дырка. Она, конечно, может заполниться каким-либо элек¬ троном, вырвавшимся из валентной связи с другими атомами полупровод¬ ника. Однако независимо от того, где будут дырки, в массе полупроводника с примесью индия не будет хватать элек¬ тронов для их заполнения. И, чем боль¬ ше будет введено в полупроводник примесных атомов индия, тем больше в нем образуется дырок. Чтобы в таком полупроводнике электроны могли перемещаться, совер¬ шенно обязательно должны разру¬ шаться валентные связи между атома¬ ми. Вырвавшиеся из них электроны или же электроны, поступившие в по¬ лупроводник извне, движутся от дырки к дырке. А во всей массе полупровод¬ ника в любой момент времени число дырок будет больше общего числа сво¬ бодных электронов. Полупроводники, обладающие таким свойством, называ¬ ют полупроводниками с дырочной эле¬ ктропроводностью или полупроводни¬ ками типа р. Латинская буква р — пер¬ вая буква латинского слова «positiv» (позитив), что значит «положитель¬ ный». Этот термин в данном случае нужно понимать в том смысле, что яв¬ ление электрического тока в массе по¬ лупроводника типа р сопровождается непрерывным возникновением и ис¬ чезновением положительных заря¬ дов — дырок. Перемещаясь в массе по¬ лупроводника, дырки как бы являются носителями тока. Полупроводники типа р, как и по¬ лупроводники типа п, обладают во мно¬ го раз лучшей электропроводностью по сравнению с чистыми полупроводни¬ ками. Надо сказать, что практически не существует как совершенно чистых полупроводников, так и полупроводни¬ ков с абсолютной электропроводнос¬ тью типов п и р. В полупроводнике с примесью индия обязательно есть не¬ большое количество атомов некоторых других элементов, придающих ему эле¬ ктронную проводимость, а в полупро¬ воднике с примесью сурьмы есть ато¬ мы элементов, создающих в нем ды¬ рочную электропроводность. Напри¬ мер, в полупроводнике, имеющем в целом электропроводность типа п, есть дырки, которые могут заполняться сво¬ бодными электронами примесных ато¬ мов сурьмы. Вследствие этого электро¬ проводность полупроводника несколь¬ ко ухудшится, но в целом он сохранит электронную проводимость. Аналогич¬ ное явление будет наблюдаться и в том случае, если в полупроводник с дыроч¬ ным характером электропроводности попадут свободные электроны. Поэто¬ му полупроводниками типа п принято считать такие полупроводники, в кото¬ рых основными носителями тока явля-
88 Беседа пятая Рис. 74. Схематическое устройство и работа полупроводникового диода ются электроны (преобладает элек¬ тронная электропроводность), а полу¬ проводниками типа р — полупроводни¬ ки, в которых основными носителями тока являются дырки (преобладает ды¬ рочная электропроводность). Теперь, когда ты имеешь некоторое представление о явлениях, происходя¬ щих в полупроводниках, тебе нетрудно будет понять принцип действия полу¬ проводниковых приборов. Начнем с предшественников тран¬ зистора — полупроводниковых диодов. ДИОДЫ Сегодня в «семейство» диодов вхо¬ дит не один десяток полупроводнико¬ вых приборов, носящих название «ди¬ од». Но здесь речь пойдет лишь о дио¬ дах, с которыми тебе в первую очередь придется иметь дело. Схематично диод можно предста¬ вить как две пластинки полупроводни¬ ка, одна из которых обладает электро¬ проводностью типа р, а другая — типа п. На рис. 74, а дырки, преобладающие в пластинке типа р, условно изображены кружками, а электроны, преобладаю¬ щие в пластинке типа п, — черными шариками таких же размеров. Эти две области — два электрода диода: анод и катод. Анодом, т.е. положительным электродом, является область типа р, а катодом, т.е. отрицательным электро¬ дом, — область типа п. На внешние по¬ верхности пластин нанесены контакт¬ ные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы элект¬ родов диода. Такой полупроводниковый прибор может находиться в одном из двух со¬ стояний: открытом, когда он хорошо проводит ток, и закрытом, когда он плохо проводит ток. Если к его элект¬ родам подключить источник постоян¬ ного тока, например гальванический элемент, но так, чтобы его положитель¬ ный полюс был соединен с анодом дио¬ да, т.е. с областью типа р, а отрицатель¬ ный — с катодом, т.е. с областью типа п (рис. 74, б), то диод окажется в откры¬ том состоянии и в образовавшейся це¬ пи пойдет ток, значение которого зави¬ сит от приложенного к нему напряже¬ ния и свойств диода. При такой поляр¬ ности подключения батареи электроны в области типа п перемещаются от ми¬ нуса к плюсу, т.е. в сторону области ти¬ па р, а дырки в области типа р движут¬ ся навстречу электронам — от плюса к минусу. Встречаясь на границе облас¬ тей, называемой электронно-дыроч¬ ным переходом или, короче, р-n пере¬ ходом, электроны как бы «впрыгива¬ ют» в дырки, в результате и те, и другие при встрече прекращают свое сущест¬ вование. Металлический контакт, со¬ единенный с отрицательным полюсом элемента, может отдать области типа п практически неограниченное количе¬ ство электронов, пополняя убыль элек¬ тронов в этой области, а контакт, со¬ единенный с положительным полюсом элемента, может принять из области типа р такое же количество электро¬
Беседа пятая 89 нов, что равнозначно введению в него соответствующего количества дырок. В этом случае сопротивление р-n пере¬ хода мало, вследствие чего через диод идет ток, называемый прямым током. Чем больше площадь р-n перехода и на¬ пряжение источника питания, тем больше этот прямой ток. Если полюсы элемента поменять местами, как это сделано на рис. 74, в, диод окажется в закрытом состоянии. В этом случае электрические заряды в диоде поведут себя иначе. Теперь, уда¬ ляясь от р-n перехода, электроны в об¬ ласти типа п будут перемещаться к по¬ ложительному, а дырки в области типа р — к отрицательному контактам дио¬ да. В результате граница областей с различными типами электропроводно¬ сти как бы расширится, образовав зо¬ ну, обедненную электронами и дырка¬ ми (на рис. 74, в она заштрихована) и, следовательно, оказывающую току очень большое сопротивление. Однако в этой зоне небольшой обмен носите¬ лями тока между областями диода все же будет происходить. Поэтому через диод пойдет ток, но во много раз мень¬ ший, чем прямой. Этот ток называют обратным током диода. На графиках, характеризующих работу диода, прямой ток обозначают 1пр, а обратный 10бр. А если диод включить в цепь с пере¬ менным током? Он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская ток одного направления — прямой ток 1пр, и за¬ крываться при отрицательных полупе¬ риодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления — обратный ток 1обр. Эти свойства диодов и используют в выпрямителях для пре¬ образования переменного тока в по¬ стоянный. Напряжение, при котором диод от¬ крывается и через него идет прямой ток, называют прямым (пишут Unp) или пропускным, а напряжение обратной полярности, при котором диод закры¬ вается и через него идет обратный ток, называют обратным (пишут Uo6p) или непропускным. При прямом напряже¬ нии сопротивление диода хорошего ка¬ чества не превышает нескольких де¬ сятков ом, при обратном же напряже¬ нии его сопротивление достигнет де¬ сятков, сотен килоом и даже мегаом. В этом нетрудно убедиться, если обрат¬ ное сопротивление диода измерить ом¬ метром. Внутреннее сопротивление от¬ крытого диода — величина непосто¬ янная и зависит от прямого напряже¬ ния, приложенного к диоду: чем боль¬ ше это напряжение, тем больше пря¬ мой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по паде¬ нию напряжения на нем и току через него. Так, если через диод идет прямой ток 1пр = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1 В, то (по за¬ кону Ома) прямое сопротивление дио¬ да будет: R = U/I = 1/0,1 = 10 Ом. В закрытом состоянии на диоде па¬ дает почти все прикладываемое к нему напряжение, обратный ток через него чрезвычайно мал, а сопротивление, следовательно, велико. Зависимость тока через диод от значения и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода. Такую харак¬ теристику ты видишь на рис. 75. Здесь по вертикальной оси вверх отложены значения прямого тока I , а вниз — об¬ ратного тока 1обр. По горизонтальной оси вправо обозначены значения пря¬ мого напряжения Unp, влево — обрат¬ ного напряжения Uo6p. На вольт-амперной характеристи¬ ке диода различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствую¬ щую прямому току через диод, и обрат¬ ную ветвь, соответствующую обратно¬ му току. Из нее видно, что ток 1обр дио¬ да в сотни раз больше тока 1обр. Так, уже при прямом напряжении Unp = = 0,5 В ток 1обр = 50 мА (точка а на ха¬ рактеристике), при Unp = 1 В он возра¬
90 Беседа пятая стает до 150 мА (точка б на характерис¬ тике), а при обратном напряжении иобр — 100 В обратный ток 1обр не пре¬ вышает 0,5 мА (500 мкА). Подсчитай, во сколько раз при одном и том же пря¬ мом и обратном напряжении прямой ток больше обратного. Рис. 75. Вольт-амперная характеристика гер¬ маниевого диода Прямая ветвь идет круто вверх, как бы прижимаясь к вертикальной оси. Она характеризует обратный рост пря¬ мого тока через диод с увеличением прямого напряжения. Обратная же ветвь, как видишь, идет почти парал¬ лельно горизонтальной оси, характери¬ зуя медленный рост обратного тока. Наличие заметного обратного тока — недостаток диодов. Примерно такие вольт-амперные характеристики имеют все германие¬ вые диоды. Вольтамперные характери¬ стики кремниевых диодов чуть сдвину¬ ты вправо. Объясняется это тем, что германиевый диод открывается и начи¬ нает проводить ток при прямом напря¬ жении 0,1...0,2 В, а кремниевый при 0,5...0,6 В. Прибор, на примере которого я рассказал тебе о свойствах диода, со¬ стоял из двух пластин полупроводни¬ ков разной электропроводности, со¬ единенных между собой плоскостями. Подобные диоды называют плоскост¬ ными. В действительности же плоско¬ стной диод представляет собой одну пластинку полупроводника, в объеме которой созданы две области разной электропроводности. Технология изго¬ товления таких диодов заключается в следующем. На поверхности квадрат¬ ной пластинки площадью 2...4 мм2 и толщиной в несколько долей миллиме¬ тра, вырезанной из кристалла полупро¬ водника с электронной электропровод¬ ностью, расплавляют маленький кусо¬ чек индия. Индий крепко сплавляется с пластинкой. При этом атомы индия проникают (диффундируют) в толщу пластинки, образуя в ней область с преобладанием дырочной электропро¬ водности (рис. 76, а). Получается полу¬ проводниковый прибор с двумя облас¬ тями различного типа электропровод¬ ности, а между ними р-n переход. Кон¬ тактами электродов диода служат капелька индия и металлический диск с выводными проводниками. Так устроены наиболее распрост¬ раненные плоскостные германиевые и кремниевые диоды. Внешний вид неко- Рис. 76. Схематическое устройство {а) и внешний вид некоторых плоскостных диодов (б)
Беседа пятая 91 торых из них показан на рис. 76, б. Приборы заключены в цельнометалли¬ ческие корпуса со стеклянными изоля¬ торами, что позволяет использовать их для работы в условиях повышенной влажности. Диоды, рассчитанные на значительные прямые токи, имеют винты с гайками для крепления их на монтажных панелях или шасси радио¬ технических устройств. Плоскостные диоды предназначены в основном для работы в выпрямителях переменного тока блоков питания ра¬ диоаппаратуры, поэтому их называют еще выпрямительными диодами. Конструированию блоков питания радиотехнических устройств питаю¬ щихся от электроосветительной сети будет посвящена специальная беседа — десятая. Сейчас же я познакомлю тебя только с самим принципом преобразо¬ вания переменного тока в постоянный. Схему простейшего выпрямителя переменного тока ты видишь на рис. 77, а. На вход выпрямителя подает¬ ся переменное напряжение электроо¬ светительной сети. К выходу выпрями¬ теля подключен резистор (RJ символи¬ зирующий нагрузку, питающуюся от выпрямителя. Функцию выпрямляю¬ щего элемента выполняет диод VD. Сущность работы такого выпрямителя иллюстрируют графики, помещенные на том же рисунке. При положитель¬ ных полупериодах напряжения на ано¬ де диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку, подключенную к выпрямите¬ лю, течет прямой ток диода 1пр. При от¬ рицательных полупериодах напряже¬ ния на аноде диод закрывается и во всей цепи, в которую он включен, те¬ чет незначительный обратный ток дио¬ да 1об . Диод как бы отсекает большую часть отрицательных полуволн пере¬ менного тока (на рис. 77, а показано штриховыми линиями). И вот резуль¬ тат: через нагрузку (RH) подключенную к сети через диод VD, течет уже не пе¬ ременный, а пульсирующий ток — ток одного направления, но изменяющий¬ ся по значению с частотой 50 Гц. Это и есть выпрямление переменного тока. Таким образом, диод является прибо¬ ром, обладающим резко выраженной односторонней проводимостью элект¬ рического тока. И если пренебречь ма¬ лым обратным током, который у ис¬ правных диодов не превышает малых долей миллиампера, можно считать, что диод является односторонним про¬ водником тока. Можно ли таким током питать на¬ грузку? Можно, он ведь выпрямлен¬ ный. Но не каждую. Лампу накалива¬ ния, например, можно, если, конечно, выходное напряжение не будет превы¬ шать то напряжение, на которое лампа Рис. 77. Однополупериодный выпрямитель и графики, иллюстрирующие его работу
92 Беседа пятая рассчитана. Ее нить будет накаливать¬ ся не постоянно, а импульсами, следу¬ ющими с частотой 50 Гц. Из-за тепло¬ вой инерции нить не будет успевать ос¬ тывать в промежутки между импульса¬ ми, поэтому никаких мерцаний света мы не заметим. А вот приемник питать таким током нельзя, потому что в цепях его усили¬ тельных приборов ток тоже будет пуль¬ сировать с такой же частотой. В резуль¬ тате в телефонах или головке громкого¬ ворителя на выходе приемника будет прослушиваться гул низкого тона с час¬ тотой 50 Гц, называемый фоном пере¬ менного тока. Этот недостаток можно частично устранить, если на выходе вы¬ прямителя параллельно нагрузке под¬ ключить оксидный конденсатор, как это показано на рис. 77, б. Такой конденса¬ тор выпрямителя называют фильтрую¬ щим. Заряжаясь от импульсов тока, кон¬ денсатор Сф в момент спадания тока или его исчезновения (между импульса¬ ми) разряжается через нагрузку (RJ. Ес¬ ли конденсатор достаточно большой ем¬ кости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться и в нагрузке будет непре¬ рывно поддерживаться ток. Ток, поддер¬ живаемый за счет зарядки конденсато¬ ра, показан на рис. 77, б сплошной вол¬ нистой линией. В принципе приемник или усилитель можно питать таким то¬ ком, но он будет «фонить», так как пуль¬ сации тока все еще очень ощутимы. В таком выпрямителе полезно ис¬ пользуется энергия только одной поло¬ вины периода переменного тока. Такое выпрямление переменного тока назы¬ вают однополупериодным, а выпрями¬ тели — однополупериодными выпря¬ мителями. Теперь о точечном диоде. Внешний вид одного из таких при¬ боров и его устройство (в значительно увеличенном виде) показаны на рис. 78. Это диод серии Д9. Такой или ему по¬ добный диод, например Д2, тебе уже знаком — я рекомендовал использовать его в твоем первом приемнике в качест¬ ве детектора. Выпрямительным элемен¬ том прибора служит контакт между тонкой и очень маленькой (площадью около 1 мм2) пластинкой полупроводни¬ ка германия или кремния типа п и ост¬ рием вольфрамовой проволочки, упи¬ рающимся в пластинку. Они припаяны к отрезкам посеребренной проволоки длиной примерно по 50 мм, являющи¬ мися выводами диода. Вся конструкция находится внутри стеклянной трубочки диаметром около 3 и длиной меньше 10 мм, запаянной с концов. После сбор¬ ки диод формуют — пропускают через контакт между пластиной полупровод¬ ника и острием вольфрамовой прово¬ лочки ток определенного значения. При этом под острием проволочки в кристалле полупроводника образуется небольшая область с дырочной элект¬ ропроводностью. Получается электрон¬ но-дырочный переход, обладающий од¬ носторонней проводимостью тока. Пластинка полупроводника является катодом, а вольфрамовая проволочка — анодом точечного диода. О принципе работы точечного дио¬ да как детектора ты уже знаешь из тре¬ тьей беседы. Плоскостные и точечные диоды маркируют буквами и цифрами, на¬ пример: Д226Б, Д9В, Д18. Буква Д в маркировке прибора означает «диод», цифры, следующие за нею, — завод¬ ской порядковый номер конструкции. Буквы, стоящие в конце обозначения диодов, указывают на разновидности групп приборов. Полярность включения плоскост¬ ных диодов обычно обозначают на их корпусах символом диода. Вывод анода диодов серии Д9 обозначают цветными метками на их корпусах. Электроды то¬ чечного диода серии Д2 обозначают символом диода на одном из его лен¬ точных выводов. У точечного диода площадь сопри¬ косновения острия проволочки с по¬ верхностью пластинки полупроводни¬ ка чрезвычайно мала — не более 50 мкм2. Поэтому токи, которые точеч¬
Беседа пятая 93 ные диоды могут выпрямлять в течение продолжительного времени, малы. То¬ чечные диоды радиолюбители исполь¬ зуют в основном для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, поэтому их часто называют высокочастотными. Рис. 78. Схематическое устройство и внешний вид точечного диода серии Д9 Как для плоскостных, так и для то¬ чечных диодов существуют максималь¬ но допустимые значения прямого и об¬ ратного токов, зависящие от прямого и обратного напряжений и определяю¬ щие их выпрямительные свойства и электрическую прочность. Это их ос¬ новные параметры. Плоскостной диод Д226В, например, может продолжи¬ тельное время выпрямлять ток до 300 мА. Но если его включить в цепь, потребляющую ток более 300 мА, он будет нагреваться, что неизбежно при¬ ведет к тепловому пробою р-n перехо¬ да и выходу диода из строя. Диод будет пробит и в том случае, если он окажет¬ ся в цепи, в которой на него будет пода¬ ваться обратное напряжение более чем 400 В. Допустимый выпрямленный ток для точечного диода Д9А 65 мА, а допу¬ стимое обратное напряжение 10 В, ос¬ новные параметры полупроводнико¬ вых диодов указывают в их паспортах и справочных таблицах. Превышение предельных значений приводит к вы¬ ходу приборов из строя. Основные параметры наиболее распространенных точечных и плоско¬ стных полупроводниковых диодов ты найдешь в приложении 7. А теперь, чтобы лучше закрепить в памяти твое представление о свойствах диодов, предлагаю провести такой опыт. В электрическую цепь, составлен¬ ную из батареи 3336 и лампочки накали¬ вания, рассчитанной на напряжение 3,5 В и ток накала 0,28 А, включи любой плоскостной диод из серии Д226 или Д7 с любым буквенным индексом, но так, чтобы анод диода был соединен непо¬ средственно или через лампочку с поло¬ жительным выводом батареи, а катод — с отрицательным выводом (рис. 79, а). Лампочка должна гореть почти так же, как если бы диода не было в цепи. Изме¬ ни порядок включения электродов дио¬ да в цепь на обратный (рис. 79, б). Те¬ перь лампочка гореть не должна. А если горит, значит, диод оказался с проби¬ тым р-n переходом. Такой диод можно разломать, чтобы посмотреть, как он ус¬ троен, — для работы как выпрямитель он все равно непригоден. Но, надеюсь, диод был хорошим и опыт удался. Рис. 79. Опыты с плоскостным диодом Почему при первом включении дио¬ да в цепь лампочка горела, а при втором не горела? В первом случае диод был от¬ крыт, так как на него подавалось прямое напряжение Unp сопротивление диода было мало и через него протекал пря¬ мой ток 1прГ значение которого опреде¬ лялось нагрузкой цепи — лампочкой. Во втором случае диод был закрыт, так как к нему прикладывалось обратное на¬ пряжение Uo6p, равное напряжению ба¬ тареи. Сопротивление диода было очень большое, и в цепи тек лишь незна¬ чительный обратный ток 1обр, который не мог накалить нить лампочки.
94 Беседа пятая В этом опыте лампочка выполняла двоякую функцию. Она, во-первых, была индикатором наличия тока в це¬ пи, а во-вторых, ограничивала ток в це¬ пи до 0,28 А и таким образом защищала диод от перегрузки. СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД Этот полупроводниковый прибор из «семейства» диодов обычно называ¬ ют короче — светодиодом. Он, как и уже знакомый тебе сплавной или точеч¬ ный диод, пропускает ток только в од¬ ном направлении — от анода к катоду. Но, в отличие от диода, при некотором вполне определенном значении тока, текущего через него, внутри светодиода появляется свечение, хорошо видное через прозрачный корпус или часть его. Именно благодаря этому свойству све¬ тодиоды широко используют в качестве световых индикаторов наличия тока в цепях различной аппаратуры, электро¬ измерительных приборах. Условное графическое обозначение светодиода и устройство светодиодов АА102 и АЛ307, наиболее популярных у радиолюбителей, показаны на рис. 80, а. Окружность в обозначении светодиода символизирует герметичный корпус, а две стрелки, направленные под углом вверх — оптическое излучение. Пози¬ ционное обозначение светодиодов на схемах — латинские буквы HL. Основа светодиода — пластинка монокристаллического материала, в которой технологически создан р-n пе¬ реход. Область р перехода — анод, а область п — катод светодиода. К кон¬ тактным площадкам этих электродов приварены плоские или цилиндричес¬ кие выводы, которыми светодиоды подключают к тем или иным цепям ра¬ диотехнического устройства, напри¬ мер, к источнику питания транзис¬ торного приемника. Кристаллическую пластинку светодиода АЛ307 гермети¬ зируют прозрачной пластмассой в виде конуса, оканчивающегося сферой, вы¬ полняющей роль линзы. В светодиодах АЛ 102 кристалл обволакивают слоем прозрачной пластмассы, помещают в металлический корпус, а в торец корпу¬ са вставляют стеклянное окно. Как только через р-n переход прибора начи¬ нает проходить постоянный или пуль¬ сирующий ток, в переходе выделяется энергия в виде фотонов, воспринимае¬ мая нами как световое излучение. В зависимости от назначения и по¬ лупроводникового материала, исполь¬ зуемого для светодиода, его спектр из¬ лучения может быть как в видимой, так и в невидимой, то есть инфракрас¬ ной, части светового диапазона. В све¬ тодиодах, работающих в видимой час¬ ти диапазона, для красного, зеленого или желтого свечения используют ар- сенид и фосфид галлия, карбид крем¬ ния и их двойные и даже тройные со¬ единения. Условное обозначение светодиодов состоит из четырех знаков. Первый знак — цифра или буква, характеризу¬ Рис. 80. Устройство светодиодов серий AJI307, АД 102 (а) и светодиод в роли индикатора включе¬ ния питания радиоприемника (б)
Беседа пятая 95 ющая исходный полупроводниковый материал прибора: 2 или К — кремний или его соединения; 3 или А — соеди¬ нения галлия. Второй знак — буква Л (излучатель) характеризует подкласс прибора. Третий элемент обозначе¬ ния — число, указывающее функцио¬ нальное назначение, качественные свойства, а также порядковый номер разработки светодиода: от 101 до 199 — инфракрасного диапазона излучения, от 301 до 399 — видимого диапазона. Параметры и цоколевка некоторых светодиодов, с которыми тебе наибо¬ лее часто придется иметь дело, приве¬ дены в приложении 8. Основных пара¬ метров два: постоянное прямое напря¬ жение Unp, падающее на светодиоде при пропускании через него прямого тока 1пр, и максимально допустимый прямой ток 1пр макс. Превышение значе¬ ния любого из этих параметров свето¬ диода ведет к выходу его из строя. Для закрепления в памяти свойств и принципа работы светодиода хорошо бы прямо сейчас, в порядке опыта, най¬ ти ему практическое применение. До¬ пустим, что в твоем распоряжении есть радиоприемник, питающийся от источ¬ ника постоянного тока напряжением 9 В, но в нем нет светового индикатора, сигнализирующего о том, что напряже¬ ние питания на приемник подано. Та¬ ким индикатором может стать светоди¬ од, подключенный к токонесущим про¬ водникам приемника после выключа¬ теля питания. Предположим, что в твоем «хозяйстве» каким-то образом оказался светодиод АЛ102А. Но его па¬ раметр Unp, значение которого превы¬ шать нельзя, 2,8 В, что почти втрое больше напряжения источника пита¬ ния приемника. И все же он может вы¬ полнять функцию индикатора, если по¬ следовательно с ним включить резис¬ тор Rrac (рис. 80, б), гасящий избыточ¬ ное для данного светодиода прямое напряжение. Каково должно быть сопротивле¬ ние этого резистора? По закону Ома — примерно 1 кОм, чтобы при прямом то¬ ке 1пр, равном 5 мА, погасить б В. В этом случае при замыкании контактов вы¬ ключателя SA светодиод HL тут же вспыхнет и будет светиться красным огоньком, пока контакты выключателя вновь не окажутся разомкнутыми. Теперь поговорим о стабилитроне, занимающем в «семействе» диодов особое положение. СТАБИЛИТРОН И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Этот полупроводниковый прибор тоже диод, кремниевый, но предназна¬ чен он не для выпрямления переменно¬ го тока, хотя и может выполнять такую функцию, а для стабилизации, т.е. под¬ держания постоянства напряжения в цепях питания радиоэлектронной ап¬ паратуры. Внешний вид одной из кон¬ струкций наиболее распространенных среди радиолюбителей стабилитронов и условное графическое обозначение стабилитронов показаны на рис. 81, а. По устройству и принципу работы кремниевые стабилитроны широкого применения аналогичны плоскостным выпрямительным диодам. Но работает стабилитрон не на прямом, как выпря¬ мительные или высокочастотные дио¬ ды, а на том участке обратной ветви вольт-амперной характеристики, где незначительное обратное напряжение вызывает значительное увеличение об¬ ратного тока через прибор. Разобрать¬ ся в сущности действия стабилитрона тебе поможет его вольт-амперная ха¬ рактеристика, показанная на рис. 81,6. Здесь (как и на рис. 75) по горизонталь¬ ной оси отложены в некотором мас¬ штабе обратное напряжение Uo6p, а по вертикальной оси вниз — обратный ток 10бр. Напряжение на стабилитрон подают в обратной полярности, т.е. включают так, чтобы его анод был со¬ единен с отрицательным полюсом ис¬ точника питания. При таком включе¬ нии через стабилитрон течет обратный ток 1обр. По мере увеличения обратного напряжения обратный ток растет
96 Беседа пятая очень медленно — характеристика идет почти параллельно оси Uo6p. Но при некотором напряжении Uo6p (на рис. 81,6 — около 8 В) р-n переход ста¬ билитрона пробивается, и через него начинает течь значительный обратный ток. Теперь вольт-амперная характери¬ стика резко поворачивает и идет вниз почти параллельно оси 1обр. Этот учас¬ ток и является для стабилитрона рабо¬ чим. Пробой же р-n перехода не ведет к порче прибора, если ток через него не превышает некоторого допустимого значения. Рис. 81. Стабилитрон и его графическое обо¬ значение на схемах («а), вольт-амперная харак¬ теристика стабилитрона (б) и схема парамет¬ рического стабилизатора напряжения (в) На рис. 81, в приведена схема воз¬ можного практического применения стабилитрона. Это так называемый па¬ раметрический стабилизатор напря¬ жения. При таком включении через стабилизатор VD течет обратный ток 1обр, создающийся источником пита¬ ния, напряжение которого может из¬ меняться в значительных пределах. Под действием этого напряжения ток 10бр| текущий через стабилитрон, тоже изменяется, а напряжение на нем, а значит, и на подключенной к нему на¬ грузке RH остается практически неиз¬ менным — стабильным. Резистор R ог¬ раничивает максимально допустимый ток, текущий через стабилитрон. Со стабилизаторами напряжения тебе неоднократно придется иметь де¬ ло на практике. Вот наиболее важные параметры стабилитрона: напряжение стабилиза¬ ции UCT, ток стабилизации 1ст, мини¬ мальный ток стабилизации ICT min, и максимальный ток стабилизации 1сттах. Напряжение стабилизации UCT — это то напряжение, которое создается между выводами стабилизатора в рабо¬ чем режиме. Наша промышленность выпускает кремниевые стабилитроны на напряжение стабилизации от не¬ скольких вольт до 180 В. Минимальный ток стабилизации ICT min — это наименьший ток через прибор, при котором начинается ус¬ тойчивая работа в режиме пробоя (на рис. 81, а — штриховая линия ICTmin). С уменьшением этого тока прибор пере¬ стает стабилизировать напряжение. Максимально допустимый ток стабилизации ICT тах — это наиболь¬ ший ток через прибор (не путай с то¬ ком, текущим в цепи, питающейся от стабилизатора напряжения), при кото¬ ром температура его р-n перехода не превышает допустимой (на рис. 81, а — штриховая линия ICT тах). Превышение тока ICT тах ведет к тепловому пробою р-n перехода и, естественно, к выходу прибора из строя. Основные параметры некоторых стабилитронов, наиболее часто исполь¬ зуемых в радиолюбительских конст¬ рукциях, приведены в приложении 9. В сетевом блоке питания, например, о котором я буду рассказывать в десятой
Беседа пятая 97 беседе, будет использован стабилитрон Д813. Напряжение его стабилизации (при 1ст = 5 мА) может быть от 11,5 до 14 в- ^xmin = 3 мА, 1сттах = 20 мА, мак- симальная рассеиваемая мощность Pmax (UCT Х ^ттах) ~ 280 мВт' Перейдем к транзисторам. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Полупроводниковые приборы, на¬ зываемые транзисторами, подразде¬ ляют на две группы: биполярные и по¬ левые. Транзисторы первой группы, чтобы как-то отличить их от второй группы, часто называют обычными транзисторами. С них, используемых наиболее широко, я и начну рассказ. Рис. 82. Схематическое устройство и графиче¬ ское обозначение на схемах транзисторов структуры р-п-р (а) и п-р-п (б) Термин «транзистор» образован из двух английских слов transfer — преоб¬ разователь и resistor — сопротивление. В упрощенном виде биполярный тран¬ зистор представляет собой пластинку полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 82), которые образуют два р п перехода. Две крайние области обладают элект¬ ропроводностью другого типа. У каж¬ дой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 82, а), то та¬ кой прибор называют транзистором структуры р-п-р. У транзистора струк¬ туры п-р-п, наоборот, по краям распо¬ ложены области с электронной элект¬ ропроводностью, а между ними — об¬ ласть с дырочной электропроводнос¬ тью (рис. 82, б). Прикрой листком бумаги любую из крайних областей транзисторов, изоб¬ раженных схематически на рис. 82. Что получилось? Оставшиеся две области есть не что иное, как плоскостной диод. Если прикрыть другую крайнюю об¬ ласть, то тоже получится диод. Значит, транзистор можно представить себе как два плоскостных диода с одной общей областью, включенных навстречу друг другу. Общую (среднюю) область тран¬ зистора называют базой, одну крайнюю область — эмиттером, вторую край¬ нюю область — коллектором. Это три электрода транзистора. Во время рабо¬ ты транзистора его эмиттер вводит (эмиттирует) в базу дырки (в транзисто¬ ре структуры р-п-р) или электроны (в транзисторе структуры п-р-п), коллек¬ тор собирает эти электрические заряды, вводимые в базу эмиттером. Различие в обозначениях транзисторов разных структур на схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в р-п-р транзисторах она обращена в сторону базы, а в п-р-п транзисторах — от базы. Электронно-дырочные переходы в транзисторе могут быть получены так же, как в плоскостных диодах. Напри¬ мер, чтобы изготовить транзистор структуры р-п-р, берут тонкую плас¬ тинку германия с электронной элект¬ ропроводностью и наплавляют на ее поверхности кусочки индия. Атомы индия диффундируют (проникают) в тело пластинки, образуя в ней две обла¬ сти типа р — эмиттер и коллектор, а между ними остается очень тонкая (не¬ сколько микрон) прослойка полупро¬ водника типа п — база. Транзисторы, изготовляемые по такой технологии, называют сплавными. Запомни наименования р-n перехо¬ дов транзистора: между коллектором и базой — коллекторный, между эмитте¬ ром и базой — эмиттерный. Схематическое устройство и кон¬ струкция сплавного транзистора пока¬ заны на рис. 83. Прибор собран на ме¬ таллическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен 4 Зак 261
98 Беседа пятая кристаллодержатель, являющийся вну¬ тренним выводом базы, а снизу — ее наружный проволочный вывод. Внут¬ ренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и слу¬ жат внешними выводами этих элект¬ родов. Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических по¬ вреждений и влияния света. Так уст¬ роены наиболее распространенные ма¬ ломощные низкочастотные транзисто¬ ры серий МП39, МП40, МП41, МП42 и их разновидности. Здесь буква М в обозначении говорит о том, что корпус транзистора холодносварной, буква П — первоначальная буква слова «пло¬ скостной», а цифры — порядковые за¬ водские номера приборов. В конце обозначения могут быть буквы А, Б, В (например, МП39Б), указывающие раз¬ новидность транзистора данной серии. Рис. 83. Устройство и конструкция сплавного транзистора структуры р-п-р Существуют другие способы изго¬ товления транзисторов, например диф- фузионно-сплавной (рис. 84). Коллек¬ тором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластинка исходного полупроводника. На поверх¬ ность пластинки наплавляют очень близко один от другого два маленьких шарика примесных элементов. Во вре¬ мя нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластинку по¬ лупроводника. При этом один шарик (на рис. 84 — правый) образует в кол¬ лекторе тонкую базовую область, а второй (на рис. 84 — левый) — эмит- терную область. В результате в плас¬ тинке исходного полупроводника по¬ лучаются два р-n перехода, образую¬ щие транзистор структуры р-п-р. По такой технологии изготовляют, в част¬ ности, наиболее массовые маломощ¬ ные высокочастотные транзисторы се¬ рий ГТ308, ГТ309, ГТ310. Рис. 84. Устройство диффузионно-сплавного транзистора структуры р-п-р В настоящее время действует сис¬ тема маркировки транзисторов, по ко¬ торой выпускаемые серийно приборы имеют обозначения, состоящие из че¬ тырех элементов, например: ГТ109А, КТ315В, ГТ403И. Первый элемент этой системы обозначения — буква Г, К или А (или цифра 1, 2 и 3) — характеризует полупроводниковый материал транзи¬ стора и температурные условия работы прибора. Буква Г (или цифра 1) присва¬ ивается германиевым транзисторам, буква К (или цифра 2) — кремниевым транзисторам, буква А (или цифра 3) — транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия. Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзис¬ тор может работать при повышенных температурах (германиевый — выше + 60°С, кремниевый — выше +85°С). Второй элемент — буква Т — на¬ чальная буква слова «транзистор». Третий элемент — трехзначное число от 101 до 999 — указывает поряд¬ ковый номер разработки и назначение прибора. Это число присваивается транзистору в зависимости от мощнос¬ ти и частотных свойств. Четвертый элемент обозначения — буква, указывающая разновидность транзисторов данной серии. Вот некоторые примеры расшиф¬ ровки обозначений транзисторов по этой системе: ГТ109А — германиевый
Беседа пятая 99 маломощный низкочастотный транзи¬ стор, разновидность А; ГТ404Г — гер¬ маниевый средней мощности низкоча¬ стотный транзистор, разновидность Г; КТ315В — кремниевый маломощный высокочастотный транзистор, разно¬ видность В. Наряду с такой системой продолжает действовать и прежняя си¬ стема обозначения транзисторов, на¬ пример: П27, П401, П213, МП39 и т.д. Объясняется это тем, что такие или по¬ добные транзисторы были разработа¬ ны до введения современной марки¬ ровки полупроводниковых приборов. Таблица А Транзистор Низкая частота (до 3 МГц) Средняя частота (3...30 МГц) Высокая частота (свыше 30 МГц) Малой мощности (до 0,3 Вт) Средней мощности (0,3...3 Вт) Большой мощности (свыше 3 Вт) 101...199 401...499 701...799 201...299 501...599 801...899 301...399 601...699 901...999 Внешний вид некоторых биполярных транзисторов, наиболее широко исполь¬ зуемых радиолюбителями, показан на рис. 85. Маломощный низкочастотный транзистор ГТ109 (структуры р-п-р) имеет в диаметре всего 3,4 мм, его масса 0,1 г. Транзисторы этой серии предназ¬ начены для миниатюрных радиовеща¬ тельных приемников. Их используют также в слуховых аппаратах, в элек¬ тронных медицинских приборах. Диа¬ метр транзисторов ГТ309 (р-п-р) 7,4 мм, масса 0,5 г. Такие транзисторы приме¬ няют в различных малогабаритных эле¬ ктронных устройствах для усиления и генерирования колебаний высокой час¬ тоты. Транзисторы КТ315 (п-р-п) выпус¬ кают в пластмассовых корпусах. Разме¬ ры корпуса 7x9x3 мм, масса 0,2 г. Эти маломощные транзисторы предназна¬ чены для усиления и генерирования ко¬ лебаний высокой частоты. Транзисторы серий МП39—МП42 (р-п-р) — самые массовые среди мало¬ мощных низкочастотных транзисторов. Точно так же выглядят аналогичные им, но структуры п-р-п, транзисторы МП35—МП38. Диаметр корпуса любого из этих транзисторов 11,5 мм, масса — не более 2 г. Наиболее широко их ис¬ пользуют в усилителях звуковой часто¬ ты. Так выглядят и маломощные высо¬ кочастотные р-п-р транзисторы серий П401—П403, П416, П423, используемые в радиовещательных приемниках для усиления высокочастотных сигналов. Транзистор ГТ402 (р-п-р) — пред¬ ставитель низкочастотных транзисто¬ ров средней мощности. Такую же кон¬ струкцию имеет его «близнец» ГТ404, но он структуры п-р-п. Высота корпу¬ сов таких транзисторов 18 мм, масса — не более 5 г. Их, обычно в паре, исполь¬ Рис. 85. Внешний вид некоторых транзисторов
100 Беседа пятая зуют в каскадах усиления мощности колебаний звуковой частоты. Транзистор П213 (германиевый структуры р-п-р) — один из мощных низкочастотных транзисторов, широ¬ ко используемых в оконечных каска¬ дах усилителей звуковой частоты. Диа¬ метр этого, а также аналогичных ему транзисторов серий П214—П216 и не¬ которых других, 24 мм, масса — не бо¬ лее 20 г. Такие транзисторы крепят на шасси или панелях с помощью флан¬ цев. Во время работы они нагреваются, поэтому их обычно ставят на специаль¬ ные теплоотводящие радиаторы, уве¬ личивающие поверхность охлаждения. Транзистор КТ814 (кремниевый структуры р-п-р) тоже большой мощ¬ ности, но он среднечастотный. Корпус пластмассовый, масса — не более 1 г. Винтом, пропущенным через отвер¬ стие в корпусе, его крепят к металличе¬ ской пластинке, выполняющей функ¬ цию теплоотводящего радиатора. Точ¬ но такую конструкцию имеют и р-п-р транзисторы КТ815, используемые вместе с транзистором КТ814 в усили¬ телях мощности. А теперь — несколько опытов, ил¬ люстрирующих свойства и принцип работы биполярных транзисторов. ТРАНЗИСТОР - УСИЛИТЕЛЬ В начале этой части беседы я сказал, что биполярный транзистор можно представить себе как два включенных встречно плоскостных диода, совмещен¬ ных в одной пластинке полупроводника. В этом нетрудно убедиться на опытах, для которых потребуется любой герма¬ ниевый транзистор структуры р-п-р, на¬ пример МП39 или подобный ему тран¬ зистор серий МП40—МП42. Между коллектором и базой транзистора вклю¬ чи последовательно соединенные бата¬ рею 3336 и лампочку от карманного фо¬ наря, рассчитанную на напряжение 2,5 В и ток накала 0,075 или 0,15 А (рис. 86). Если положительный полюс батареи GB окажется соединенным (че¬ рез лампочку) с коллектором, а отрица¬ тельный — с базой (рис. 86, а), то лам¬ почка должна гореть. При другой поляр¬ ности включения батареи (рис. 86, б) лампочка гореть не будет. Как объяснить эти явления? Снача¬ ла на коллекторный р-n переход ты по¬ давал прямое, т.е. пропускное, напря¬ жение. В этом случае коллекторный р- п переход открыт, его сопротивление мало и через него течет прямой ток коллектора 1к. Значение этого тока в данном случае определяется, в основ¬ ном, сопротивлением нити накала лам¬ почки и внутренним сопротивлением батареи. При другом включении бата¬ реи ее напряжение подавалось на кол¬ лекторный переход в обратном, не про¬ пускном направлении. В этом случае переход закрыт, его сопротивление ве¬ лико и через него течет лишь неболь¬ шой обратный ток коллектора 1КБО- У исправных маломощных низкочастот¬ ных транзисторов обратный ток кол¬ лектора не превышает 30 мкА. Такой Рис. 86. Опыты с биполярным транзистором
Беседа пятая 101 ток, естественно, не мог накалить нить лампочки, поэтому она не горела. Проведи аналогичный опыт с эмит- терным р-n переходом. Результат будет таким же: при обратном напряжении переход будет закрыт — лампочка не горит, а при прямом напряжении он будет открыт — лампочка горит. Следующий опыт, иллюстрирую¬ щий один из режимов работы транзис¬ тора, проводи по схеме, показанной на рис. 87. Между эмиттером и коллекто¬ ром транзистора включи последова¬ тельно соединенные батарею 3336 и ту же лампочку накаливания. Положи¬ тельный полюс батареи должен соеди¬ няться с эмиттером, а отрицатель¬ ный — с коллектором (через нить нака¬ ла). Горит лампочка? Нет, не горит. Со¬ едини проволочной перемычкой базу с эмиттером, как показано на схеме штриховой линией. Лампочка, вклю¬ ченная в коллекторную цепь транзис¬ тора, тоже не будет гореть. Удали пере¬ мычку, а вместо нее подключи к этим электродам последовательно соеди¬ ненные резистор R6 сопротивлением 200...300 Ом и один гальванический элемент G6, например, типа 332, но так, чтобы минус элемента был на базе, а плюс — на эмиттере. Теперь лампочка должна гореть. Поменяй местами по¬ лярность подключения элемента к этим электродам транзистора. В этом случае лампочка гореть не должна. По¬ втори несколько раз этот опыт, и ты убедишься в том, что лампочка в кол¬ лекторной цепи будет гореть только тогда, когда на базе транзистора отно¬ сительно эмиттера действует отрица¬ тельное напряжение. Разберемся в этих опытах. В пер¬ вом из них, когда ты, соединив пере¬ мычкой базу с эмиттером, замкнул на¬ коротко эмиттерный переход, коллек¬ торный переход стал просто диодом, на который подавалось обратное напря¬ жение. Через транзистор шел лишь не¬ значительный обратный ток коллек¬ торного перехода, который не мог на¬ калить нить лампочки. В это время транзистор находился в закрытом со¬ стоянии. Затем, удалив перемычку, ты восстановил эмиттерный переход. Первым включением элемента между базой и эмиттером ты подал на эмит¬ терный переход прямое напряжение. Эмиттерный переход открылся, и че¬ рез него пошел прямой ток, который открыл второй переход транзистора — коллекторный. Транзистор оказался открытым, и по цепи эмиттер—база— коллектор пошел коллекторный ток транзистора 1к, который во много раз больше тока цепи эмиттер—база. Он- то и накалил нить лампочки. Когда же ты изменил полярность включения эле¬ мента на обратную, то его напряжение закрыло эмиттерный переход, а вместе с тем закрылся и коллекторный пере¬ ход. При этом ток транзистора почти прекратился (шел только обратный ток коллектора) и лампочка не горела. Какова роль резистора R6. В прин¬ ципе этого резистора может и не быть. Я же рекомендовал включить его ис¬ ключительно для того, чтобы ограни¬ чить ток в базовой цепи. Иначе через Рис. 87. Опыт, иллюстрирующий работу транзистора в режиме переключения
102 Беседа пятая эмиттерный переход пойдет слишком большой прямой ток, в результате чего может произойти тепловой пробой пе¬ рехода и транзистор выйдет из строя. Если бы при проведении этих опы¬ тов в базовую и коллекторную цепи были включены измерительные при¬ боры, то при закрытом транзисторе то¬ ков в его цепях почти не было бы. При открытом же транзисторе ток базы 1Б был бы не более 2...3 мА, а ток коллек¬ тора 1к составлял 60...75 мА. Это озна¬ чает, что транзистор может быть уси¬ лителем тока. В этих опытах транзистор был в од¬ ном из двух состояний — открытом или закрытом. Переключение транзистора из одного состояния в другое происхо¬ дило под действием напряжения на базе UB. Такой режим работы транзистора, проиллюстрированный графиками на рис. 87, называют режимом переключе¬ ния или, что то же самое, ключевым. Та¬ кой режим работы транзисторов ис¬ пользуют в основном в приборах и уст¬ ройствах электронной автоматики. В радиовещательных приемниках и усилителях колебаний звуковой часто¬ ты транзисторы работают в режиме усиления. Отличается он от режима пе¬ реключения тем, что, используя малые токи в базовой цепи, мы можем управ¬ лять значительно большими токами в коллекторной цепи транзистора. Про¬ иллюстрировать работу транзистора в режиме усиления можно следующим опытом (рис. 88). В коллекторную цепь транзистора VT включи электромаг¬ нитный телефон BF1, а между базой и минусом источника питания GB (бата¬ рея 3336) — резистор R6 сопротивлени¬ ем 200...250 кОм. Второй телефон BF2 подключи к участку база—эмиттер транзистора, но через конденсатор связи Ссв емкостью 0,1...0,5 мкФ. У те¬ бя получится простейший усилитель, который может выполнять, например, роль одностороннего телефонного ап¬ парата. Если твой приятель будет не¬ громко говорить перед телефоном BF2, включенным на входе усилителя, его разговор ты будешь слышать в телефо¬ нах BF1, включенных на выходе усили¬ теля. На вход усилителя вместо телефо¬ на BF2 можно включить звукоснима¬ тель и проиграть грампластинку. Тогда в телефонах BF1 будут хорошо слышны звуки мелодии или голос певца, запи¬ санные на грампластинке. Рис. 88. Опыт, иллюстрирующий работу тран¬ зистора в режиме усиления Каковы здесь функции резистора R6 и конденсатора Ссв? Через резистор R6 на базу транзистора от батареи пи¬ тания GB подается небольшое отрица¬ тельное напряжение, называемое на¬ пряжением смещения, которое откры¬ вает транзистор и тем самым обеспечи¬ вает ему работу в режиме усиления. Без начального напряжения смещения эмиттерный р-п переход транзистора будет закрыт и, подобно диоду, станет «срезать» положительные полуперио- ды входного напряжения, отчего уси¬ ление будет сопровождаться искаже¬ ниями. А конденсатор Ссв выполняет функцию связующего элемента между телефоном BF2 и базой транзистора. Он беспрепятственно пропускает ко¬
Беседа пятая 103 лебания звуковой частоты и преграж¬ дает путь постоянному току из базовой цепи к телефону. Без такого раздели¬ тельного конденсатора база транзисто¬ ра по постоянному току оказалась бы соединенной с эмиттером и режим усиления был бы нарушен. В этом опыте на вход усилителя по¬ давалось переменное напряжение зву¬ ковой частоты, источником которого был телефон, преобразующий, как мик¬ рофон, звуковые колебания в электри¬ ческие (на рис. 88 — график а). Это на¬ пряжение создавало в цепи эмиттер— база колебания постоянного тока (гра¬ фик б), которые управляли значительно большим током в коллекторной цепи (график в). Происходило усиление вход¬ ного сигнала. Усиленный же транзисто¬ ром сигнал преобразовывался телефо¬ нами BF1, включенными в цепь коллек¬ тора, в звуковые колебания. Транзистор работал в режиме усиления. Процесс усиления в общих чертах происходит следующим образом. При отсутствии напряжения входного сиг¬ нала в цепях базы и коллектора текут небольшие токи (на рис. 88 — левые участки графиков бив), определяемые напряжением источника питания, на¬ пряжением смещения на базе и усили¬ тельными свойствами транзистора. Как только в цепи базы появляется сигнал, соответственно ему начинают изме¬ няться и токи в цепях транзистора: во время отрицательных полупериодов, когда суммарное отрицательное напря¬ жение на базе возрастает, токи цепей увеличиваются, а во время положитель¬ ных полупериодов, когда напряжения сигнала и смещения противоположны и, следовательно, отрицательное напря¬ жение на базе уменьшается, токи в обе¬ их цепях тоже уменьшаются. Происхо¬ дит усиление по напряжению и току. Если нагрузкой транзистора будут не телефоны, а резистор, то создающееся на нем напряжение переменной со¬ ставляющей усиленного сигнала мож¬ но будет подать во входную цепь второ¬ го транзистора для дополнительного усиления. Один транзистор может уси¬ лить сигнал в 30...50 раз. Точно так работают и транзисторы структуры п-р-п. Но для них полярность включения батареи, питающей цепи ба¬ зы и коллектора, должна быть не такой, как у р-п-р транзисторов, а обратной. Запомни: для работы транзистора в режиме усиления на его базу (относи¬ тельно эмиттера) вместе с напряжени¬ ем усиливаемого сигнала обязательно должно подаваться постоянное напря¬ жение смещения, открывающее тран¬ зистор. Для германиевых транзисторов оно должно составлять 0,1...0,2 В, а для кремниевых транзисторов 0,5...0,7 В. Напряжение смещения на базу не по¬ дают лишь в тех случаях, когда эмит- терный переход транзистора использу¬ ют для детектирования радиочастотно¬ го модулированного сигнала. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Итак, биполярный транзистор неза¬ висимо от его структуры является тре¬ хэлектродным прибором Его электро¬ ды — эмиттер, коллектор и база. Для ис¬ пользования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощ¬ ности входной сигнал, который надо усилить, подают на два каких-либо элек¬ трода и с двух электродов снимают уси¬ ленный сигнал. При этом один из элект¬ родов обязательно будет общим. Он-то и определяет название способа включе¬ ния транзистора: по схеме общего эмит¬ тера (ОЭ), по схеме общего коллектора (ОК), по схеме общей базы (ОБ). Включение транзистора по схеме ОЭ показано на рис. 89, а. Напряжение источника питания UH п на коллектор транзистора VT подают через резистор являющийся нагрузкой транзисто¬ ра, на эмиттер — через общий «зазем¬ ленный» проводник, обозначаемый на схемах знаком «_Ь>. Входной сигнал че¬ рез конденсатор связи Ссв подают к вы¬
104 Беседа пятая Рис. 89. Схемы включения транзисторов водам базы и эмиттера, т.е. к участку база—эмиттер транзистора, а усилен¬ ный сигнал снимают с выводов эмитте¬ ра и коллектора. Эмиттер, следователь¬ но, при таком включении транзистора является общим для входной и выход¬ ной цепей. Вспомни схемы и рисунки, которы¬ ми в этой беседе ты пользовался, за¬ ставляя транзистор работать в режи¬ мах усиления и переключения. Да, транзистор ты включал по схеме ОЭ. И это не случайно — транзистор, вклю¬ ченный таким способом, в зависимос¬ ти от его усилительных свойств может дать 10...200-кратное усиление сигнала по напряжению и 20... 100-кратное уси¬ ление сигнала по току. Благодаря этому способ включения транзистора по схе¬ ме О Э пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью. Существенным недостатком усили¬ тельного каскада на транзисторе, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопро¬ тивление — всего 500... 1000 Ом, что ус¬ ложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых вклю¬ чают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттер- ный р-n переход транзистора включен в прямом, т.е. пропускном, направле¬ нии. А сопротивление пропускного пе¬ рехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно боль¬ шое (2...20 кОм) и зависит от сопротив¬ ления нагрузки RK и усилительных свойств транзистора. Включение транзистора по схеме О К ты видишь на рис. 89, б. Входной сигнал подают на базу и эмиттер через эмиттерный резистор R3, который явля¬ ется частью коллекторной цепи. С это¬ го же резистора, выполняющего функ¬ цию нагрузки транзистора, снимают и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи оказывает¬ ся общим для входной и выходной це¬ пей, поэтому и название способа вклю¬ чения транзистора — ОК. Каскад с транзистором, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивле¬ ние такого каскада может составлять 10...500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, вклю¬ чаемые по такой схеме, называют так¬ же эмиттерными повторителями. Поче¬ му эмиттерными? Потому, что выход¬ ное напряжение на эмиттере транзис¬ тора практически полностью повторяет входное напряжение. Почему каскад не усиливает напря¬ жение? Давай соединим резистором цепь базы транзистора с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резисто-
Беседа пятая 105 pa R3, как показано на рис. 89, б штри¬ ховыми линиями. Это резистор — эк¬ вивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала RBX, на¬ пример микрофона или звукоснимате¬ ля. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор RBX с базой. Когда на вход усилителя по¬ дается напряжение сигнала, на резис¬ торе R3, являющемся нагрузкой транзи¬ стора, выделяется напряжение усилен¬ ного сигнала, которое через резистор Rbx оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттер- ной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиление по¬ лучается такое же, как и при включе¬ нии транзистора по схеме ОЭ. Теперь о включении транзистора по схеме ОБ (рис. 89, в). В этом случае база через конденсатор Сб по перемен¬ ному току заземлена, т.е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Сев подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает уси¬ ление по току меньше единицы, а по на¬ пряжению — такое же, как транзистор, включенный по схеме ОЭ (10...200). Из- за очень малого входного сопротивле¬ ния, не превышающего нескольких де¬ сятков Ом (30... 100 Ом), включение транзистора по схеме ОБ используют главным образом в генераторах элект¬ рических колебаний, в сверхрегенера- тивных каскадах, применяемых, напри¬ мер, в аппаратуре радиоуправления мо-. делями, о чем у нас разговор впереди. Ты чаще всего будешь пользовать¬ ся включением транзистора по схеме ОЭ, реже — по схеме ОК. Но это толь¬ ко способы включения. А режим рабо¬ ты транзистора как усилителя опреде¬ ляется напряжениями на его электро¬ дах, токами в его цепях и, конечно, па¬ раметрами самого транзистора. Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким электрическим параме¬ трам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Тебя же с практической точки зрения в первую очередь должны интересовать три ос¬ новных параметра: обратный ток кол¬ лектора 1КБО статический коэффици¬ ент передачи тока h213 (читают так: аш два один э) и граничная частота коэф¬ фициента передачи тока frp. Обратный ток коллектора 1КБО — это неуправляемый ток через коллек¬ торный р-n переход, создающийся нео¬ сновными носителями тока транзисто¬ ра. Он характеризует качество транзи¬ стора: чем численное значение параме- тра 1КБО меньше, тем выше качество транзистора. У маломощных низкочас¬ тотных транзисторов, например серий МП39—МП42, 1КБО не должен превы¬ шать 30 мкА, а у маломощных высоко¬ частотных, например серии КТ315, — 1 мкА. Транзисторы с большими значе¬ ниями 1КБО в работе неустойчивы. Статический коэффициент пере¬ дачи тока h2l3 характеризует усили¬ тельные свойства транзистора. Стати¬ ческим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неиз¬ менных токах в его цепях. Большая (за¬ главная) бутсва «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении транзистор включают по схеме ОЭ. Ко¬ эффициент h213 характеризуется отно¬ шением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении кол¬ лектор—эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффици¬ ента h213, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный транзистор. Граничная частота коэффициента передачи тока /гр, выраженная в кило¬ герцах или мегагерцах, позволяет су¬ дить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная часто¬ та f транзистора МП39, например,
106 Беседа пятая 500 кГц, а транзисторов П401—П403 — больше 30 МГц. Практически транзис¬ торы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффици¬ ент h213 транзистора уменьшается. При конструировании радиотехни¬ ческих устройств надо учитывать и та¬ кие параметры транзисторов, как мак¬ симально допустимое напряжение кол¬ лектор—эмиттер UK3 тах, максимально допустимый ток коллектора IK тах, а также максимально допустимую рассе¬ иваемую мощность коллектора транзи¬ стора Рк тах — мощность, превращаю¬ щуюся внутри транзистора в тепло. Многие конструкции, описанные в этой книге, выполнены на биполярных транзисторах структуры р-п-р, Но лю¬ бая из них может быть переведена на более распространенные сегодня п-р-п транзисторы. Общий принцип перевода описыва¬ емого устройства с р-п-р на п-р-п тран¬ зисторы прост: нужно изменить поляр¬ ность включения источника питания оксидных конденсаторов, диодов (в том числе светодиодов, фотодиодов, стаби¬ литронов и т.д.). На принципиальной схеме изображение этих элементов ус¬ тройства как бы «переворачивают» на 180 градусов. Но все это, конечно, при условии, что заменяющие п-р-п транзи¬ сторы по своим параметрам будут не хуже заменяемых р-п-р транзисторов. Основные сведения о параметрах маломощных биполярных транзисто¬ ров широкого применения ты найдешь в приложении 10. Теперь... КОРОТКО О ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ В этом полупроводниковом прибо¬ ре управление рабочим током осуще¬ ствляется не током во входной (базо¬ вой) цепи, как в биполярном транзис¬ торе, а воздействием на носители тока электрического поля. Отсюда и назва¬ ние транзистора «полевой». Схематическое устройство и кон¬ струкция одного из полевых транзис¬ торов показаны на рис. 90. Основой та¬ кого транзистора служит пластинка кремния с электропроводностью типа р, в которой создана тонкая область с электропроводностью типа р. Пластин¬ ку прибора называют затвором, а р-об- ласть в ней — каналом. С одной сторо¬ ны канал заканчивается истоком, с другой — стоком, тоже областью типа р, но с повышенной концентрацией дырок. Между затвором и каналом со¬ здается р-n переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы. Если к истоку подключить положи¬ тельный, а к стоку — отрицательный полюсы батареи питания (на рис. 90 — батарея GB), то в канале появится ток, создающийся движением дырок от ис¬ тока к стоку, Этот ток, называемый то¬ ком стока 1с, зависит не только от на¬ пряжения этой батареи, но и от напря¬ жения, действующего между источни¬ ком и затвором (на рис. 90 — элемент G). И вот почему. Когда на затворе от¬ носительно истока действует положи- Рис. 90. Схематическое устройство, графическое обозначение и конструкция полевого транзистора с р-n переходом и каналом р типа
Беседа пятая 107 тельное закрывающее напряжение, обедненная область р-n перехода рас¬ ширяется (на рис. 90 показано штрихо¬ выми линиями). От этого канал сужает¬ ся, его сопротивление увеличивается, из-за чего ток стока уменьшается. С уменьшением же положительного на¬ пряжения на затворе обедненная об¬ ласть р-n перехода, наоборот, сужает¬ ся, канал расширяется, и ток снова уве¬ личивается. Если на затвор вместе с по¬ ложительным напряжением смещения подать сигнал звуковой частоты, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, — напряжение усиленного сигнала. Так, в упрощенном виде устроены и работают низкочастотные полевые транзисторы с р-n переходом и кана¬ лом типа р, например транзисторы се¬ рий КП102, КП103. Здесь буквы К и П означают «кремниевый полевой», а ци¬ фры характеризуют частотные свойст¬ ва транзистора (см. таблицу А). Принципиально так же устроен и работает полевой транзистор с кана¬ лом типа п. Затвор транзистора такой структуры обладает дырочной электро¬ проводностью, поэтому на него отно¬ сительно истока должно подаваться от¬ рицательное напряжение смещения, а на сток (тоже относительно истока) — положительное напряжение источни¬ ка питания. На условном графическом изображении полевого транзистора с каналом типа п стрелка на линии затво¬ ра направлена в сторону истока, а не от истока, как в обозначении транзистора с каналом типа р. Полевой транзистор — тоже трехэ¬ лектродный прибор. Поэтому его, как и биполярный транзистор, включать в усилительный каскад можно тремя способами: по схеме общего стока (ОС), по схеме общего истока (ОИ) и по схеме общего затвора (03). В радиолю¬ бительской практике применяют в ос¬ новном только первые два способа вклю¬ чения, позволяющие с наибольшей эф¬ фективностью использовать полевые транзисторы. Усилительный каскад на полевом транзисторе обладает очень большим, исчисляемым мегаомами, входным со¬ противлением. Это позволяет подавать на его вход высокочастотные и низко¬ частотные сигналы от источников с большим внутренним сопротивлением, например от пьезокерамического зву¬ коснимателя, не опасаясь искажения или ухудшения усиления входного сиг¬ нала. В этом главное преимущество по¬ левых транзисторов по сравнению с биполярными. Усилительные свойства полевого транзистора характеризуются крутиз¬ ной характеристики S — отношением изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на вы¬ ходе транзистора, включенного по схе¬ ме ОИ. Численное значение параметра S выражают в миллиамперах на вольт; для различных транзисторов оно может составлять от 0,1...0,2 до 10...15мА/В и больше. Чем больше крутизна, тем большее усиление сигнала может дать транзистор. Другой параметр полевого транзи¬ стора — напряжение отсечки изи отс. Это обратное напряжение на р-n пере¬ ходе затвор—канал, при котором ток через этот переход уменьшается до ну¬ ля. У различных транзисторов напря¬ жение отсечки может составлять от 0,5 до 10 В. Эти параметры, а также предельно допустимые эксплуатационные параме¬ тры работы некоторых полевых транзи¬ сторов широкого применения приведе¬ ны в приложении 11 в конце книги. Вот то наиболее существенное, что вкратце можно рассказать о полевых транзисторах. О МЕРАХ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ Л ри МОНТАЖЕ ТРАНЗИСТОРОВ Надежная работа конструируемой радиоаппаратуры зависит не только от качества используемых в ней транзис¬
108 Беседа пятая торов, но и от соблюдения правил их монтажа. Выводы транзисторов перед монта¬ жом выпрямляют, зачищают от окислов, залуживают, изгибают по определенной форме (формуют) и, если надо, укорачи¬ вают. При этом вывод у корпуса придер¬ живают пинцетом или плоскогубцами, чтобы не обломить. Изгиб проволочных выводов маломощных транзисторов до¬ пустим с радиусом 1,5...2 мм на расстоя¬ нии не менее 3 мм от корпуса с обяза¬ тельным придерживанием у корпуса пинцетом или плоскогубцами, чтобы не выкрошить стеклянные изоляторы. Вы¬ воды транзисторов не рекомендуется укорачивать более чем до 15 мм. Необходимо помнить, что транзис¬ торы, как, впрочем, и все полупровод¬ никовые приборы, чувствительны к пе¬ регреву, а перегрев влияет на измене¬ ние их параметров Поэтому припаи¬ вать выводы транзисторов надо паяльником мощностью не более 40 В Для улучшения отвода тепла от транзи¬ стора во время пайки его выводы при¬ держивают пинцетом или плоскогуб¬ цами, выполняющими функцию допол¬ нительного теплоотвода. Процесс пай¬ ки должен быть кратковременным — не более 3...5 с, а повторную пайку того же соединения (если, конечно, в этом есть необходимость) следует прово¬ дить не ранее, чем через 2...3 мин. Пробивное напряжение р-n пере¬ ходов многих маломощных биполяр¬ ных и полевых транзисторов измеряет¬ ся единицами вольта и даже меньше. И если рабочая часть паяльника имеет недостаточную изоляцию от нагрева¬ тельной обмотки, то он может стать причиной порчи транзистора. Поэтому при монтаже транзисторов желательно пользоваться низковольтным паяльни¬ ком, питая его от понижающего транс¬ форматора и, кроме того, заземляя корпус паяльника снаружи. При монтаже полевых транзисторов не следует забывать их возможности — пробоя их статическим электричеством и даже напряжением наводок. Электри¬ ческий заряд, возникший на твоем теле, если ты стоишь на полу, не проводящем ток, может в момент прикосновения к транзистору создать электрический им¬ пульс, достаточный для вывода транзис¬ тора из строя. Поэтому при монтаже по¬ левых транзисторов особенно желатель¬ но пользоваться низковольтным паяль¬ ником, его жало следует заземлять и перед пайкой замыкать накоротко все выводы отрезком оголенного провода. Полезно, кроме того, перед монтажом и во время монтажа полевых транзисто¬ ров самому радиолюбителю периодиче¬ ски «разряжаться», касаясь рукой за¬ земления на несколько секунд. Вообще же электрический паяль¬ ник, который будет постоянным рабо¬ чим инструментом во всех твоих радио¬ монтажных делах, может причинить не¬ приятность не только транзистору или другому полупроводниковому прибору, но и лично тебе, если один из его токо¬ несущих проводов или нагревательный элемент окажется соединенным с ме¬ таллическим корпусом. Пользоваться таким паяльником опасно — можно по¬ пасть под высокое напряжение электро¬ осветительной сети. Поэтому время от времени проверяй с помощью омметра, не появился ли электрический контакт между корпусом и штепсельной вилкой на конце шнура питания паяльника. В этой беседе я рассказал тебе в основном лишь о шести видах полупроводниковых при¬ боров: сплавном и точечном диодах, светодиоде, стабилитроне, биполярном и полевом транзисторах. Это, пожалуй, наиболее «ходовые» элементы любительских радиотехни¬ ческих устройств. Но не единственные! В «семейство» полупроводниковых диодов, ис¬ пользуемых радиолюбителями для своих конструкций, входят и такие приборы, как, на¬ пример, тринисторы, фотодиоды, фоторезисторы, фототранзисторы. Об устройстве и принципах работы этих и некоторых других полупроводниковых приборов я буду рас¬ сказывать применительно к их практическому использованию. А микросхемам и приме¬ нению их в радиолюбительских конструкциях будет посвящена специальная беседа.
БЕСЕДА ШЕСТАЯ ПЕРВЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРИЕМНИК Твоим самым первым радиотехническим устройством был детекторный приемник. Ра- ботал он исключительно за счет энергии радиоволн, улавливаемых антенной. Транзис¬ торный приемник, о котором речь пойдет в этой беседе, тоже простое устройство, но для его питания совершенно необходим источник постоянного тока. Потребляя его энергию, транзистор будет усиливать сигналы радиостанций, что позволит слушать их программы со значительно большей громкостью, чем на детекторном приемнике. ОТ ДЕТЕКТОРНОГО - К ОДНОТРАНЗИСТОРНОМУ Принципиальная электрическая схема твоего первого транзисторного приемника может быть такой, как та, что изображена на рис. 91. В ней все те¬ бе знакомо. Ее левая часть, отделенная от правой штриховой линией, это де¬ текторный приемник с настройкой ко¬ лебательного контура конденсатором переменной емкости С2, только в детек¬ торную цепь вместо телефонов вклю¬ чен резистор R1. Правая часть — одно¬ каскадный усилитель колебаний звуко¬ вой частоты (34). Оксидный конденса¬ тор С4 служит связующим элементом между ними. Независимо от способа на¬ стройки колебательного контура — ферритовым сердечником или конден¬ сатором переменной емкости — модули¬ рованные колебания радиочастоты бу¬ дут образованы диодом VD1. Резистор R1 выполняет роль нагрузки детектора.
110 Беседа шестая Создающиеся на нем колебания звуко¬ вой частоты через конденсатор С4 по¬ ступают на базу транзистора VT1, включенного по схеме ОЭ, а после уси¬ ления головными телефонами BF1, включенными в коллекторную цепь, преобразуются в звуковые колебания. Источником питания служит бата¬ рея GB1 напряжением 4,5 В, например батарея 3336, или составленная из трех элементов 332 (соединить последова¬ тельно). Но таким источником может быть также сетевой блок питания, о ко¬ тором я расскажу в десятой беседе. Обращаю внимание на полярность включения оксидного конденсатора С4. На базе транзистора, а он в нашем примере структуры р-п-р по отноше¬ нию к «заземленному» проводнику, от¬ рицательное напряжение равно при¬ мерно 0,1 В. Поэтому этот конденсатор должен подключаться к базе отрица¬ тельной обкладкой, т.е. обязательно нужно соблюдать полярность оксидно¬ го конденсатора. Рис. 91. Детекторный приемник с однокаскад¬ ным усилителем 34 По предыдущей беседе ты уже зна¬ ешь, что для нормальной работы тран¬ зистора на его базу кроме входного сиг¬ нала подают еще открывающее его на¬ пряжение смещения: для транзистора структуры р-п-р отрицательное, для транзистора структуры п-р-п положи¬ тельное. Наиболее простой способ пода¬ чи напряжения смещения — это соеди¬ нение базы транзистора с соответству¬ ющим проводником источника питания через резистор. В данном случае такую функцию выполняет резистор R2. В усилителе можно использовать любой из германиевых транзисторов серий МП39—МП42, ГТ308. А чтобы германиевый транзистор открыть, на его базу относительно эмиттера доста¬ точно подать всего 0,1 В. Нетрудно под¬ считать (по закону Ома), что такое на¬ пряжение можно создать на эмиттер- ном переходе, сопротивление которого примем равным 1000 Ом, ток 100 мкА (0,001 А). При этом в зависимости от коэффициента передачи тока h213 кол¬ лекторный ток транзистора может до¬ стигать 0,8... 1 мА. Примерно в такой ре¬ жим работы и ставят обычно маломощ¬ ный транзистор, чтобы он при усиле¬ нии не искажал сигнал. Дальнейшее увеличение напряжения смещения, а значит, и тока коллектора не имеет смысла, так как от этого усиление сиг¬ нала не возрастет, а лишь увеличится расход энергии на питание транзисто¬ ра. А если напряжение смещения на базе окажется слишком большим? Транзистор также будет искажать сиг¬ нал и, кроме того, станет нагреваться из-за большого тока коллектора. Такой ток должен быть и в коллекторной це¬ пи маломощного кремниевого транзис¬ тора, но при напряжении смещения на базе 0,5...0,6 В. Коллекторный ток, соответствую¬ щий работе транзистора в режиме уси¬ ления, радиолюбители обычно уста¬ навливают подбором резистора, через который на базу подается напряжение смещения. На схеме этот резистор обо¬ значают звездочкой, символизирую¬ щей подбор. Проводник коллекторной цепи этого транзистора пересекают двумя косыми линиями — крестом, а возле него указывают ориентировоч¬ ный ток покоя, т.е. коллекторный ток транзистора в отсутствие сигнала на базе. Это — статический режим рабо¬ ты транзистора. При подаче сигнала на вход усилителя коллекторный ток ста¬ нет изменяться, и тем значительнее, чем больше напряжение входного сиг¬ нала. Это — динамический режим ра¬ боты транзистора. Ориентировочное сопротивление резистора смещения R2, отмеченного
Беседа шестая 111 звездочкой, можно подсчитать прос¬ тым умножением сопротивления на¬ грузки на удвоенное значение коэф¬ фициента передачи тока транзистора, используемого в усилителе. Предполо¬ жим, коэффициент h213 транзистора равен 50, а сопротивление излучателей высокоомного головного телефона, со¬ единенных последовательно, составля¬ ет 4 кОм. Следовательно, сопротивле¬ ние резистора R2 усилителя твоего первого транзисторного приемника должно быть примерно 400 кОм. Но это, повторяю, ориентировочное со¬ противление резистора смещения. Во время подгонки заданного режима оно в зависимости от коэффициента h213 транзистора может значительно отли¬ чаться от расчетного. Детали усилителя и резистор R1 смонтируй на картонной панели при¬ мерно в том порядке, как показано на рис. 92. Выводы деталей пропускай че¬ рез отверстия в панели и, не наращи¬ вая, соединяй снизу. Места соединений обязательно пропаивай. Не ошибись: при включении транзистора его кол¬ лекторный вывод должен соединяться через телефоны с отрицательным по¬ люсом батареи питания, эмиттерный — непосредственно с заземленным (плю¬ совым) проводником, а базовый — че¬ рез конденсатор С4 с верхним (по схе¬ ме) выводом резистора R1. В усилителе используй транзистор со статическим коэффициентом пере¬ дачи тока h213, равным 50...60. Конден¬ сатор С4 — типа К50-6 или К50-3 на но¬ минальное напряжение не менее 6 В. Через резисторы R1 и R2 текут незна¬ чительные токи, поэтому их выбирают на мощность рассеяния 0,125 Вт (МАТ- 0,125). Сопротивление резистора R1 может быть в пределах 6,8... 10 кОм. Если в усилителе будешь использо¬ вать транзистор структуры п-р-п, на¬ пример КТ315, то не забудь изменить полярность включения батареи пита¬ ния и оксидного конденсатора С4. Прежде чем подключить батарею, проверь монтаж усилителя по принци¬ пиальной схеме — нет ли ошибок? К входу усилителя подключи выход лю¬ бого из тех детекторных приемников, с которыми ты экспериментировал в третьей беседе. Подключи к контуру приемника антенну и заземление, а па¬ раллельно резистору R1 — высокоом¬ ные головные телефоны. Настрой при¬ емник на местную радиостанцию. За¬ тем телефоны включи в коллекторную цепь транзистора, а резистор R2 вре¬ менно замени двумя соединенными по¬ следовательно резисторами: постоян¬ ным с номинальным сопротивлением 20...30 кОм и переменным с сопротив¬ лением 220...300 кОм. Постоянный ре¬ зистор в этой цепочке нужен для того, чтобы избежать попадания на базу транзистора полного напряжения ба¬ тареи, из-за чего он может испортить¬ ся. Движок переменного резистора, включенного реостатом, поставь в по¬ ложение наибольшего введенного со¬ противления (по схеме на рис. 92 — в крайнее верхнее), а затем, подсоеди¬ нив батарею, медленно уменьшай со¬ противление переменного резистора. При этом громкость звучания телефо¬ нов должна постепенно нарастать, но только до некоторого предела, после которого появятся искажения и звук в телефонах пропадет. Поставь движок переменного резистора в такое поло¬ жение, когда звук в телефонах наибо¬ лее громкий и неискаженный. Рис. 92. Монтаж усилителя и схема подгонки режима работы транзистора с помощью пере¬ менного резистора Установка режима работы транзис¬ тора «на слух» — наиболее простой способ налаживания усилителя прием¬ ника. Лучше, однако, делать это с помо¬
112 Беседа шестая щью миллиамперметра, включенного в разрыв коллекторной цепи транзисто¬ ра, отмеченный на схеме крестом. По¬ степенно уменьшая сопротивление ре¬ зистора в базовой цепи транзистора, надо добиваться, чтобы ток в коллек¬ торной цепи был 0,7...0,8 мА. Такой ток будет соответствовать нормальному режиму работы транзистора. Если при наибольшей громкости усилитель бу¬ дет возбуждаться (в телефонах появят¬ ся звуки высокой тональности, ухуд¬ шающие качество радиоприема), то параллельно телефонам или между коллектором транзистора и заземлен¬ ным проводником источника питания включи конденсатор емкостью при¬ мерно 0,01 мкФ (на схеме рис. 91 он по¬ казан штриховыми линиями). Свистя¬ щие звуки должны исчезнуть. Заменяя его конденсаторами других емкостей, примерно до 0,05 мкФ, можно опыт¬ ным путем подобрать наиболее прият¬ ный тон звучания телефонов. Можно ли в коллекторную цепь транзистора включить низкоомные го¬ ловные телефоны или электромагнит¬ ный телефонный капсюль ДЭМ-4м? Можно! Режим работы транзистора и в этом случае устанавливай временной цепочкой построечных резисторов, до¬ биваясь наибольшей громкости звуча¬ ния телефонов. Но теперь ток в коллек¬ торной цепи будет немного больше, чем с высокоомными телефонами. Можно пойти и по другому пути: в коллектор¬ ную цепь транзистора включить резис¬ тор, а головные телефоны, будь они вы¬ сокоомными или низкоомными — без¬ различно (или телефонный капсюль ДЭМ-4м) подключить через конденса¬ тор параллельно участку эмиттер—кол¬ лектор транзистора, как показано на рис. 93. В этом случае резистор R3 будет выполнять функцию нагрузки транзис¬ тора. Создающиеся на нем колебания звуковой частоты, т.е. низкочастотная составляющая коллекторного тока, че¬ рез конденсатор С5 будут поступать к телефонам BF1 и преобразовываться ими в звуковые колебания. Конденса¬ тор С5 может быть оксидным емкостью 1...5 мкФ на номинальное напряжение не менее, чем напряжение источника питания UH п Если транзистор структу¬ ры р-п-р, то оксидный конденсатор вы¬ водом отрицательной обкладки должен подключаться к коллектору транзисто¬ ра, а выводом положительной обклад¬ ки — к телефонам. Каким должно быть сопротивление нагрузочного резистора R3? Такое, что¬ бы в режиме покоя на коллекторе отно¬ сительно эмиттера, т.е. на участке эмит¬ тер—коллектор, было напряжение, равное примерно половине напряже¬ ния источника питания. При этом эф¬ фективность работы транзистора будет наилучшей. Такому условию отвечают резисторы сопротивлением в несколь¬ ко килоом, обычно от 3 до 5,1 кОм. И в этом случае режим работы транзистора устанавливай подбором сопротивления цепочки резисторов в его базовой цепи. Рис. 93. Схема усилителя с резистивной на¬ грузкой На этом, по существу, и заканчива¬ ется процесс налаживания усилителя. Остается только измерить омметром суммарное сопротивление временной цепочки резисторов, впаять в базовую цепь транзистора резистор такого же или ближайшего номинала, еще раз проверить работу приемника и смон¬ тировать детали детекторного прием¬ ника и усилителя на постоянной пане¬ ли. Но этим, если захочешь, ты зай¬ мешься позже самостоятельно. Сейчас же я предлагаю проверить в работе не¬ которые варианты однотранзисторно¬ го приемника.
Беседа шестая 113 ВАРИАНТЫ ОДНОТРАНЗИСТОРНОГО ПРИЕМНИКА Прежде всего включи в цепь пита¬ ния последовательно еще одну бата¬ рею 3336, чтобы увеличить напряже¬ ние источника питания до 9 В, и точно так же переменным резистором добей¬ ся наиболее громкого и неискаженного приема сигналов той же радиостанции. Теперь телефоны будут звучать немно¬ го громче. Это потому, что, увеличивая напряжение источника питания, ты тем самым повышаешь напряжение на коллекторе транзистора и, следова¬ тельно, его усиление. Затем замени ба¬ тарею питания одним элементом типа 332 или 343. Теперь, чтобы добиться на¬ иболее громкого приема, сопротивле¬ ние построечной цепочки резисторов придется уменьшить. Телефоны будут звучать тише. Зависит ли громкость звучания те¬ лефонов от статического коэффициен¬ та передачи тока h213 транзистора? Ко¬ нечно, и значительно больше, чем от напряжения источника питания. А чем больше h213 используемого транзисто¬ ра и напряжение источника питания, тем больше должно быть сопротивле¬ ние резистора в базовой цепи транзис¬ тора. В твоем распоряжении могут ока¬ заться транзисторы с малым коэф¬ фициентом h213, например, равным 10... 15. Транзистор с таким h213 даст меньшее усиление низкочастотного сигнала и телефоны будут звучать ти¬ ше. Но и в этом случае можно добиться громкого радиоприема, если в усилите¬ ле будет работать не один, а два таких транзистора. Соедини их так, как пока¬ зано на рис. 94: коллекторы транзисто¬ ров вместе, а эмиттер первого транзис¬ тора VT1 с базой второго транзистора VT2. Получится так называемый со¬ ставной транзистор VT1VT2. Усиление составного транзистора приблизитель¬ но равно произведению h213 входящих в него транзисторов. Так, если h213 каждого из транзисторов 15, то общий коэффициент усиления составного транзистора будет около 200. Рис. 94. Усилитель приемника с составным транзистором Проверь работу составного транзи¬ стора в твоем опытным приемнике. При этом учти: первым транзистором (VT1) должен быть тот из составляемых транзисторов, у которого обратный ток коллекторного перехода 1КБО меньше. Обязательно ли конденсатор С4 должен быть оксидным? Нет, но его емкость должна быть большой, во вся¬ ком случае, не меньше 1 мкФ, чтобы оказывать возможно меньшее емкост¬ ное сопротивление напряжению зву¬ ковой частоты. Среди малогабаритных бумажных нет конденсаторов, облада¬ ющих такими емкостями. А если в этом связующем узле приемника будет сто¬ ять конденсатор меньшей емкости, то на нем будет падать большая часть на¬ пряжения тока звуковой частоты, чем на эмиттерном р-n переходе транзис¬ тора, из-за чего будет проигрыш в уси¬ лении. Чтобы снизить потери, емкост¬ ное сопротивление конденсатора С4 должно быть, по крайней мере, в 3...5 раз меньше входного сопротивления транзистора. Этому требованию и от¬ вечают оксидные конденсаторы. А нельзя ли вообще обойтись без связующего конденсатора, соединив базу транзистора непосредственно с резистором, выполняющим функцию нагрузки детектора? Можно, если предварительно изменить полярность включения диода VD1. В этом случае схема приемника примет вид, пока¬ занный на рис. 95. Теперь резисторы
114 Беседа шестая R1 и R2 образуют делитель, подклю¬ ченный к батарее, с которого на базу транзистора снимается начальное на¬ пряжение смещения. Основной же нагрузкой детектора становится уже не резистор R1, как было в предыду¬ щем варианте приемника, а эмиттер- ный переход транзистора. А так как сопротивление эмиттерного перехода меньше сопротивления резистора R1, этот резистор вообще можно исклю¬ чить из приемника. Режим работы транзистора устанавливай так же — подбором резистора R2. VT1 МП39-МП42 Рис. 95. Схема возможного варианта одно¬ транзисторного приемника В этом варианте приемника поляр¬ ность включения диода VD1 должна быть обязательно такой, как показано на рис. 95. Почему? Чтобы по постоян¬ ному току база транзистора не оказа¬ лась замкнутой на эмиттер. Объясняет¬ ся это очень просто. На базе транзисто¬ ра относительно эмиттера действует отрицательное напряжение, равное примерно 0,1 В. И если с ней будет со¬ единен не анод диода, а катод, то диод откроется, через него и контурную ка¬ тушку L1 потечет прямой ток, в резуль¬ тате чего диод перестанет выполнять функцию детектора. А если в таком варианте приемника будет использован п-р-п транзистор, например КТ315Б? Тогда полярность включения диода должна остаться прежней, а батареи питания GB1 — об¬ ратной, чтобы на коллекторе и базе транзистора было положительное на¬ пряжение относительно эмиттера. Схема такого варианта приемника приведена на рис. 96. Испытай такой приемник в работе. Режим транзисто¬ ра — устанавливаемый подбором рези¬ стора R2 «на слух». VT1 КТ315Б Рис. 97. Схема приемника на полевом транзи¬ сторе Непосредственное подключение выхода диодного детектора к базе тран¬ зистора (рис. 95 и 96) имеет существен¬ ный недостаток: на диоде детектора возникает закрывающее напряжение, равное напряжению на эмиттерном пе¬ реходе транзистора (0,2...0,3 В в герма¬ ниевых транзисторах, 0,5...0,6 В в крем¬ ниевых). Это напряжение, суммируясь с напряжением отсечки самого диода, существенно (в 2...4 раза) снизит чувст¬ вительность детектора к высокочастот¬ ным сигналам. С другой стороны, сегодня не со¬ ставит проблемы найти неполярный конденсатор связи большой емкости для включения в цепь низкочастотного (звукового) сигнала: емкость неболь¬ ших по габаритам конденсаторов КМ-б или К10-175 до 2,2 мкФ.
Беседа шестая 115 Из опытного приемника можно совсем исключить диод. Но тогда его транзистор должен быть полевым, же¬ лательно высокочастотным, например серии КП302. Принципиальная схема такого варианта приемника показана на рис. 97. Используемый в нем транзи¬ стор, включенный по схеме ОИ, с кана¬ лом п типа, поэтому стрелка, символи¬ зирующая затвор, направлена к кана¬ лу, а на сток подается (через телефоны BF1) положительное напряжение ис¬ точника питания GB1. Между входным колебательным контуром L1C2 (может быть любым) и затвором транзистора включен конденсатор СЗ (100... 150 пФ), а между затвором и истоком — резис¬ тор R1 (750 кОм...1,5 МОм). Головные телефоны, включенные в цепь стока, заблокированы конденсатором С4 (2200...3300 пФ). Источником питания служит батарея GB1 напряжением 9 В (две батареи 3336, соединенные после¬ довательно). Питание включают вы¬ ключателем SA1. Как в таком приемнике происходит детектирование модулированных ко¬ лебаний радиочастоты? Роль детектора в нем выполняет р-n переход между за¬ твором и каналом. Действуя как выпря¬ митель, он создает на резисторе R1 сла¬ бые колебания звуковой частоты, кото¬ рые усиливаются транзистором и пре¬ образуются телефонами в звуковые колебания. Конденсатор С4, блоки¬ рующий телефоны по высокой частоте, выполняет ту же роль, что и аналогич¬ ный ему конденсатор детекторного приемника. Входное сопротивление полевого транзистора огромно — в тысячи раз больше входного сопротивления бипо¬ лярного транзистора, включенного по схеме ОЭ. Это преимущество полевого транзистора и позволило использовать его в приемнике для одновременного детектирования радиочастотной со¬ ставляющей и усиления колебаний звуковой частоты. Как показывает практика, в таком режиме неплохо работает и низкочас¬ тотный полевой транзистор серии КП103 с любым буквенным индексом. При использовании его в таком вари¬ анте приемника полярность включе¬ ния батареи питания должна быть об¬ ратной, потому что он с каналом р типа. Соответственно и на его схемном изоб¬ ражении стрелка затвора должна быть обращена от канала. ГРОМКИЙ РАДИОПРИЕМ Мощность электрических колеба¬ ний, возбуждающихся в контуре при¬ емника, очень мала. Ее достаточно бы¬ вает только для работы такого чувстви¬ тельного прибора, каким является эле¬ ктромагнитный телефон. Лишь в исключительных случаях, когда радио¬ станция находится неподалеку от мес¬ та приема, на выходе детекторного приемника может работать абонент¬ ский (радиотрансляционный) громко¬ говоритель. В обычных же условиях громкий радиоприем возможен только при многократном усилении сигналов радиостанций и выделенных из них ко¬ лебаний звуковой частоты, для чего ис¬ пользуют транзисторы, как ты делал в этой беседе, и микросхемы, что тебе еще предстоит делать. Различают усилители радиочасто¬ ты (РЧ) и усилители колебаний звуко¬ вой частоты (34). Как говорит само на¬ звание, первые из них применяют для усиления модулированных сигналов радиостанций, т.е. до того, как они бу¬ дут продетектированы, а вторые — для усиления звуковой частоты, т.е. после детектора. Если между колебательным контуром и детектором включить уси¬ литель РЧ, а после детектора — усили¬ тель 34, то выходным элементом при¬ емника может быть более мощный, чем телефон преобразователь колебаний звуковой частоты в звук — динамичес¬ кая головка прямого усиления. Структурная схема такого прием¬ ника показана на рис. 98. Функции входного колебательного контура, де¬ тектора и динамической головки гром¬
lie Беседа шестая Рис. 98. Структурная схема приемника, обеспечивающего громкий радиоприем коговорителя в этом приемнике такие же, как и функции аналогичных им элементов детекторного приемника. Только здесь после детектора действу¬ ют более мощные колебания звуковой частоты, которые к тому же дополни¬ тельно усиливает усилитель 34. Полу¬ чился радиоаппарат, обеспечивающий громкий радиоприем, в том числе отда¬ ленных вещательных станций. В приемнике такой структуры про¬ исходит только одно преобразование колебаний радиочастоты — детектиро¬ вание. До детектора стоит усилитель РЧ, а за детектором — усилитель 34. Приемники, в которых происходит только такое преобразование принято¬ го модулированного радиочастотного сигнала, называют приемниками пря¬ мого усиления. Их характеризуют ус¬ ловной формулой, в которой детектор обозначают латинской буквой V, число каскадов усиления колебаний радиоча¬ стоты указывают цифрой, стоящей пе¬ ред этой буквой, число каскадов усиле¬ ния колебаний звуковой частоты — ци¬ фрой после этой буквы. Например, в приемнике 1-V-2 кроме детектора есть один каскад усиления колебаний ра¬ диочастоты и один каскад усиления ко¬ лебаний звуковой частоты. В приемни¬ ках, о которых шел разговор в этой бе¬ седе, был детектор и один каскад усиле¬ ния колебаний звуковой частоты. Это, следовательно, приемники прямого усиления 0-V-1. Вообще же в простых транзисторных приемниках может не быть каскадов усиления РЧ или 34. А в более сложных... Впрочем, разговор об этом пойдет в двенадцатой беседе. Способом подгонки режима работы транзистора «на слух» радиолюбители, особенно начинающие, пользуются часто. Но он, конечно, не очень техничен и, кроме того, не все¬ гда дает хорошие результаты. Правильнее пользоваться измерительными приборами: ток покоя коллекторной цепи транзистора измерять миллиамперметром; напряжение на коллекторе или смещение на базе — вольтметром постоянного тока; сопротивления резисторов, в том числе и тех, подбором которых устанавливают рекомендуемые режи¬ мы работы транзисторов, — омметром. Полезно также проверить годность транзис¬ тора и, прежде чем его вмонтировать, измерить основные его параметры. Эти и неко¬ торые другие измерительные приборы могут быть самодельными, о чем и пойдет речь в следующей беседе.
117 БЕСЕДА СЕДЬМАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ПЕРВОЙ НЕОБХОДИМОСТИ Не было, пожалуй, ни одной беседы, в которой бы я не говорил об электрических измере¬ ниях, измерительных приборах. И это не случайно — без измерений трудно, а подчас не¬ возможно понять суть того или иного электрического явления, заставить нормально ра¬ ботать то или иное радиотехническое устройство. Нередки случаи, когда собранный приемник или усилитель работает плохо или вообще молчит. А между тем виновником этого часто бывает сам радиолюбитель: в одном месте недостаточно хорошо сделал пайку, в другом — плохо изолировал проводники и соединение, в третьем — установил непроверенную деталь или перепутал выводы транзистора. И вот результат: приемник отказывается работать вообще или работает очень плохо. Такие или подобные непри¬ ятности надо предупреждать. Но если они все же появляются, причины их надо уметь быстро находить и устранять. В этом тебе должны помогать различные пробники и из¬ мерительные приборы, которые всегда должны быть под рукой. Помнишь свои первые практические радиолюбительские шаги — постройку детекторного приемника? Тогда можно было обходиться без измерительных приборов, потому что все было просто: не¬ сколько деталей, две взаимосвязанные цепи — вот и весь приемник. Но иное дело — транзисторный приемник или усилитель. Даже самый простой из них, например одно¬ транзисторный, с которым ты познакомился в предыдущей беседе, уже требует приме¬ нения миллиамперметра для его налаживания. Без измерительного прибора не удастся поставить транзистор в наиболее вьиюдный режим работы и получить от него макси-
118 Беседа седьмая мольное усиление. А ведь чем сложнее конструкция, тем больше нужно иметь измери¬ тельных приборов. Чтобы, например, наладить транзисторный усилитель 34 даже средней сложности или аппаратуру телеуправления моделями, потребуются еще вольт¬ метр с большим входным сопротивлением, звуковой генератор и некоторые другие изме¬ рительные приборы. Без них лучше не браться за постройку такой аппаратуры — не имеет смысла зря тратить время, силы, портить детали и материалы. Но в этой бесе¬ де я расскажу тебе лишь о тех измерительных пробниках и приборах, без которых про¬ сто невозможно повышать свои радиотехнические знания. Назовем их приборами пер¬ вой необходимости. А более сложной измерительной технике, которая потребуется позже, будет посвящена специальная беседа. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРОБНИКИ Телефонный пробник. Самый про¬ стой пробник можно сделать из элект¬ ромагнитного телефона и батареи 3336. Соедини их последовательно, как пока¬ зано на рис. 99. Вот и весь прибор. Сво¬ бодным штепселем телефона и вторым выводом батареи ты будешь подклю¬ чать его к проверяемой детали, цепи. Рис. 99. Телефонный пробник Пользоваться пробником следует в таком порядке. Сначала испытай сам прибор, коснувшись свободным штеп¬ селем телефона свободного полюса ба¬ тареи. В телефоне должен быть слы¬ шен довольно сильный звук, напомина¬ ющий щелчок. Такой же щелчок слы¬ шен в телефоне при отключении его от батареи. Если щелчки слышны, значит, пробник исправен. Чтобы проверить, нет ли обрыва в контурной катушке, обмотке транс¬ форматора или дросселе, надо подклю¬ чить к ним пробник. Если катушка или обмотка исправна, через нее идет ток. В моменты замыкания и размыкания цепи в телефоне слышны резкие щелч¬ ки. Если в катушке имеется обрыв, ток через нее не пойдет и никаких щелчков в телефоне не будет. В трансформато¬ ре таким способом можно проверить каждую его обмотку. Точно так же проверяй и конденса¬ торы. Если конденсатор вполне испра¬ вен, то при первом замыкании цепи в телефоне пробника будет слышен щел¬ чок, а при размыкании цепи щелчка не будет. Чем больше емкость конденса¬ тора, тем щелчок сильнее. Щелчок вы¬ зывается током зарядки конденсатора, идущим через телефон. У конденсато¬ ра малой емкости ток зарядки мал, а потому щелчок будет очень слабым или он совсем не будто прослушиваться. А если при испытании конденсатора бу¬ дет слышен щелчок не только при за¬ мыкании, но и при размыкании цепи, это укажет на плохое качество диэлек¬ трика или на то, что конденсатор про¬ бит. Для проверки конденсатора пере¬ менной емкости нужно включить его в цепь пробника и медленно вращать ось подвижных пластин. Если при каком- то положении оси в телефоне слышен
Беседа седьмая 119 треск, значит, в этом месте подвижные и неподвижные пластины замыкаются. Осмотрев конденсатор, надо найти ме¬ сто касания пластин и устранить неис¬ правность. Аналогично с помощью телефонно¬ го пробника можно проверить надеж¬ ность соединения проводников, опре¬ делить, цела ли нить лампы накалива¬ ния, и многое другое. А вот определить таким пробником годность батареи нельзя, так как в телефоне будет слы¬ шен сильный щелчок и при разрядив¬ шейся батарее, уже не способной нака¬ ливать нить лампы или питать транзис¬ торный приемник. Универсальный пробник. С помо¬ щью такого пробника (рис. 100) ты смо¬ жешь не только проверить деталь, кон¬ такт, но и «прослушать» работу многих цепей приемника или усилителя. Он представляет собой панель размерами примерно 40 х 60 мм на стойках, на ко¬ торой смонтированы гнезда для теле¬ фона и щупов, диод VD1 (любой точеч¬ ный), конденсатор С1 емкостью 0,01— 0,02 мкФ и элемент G1 напряжением 1,5 В (332 или 316). Щупами а и б при¬ борчик подключают к испытываемым цепям приемника или усилителя, про¬ веряемым деталям. Штепсельная вилка щупа а постоянно вставлена в общее для всех измерений гнездо «Общ», пе¬ реключается только щуп б. Когда штеп¬ сельная вилка щупа б находится в гнез¬ де XI, телефон подключают к испыты¬ ваемой цепи через диод, когда она вставлена в гнездо Х2 — через конден¬ сатор, а когда вставлена в гнездо ХЗ, телефон подключают непосредственно к испытываемой цепи. Первое включение пробника ис¬ пользуй для «прослуншвания» радио¬ частотных цепей приемника. В этом случае модулированные колебания ра¬ диостанции, на которую приемник на¬ строен, детектируются диодом, а полу¬ чаемые колебания звуковой частоты преобразуются телефоном в звук. Вто¬ рое и третье включения щупа применяй для проверки цепей звуковой частоты: когда щуп вставлен в гнездо Х2, конден¬ сатор преграждает путь постоянной составляющей тока через телефон, про¬ пуская через него только составляю¬ щую звуковой частоты, когда же он вставлен в гнездо ХЗ, через телефон мо¬ жет идти как постоянный ток, так и то¬ ки звуковой частоты. Последнее, чет¬ вертое, включение щупа (в гнездо Х4) соответствует использованию пробни¬ ка для испытания деталей — так же, как телефонным пробником. Рис. 100. Универсальный пробник Радиотрансляционная сеть в роли звукового генератора. Наиболее рас¬ пространенный способ проверки рабо¬ тоспособности усилителя 34 — с помо¬ щью звукоснимателя, включенного на вход усилителя. Во время проигрыва¬ ния грампластинки звукосниматель развивает напряжение звуковой часто¬ ты до нескольких десятых долей воль¬ та, а иногда и больше. Чем меньше на¬ пряжение на входе усилителя, при ко¬ тором усилитель работает с полной от¬ дачей и при этом не искажает звук, тем выше его чувствительность. Но источником, как бы генерато¬ ром напряжения 34, может стать ра¬ диотрансляционная сеть, если действу¬ ющее в ней напряжение понизить до нескольких долей вольта. Схему такого
120 Беседа седьмая прибора и его конструкцию ты видишь на рис. 101. Сигнал звуковой частоты радиотрансляционной сети подают на вход усилителя через делитель напря¬ жения, составленный из постоянного резистора R1 и переменного резистора R2, включенного потенциометром. Для радиотрансляционной сети напряже¬ нием 15 В (в крупных городах) сопро¬ тивление резистора R1 должно быть 150 кОм, емкость конденсатора С1 100 пФ, а для сети напряжением 30 В — соответственно 300 кОм и 51 пФ. Что же получается? Почти все напряжение сети падает на резисторе R1, и только небольшая часть его, примерно 0,1— 0,2 В, приходится на резистор R2. С не- го-то и подается сигнал на вход усили¬ теля 34. При перемещении движка переменного резистора на вход усили¬ теля можно подавать напряжение зву¬ ковой частоты от нуля (движок R2 в крайнем нижнем по схеме положении) до 0,1—0,2 В (движок R2 в крайнем верхнем положении) и таким образом проверять чувствительность и качест¬ во работы усилителя в целом и его кас¬ кадов. Конденсатор С2 выполняет роль элемента связи, а С1 — роль корректи¬ рующего конденсатора. Рис. 101. Схема и конструкция делителя на¬ пряжения радиотрансляционной сети Прибор смонтируй на гетинаксовой плате размерами примерно 40 х 70 мм. На плату под ручкой переменного ре¬ зистора можно приклеить шкалу с де¬ лениями, по которым можно было бы приблизительно судить о выходном на¬ пряжении. Нижний (по схеме) выход¬ ной проводник желательно снабдить зажимом типа «крокодил», а верхний, идущий от конденсатора С2, щупом — отрезком толстого провода, заключен¬ ного в изоляционную трубку. Зажимом «крокодил» ты будешь подключать прибор к общим цепям усилителя, а щупом — к входным цепям каскадов усилителя. Должен тебя предупредить: пода¬ вать на вход усилителя полное напря¬ жение радиотрансляционной сети нельзя — из-за недопустимо большого входного сигнала активные элементы усилителя могут выйти из строя. Простейший генератор сигналов. Это тоже пробник, но более универ¬ сальный, чем предыдущий, так как с его помощью можно проверить не только тракт звуковой частоты прием¬ ника, но и радиочастотный. Принципиальная схема и одна из возможных конструкций такого при¬ бора изображены на рис. 102. Это так называемый мультивибратор, пред¬ ставляющий собой разновидность ге¬ нераторов электрических колебаний. Подробно о принципе работы и много¬ образии применения мультивибрато¬ ра, особенно в электронной автомати¬ ке, наш разговор пойдет в четырнадца¬ той беседе. Сейчас же лишь скажу, что он генерирует колебания не только ка¬ кой-то одной, основной частоты, но и множество колебаний кратных частот, называемых гармониками, вплоть до частот коротковолнового диапазона. Генератор двухтранзисторный. На¬ пряжение сигнала снимается с резис¬ тора R4, являющегося нагрузкой тран¬ зистора VT2, и через разделительный конденсатор СЗ подается на вход про¬ веряемого усилителя или приемника. Если усилитель или приемник исправ¬ ны, в головке громкоговорителя слы¬ шен неискаженный звук тональности, соответствующей частоте колебаний генератора. Основная частота генери¬ руемого сигнала около 1 кГц, амплиту¬ да выходного сигнала — не более 0,5 В. Для питания прибора используй один
Беседа седьмая 121 элемент 332. Ток, потребляемый гене¬ ратором, не превышает 0,5 мА. Это зна¬ чит, что элемент может питать прибор практически более года, т.е. до полного саморазряда. Транзисторы VT1 и VT2 — любые маломощные, с любым коэффициен¬ том h213. Важно лишь, чтобы они были исправными. Без каких-либо измене¬ ний в схеме и конструкции можно ис¬ пользовать р-п-р транзисторы серии КТ361. А если транзисторы серии КТ315, то надо будет изменить поляр¬ ность включения элемента G1. Правильно собранный прибор на¬ чинает работать сразу после включе¬ ния питания и никакой наладки не тре¬ бует. Проверить работу генератора можно, подключив к его выходу высо¬ коомные телефоны — в телефонах бу¬ дет слышен звук средней тональности. Частоту основных колебаний генера¬ тора можно изменить использованием в нем конденсаторов С1 и С2 других емкостей. С увеличением емкостей этих конденсаторов частота колебаний уменьшается, а с уменьшением — уве¬ личивается. Детали генератора, показанного на рис. 102, смонтированы на гетинаксо- вой плате размером 50 х 70 мм. Эле¬ мент 332 (G1), с которого удалена бу¬ мажная этикетка, укреплен на плате жестяным хомутиком, являющимся выводом отрицательного полюса эле¬ мента. Выключатель питания необяза¬ телен — на время пользования генера¬ тором можно замыкать проводники плюсовой цепи питания. Как и в предыдущем пробнике, плюсовой (общий) проводник выхода генератора целесообразно снабдить за¬ жимом «крокодил», а второй провод¬ ник, идущий от конденсатора СЗ, сде¬ лать в виде щупа. А чтобы предотвра¬ тить «просачивание» сигнала в цепи проверяемого приемника или усилите¬ ля, минуя выходную цепь генератора, прибор следует заключить в экран (на схеме показан штриховыми линиями) и соединить его с плюсовым проводни¬ ком. Роль такого экрана может выпол¬ нять жестяная коробка или алюминие¬ вая фольга (обертка шоколада), кото¬ рая должна быть изолирована от дру¬ гих цепей генератора. Но конструкция прибора может быть иной. Можно, например, детали смонтировать плотно на узкой плате и разместить ее в корпусе неисправного оксидного конденсатора. Генератор может быть совсем маленьким, если в нем будут малогабаритные детали и ес¬ ли питать его от дискового аккумулято¬ ра типа Д-0,06. Простые пробники, о которых я здесь рассказал, это только часть при¬ боров самой первой необходимости. А как быть с измерениями токов и напря¬ жений, без чего нельзя проверить и ус¬ \М Рис. 102. Схема (а) и конструкция (б) простейшего генератора сигналов
122 Беседа седьмая тановить нужный режим работы аппа¬ ратуры, с измерением параметров транзисторов? Для таких и ряда других измерений потребуется стрелочный измерительный прибор. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Ты уже знаешь, что токи измеряют амперметрами, миллиамперметрами или микроамперметрами, напряже¬ ния — вольтметрами, а то и милли¬ вольтметрами. Несмотря на различия в наименованиях, все эти приборы рабо¬ тают принципиально одинаково, откло¬ нение стрелки показывает, что через прибор течет ток. Чем больше ток, тем больше отклонения стрелки прибора. А шкалу прибора, в зависимости от того, для каких измерений он приспособлен, градуируют соответственно в амперах, миллиамперах, вольтах. Так же работа¬ ет и омметр — прибор для измерения сопротивлений резисторов, цепей. Существует несколько систем стрелочных приборов: электромагнит¬ ные, магнитоэлектрические, электро¬ динамические. Для радиотехнических же измерений пригодны главным обра¬ зом приборы магнитоэлектрической системы, обладающие по сравнению с приборами других систем рядом пре¬ имуществ, в том числе высокой чувст¬ вительностью, большой точностью ре¬ зультатов измерений и равномернос¬ тью шкал. Чтобы лучше уяснить принцип ра¬ боты электроизмерительного прибора такой системы, предлагаю провести опыт с моделью этого прибора. Ее кон¬ струкция показана на рис. 103. Из тон¬ кого картона вырежь две полоски ши¬ риной 12—15 мм и склей из них рамки: квадратную со сторонами длиной 20 мм и прямоугольную со сторонами 30 и 40 мм. Чтобы углы рамки были прямыми, картон с наружной стороны изгибов надрежь ножом. В квадратную рамку вставь ось — швейную иглу дли¬ ной 40 мм, проколов ею противополож¬ ные стороны рамки. Намотай на эту рамку 150—200 витков провода ПЭВ-1 0,15—0,25, уложив их поровну по обе стороны от оси. Чтобы витки не спол¬ зали, готовую катушку скрепи тонким слоем клея БФ-2, «Момент» или кусоч¬ ками липкой ленты. Рис. 103. Модель прибора магнитоэлектричес¬ кой системы Один конец провода длиной 5—б см получившейся катушки с предвари¬ тельно удаленной эмалью намотай на иглу и закрепи в ушке. Другой конец та¬ кой же длины пропусти петлей через проколы в каркасе и сверни спиралью. В средней части верхней стороны вто¬ рой рамки закрепи полоску жести, предварительно сделав в ней неболь¬ шое углубление для тупого конца иглы; она же будет служить и выводным кон¬ тактом катушки. Спиралевидный конец провода катушки припаяй к жестяной скобке, обжимающей край картона нижней стороны рамки. Изгибая витки спирали, установи катушку так, чтобы ее плоскость была параллельна плоско¬ сти внешней рамки. Легко вращаясь на оси в обе стороны, катушка под дейст¬ вием пружинящей спирали должна воз¬ вращаться в исходное положение. Помести катушку между полюсами подковообразного магнита и подключи к ней через лампу карманного фонаря
Беседа седьмая 123 батарею 3336. Образуется электричес¬ кая цепь. Лампа загорится, а магнитное поле тока в катушке, взаимодействуя с полем магнита, заставит ее повернуть¬ ся на некоторый угол. Чем меньше ток в катушке, тем меньше угол поворота катушки. В этом нетрудно убедиться, включив последовательно в цепь ка¬ тушки отрезки проволоки сопротивле¬ нием в несколько ом. Измени включе¬ ние полюсов батареи на обратное или переверни магнит. Теперь катушка бу¬ дет поворачиваться в противополож¬ ном направлении. К рамке катушки можно приклеить легкую стрелку, а к магниту — полоску плотной бумаги с делениями. Получит¬ ся простейший прибор, которым мож¬ но грубо измерять постоянный ток. А если в измерительную цепь включить диод, он будет реагировать и на пере¬ менный ток. Устройство стрелочного прибора магнитоэлектрической системы — приборов типа М24 и М49 — показано на рис. 104. Измерительный механизм прибора состоит из неподвижной маг¬ нитной системы и подвижной части, связанной с отсчетным приспособле¬ нием. В магнитную систему входят по¬ стоянный магнит 2 с полюсными нако¬ нечниками 3 и цилиндрический сер¬ дечник 10. Полюсные наконечники и сердечник изготовлены из магнитомяг¬ кого материала («мягкими» называют сплавы железа, обладающие малым магнитным сопротивлением, но сами не намагничивающиеся). Воздушный зазор между полюсными наконечника¬ ми и сердечником везде одинаков, бла¬ годаря чему в зазоре устанавливается равномерное магнитное поле, что явля¬ ется обязательным условием для рав¬ номерности шкалы. Подвижная часть механизма при¬ бора состоит из рамки 11, двух кернов- полуосей 5, рамки, двух плоских спи¬ ральных пружин 8 и стрелки 1 отсчет- ного приспособления с противовесами 9. Рамка представляет собой катушку, намотанную изолированным медным или алюминиевым проводом на прямо¬ угольном каркасе из тонкой бумаги или фольги (рамки приборов особо вы¬ сокой чувствительности бескаркас¬ ные). Керны служат осью вращения рамки. Для уменьшения трения концы подпятников 4, на которые опираются керны, выполняют из полудрагоцен¬ ных камней. Керны прикреплены к рамке с помощью буксов. Рис. 104. Устройство измерительного механиз¬ ма магнитоэлектрической системы и внешний вид приборов М24 и М49 Спиральные пружины, изготовляе¬ мые обычно из ленты фосфористой бронзы, создают противодействующий момент, который стремится возвратить рамку в исходное положение при ее отклонении. Они, кроме того, исполь¬ зуются и как токоотводы. Наружный конец одной из пружин скреплен с корректором. Корректор, состоящий из эксцентрика 6, укрепленного на корпусе прибора, и рычага 7, соединен¬ ного с пружиной, служит для установ¬ ки стрелки прибора на нулевое деле¬ ние шкалы. При повороте эксцентрика поворачивается и рычаг, вызывая до¬ полнительное закручивание пружины. Подвижная часть механизма при этом поворачивается, и стрелка отклоняется на соответствующий угол. Электроизмерительный прибор этой системы, как и его модель, кото¬ рую, надеюсь, ты испытал, работает следующим образом. Когда через рам¬
124 Беседа седьмая ку течет постоянный ток, вокруг нее возникает магнитное поле. Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, в результате чего рамка вмес¬ те со стрелкой поворачивается, откло¬ няясь от первоначального положения. Отклонение стрелки от нулевой отмет¬ ки будет тем большим, чем больше ток в катушке. При повороте рамки спи¬ ральные пружины закручиваются. Как только прекращается ток в рамке, пру¬ жины возвращают ее, а вместе с нею и стрелку прибора в нулевое положение. Таким образом, прибор магнито¬ электрической системы является не чем иным, как преобразователем по¬ стоянного тока в механическое усиле¬ ние, поворачивающее рамку. О значе¬ нии этого тока судят по углу, на кото¬ рый под его воздействием смогла по¬ вернуться рамка. Основных электрических парамет¬ ров, по которым можно судить о воз¬ можном применении прибора для тех или иных измерений, два: ток полного отклонения стрелки 1и, т.е. наибольший (предельный) ток, при котором стрелка отклоняется до конечной отметки шка¬ лы, и сопротивление рамки прибора R^. О первом параметре прибора обычно говорит его шкала. Так, если на шкале написано мА (микроамперметр) и воз¬ ле конечной отметки шкалы стоит чис¬ ло 100, значит, ток полного отклонения стрелки равен 100 мкА (0,1 мА). Такой прибор можно включать только в ту цепь, ток в которой не превышает 100 мкА. Больший ток может повредить прибор. Значение второго параметра RH, необходимого при расчете констру¬ ируемых измерительных приборов, ча¬ сто указывают на шкале. Для комбини¬ рованного измерительного прибора, о котором я буду рассказывать в этой бе¬ седе, потребуется микроамперметр на ток 100 мкА, желательно с большой шкалой, например такой, как М24. Чем меньше ток, на который рассчитан прибор, и больше шкала, тем точнее бу¬ дет конструируемый на его базе изме¬ рительный прибор. Как узнать систему данного прибо¬ ра, не разбирая его? Для этого доста¬ точно взглянуть на условный знак на шкале. Если он изображает подковооб¬ разный магнит с прямоугольником между его полюсами, значит, прибор магнитоэлектрической системы с по¬ движной рамкой. Рядом с ним еще знак, указывающий положение прибо¬ ра, в котором он должен находиться при измерениях. Если не придержи¬ ваться этого указания, то прибор будет давать неточные показания. Рис. 105. Условные обозначения на шкалах из¬ мерительных приборов: а — магнитоэлектрический прибор с подвиж¬ ной рамкой, б — прибор предназначен для измерения постоянного тока, в — рабочее по¬ ложение прибора горизонтальное; г — рабо¬ чее положение прибора вертикальное, д — между корпусом и магнитоэлектрической си¬ стемой прибора напряжение не должно пре¬ вышать 2 кВ, е — класс точности прибора (в процентах) Эти и некоторые другие условные обозначения на шкалах приборов изоб¬ ражены на рис. 105. Например, прибор М24, внешний вид которого показан в верхней части рис. 104, является микро¬ амперметром (обозначение тА) и рас¬ считан для измерения постоянных то¬ ков не более чем до 100 мкА, т.е. до 0,1 мА. Сопротивление его рамки, судя по надписи на шкале, 720 Ом. Подобный микроамперметр я и буду рекомендо¬ вать для твоего комбинированного из¬ мерительного прибора. Если такой мик¬ роамперметр использовался ранее как миллиамперметр, то на его шкале мо¬ жет быть надпись мА, как амперметр — буква А, как вольтметр — буква V. Еще раз подчеркиваю: независимо от внешнего вида и названия механиз¬ мы и принцип работы магнитоэлектри¬ ческих приборов совершенно одинако¬ вы и отличаются они один от другого в основном только внешним видом и
Беседа седьмая 125 предельными токами, при которых их стрелки отклоняются на всю шкалу. Рис. 106. Подключение шунта и добавочного резистора к электроизмерительному прибору РА Если магнитоэлектрический при¬ бор используют для измерения сравни¬ тельно больших токов, например в ам¬ перметре, параллельно рамке присое¬ диняют резистор, называемый шунтом (рис. 106, а). Сопротивление шунта подбирают таким, чтобы через него шел основной ток, а через измеритель¬ ный прибор РА — только часть измеря¬ емого тока. Если из такого прибора удалить шунт, то предельный ток, кото¬ рый можно будет им измерять, умень¬ шится. В том случае, когда магнитоэле¬ ктрический прибор используют в вольтметре, последовательно с его ка¬ тушкой включают добавочный резис¬ тор Ra (рис. 106, б). Этот резистор огра¬ ничивает ток, проходящий через при¬ бор, повышая общее сопротивление прибора. Шунты и добавочные резисторы могут находиться как внутри корпусов приборов (внутренние), так и снаружи (внешние). Чтобы амперметр, милли¬ амперметр или вольтметр превратить в микроамперметр, иногда достаточно изъять из него шунт или дополнитель¬ ный резистор. Именно такой, бывший в употреблении, прибор магнитоэлект¬ рической системы может оказаться в твоем распоряжении. И если его основ¬ ные параметры 1и, и неизвестны, то измерить их придется самому. Для это¬ го потребуются: гальванический эле¬ мент 332 или 343, образцовый (т.е. как бы эталонный) миллиамперметр на ток 1—2 мА, переменный резистор сопро¬ тивлением 5—10 кОм и постоянный ре¬ зистор, сопротивление которого надо рассчитать. Постоянный резистор (на¬ зовем его добавочным) нужен для огра¬ ничения тока в измерительной цепи, в которую будешь включать неизвест¬ ный прибор. Если такого резистора не будет, а ток в измерительной цепи ока¬ жется значительно больше тока 1и про¬ веряемого прибора, то его стрелка, рез¬ ко отклонившись за пределы шкалы, может погнуться. Если ток очень велик, то может даже сгореть обмотка рамки. Сопротивление добавочного резис¬ тора рассчитай, пользуясь зако¬ ном Ома. Вначале, для страховки, пола¬ гай, что 1и, проверяемого прибора не превышает 50 мкА. Тогда при напряже¬ нии источника питания 1,5 В (один эле¬ мент) сопротивление этого резистора должно быть около 30 кОм (R = U/IH = = 1,5 В/0,05 мА = ЗОкОм). Рис. 107. Схема измерения параметров 1И и стрелочного прибора Проверяемый измерительный при¬ бор РАд, образцовый миллиамперметр РА0, переменный регулировочный ре¬ зистор Rp и добавочный резистор RA со¬ едини последовательно, как показано на рис. 107. Проверь, нет ли ошибок в полярности соединения зажимов при¬ боров. Движок резистора Rp поставь в положение наибольшего сопротивле¬ ния (по схеме — в крайнее нижнее) и только после этого включай в цепь эле¬ мент G — стрелки обоих приборов должны отклониться на какой-то угол. Теперь постепенно уменьшай введен¬ ное в цепь сопротивление переменного резистора. При этом стрелки приборов будут все более удаляться от нулевых отметок их шкал. Заменяя добавочный резистор Ra резисторами меньшего но¬ минала и изменяя сопротивление пере¬ менного резистора, добейся в цепи та¬ кого тока, при котором стрелка прове¬
126 Беседа седьмая ряемого прибора установится точно против конечной отметки шкалы. Зна¬ чение этого тока, отсчитанное по шка¬ ле образцового миллиамперметра, и будет параметром 1и, т.е. током полного отклонения стрелки неизвестного при¬ бора. Запомни его значение. Теперь измерь сопротивление рам¬ ки. Сначала, как и при измерении па¬ раметра 1и, переменным резистором Rp установи стрелку проверяемого прибо¬ ра на конечную отметку шкалы и запи¬ ши показание образцового миллиам¬ перметра. После этого подключи па¬ раллельно проверяемому прибору пе¬ ременный резистор сопротивлением 1,5...3 кОм (на рис. 107 он показан штриховыми линиями и обозначен RjJ. Подбери такое его сопротивление, что¬ бы ток через проверяемый прибор уменьшился вдвое. При этом общее со¬ противление цепи уменьшится, а ток в ней увеличится. Резистором Rp устано¬ ви в цепи (по миллиамперметру) на¬ чальный ток и точнее подбери сопро¬ тивление резистора RUI, добиваясь ус¬ тановки стрелки микроамперметра точно против отметки половины шка¬ лы. Параметр R^ твоего микроамперме¬ тра будет равен сопротивлению вве¬ денной части резистора RUI. Измерить это сопротивление можно омметром. Теперь поговорим о том, как магни¬ тоэлектрический прибор приспосо¬ бить для измерения разных значений токов, напряжений, сопротивлений. МИЛЛИАМПЕРМЕТР На практике тебе придется изме¬ рять постоянные токи в основном от нескольких долей миллиампера до 100 мА. Например, коллекторные токи транзисторов каскадов усиления ра¬ диочастоты и каскадов предваритель¬ ного усиления могут быть примерно от 0,5 до 3...5 мА, а токи усилителей мощ¬ ности достигать 60...80 мА. Значит, что¬ бы измерять сравнительно небольшие токи, нужен прибор на ток 1и не более 1 мА. А расширить пределы измеряе¬ мых токов можно путем применения шунта. Сопротивление шунта можно рас¬ считать по такой формуле: / (^и шах ^и)' где 1и тах — требуемое наибольшее зна¬ чение измеряемого тока, мА. Если, например, 1и = 1 мА, Rh = 100 Ом, а необходимый ток 1и max = 100 мА, то Rin должно быть: Rui = 1И Ки (!и max — U = 1 х 100/(100— 1) * 1 Ом. Таким миллиамперметром можно измерять токи без шунта — до 1 мА, с шунтом — до 100 мА. При измерении наибольшего тока (до 100 мА) через прибор будет течь ток, не превышаю¬ щий 1 мА, т.е. его сотая часть, а 99 мА — через шунт. Лучше, однако, иметь еще один предел измерений — до 10 мА. Это для того, чтобы более точно, чем по шкале 100 мА, можно было отсчиты¬ вать токи в несколько миллиампер, на¬ пример коллекторные токи транзисто¬ ров выходных каскадов простых уси¬ лителей. В этом случае измеритель то¬ ков можно построить по схеме, показанной на рис 108, а. Здесь исполь¬ зуется универсальный шунт, состав¬ ленный из трех проволочных резисто¬ ров Rl—R3, позволяющий увеличить пределы измерений миллиамперметра в 10 и 100 раз. И если ток 1И = 1 мА, то, применив к нему такой шунт, суммар¬ ное сопротивление которого должно быть значительно больше Rh, прибо¬ ром можно будет измерять постоян¬ ные токи трех пределов: 0...1, 0...10 и 0...100 мА. Зажим « — Общ» — общий для всех пределов измерений. Чтобы узнать измеряемый ток, надо ток, за¬ фиксированный стрелкой прибора, умножить на численное значение ко¬ эффициента возле соответствующего зажима. А поскольку ток 1и прибора известен, то возле зажимов вместо множителей «х 1», «х 10», «х 100» мож¬ но написать предельно измеряемые токи. Для нашего примера это могут быть надписи: «1 мА», «10 мА», «100 мА». Более подробно о расчете
Беседа седьмая 127 универсального шунта я расскажу еще в этой беседе. Рис. 108. Миллиамперметр с универсальным шунтом Шунты изготовляют обычно из провода, обладающего высоким сопро¬ тивлением, — манганина, никелина или константана, наматывая их на кар¬ касы из изоляционных материалов. Каркасом шунта миллиамперметра мо¬ жет быть гетинаксовая планка длиной чуть больше расстояния между зажи¬ мами прибора (рис. 108, б). Выводами шунта и отводами его секций служат отрезки медного провода, укреплен¬ ные в отверстиях в планке. От них идут проводники к входным зажимам (или гнездам) прибора. Очень важно обеспечить надеж¬ ность контактов в самом шунте. Если в нем появятся плохое соединение или обрыв, то весь измеряемый ток пойдет через прибор, и он может испортиться. И еще одно обязательное требова¬ ние: в измеряемую цепь должен вклю¬ чаться шунт, к которому подключен миллиамперметр, а не наоборот. Иначе из-за нарушения контакта между за¬ жимами прибора и шунтом через при¬ бор также пойдет весь измеряемый ток, и он может выйти из строя. ВОЛЬТМЕТР О пригодности вольтметра для из¬ мерения напряжений в тех или иных цепях радиотехнического устройства судят по его внутреннему или, что то же самое, входному сопротивлению, которое складывается из сопротивле¬ ния рамки стрелочного прибора и со¬ противления добавочного резистора. Так, если R^ прибора 800 Ом, а сопро¬ тивление добавочного резистора на пределе измерений, скажем 3 В, равно 2,2 кОм, то входное сопротивление вольтметра на этом пределе измерений будет 3 кОм. Для другого предела изме¬ рений данные добавочного резистора будут другими, а значит, изменится и входное сопротивление вольтметра. Чаще, однако, вольтметр оценива¬ ют его относительным входным сопро¬ тивлением, характеризующим отно¬ шение входного сопротивления при¬ бора к 1 В измеряемого напряжения, например 3 кОм/В. Это удобнее: вход¬ ное сопротивление вольтметра на раз¬ ных пределах измерений разное, а от¬ носительное входное сопротивление постоянное. Чем меньше ток измери¬ тельного прибора 1и, используемого в вольтметре, тем больше будет относи¬ тельное входное сопротивление вольт¬ метра, тем точнее производимые им измерения. Для многих твоих измерений го¬ дится вольтметр с относительным входным сопротивлением не менее 1 кОм/В. Для более же точных измере¬ ний напряжений в цепях транзисторов нужен более высокоомный вольтметр. В транзисторных конструкциях прихо¬ дится измерять напряжение от долей вольта до нескольких десятков вольт. Поэтому однопредельный вольтметр неудобен. Например, вольтметром со шкалой на 100 В нельзя точно измерить даже напряжение 3...5 В, так как откло¬ нение стрелки получится малозамет¬ ным. Вольтметром же со шкалой на 10 В нельзя измерять более высокие на¬ пряжения. Поэтому тебе нужен вольт¬ метр, имеющий хотя бы три предела измерений. Схема такого вольтметра постоян¬ ного тока показана на рис. 109. Нали¬ чие трех добавочных резисторов Rl, R2 и R3 свидетельствует о том, что вольт¬ метр имеет три предела измерений. В данном случае первый предел 0—1,
128 Беседа седьмая второй 0—10 и третий 0—100 В. Сопро¬ тивление любого из добавочных резис¬ торов можно рассчитать по формуле, вытекающей из закона Ома: RA = Un/In-Rn, здесь Un — наибольшее напряжение данного предела измерений. Так, для прибора на ток 1и = 500 мкА (0,0005 А) и рамки сопротивлением = 500 Ом со¬ противление добавочного резистора R1 для предела 0—1 В должно быть 1,5 кОм, резистора R2 для предела 0—10 В — 19,5 кОм, резистора R3 для предела 0—100 В — 195,5 кОм. Относительное входное сопротивление такого вольтме¬ тра будет 2 кОм/В. Обычно в вольтметр монтируют добавочные резисторы с но¬ миналами, близкими к рассчитанным. Окончательно же «подгонку» их сопро¬ тивлений производят при градуировке вольтметра путем подключения к ним параллельно или последовательно дру¬ гих резисторов. Так делай и ты. Рис. 109. Вольтметр постоянного тока на три предела измерений Но тебе надо измерять не только постоянные, но и переменные напря¬ жения, например напряжение сети, на¬ пряжения на вторичных обмотках трансформаторов. Чтобы для этой цели приспособить вольтметр постоянного тока, его надо дополнить выпрямите¬ лем, преобразующим переменное на¬ пряжение в постоянное (точнее, пуль¬ сирующее), которое и будет показы¬ вать прибор. Возможная схема такого прибора показана на рис. 110. Работает прибор так. В те моменты, когда на левом (по схеме) зажиме прибора положитель¬ ные полуволны переменного напряже¬ ния, ток идет через диод VD1, вклю¬ ченный для него в прямом направле¬ нии, и далее через микроамперметр РА к правому зажиму. В это время через диод VD2 ток идти не может, так как для тока этого направления диод за¬ крыт. Во время положительных полу- периодов на правом зажиме диод VD1 закрывается и положительные полу¬ волны переменного напряжения замы¬ каются через диод VD2, минуя микро¬ амперметр. Рис. 110. Однопредельный вольтметр пере¬ менного тока Добавочный резистор RA, как и ана¬ логичный резистор в вольтметре по¬ стоянного тока, гасит избыточное на¬ пряжение. Рассчитывают его так же, как для постоянных напряжений, но полученный результат делят на 2,5—3, если выпрямитель прибора однополу- периодный, или на 1,25... 1,5, если вы¬ прямитель прибора двухполупериод- ный. В нашем примере выпрямитель прибора однополупериодный, поэтому результат надо делить на 2,5...3. Более точно сопротивление этого резистора подбирают опытным путем во время градуировки шкалы прибора. Таким вольтметром можно изме¬ рять и напряжение звуковой частоты до нескольких килогерц. ОММЕТР Сущность действия омметра за¬ ключается в том, что при включении в цепь, составленную из электроизмери¬ тельного прибора и источника посто¬ янного тока, резисторов различных со¬ противлений или других деталей, обла¬ дающих активным сопротивлением, значение тока в этой цепи изменится. Соответственно изменится и угол от¬ клонения стрелки прибора.
Беседа седьмая 129 Чтобы лучше разобраться в прин¬ ципе действия омметра, проведи такой опыт. Составь из любого миллиампер¬ метра, батареи 3336 и добавочного ре¬ зистора замкнутую электрическую цепь, как показано на рис. 111, а. Со¬ противление добавочного резистора подбери так, чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу (рассчитать сопротивление можно по той же фор¬ муле, по которой мы рассчитывали со¬ противление добавочного резистора к вольтметру). Подобрав добавочный ре¬ зистор, разорви цепь — образовавшие¬ ся при этом концы проводников будут входом получившегося простейшего омметра (рис. 111, б). Подключи к щу¬ пам (на схеме они обозначены стрелками) резистор небольшого со¬ противления, например 10 Ом. Полное сопротивление цепи теперь стало боль¬ ше на сопротивление этого резистора. Соответственно и ток в цепи умень¬ шился — стрелка прибора не отклоня¬ ется до конца шкалы. Это положение стрелки можно пометить на шкале чер¬ точкой, а около нее написать число 10. Потом к выводам подключи резис¬ тор сопротивлением 15 Ом. Стрелка прибора отклонится еще меньше. И это положение стрелки на шкале можно отметить соответствующим числом. Далее присоединяй поочередно резис¬ торы сопротивлением в несколько де¬ сятков, сотен ом, килоом и отмечай по¬ лучающиеся в каждом случае отклоне¬ ния стрелки. Если теперь к выводам отградуированного таким способом простейшего омметра присоединить резистор неизвестного сопротивления, стрелка прибора укажет деление на шкале, соответствующее сопротивле¬ нию этого резистора. Когда ты будешь замыкать выводы Rx накоротко, стрелка прибора должна устанавливаться на самом правом деле¬ нии шкалы. Это соответствует «нулю» омметра. Нуль же бывшего миллиам¬ перметра в омметре будет соответство¬ вать очень большому сопротивлению, обозначаемому знаком оо — бесконеч¬ ность. Но показания такого омметра бу¬ дут правильными до тех пор, пока не уменьшится напряжение батареи вследствие ее разрядки. При уменьше¬ нии напряжения батареи стрелка при¬ бора уже не будет устанавливаться на нуль, и омметр будет давать неправиль¬ ные показания. Этот недостаток легко устраним в омметре, построенном по схеме на рис. 112. Здесь последователь¬ но с прибором и добавочным резисто¬ ром R1 включен переменный резистор R2, который служит для установки стрелки омметра на нуль. Пока батарея свежая, в цепь вводится большая часть сопротивления резистора R2. По мере разрядки батареи сопротивление этого резистора уменьшают. Таким образом, переменный резистор, являющийся со¬ ставной частью добавочного резистора, позволяет производить регулировку в цепи омметра и устанавливать его стрелку на нуль. Его обычно называют резистором установки омметра на нуль. Сопротивление резистора установ¬ ки омметра на нуль должно составлять 1/10—1/8 часть общего сопротивления добавочных резисторов. Если, напри¬ мер, общее добавочное сопротивление Рис. 111. Простой омметр: а — подбор добавочного резистора; б — схема прибора 5 Зак 261 •
130 Беседа седьмая по расчету должно быть 4,7 кОм, то со¬ противление переменного резистора R2 может быть 470...620 Ом, а резисто¬ ра R1 — 3,9...4,3 кОм. При этом надоб¬ ность в точной подгонке сопротивле¬ ния основного добавочного резистора отпадает. Рис. 112. Омметр с установкой «нуля» Пользоваться омметром неслож¬ но. Всякий раз перед измерениями стрелку омметра надо устанавливать на нуль, замкнув накоротко щупы. За¬ тем, касаясь щупами омметра выводов резисторов, выводов обмоток транс¬ форматоров или других деталей, опре¬ деляют их сопротивления по градуи¬ рованной шкале. С течением времени стрелка прибора не будет устанавли¬ ваться на нуль. Это укажет на то, что батарея разрядилась и ее нужно заме¬ нить новой. Омметром можно пользоваться как универсальным пробником, например, проверить, нет ли обрывов в контур¬ ных катушках, обмотках трансформа¬ тора, выяснить, не замыкаются ли ка¬ тушки или обмотки трансформатора между собой. С помощью омметра лег¬ ко найти выводы обмоток трансформа¬ тора и по сопротивлению судить об их назначении. Омметром можно прове¬ рить, не оборвана ли нить накала лам¬ пы, не соединяются ли между собой электроды транзистора, оценивать ка¬ чество диодов. С помощью омметра можно также определять замыкания в монтаже или между обкладками кон¬ денсатора, надежность контактных со¬ единений и многое другое. Запомни, как ведет себя омметр при испытании конденсаторов. Если щупами прикоснуться к выводам кон¬ денсатора, стрелка прибора отклонит¬ ся и сейчас же возвратится в положе¬ ние очень большого сопротивления. Этот «бросок» стрелки, получающийся за счет тока зарядки конденсатора, бу¬ дет тем большим, чем больше емкость конденсатора. При испытании конден¬ саторов малой емкости броски тока так малы, что они незаметны, так как за¬ рядный ток таких конденсаторов ни¬ чтожно мал. Если при испытании кон¬ денсатора стрелка омметра отклоняет¬ ся до нуля, значит, конденсатор про¬ бит; "если же омметр после отклонения стрелки от тока зарядки покажет неко¬ торое сопротивление, значит, конден¬ сатор имеет утечку. МИЛЛИ- АМПЕРВОЛЬТОММЕТР Ты, конечно, не мог не заметить, что в миллиамперметре, вольтметре и омметре, о принципе работы которых я здесь рассказал, использовались одно¬ типные стрелочные приборы магнито¬ электрической системы. Можно дета¬ ли каждого из них смонтировать на самостоятельных панелях и как при¬ ставки подключать их по мере необхо¬ димости к одному и тому же микроам¬ перметру. Да, можно, но это не всегда удобно. Целесообразнее объединить все это в одном комбинированном эле¬ ктроизмерительном приборе. Получит¬ ся миллиампервольтомметр — прибор для измерения токов, напряжений и сопротивлений. Принципиальная схема возможно¬ го варианта такого измерительного прибора изображена на рис. ИЗ. Он объединяет в себе шестипредельный миллиамперметр постоянного тока (0,1, 1, 3, 10, 30 и 100 мА), шестипредель¬ ный вольтметр постоянного тока (1, 3, 10, 30, 100 и 300 В), однопредельный ом¬ метр и пятипредельный вольтметр пе¬ ременного тока (3, 10, 30, 100 и 300 В).
Беседа седьмая 131 Зажим «—Общ.», к которому подклю¬ чают один из измерительных щупов, является общим для всех видов измере¬ ний. Прибор переключают на разные виды и пределы измерений переста¬ новкой вилки второго щупа: при изме¬ рении постоянного тока — в гнезда XI3—XI8, при измерении постоянных напряжений — в гнезда Х7—XI2, при измерении сопротивлений — в гнездо Хб, при измерении переменных напря¬ жений — в гнезда XI—Х5. Пользуясь прибором как миллиамперметром по¬ стоянного тока, надо на всех пределах, кроме 0,1 мА, замкнуть контакты вы¬ ключателя SA1, чтобы к шунту Rttt под¬ ключить микроамперметр РА1. Указанные на схеме сопротивле¬ ния резисторов и пределы измерений соответствуют микроамперметру на ток 1И = 100 мкА с рамкой сопротивле¬ нием RH = 720 Ом. Для микроамперме¬ тров с иными параметрами 1и и RH со¬ противления резисторов для тех же пределов измерений придется пере¬ рассчитать. Часть прибора, относящаяся толь¬ ко к миллиамперметру постоянного то¬ ка (тА_), состоит из микроамперметра РА1, выключателя SA1, резисторов R14—R18, образующих пгунт Rin, гнезд XI3—XI8 и зажима « — Общ.». На лю¬ бом пределе измерений через микро¬ амперметр течет ток, не превышаю¬ щий максимальный. Применительно к микроампермет¬ ру, использованному в описываемом комбинированном измерительном приборе, я расскажу о расчете шунта Rm и составляющих его резисторов R14—R18. Для этого первый, наимень¬ ший предел измерений с пгунтом (1 мА) обозначим 1п1, второй (3 мА) — 1п2, тре¬ тий (10 мА) — 1п3, четвертый (30 мА) — 1п4, пятый, наибольший (100 мА) — 1п5. Сначала надо определить общее со¬ противление шунта первого предела измерений 1п1) по такой формуле: Riu = Rn/(Inl/In— 1) = 720/(1/0,1 - 1) = = 80 Ом. После этого можно приступить к расчету сопротивлений резисторов, со¬ ставляющих шунт, начиная с резисто¬ ра R18 наибольшего предела измере¬ ний 1п5 (до 100 мА), в таком порядке:. R18 = (VUfRu, + RJ = (0,1/100)(720 + + 80) =0,8 Ом; R17 = (1и/1п4)(Rm + Ю - R18 = = (0,1/30)800 — 0,8 =1,87 Ом; R16 = (1и/1пЗ) (Rm + Rh) — R17 — R18 = (0,1/10)800 — 1,87 — 0,8 = 5,33 Ом; R15 = (1и/1п2)( Rn, + Rh) R16 R17 — R18 = (0,1/3)800 — 5,33—1,87 — 0,8 = = 18,7 Ом; R14 = (VUfRn, + RJ-R15-R16- — R17 — R18 = (0,1/1)800 — 18,7 — —5,33 — 1,87 — 0,8 = = 53,3 Ом. В такой же последовательности можно рассчитать шунт и для микроам¬ перметра с другими параметрами 1и и RH, подставляя их значения в эти же формулы. Теперь о вольтметре постоянного тока (V-). В эту часть прибора входит тот Рис. 113. Схема миллиампервольтомметра 5*
132 Беседа седьмая же микроамперметр РА1, добавочные резисторы R8—R13, гнезда Х7—Х12 и зажим « — Общ.» (контакты выключа¬ теля SA1 разомкнуты, чтобы микроам¬ перметр отключить от шунта). Каждый предел имеет самостоятельный доба¬ вочный резистор: R8 — для предела «1 В», R9 — для предела «3 В», R10 — для предела «10В», R11 — для предела «30 В» и т.д. С расчетом добавочных ре¬ зисторов ты уже знаком. Следующая часть прибора — одно¬ предельный омметр (W). В него вхо¬ дят: микроамперметр РА1, резисторы R6 и R7, элемент G1, гнездо Хб и зажим « — Общ.». Соедини мысленно гнездо Хб с зажимом « — Общ.». Обра¬ зуется замкнутая цепь (такая же, как на рис. 112), ток в которой зависит от на¬ пряжения источника питания G1 омме¬ тра, суммарного сопротивления резис¬ торов R6, R7 и сопротивления рамки микроамперметра. Перед измерением сопротивления резистора или участка цепи измерительные щупы замыкают и резистором R6 «Уст.О» стрелку прибора устанавливают точно на конечное деле¬ ние шкалы, т.е. на нуль омметра. Если стрелка прибора не доходит до нуля ом¬ метра, значит, необходимо заменить его источник питания. Суммарное со¬ противление резисторов R6 и R7 выбра¬ но таким, чтобы при напряжении ис¬ точника питания омметра 1,2... 1,5 В в цепи можно было установить ток, рав¬ ный току 1и микроамперметра. Таким омметром можно измерять сопротивление примерно от 100... 150 Ом до 60...80 кОм. В вольтметр переменного тока (V-) входят: микроамперметр, диоды VD1 и VD2, добавочные резисторы Rl—R5, гнезда XI—Х5 и зажим « — Общ.». Рас¬ смотрим для примера цепь предела из¬ мерений 3 В. При подключении изме¬ рительных щупов (гнездо XI, зажим « — Общ.») к источнику переменного тока напряжением до 3 В ток идет че¬ рез добавочный резистор R1, выпрям¬ ляется диодом VD 1 и заставляет стрел¬ ку микроамперметра отклониться на угол, соответствующий значению вы¬ прямленного тока. Так работает при¬ бор и на других пределах измерений, разница лишь в сопротивлениях доба¬ вочных резисторов. Роль диода VD2 вспомогательная: пропускать через се¬ бя отрицательную полуволну напряже¬ ния, минуя микроамперметр. Его, в принципе, может и не быть, но тогда при значительных измеряемых напря¬ жениях отрицательная полуволна мо¬ жет пробить диод VD 1 и вольтметр пе¬ ременного тока выйдет из строя. Для микроамперметра с другими параметрами 1и и 1^ добавочные резис¬ торы рассчитывай так же, как резисто¬ ры для измерений напряжений посто¬ янного тока, а затем полученные ре¬ зультаты раздели на коэффициент 2,5. Коротко о выборе пределов измере¬ ний. Наибольшая погрешность измере¬ ний токов и напряжений получается при отсчете измеряемых величин на первой трети части шкалы. Поэтому, выбирая пределы измерений, всегда стремись к тому, чтобы первый (наи¬ меньший) из них захватывал первую треть шкалы второго предела, второй предел — первую треть шкалы третьего предела и т.д. В этом отношении удоб¬ ными для измерений можно считать пределы: 0...1, 0...3, 0...10, 0...30, 0...100. Именно эти пределы измерений токов и напряжений выбраны для рекомендуе¬ мого тебе комбинированного прибора. Но это не значит, что только таки¬ ми должны быть пределы измерений. С учетом габаритных размеров и размет¬ ки делений шкалы микроамперметра можно выбрать и другие пределы, на¬ пример 0...1, 0...5, 0...25, 0...100. Но от¬ счет измеряемых величин надо ста¬ раться вести за пределами первой тре¬ ти шкалы. Возможную конструкцию комби¬ нированного измерительного прибора, в котором используется микроампер¬ метр М24, ты видишь на рис. 114. Роль входных контактов выполняют гнезда трех семиштырьковых ламповых пане¬ лек и один зажим. Гнезда одной па¬
Беседа седьмая 133 нельки относятся только к миллиам¬ перметру, гнезда второй панельки — только к вольтметру постоянного тока, третьей — к омметру и вольтметру пе¬ ременного тока. Зажим «—Общ.» явля¬ ется общим входным контактом для всех видов и пределов измерений. Микроамперметр, ламповые па¬ нельки, переменный резистор R6 (типа СП-1) и выключатель SA1 (тумблер ТВ2-1) укрепи на гетинаксовой панели размерами 200 х 140 мм, а элемент G1 (332) — на боковой фанерной (или до¬ щатой) стенке прибора. Резисторы шунта и добавочные резисторы вольт¬ метров монтируй непосредственно на выводных контактах ламповых пане¬ лек. Общими монтажными проводни¬ ками резисторов вольтметров могут быть отрезки голого медного провода толщиной 1... 1,5 мм, припаянные к цен¬ тральным контактам панелек. В качестве добавочных резисторов используй резисторы МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0. Резисторы R14—R18 шунта должны быть проволочными. Исполь¬ зуй для них высокоомный манганино¬ вый или константановый провод диаме¬ тром 0,08...0,1 мм в шелковой или бу¬ мажной изоляции. Отрезки провода нужной длины наматывай на корпусы резисторов МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0 с но¬ миналами 20...51 кОм и припаивай их концы к проволочным выводам резис¬ торов. Длину отрезка провода необхо¬ димого сопротивления можно рассчи¬ тать, пользуясь справочной литерату¬ рой, или измерить омметром. Отрезок константанового провода ПЭК, напри¬ мер, диаметром 0,1 мм и длиной 1 м об¬ ладает сопротивлением около 60 Ом. Следовательно, для всего шунта (80 Ом) потребуется около 1,5 м такого провода. Сопротивления резисторов шунта, как бы точно они не были рассчитаны, во время градуировки прибора обяза¬ тельно придется несколько уменьшать или, наоборот, увеличивать, т.е., как го¬ ворят, подгонять под параметры мик¬ роамперметра. И чтобы не наращивать провод в случае его недостаточного со¬ противления, отрезки провода для ре¬ Рис. 114. Конструкция миллиампервольтомметра
134 Беседа седьмая зисторов шунта делай на 5... 10% длин¬ нее расчетных. Конструкция измерительного щу¬ па может быть такой, как на рис. 115. Это медный или латунный стержень (проволока) диаметром 3...4 мм и дли¬ ной 120... 150 мм, один конец которого заострен. К другому его концу припаян гибкий (многожильный) изолирован¬ ный проводник, оканчивающийся од¬ нополюсным штепселем, вставляемым в гнезда ламповых панелек, или вилко¬ образным металлическим наконечни¬ ком под зажим «—Общ.». На стержень надета изолирующая (резиновая, поли¬ винилхлоридная) трубка. Она закрыва¬ ет весь стержень щупа, включая место спайки его с гибким проводником. Из трубки выступает только заостренный кончик стержня, которым можно при¬ касаться к точкам измеряемых цепей. Рис. 115. Устройство измерительного щупа Если не окажется подходящей изо¬ ляционной трубки, то закатай стержень щупа в полоску бумаги, предварительно промазав ее клеем БФ-2 или каким-либо лаком, и хорошенько просуши. Толщи¬ на бумажного слоя должна составлять 0,5—0,8 мм. Сверху бумажную изоля¬ цию покрой тем же клеем или лаком или покрась масляной краской. Градуировка миллиамперметра и вольтметра постоянного тока сводится к подгонке секций универсального шунта и добавочных резисторов под макси¬ мальный ток пределов измерения, а вольтметра переменного тока и оммет¬ ра, кроме того, — к разметке их шкал. Для подгонки шунта миллиампер¬ метра потребуются: образцовый мно¬ гопредельный миллиамперметр, све¬ жая батарея 3336 и два переменных ре¬ зистора — проволочный сопротивле¬ нием 200—500 Ом и мастичный (СП, СПО) сопротивлением 5—10 кОм. Пер¬ вый из переменных резисторов будешь использовать для регулировки тока при подгонке резисторов R14 и R15 шунта. Вначале подгоняй резистор R14. Для этого соедини последовательно (рис. 116, а) образцовый миллиампер¬ метр РАС, батарею GB и регулировоч¬ ный резистор Rp. Установи движок ре¬ зистора Rp в положение максимально¬ го сопротивления. Подключи градуи¬ руемый прибор РА^, установленный на предел измерений до 1 мА (измери¬ тельные щупы подключены к зажиму « — Общ.» и гнезду XI4, контакты вы¬ ключателя SA1 замкнуты). Постепенно уменьшая сопротивление регулиро¬ вочного резистора, по образцовому миллиамперметру установи ток в изме¬ рительной цепи, равный точно 1 мА. Сравни показания обоих приборов. Сопротивление провода резистора R14 немного больше расчетного, стрелка градуируемого прибора заходит за ко¬ нечное деление шкалы. Понемногу уменьшая длину провода резистора, добейся, чтобы стрелка градуируемого прибора установилась против конеч¬ ной отметки шкалы. Рис. 116. Схема градуировки прибора После этого переходи к подгонке резистора R15 на предел измерения до 3 мА, затем резистора R16 на предел из¬ мерения до 10 мА и т.д. Подбирая сопро¬ тивление очередного резистора, уже подогнанные резисторы шунта не тро¬ гай — можешь сбить градуировку соот¬ ветствующих им пределов измерений. Шкалу вольтметра постоянных на¬ пряжений первых трех пределов изме¬ рения (1, 3 и 10 В) градуируй по схеме, показанной на рис. 116, б. Параллельно батарее GB, составленной в зависимое-
Беседа седьмая 135 ти от диапазона из одной или трех бата¬ рей 3336 (последовательное соедине¬ ние), включи потенциометром пере¬ менный резистор Rp сопротивлением 1,5—2,5 кОм, а между его нижним (по схеме) выводом и движком включи па¬ раллельно соединенные образцовый PUQ и градуируемый PUr вольтметры. Предварительно движок резистора по¬ ставь в крайнее нижнее (по схеме) по¬ ложение, соответствующее нулевому напряжению, подаваемому от батареи GB к измерительным приборам, а гра¬ дуируемый вольтметр включи на пре¬ дел измерения до 1 В. Постепенно пе¬ ремещая движок резистора вверх (по схеме), подай на вольтметр напряже¬ ние, равное точно 1 В. Сравни показа¬ ния приборов. Если стрелка градуируе¬ мого вольтметра не доходит до конеч¬ ной отметки шкалы, значит, сопротив¬ ление резистора R8 велико, если, наоборот, уходит за нее, значит, его со¬ противление мало. Надо подобрать ре¬ зистор такого сопротивления, чтобы при напряжении 1 В, фиксируемом об¬ разцовым вольтметром, стрелка граду¬ ируемого прибора устанавливалась против конечной отметки шкалы. Так же, но при напряжениях 3 и 10 В, под¬ гоняй добавочные резисторы R9 и R10 следующих двух пределов измерений. По такой же схеме градуируй шка¬ лы остальных трех пределов измерений, но с использованием соответствующих им источников постоянных напряже¬ ний. При этом вовсе не обязательно по¬ давать на приборы наибольшие напря¬ жения пределов измерения. Подгонять сопротивления резисторов можно при каких-то средних напряжениях (напри¬ мер, резистора R11 — при напряжении 15—20 В), а затем сверить показания вольтметра при более низких и более высоких напряжениях. Источником на¬ пряжения при градуировке шкалы пре¬ дела до 300 В может быть выпрямитель лампового усилителя или приемника. При этом резистор Rp должен быть за¬ менен другим резистором сопротивле¬ нием 470—510 кОм. Среди постоянных резисторов, вы¬ пускаемых промышленностью, обычно нет точно таких, номинальные сопро¬ тивления которых соответствовали бы расчетным сопротивлениям добавоч¬ ных резисторов. Поэтому резисторы требуемого сопротивления приходится подбирать из числа резисторов близко¬ го ему номинала с допуском отклонения не больше ±5%. Например, для предела измерений до 1 В нужен добавочный ре¬ зистор R8 сопротивлением 9,3 кОм. По существующему ГОСТу ближайший номинал резисторов, выпускаемых про¬ мышленностью, 9,1 кОм. При допуске ±5% фактическое сопротивление ре¬ зисторов этого номинала может быть примерно от 8,6 до 9,6 кОм. Среди них, следовательно, можно подобрать рези¬ стор сопротивлением 9,3 кОм. Добавочный резистор нужного со¬ противления можно также составить из двух-трех резисторов. Или поступить так: включить в цепь вольтметра резис¬ тор большего, чем требуется, сопротив¬ ления, а затем подключать параллельно ему резисторы еще больших сопротив¬ лений, добиваясь отклонения стрелки градуируемого прибора на всю шкалу. Шкалы миллиамперметра и вольт¬ метра постоянного тока равномерные. Поэтому наносить на шкалу микроам¬ перметра какие-либо деления между ну¬ левой и конечной отметками не следует. Оцифрованная шкала микроампермет¬ ра используется при измерении токов и напряжений всех пределов измерений. А вот шкала вольтметра переменного то¬ ка неравномерная. Поэтому кроме под¬ гонки добавочного резистора под наи¬ большее напряжение каждого предела измерений приходится размечать все промежуточные деления шкалы. Схема измерительной цепи во вре¬ мя градуировки вольтметра перемен¬ ного тока остается такой же, как при градуировке вольтметра постоянного тока (рис. 116, б). Только на перемен¬ ный резистор Rp надо подавать пере¬ менное напряжение, и образцовый прибор должен быть вольтметром пе¬
136 Беседа седьмая ременного тока. Источником перемен¬ ного напряжения может быть вторич¬ ная обмотка трансформатора. Сначала, используя трансформатор, понижаю¬ щий напряжение сети до 12... 15 В, включи градуируемый вольтметр на предел измерений до 3 В и установи ре¬ зистором Rp по шкале образцового прибора напряжение 3 В. Затем, подби¬ рая сопротивление резистора Rp, до¬ бейся отклонения стрелки микроам¬ перметра на всю шкалу. После этого устанавливай регулировочным резис¬ тором напряжения 2,9; 2,8; 2,7 В и т.д. через каждые 0,1 В и записывай пока¬ зания вольтметра. Позже по этим запи¬ сям ты разметишь шкалу вольтметра переменного напряжения всех преде¬ лов измерения. Для градуировки шкалы на осталь¬ ных пределах измерений достаточно подобрать добавочные резисторы, ко¬ торые бы соответствовали отклонению стрелки микроамперметра до конечно¬ го деления шкалы. Промежуточные значения измеряемых напряжений следует отсчитывать по шкале первого предела, но в других единицах. Шкалу омметра можно проградуи¬ ровать с помощью постоянных резис¬ торов с допуском отклонения от номи¬ нала ±5%. Делай это так. Сначала, включив прибор на измерение сопро¬ тивлений, замкни накоротко щупы и переменным резистором R6 «Уст.О» ус¬ танови стрелку микроамперметра на конечное деление шкалы, соответству¬ ющее нулю омметра. Затем, разомкнув щупы, подключай к омметру резисто¬ ры с номинальными сопротивлениями 50, 100, 200, 300, 400, 500 Ом, 1 кОм и т.д. примерно до 60...80 кОм, всякий раз замечая точку на шкале, до которой отклоняется стрелка прибора. И в этом случае резисторы нужных сопротивле¬ ний можно составлять из нескольких резисторов других номиналов. Так, ре¬ зистор сопротивлением 400 Ом (такого номинала среди резисторов, выпускае¬ мых нашей промышленностью, нет) можно составить из двух резисторов по 200 Ом, резистор на 50 кОм — из ре¬ зисторов сопротивлением 20 и 30 кОм, соединив их последовательно. Чем больше сопротивление образцового резистора, тем на меньший угол откло¬ няется стрелка прибора. По точкам от¬ клонений стрелки, соответствующим разным сопротивлениям резисторов, ты будешь строить шкалу омметра. Образец шкал комбинированного измерительного прибора применитель¬ но к микроамперметру М24 показан на рис. 117. Верхняя шкала является шка¬ лой омметра, средняя — шкалой мил¬ лиамперметра и вольтметра постоян¬ ного тока, нижняя — шкалой вольтмет¬ ра переменного тока. Примерно так же должны выглядеть шкалы твоего при¬ бора. Начерти их возможно точнее на листе ватмана и вырежь бумагу по форме шкалы микроамперметра. За¬ тем осторожно извлеки магнитоэлект¬ рическую систему прибора из корпуса и наклей на его металлическую шкалу вычерченную многопредельную шкалу твоего миллиампервольтомметра. Рис. 117. Шкала миллиампервольтомметра Можно ли этот прибор упростить? Разумеется, можно. Если ты не собира¬ ешься конструировать аппаратуру на электронных лампах, то из прибора можно исключить добавочные резис¬ торы R4, R5 и R12, R13 пределов изме¬ рений переменных и постоянных на¬ пряжений до 100 и 300 В. Останутся пятипредельный миллиамперметр по¬ стоянного тока, трехпредельный вольт¬ метр переменного тока, четырехпре¬ дельный вольтметр постоянного тока и однопредельный омметр. В дальней¬ шем ты можешь все, что сейчас исклю¬ чишь для упрощения измерительного прибора, восстановить.
Беседа седьмая 137 ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ Прежде чем вмонтировать транзи¬ стор в то или иное радиотехническое устройство, желательно, а если транзи¬ стор уже где-то использовался ранее, то совершенно обязательно, проверить его: обратный ток коллектора 1КБО, ста¬ тический коэффициент передачи тока h213 и постоянство коллекторного тока. Эти важнейшие параметры маломощ¬ ных биполярных транзисторов струк¬ тур р-п-р и п-р-п ты можешь проверять с помощью прибора, схема и устройст¬ во которого показаны на рис. 118. Для него потребуются:^ миллиамперметр РА1 на ток 1 мА, батарея GB напряже¬ нием 4,5 В, переключатель SA1 вида измерений, переключатель SA2 изме¬ нения полярности включения миллиам¬ перметра и батареи, кнопочный вы¬ ключатель SB 1 для включения источни¬ ка питания, два резистора и три зажима типа «крокодил» для подключения транзисторов к прибору. Для переклю¬ чателя вида измерений используй двух¬ позиционный тумблер ТВ2-1, для изме¬ нения полярности включения миллиам¬ перметра и батареи питания — движко¬ вый переключатель транзисторного приемника «Сокол» (о конструкции и креплении переключателя этого типа я расскажу в следующей беседе). Кно¬ почный выключатель может быть лю¬ бым, например подобным звонковому или в виде замыкающихся пластинок. Батарея питания — 3336 либо состав¬ ленная из трех элементов 332 или 316. Шкала миллиамперметра должна иметь десять основных делений, соот¬ ветствующих десятым долям миллиам¬ перметра. При проверке статического коэффициента передачи тока каждое деление шкалы будет оцениваться де¬ сятью единицами значения h213. Детали прибора смонтируй на па¬ нели из изоляционного материала, на¬ пример гетинакса. Размеры панели за¬ висят от размеров деталей. Прибор действует так. Когда пере¬ ключатель SA1 вида измерений уста¬ новлен в положение «1КБо», база прове¬ ряемого транзистора VT оказывается замкнутой на эмиттер. При включении питания нажатием кнопочного выклю¬ чателя SB1 стрелка миллиамперметра покажет значение обратного тока кол¬ лектора 1КБО- Когда же переключатель находится в положении «h213», на базу транзистора через резистор R1 подает¬ ся напряжение смещения, создающее в цепи базы ток, усиливаемый транзис¬ тором. При этом показание миллиам¬ перметра, включенного в коллектор¬ ную цепь, умноженное на 100, соответ¬ ствует примерному значению статиче¬ ского коэффициента передачи тока h213 данного транзистора. Например, если миллиамперметр покажет ток 0,6 мА, коэффициент h213 данного транзистора будет 60. Положение контактов переключа¬ теля, показанное на рис. 118, а, соот¬ ветствует включению прибора для про¬ Рис. 118. Схема и конструкция прибора для проверки маломощных биполярных транзисторов
138 Беседа седьмая верки транзисторов структуры р-п-р. В этом случае на коллектор и базу тран¬ зистора относительно эмиттера пода¬ ется отрицательное напряжение, мил¬ лиамперметр подключен к батарее от¬ рицательным зажимом. Для проверки транзисторов структуры п-р-п подвиж¬ ные контакты переключателя SA2 надо перевести в другое, нижнее (по схеме) положение. При этом на коллектор и базу транзистора относительно эмит¬ тера будет подаваться положительное напряжение, изменится и полярность включения миллиамперметра в коллек¬ торную цепь транзистора. Проверяя коэффициент h213 тран¬ зистора, следи внимательно за стрелкой миллиамперметра. Коллекторный ток с течением времени не должен изменять¬ ся — «плыть». Транзистор с плавающим током коллектора негоден для работы. Учти: во время проверки транзистор нельзя держать рукой, так как от тепла руки ток коллектора может измениться. Какова роль резистора R2, вклю¬ ченного последовательно в коллектор¬ ную цепь проверяемого транзистора? Он ограничивает ток в этой цепи на случай, если коллекторный переход транзистора окажется пробитым и че¬ рез него пойдет недопустимый для миллиамперметра ток. Максимальный обратный ток кол¬ лектора 1КБО для маломощных низкоча¬ стотных транзисторов может достигать 20...25, но не больше 30 мкА. В нашем приборе это будет соответствовать очень малому отклонению стрелки миллиамперметра — примерно треть¬ ей части первого деления шкалы. У хо¬ роших маломощных высокочастотных транзисторов ток 1КБО значительно меньше — не более нескольких микро¬ ампер, прибор на него почти не реаги¬ рует. Транзисторы, у которых 1КБО пре¬ вышает в несколько раз допустимый, считай непригодными для работы — они могут подвести. Прибор с миллиамперметром на 1 мА позволяет измерять статический коэффициент передачи тока h213 до 100, т.е. наиболее распространенных тран¬ зисторов. Прибор с миллиамперметром на ток 5... 10 мА расширит соответствен¬ но в 5 или 10 раз пределы измерений ко¬ эффициента h213. Но прибор станет почти нечувствительным к малым зна¬ чениям обратного тока коллектора. У тебя, вероятно, возник вопрос: нельзя ли в приборе для проверки па¬ раметров транзисторов использовать микроамперметр описанного ранее миллиампервольтомметра? Ответ од¬ нозначный: можно. Для этого микро¬ амперметр комбинированного прибо¬ ра надо установить на предел измере¬ ния до 1 мА и подключать его к при¬ ставке для проверки транзисторов вместо миллиамперметра РА1. Для проверки работоспособности и сравнительной оценки усилительных свойств транзисторов средней и боль¬ шой мощности можно воспользоваться пробником со световой индикацией, схема которого показана на рис. 119. В нем роль индикатора выполняет лам¬ почка HL1 на напряжение 3,5 В и ток на¬ кала 0,26 А (МНЗ,5-0,26), находящаяся в коллекторной цепи проверяемого тран¬ зистора VT. Переменным резистором R2, включенным реостатом, изменяют ток базовой цепи и тем самым больше или меньше открывают транзистор. Ре¬ зистор R1 ограничивает ток в цепи до 10 мА. Полярность включения батареи питания GB1, соответствующую струк¬ туре проверяемого транзистора, уста¬ навливают переключателем SA1. Если проверяемый транзистор ис¬ правный, то по мере увеличения тока базы при перемещении движка резис¬ тора R2 справа налево (по схеме) тран¬ зистор открывается все больше и лам¬ почка светится ярче. Это говорит о том, что проверяемый транзистор работо¬ способен. Чем больше его коэффици¬ ент передачи тока, тем при большем сопротивлении введенной части резис¬ тора R2 возникает заметный на глаз на¬ кал нити лампочки. И если этот резис¬ тор будет иметь равномерную шкалу хотя бы из десятка больших делений,
Беседа седьмая 139 то по ней можно оценивать примерный коэффициент h213) проверяемого тран¬ зистора. Если же лампочка не горит да¬ же тогда, когда движок резистора на¬ ходится в крайнем левом (по схеме) по¬ ложении, это укажет на неисправность транзистора, например, из-за обрыва в цепи одного из его электродов. Яркое свечение лампочки при любом положе¬ нии движка резистора R2 будет свиде¬ тельствовать о пробое участка эмит¬ тер—коллектор транзистора. Рис. 119. Схема прибора для проверки транзи¬ сторов средней и большой мощности Рис. 120. Схема измерения параметров 1Снач, и S полевого транзистора Батарея питания, зажимы и пере¬ ключатель структуры проверяемого транзистора такие же, как в предыду¬ щем приборе. Переменный резистор R2 типа СП или СПО. Ориентировоч¬ ные отметки на шкале переменного ре¬ зистора можно сделать по образцовым транзисторам с известными парамет¬ рами h213. А как измерить основные парамет¬ ры полевого транзистора? Для этого нет надобности конструировать специ¬ альный прибор, тем более что в твоей практике полевые транзисторы будут использоваться не так часто, как мало¬ мощные биполярные. Для тебя наибольшее практическое значение имеют два параметра полево¬ го транзистора: 1с нач — ток стока при нулевом напряжении на затворе и S — крутизна характеристики. Измерить эти параметры можно по схеме, приве¬ денной на рис. 120. Для этого потребу¬ ются: миллиамперметр РА1 (используй комбинированный прибор, включен¬ ный на измерение постоянного тока), батарея GB1 напряжением 9 В («Кро¬ на» или составленная из двух батарей 3336) и элемент G1 (332 или 316). Делай это так. Сначала вывод затво¬ ра проверяемого транзистора соедини с выводом истока. При этом миллиам¬ перметр покажет значение первого па¬ раметра транзистора — начальный ток стока 1с нач. Запиши его значение. Затем разъедини выводы затвора и истока (на рис. 120 обозначено крестом) и подклю¬ чи к ним элемент G1 плюсовым полю¬ сом к затвору (на схеме показано штри¬ ховыми линиями). Миллиамперметр за¬ фиксирует меньший ток, чем 1с нач. Ес¬ ли теперь разность двух показаний миллиамперметра разделить на напря¬ жение элемента G1, получившийся ре¬ зультат будет соответствовать числен¬ ному значению параметра S проверяе¬ мого транзистора. Для измерения таких же парамет¬ ров полевых транзисторов с р-n пере¬ ходом и каналом типа п полярность включения миллиамперметра, бата¬ реи и элемента надо поменять на об¬ ратную. Измерительные пробники и приборы, о которых я рассказал в этой беседе, поначалу те¬ бя вполне устроят. Но позже, когда настанет время конструирования и налаживания радиоаппаратуры повышенной сложности, например супергетеродинных приемников, аппаратуры телеуправления моделями, потребуются еще измерители емкости конден¬ саторов, индуктивности катушек, вольтметр с повышенным относительным входным
140 Беседа седьмая сопротивлением, генератор колебаний звуковой частоты. Об этих приборах, которые пополнят твою измерительную лабораторию, я расскажу позже. Но, разумеется, самодельные приборы, не исключают приобретение промышленных. И если такая возможность у тебя появится, то в первую очередь купи авометр — комби- нированный прибор, позволяющий измерять постоянные и переменные напряжения и токи, сопротивления резисторов и даже основные параметры транзисторов. Такой прибор при бережном обращении с ним многие годы будет тебе верным помощником в ра¬ диотехническом конструировании.
141 БЕСЕДА ВОСЬМАЯ РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКАЯ МАСТЕРСКАЯ Надеюсь, что мои первые беседы и навыки, труда, приобретенные в школе, помогли тебе построить и испытать простейшие транзисторные приемники, некоторые измери¬ тельные приборы. Но уже на этом коротком радиолюбительском пути тебе пришлось об¬ завестись кое-какими столярными, слесарными и монтажными инструментами, матери¬ алами, деталями. Это «хозяйство» твоей мастерской будет постепенно пополняться. Настало время определить и оборудовать постоянное место, где, не мешая другим и не нанося вреда домашним вещам, можно было бы с удобствами пилить, строгать, клеить, сверлить, паять, красить, — словом, мастерить. Это будет твой рабочий уголок. Вот о таком уголке, о приемах монтажных работ, о технологии изготовления некото¬ рых деталей я и хочу поговорить в этой беседе. РАБОЧИЙ СТОЛ Для поделки мелких деталей, сбор¬ ки, монтажа и налаживания конструк¬ ций ты, вероятно, будешь пользоваться своим письменным столом. Но чтобы стол не повредить, сделай доску, кото¬ рую будешь накладывать на него во время радиолюбительских дел. Такая доска, положенная на пись¬ менный стол, показана на рис. 121. Для ее изготовления потребуются лист фанеры толщиной 4—6 мм и четыре деревянных бруска сечением примерно 20 х 25 мм.
142 Беседа восьмая Три бруска прибей вдоль переднего и боковых краев фанеры с таким расче¬ том, чтобы между ними точно вписыва¬ лась крышка стола. Этой стороной фа¬ неру будешь накладывать на стол. Чет¬ вертый брусок прибей вдоль заднего края фанеры, но с верхней стороны. У тебя получится щит, который благодаря трем нижним брускам не будет передви¬ гаться по столу. Верхний брусок будет служить бортиком. Если ты будешь заниматься мон¬ тажными работами на большом столе, то сделай щиток, который можно было бы положить на угол стола. В этом слу¬ чае снизу к фанере прибей не три, а два ограничительных бруска, а оставшиеся два прибей с верхней стороны фанеры. Рис. 121. Рабочий стол Готовый щит зачисть шкуркой, про¬ трави морилкой или раствором марган¬ цовокислого калия (марганцовки), по¬ крой лаком или покрась масляной крас¬ кой. В правом заднем углу монтажного щита укрепи отрезок узкой доски с тре¬ мя штепсельными розетками. Розетки соедини параллельно. С помощью со¬ единительного шнура ты будешь под¬ ключать розетки к электросети. Почему три розетки? Для удобства налажива¬ ния приемников, усилителей и других приборов, питающихся от электросети: одна — для электропаяльника, вторая — для испытываемой конструкции, третья — для настольной лампы. Желательно, чтобы штепсельная розетка, в которую ты будешь включать вилку шнура элек¬ трораспределительной колодки, была оборудована плавким предохранителем на ток 2—3 А. Если случайно произой¬ дет замыкание в паяльнике или испыты¬ ваемой конструкции, то перегорит пре¬ дохранитель этой розетки, а не квартир¬ ной электросети. ИСКУССТВО ПАЙКИ Да, юный друг, надежность элект¬ рических контактов между проводни¬ ками, деталями и прочность монтажа конструкции в целом во многом зави¬ сят от того, как ты овладел искусством пайки. Научиться этому искусству — твоя первейшая задача. Основным инструментом для пай¬ ки служит паяльник — стержень или кусок красной меди, нагреваемый до температуры плавления припоя. Конец стержня запилен наподобие клина — это рабочая часть, или жало паяльника. Радиолюбители пользуются элект¬ рическими паяльниками. Стержень электрического паяльника вставлен в металлическую трубку. Трубка обер¬ нута слюдой или стеклотканью. По¬ верх этого изоляционного слоя намо¬ тана нихромовая проволока — это нагревательный элемент паяльника. Сверху он защищен слоем асбеста и металлическим кожухом. На другой конец трубки засажена деревянная или пластмассовая ручка. С помощью вилки на шнуре, соединенном с нагре¬ вательным элементом, паяльник вклю¬ чают в штепсельную розетку электро¬ сети. Электрический ток раскаляет проволоку, а проволока отдает тепло медному стержню и нагревает его. Наша промышленность выпускает несколько конструкций электрических паяльников, рассчитанных в основном на напряжение 127 и 220 В. Значение напряжения, на которое рассчитан па¬ яльник, и мощность тока, потребляе¬ мая им, выштампованы на его металли¬ ческом кожухе. Лучше, конечно, а главное — безопаснее, пользоваться паяльником типа ПСН 25—36 В, рас¬ считанным на напряжение 25—36 В. Для питания такого паяльника потре¬ буется понижающий трансформатор.
Беседа восьмая 143 На рис. 122, а,б показаны две наи¬ более распространенные конструкции электрических паяльников. На нем верхний паяльник имеет кроме прямо¬ го Г-образный сменный стержень. При работе в трубку нагревательного эле¬ мента вставляют тот стержень, кото¬ рым удобнее работать. У второго паяль¬ ника стержень прямой и более тонкий по сравнению с первым, который тоже можно заменять. Но основное разли¬ чие между ними заключается не только в стержнях: первый паяльник более мощный (80—100 Вт), им можно паять массивные детали и даже ремонтиро¬ вать небольшие хозяйственно-быто¬ вые вещи; второй паяльник менее мощ¬ ный (35—40 Вт) и предназначен в ос¬ новном для радиомонтажа. Рис. 122. Электрические паяльники и насадка для пайки мелких радиодеталей Желательно, конечно, иметь два паяльника разных мощностей. Основ¬ ным же будет электропаяльник мощно¬ стью 35—40 Вт. Но такой паяльник нельзя считать универсальным для ра¬ диомонтажа. Сравнительно толстым жалом не всегда можно «добраться» до любой точки монтажа. Его жало, кроме того, имеет слишком высокую темпе¬ ратуру, опасную для пайки мелких ра¬ диодеталей, выводов малогабаритных транзисторов, микросхем. В таких слу¬ чаях пользуйся насадкой (рис. 122, в) — спиралью из луженой медной прово¬ локи диаметром 1,5—2 мм, надеваемой на жало паяльника. Пайку мелких де¬ талей осуществляют кончиком насад¬ ки, нагреваемой основным стержнем паяльника. Для пайки нужны еще припой и флюс. Припоями называют легкоплавкие металлические сплавы, с помощью ко¬ торых проводят пайку. Иногда для пай¬ ки применяют чистое олово. Оловян¬ ная палочка имеет светлую серебрис- то-матовую поверхность и при изгибе или сжатии плоскогубцами хрустит. Но чистое олово сравнительно дорого, поэтому применяют его только для за- луживания и пайки посуды, предназна¬ ченной для приготовления и хранения пищи. Для радиомонтажа обычно ис¬ пользуют оловянно-свинцовые припои ПОС-40 или ПОС-61, представляющие собой сплав олова и свинца. Цифры в марках припоев указывают процент¬ ное содержание в них олова. В припое ПОС-61, например, содержится 39% свинца и 61% олова. С виду припои по¬ хожи на чистое олово, но они менее светлые — матовые. Чем больше в припое свинца, тем он темнее. Однако по прочности спайки оловянно-свин¬ цовый припой не уступает чистому олову. Плавится он при температуре 180—200° С. Удобнее пользоваться ку¬ сочком припоя в виде палочки. Флюсами называют вещества, ко¬ торые применяют для того, чтобы под¬ готовленные к пайке места деталей или проводников не окислялись во время прогрева их паяльником. Без флюса припой не будет «прилипать» к поверх¬ ности металла. Флюсы бывают разные. В мастер¬ ских, например, где ремонтируют ме¬ таллическую посуду и другой домаш¬ ний инвентарь, применяют «паяльную кислоту». Это раствор цинка в соляной кислоте. Для монтажа радиоаппарату¬ ры такой флюс совершенно не приго¬ ден, так как при прикосновении к нему паяльника он разбрызгивается, загряз¬
144 Беседа восьмая няет монтаж и со временем разрушает соединения, мелкие детали. Даже не¬ большая капелька кислоты, попавшая на тонкий обмоточный провод, через короткий промежуток времени разъе- Рис. 123. Подставка для паяльника Для радиомонтажа пригодны толь¬ ко такие флюсы, в которых совершен¬ но нет кислоты. Одним из таких флю¬ сов является канифоль. Если пайка про¬ изводится в легкодоступных местах, ис¬ пользуют канифоль в кусочках. В тех случаях, когда трудно добраться до де¬ тали с кусочком канифоли, используют густой раствор канифоли в спирте или ацетоне. Чтобы канифоль хорошо рас¬ творилась, ее нужно размельчить в по¬ рошок. Так как спирт или ацетон быст¬ ро улетучиваются, такой флюс следует хранить в пузырьке и с притертой пробкой, например из-под одеколона. Спирто-канифольный флюс наносят на спаиваемые места с помощью тонкой палочки или кисточки. Рекомендую для паяльника сделать подставку, а припой и канифоль дер¬ жать в баночке из алюминия (рис. 123). Эти простые приспособления создадут определенные удобства в работе, а па¬ яльник, припой и канифоль будут со¬ держаться в чистоте. Умение хорошо паять — своего ро¬ да искусство, которое дается не сразу, а в результате практики, иногда дли¬ тельной. Секрет прочной и красивой пайки заключается в аккуратности и чистоте: если плохо зачищены провод¬ ники, загрязнен, недогрет или пере¬ грет паяльник, никогда не получится хорошей пайки. Недостаточно горячий паяльник превращает припой в каши¬ цу, которой паять нельзя. Признаком достаточного прогрева паяльника явля¬ ются вскипание канифоли и обильное выделение пара при соприкосновении ее с паяльником. Нормально нагретое жало паяльника хорошо плавит припой и не покрывается окалиной. Рабочий конец паяльника должен быть всегда горячим и хорошо залу¬ жен — покрыт тонким слоем припоя. Залуживают паяльник так: его разогре¬ вают, зачищают жало напильником или наждачной бумагой, опускают в канифоль и прикасаются им к кусочку припоя. После этого жало быстро трут о дерево, чтобы вся его рабочая по¬ верхность покрылась тонким слоем припоя. Если припой не пристает даже к хорошо прогретому жалу, его нужно еще раз зачистить и вновь залудить. Паяльник можно считать хорошо залуженным тогда, когда жало равно¬ мерно покрыто слоем припоя и с его кончика при нагреве свисает капелька припоя. Рабочий конец любого паяль¬ ника со временем «выгорает», на нем образуются углубления — раковины. Придать ему правильную форму мож¬ но напильником, зажав жало в тиски. Наиболее удобная форма рабочей час¬ ти паяльника показана на рис. 124 Рис. 124. Наиболее удобная форма рабочего конца жала паяльника Места проводников или деталей, предназначенных для спайки, должны быть зачищены до блеска и залужены. Пайка без залуживания отнимает боль¬ ше времени и менее надежна. Залужи- вание проводников удобнее делать так: зачищенным проводником коснуться канифоли и хорошо прогреть его паяль¬ ником (рис. 125). Канифоль, расплавля¬ ясь, покрывает поверхность проводни¬ ка, и припой, имеющийся на паяльнике,
Беседа восьмая 145 растекается по нему. Поворачивая про¬ водник и медленно передвигая по нему жало паяльника, легко добиться равно¬ мерного покрытия поверхности про¬ водника тонким слоем припоя. Если при пайке будешь использовать жид¬ кий канифольный флюс, смачивай за- луживаемую деталь этим флюсом с по¬ мощью палочки или кисточки, а затем прогревай деталь паяльником до тех пор, пока припой не растечется по его поверхности. Чтобы спаять залуженные провод¬ ники или детали, их надо плотно при¬ жать друг к другу и к месту их сопри¬ косновения приложить паяльник с ка¬ пелькой припоя, повисающей на жале. Как только место пайки прогреется, припой растечется и заполнит проме¬ жуток между деталями. Плавным дви¬ жением паяльника равномерно рас¬ предели припой по всему месту спай¬ ки, а излишек удали тем же паяльни¬ ком — припой быстро затвердеет и прочно скрепит детали. Очень важно, чтобы спаянные детали после удаления паяльника не сдвигались с места, пока не затвердеет припой, иначе пайка бу¬ дет непрочной. Если невозможно залудить по¬ верхности спаиваемых деталей раз¬ дельно, их надо плотно прижать, сма¬ зать место соприкосновения жидким канифольным флюсом (или поднести к нему кусочек канифоли) и прогреть паяльником, предварительно взяв на него припой. Прогревай детали до тех пор, пока припой не растечется по всему месту пайки. Запомни: хорошей пайкой можно считать такую, при которой припой ле¬ жит не комком, а тонким слоем облива¬ ет место пайки со всех сторон. Начинающие, еще не имеющие опыта радиолюбители иногда старают¬ ся «замазывать» место пайки припоем, а потом удивляются, почему не получа¬ ется прочного соединения, хотя припоя израсходовано много. Искусство хоро¬ шей пайки заключается в том, чтобы провести пайку при малом расходе при¬ поя. А это достигается при хорошо про¬ гретом и залуженном паяльнике. Толь¬ ко при этих условиях пайка получается прочной, аккуратной и красивой. Учти: пары канифоли действуют на слизистые оболочки глаз и носо¬ глотки, поэтому паять нужно в провет¬ риваемом помещении. Еще лучше, ес¬ ли во время пайки на рабочем месте бу¬ дет вентилятор. О НЕКОТОРЫХ МАТЕРИАЛАХ И ПРИЕМАХ МОНТАЖА Качество работы приемника, уси¬ лителя или другого радиотехнического устройства во многом зависит от раци¬ ональности размещения деталей и прочности их монтажа. Основные де¬ тали должны располагаться так, чтобы соединительные проводники были по возможности короткими и не пересе¬ кались. Монтаж должен быть жестким, чтобы предупредить случайные соеди¬ нения между деталями и проводника¬ ми, которые могут появиться при толч¬ ках и встряхивании. Кроме того, мон¬ таж должен быть компактным, удоб¬ ным для проверки, замены деталей и, конечно, красивым. Основой, как бы фундаментом ра¬ диотехнических устройств или прибо¬ ров, служат плоские панели или панели в виде ящичков — шасси. Как плоские панели, так и шасси могут быть фанер¬ ными, металлическими, из листового оргалита, пластмассовыми или комби¬ нированными из разных материалов. Рис. 125. Залуживание проводника
146 Беседа восьмая! Если панель фанерная или оргалито- вая, то надо позаботиться о том, чтобы она была достаточно хорошим изолято¬ ром. Она не должна впитывать влагу — отсыревшая панель может быть причи¬ ной утечки тока и, следовательно, отка¬ за в работе радиоаппарата. Чтобы этого не случилось, фанеру, прежде чем де¬ лать из нее панель или шасси, хоро¬ шенько высуши, натри со всех сторон расплавленным парафином или воском или покрой один-два раза спиртовым или масляным лаком. Обработанные таким способом материалы не будут впитывать влагу, да и внешний вид ос¬ нования радиоконструкции, сделанно¬ го из них, будет более опрятным. Тонкая фанера удобна для обра¬ ботки, но сделанные из нее панель или шасси будут непрочными. Лучше всего подойдет хорошо проклеенная березо¬ вая фанера толщиной 4...6 мм. Строи¬ тельная фанера хуже, так как она при обработке часто расслаивается, трес¬ кается, имеет неровности. Если нет фанеры требуемой толщины, панель можно склеить из двух кусков более тонкой фанеры. Склеиваемые куски фанеры суши под грузом, иначе они могут покоробиться или вообще не склеиться. Листовой металл сложнее в обра¬ ботке, особенно в домашних условиях. Зато панель или шасси, сделанные из него, лучше фанерных. И не только по¬ тому, что они прочнее. Металл служит экраном, устраняющим паразитные взаимосвязи между отдельными дета¬ лями и цепями через магнитные и эле¬ ктрические поля, что во многих случа¬ ях является обязательным техничес¬ ким требованием, и используется в ка¬ честве заземленного проводника, что упрощает монтаж. Для металлического шасси лучше всего использовать листо¬ вой алюминий толщиной 1,5...2 мм. Вы¬ резать заготовку и изогнуть шасси или склепать его из полос, просверлить в нем отверстия можно в школьных мас¬ терских, а окончательно обработать шасси дома. Но, используя для панели или шас¬ си листовой металл, будь очень внима¬ тельным при монтаже: все детали, про¬ водники и электрические цепи, кото¬ рые по схеме не «заземляются», долж¬ ны быть самым тщательным образом изолированы от них. Для панелей и монтажных плат конструируемых приемников, усили¬ телей, измерительных приборов радио¬ любители часто используют листовой гетинакс, стеклотекстолит или органи¬ ческое стекло толщиной 1,5...3 мм. Эти материалы — хорошие изоляторы. Они легко обрабатываются, а детали, сде¬ ланные из них, всегда выглядят опрят¬ но. Вырезать заготовки панелей, мон¬ тажных плат или каких-то иных дета¬ лей из листовых материалов толщиной до 4...5 мм лучше всего с помощью но¬ жа-резака, сделанного из ножовочного полотна. Конец отрезка полотна дли¬ ной 130... 140 мм заточи на точильном станке по форме, показанной на рис. 126, а, ручку такого резака оберни несколькими слоями изоляционной ленты (чтобы во время работы не по¬ портить руку). Угол режущей части должен составлять 30...35% и по шири¬ не быть равным толщине полотна. Пользуйся резаком так. Лист гети- накса или другого материала положи на стол или фанеру с ровной поверх¬ ностью, наложи на него металличес¬ кую линейку и по ней, снимая струж¬ ку за стружкой, надрезай материал примерно до половины его толщины (рис. 126, б). Затем точно так же над¬ режь материал с другой стороны и разломи по линии разреза. Если над¬ резы с обеих сторон совпадают, то то¬ рец заготовки детали после опиловки напильником получится ровным. Размечая будущую заготовку, учи¬ тывай ширину рабочей части резака. Такой резак понадобится тебе и при гибке листового алюминия или дюралюминия. Дело в том, что полу¬ чить прямой ровный угол согнутого металла не так-то просто, даже зажи¬ мая его в тисках между двумя стальны¬
Беседа восьмая 147 ми пластинами или уголками. Иное де¬ ло, если этот материал будет предвари¬ тельно прорезан по линии сгиба при¬ мерно на треть или половину его тол¬ щины (рис. 126, в). В этом случае угол в месте изгиба обязательно получится ровным и прямым. Рис. 126. Нож-резак (а), пользование им (б) и гибка листового металла (в) Рассказывая об устройстве прием¬ ников, усилителей или других прибо¬ ров, я не всегда буду указывать разме¬ ры их монтажных плат, панелей или шасси. Почему? Да потому, что не для каждого случая может подойти один и тот же совет. Многое зависит от конст¬ рукции и габаритных размеров имею¬ щихся деталей. Поэтому, прежде чем сделать заготовку, подбери все необхо¬ димые детали, расположи их на листе бумаги в рекомендуемом порядке и уточни будущие размеры монтажной платы. Стремиться к уменьшению пла¬ ты или шасси не надо — на маленькой площади монтаж делать труднее. Сделав плату или шасси, размести на них детали, наметь места всех необ¬ ходимых отверстий. Окончательную разметку отверстий делай с помощью линейки и циркуля. Диаметры отвер¬ стий должны быть такими, чтобы дета¬ ли прочно держались в них. Для монта¬ жа используют голый или изолиро¬ ванный, луженый или посеребренный медный провод толщиной 0,8... 1,5 мм. Такой провод хорошо проводит элект¬ рический ток, а монтаж, выполненный им, будет прочным. Предназначенный для монтажа провод надо выпрямить. Для этого от¬ резок провода длиной 1,5...2 м зажми одним концом в тисках или прикрути к какому-либо предмету и сильно потяни за другой конец, захватив его плоско¬ губцами. Провод немного вытянется и станет прямым. От него ты будешь ку¬ сачками откусывать нужной длины со¬ единительные проводнички. Все соеди¬ нения тщательно пропаивай. В местах возможных замыканий между прово¬ дами надевай на них резиновые, поли¬ винилхлоридные или другие изоляци¬ онные трубки либо обматывай их на этих участках изоляционной лентой. В магазинах, торгующих радиоде¬ талями, имеются наборы монтажных материалов. В них входят монтажные провода различных марок и изоляци¬ онные трубочки. Советую и тебе поль¬ зоваться этими наборами. Рис. 127. Способы соединения проводников и деталей пайкой При монтаже, во время испытания и налаживания аппаратуры часто при¬ ходится спаивать и распаивать провод¬ ники, заменять одну деталь другой. Это всегда надо учитывать, применяя в каждом случае наиболее удобные при¬ емы монтажа. Некоторые из них пока¬ заны на рис. 127. Если нужно срастить два прямолинейных проводника, их концы можно не скручивать, а лишь сложить вместе так, чтобы их поверх¬ ности соприкасались на длине 6...8 мм,
148 Беседа восьмая и спаять. Когда же надо соединить про¬ водники под прямым углом, конец од¬ ного проводника можно согнуть, при¬ жать к другому проводнику и в таком виде спаять их. Не рекомендую спаи¬ вать несколько проводников или дета¬ лей в одной точке. В этом случае при необходимости удаления одного из проводников или детали неизбежно рассыплется весь узел спайки. А если условия монтажа диктуют необходимость соединения несколь¬ ких деталей в одной точке? В таких слу¬ чаях надо использовать монтажные стойки. Простейшей монтажной стой¬ кой может служить, например, отрезок карандаша (рис. 128, а). Заточенную часть карандаша отпили, а грифель удали — получится стойка с отверсти¬ ем для крепежного винта или шурупа. Одним концом крепи стойку к панели. На другом конце укрепи винтом «звез¬ дочку», вырезанную из жести. К этой звездочке и припаивай проводники и детали радиоконструкции. лепестками, к которым припаивают детали, проводники. Простую самодельную монтажную планку ты видишь на рис. 128, б. Ее ос¬ нованием служат две пластинки, выре¬ занные из листового гетинакса или текстолита. В крайнем случае их мож¬ но сделать из плотного картона или фа¬ неры, предварительно проварив их в горячем парафине или пропитав лаком, чтобы они стали хорошими изолятора¬ ми. Контактные лепестки, вырезанные из жести, латуни или сделанные из медной проволоки толщиной 1,5...2 мм, удерживаются в отверстиях, просвер¬ ленных в верхней пластинке. Пластин¬ ки складывают и привинчивают непо¬ средственно к панели или крепят на стойках. Размеры монтажных планок и число контактных лепестков на них оп¬ ределяются размерами и числом мон¬ тируемых на них деталей. Детали транзисторных конструк¬ ций монтируют обычно на панелях из листового гетинакса или стеклотексто¬ лита, а в качестве опорных точек дета¬ лей используют проволочные «шпиль¬ ки» или пустотелые заклепки (писто¬ ны) . Детали размещают с одной сторо¬ ны панели, а их выводы соединяют между собой с другой сторону панели. Такие панели с деталями, смонтиро¬ ванными на них, называют монтажны¬ ми платами. Рис. 128. Самодельные монтажная стойка (а) и монтажная планка (б) Чем сложнее конструкция, тем больше в ней резисторов и конденса¬ торов. Обычно они не могут быть при¬ паяны непосредственно к другим, прочно закрепленным деталям. В та¬ ких случаях надо прибегать к монтаж¬ ным планкам — пластинкам из изоля¬ ционного материала с контактными Рис. 129. Монтаж деталей на шпильках (про¬ волочных стойках) и приспособление для за¬ прессовки шпилек Монтаж на шпильках (рис. 129, а) делают так. Отрезки медной луженой или посеребренной проволоки диаме¬ тром 1... 1,5 и длиной 8... 10 мм запрес¬
Беседа восьмая 149 совывают в плате так, чтобы с той сто¬ роны платы, где будут детали, они вы¬ ступали на 4...5 мм, а с другой — на 2...3 мм. Чтобы шпильки не болтались, отверстия в плате должны быть чуть меньше диаметра шпилек, а шпильки в средней части чуть сплюснуты ударом молотка. Для запрессовки шпилек используют оправку — стальной стер¬ жень с направляющим отверстием под шпильку, просверленным с торца (рис. 129, б). С помощью такого при¬ способления шпильку можно напра¬ вить в отверстие и ударом молотка вбить ее. О ГНЕЗДАХ, ЗАЖИМАХ И КОММУТАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВАХ Не только монтажные платы, стой¬ ки, планки, но и другие детали придет¬ ся делать самому, если в твоем пока что небольшом хозяйстве их нет. На¬ пример, гнезда и зажимы. Если речь идет о совсем простых конструкциях, которые обычно монтируют на фанер¬ ных панелях или шасси, гнезда для них можно сделать из разных имеющихся под рукой материалов. Например, гнездом может служить гильза стреля¬ ного патрона малокалиберной винтов¬ ки (рис. 131, а). Гильзу забивай молот¬ ком в отверстие с нижней стороны па¬ нели, а выступающие сверху края раз¬ вальцовывай с помощью кернера или другого конусообразного металличес¬ кого стержня или толстого гвоздя. Неплохое гнездо получается из же¬ сти (рис. 131, б). По краям жестяной пластинки размерами 15 х 15 мм сде¬ лай ножницами надрезы, сверни плас¬ тинку в трубочку диаметром 4 мм, вставь ее в отверстие в панели, а вы¬ ступающие снаружи надрезанные концы отогни в стороны и прижми к панели. Гнездо можно также сделать из голой медной проволоки толщиной 1...2 мм (рис. 131, в). Отрезок проволо¬ ки сверни в спираль на гвозде, чтобы получилась трубочка. Сделанное та¬ ким способом гнездо должно туго вхо¬ дить в отверстие панели и прочно дер¬ жаться в нем. Рис. 131. Самодельные гнезда Но тебе чаще нужны будут спарен¬ ные гнезда на колодках из изоляцион¬ ного материала, которые называют также двухгнездными колодками. Их Рис. 130. Монтаж деталей на пустотелых за¬ клепках (пистонах) Концы проволочных выводов дета¬ лей с помощью круглогубцев изгибают петлями, надевают на шпильки и припа¬ ивают к ним. Точно так же припаивают к шпилькам и соединительные провод¬ ники, но уже с другой стороны платы. Примеры некоторых приемов мон¬ тажа на пустотелых заклепках показа¬ ны на рис. 130. Заклепки запрессовы¬ вают в отверстия в плате и впаивают в них выводы деталей. Если готовых за¬ клепок нет, то их можно сделать из ла¬ тунных или медных трубок с внешним диаметром 1,5...2 мм, нарезав из них кусочки длиной по 3...4 мм — на 1,5...2 мм длиннее толщины платы. Хо¬ рошие заклепки получаются из кон¬ тактных штырьков вышедших из строя радиоламп с октальным цоколем. Та¬ кие трубочки нужно плотно вставить в отверстия в плате и края с обеих сто¬ рон развальцевать кернером или зато¬ ченным на конце гвоздем. Иногда можно обходиться без шпи¬ лек и пустотелых заклепок, пропуская выводы деталей через отверстия в пла¬ те и спаивая их между собой с другой стороны платы. Но при таком монтаже сложнее заменять детали.
150 Беседа восьмая можно крепить как на фанерных, так и на металлических панелях или шасси. Двухгнездная колодка промышленно¬ го изготовления, изображенная на рис. 132, а, представляет собой цельно¬ литые гильзы, запрессованные в пласт¬ массу. Между гнездами имеется сквоз¬ ное отверстие под крепежный шуруп или винт. А гнезда, показанные на рис. 132, б, сделаны из листового метал¬ ла и запрессованы в гетинаксовой план¬ ке. С помощью винтов или шурупов, пропущенных через отверстия в план¬ ке, их монтируют на панели или шасси. ставляет собой шпильку с винтовой на¬ резкой под гайки и зажимную головку. Значит, роль зажима может выполнять винт диаметром 3...4 мм (М3, М4) с гай¬ ками, как показано на рис. 133. Впро¬ чем, во многих случаях зажим может быть заменен гнездом. Рис. 132. Промышленные и самодельные двухгнездные колодки Одна из возможных конструкций самодельной двухгнездной колодки показана на рис. 132, в. Из гетинакса, текстолита, органического стекла или в крайнем случае из тонкой фанеры вырежь две пластинки размерами 10 х 45 мм. Просверли в них два отвер¬ стия диаметром 4 мм для гнезд. Рас¬ стояние между центрами отверстий для крепления будущей колодки к па¬ нели 20 мм. Из жести вырежь две по¬ лоски шириной 2,5...3 и длиной около 4 мм. Согни их наподобие латинской буквы U, вставь в отверстия одной из пластин, а сверху наклей вторую пла¬ стинку — получится колодочка с дву¬ мя штепсельными гнездами. Коротко о зажимах. Любой зажим независимо от его конструкции пред¬ Рис. 133. Зажим промышленного изготовления (а) и самодельный (6) Теперь о коммутационных элемен¬ тах — устройствах, предназначаемых для включения, выключения и комму¬ тации (переключения) различных элек¬ трических цепей, а также соединения или, наоборот, разъединения участков цепей. С назначением переключателей ты уже знаком по беседе, посвященной детекторному приемнику. Но тогда я не рассказал тебе о том, как сделать ползунковый переключатель для ком¬ мутации отводов контурной катушки первого варианта приемника. Делаю это сейчас. На рис. 134, а показаны две конст¬ рукции самодельных переключателей. Ползунок любого из них сделай из по¬ лоски латуни или меди толщиной 0,5...0,7, шириной 7...8 и длиной около 40 мм. Предварительно заготовку от- гартуй легкими ударами молотка, поло¬ жив ее на напильник; так делают для того, чтобы ползунок лучше пружинил и плотно прижимался к головкам кон¬ тактов. Края ползунка немного изогни вверх, тогда он будет плавно, без заеда¬ ний переходить с контакта на контакт. А чтобы прикосновение руки не влия¬ ло на настройку приемника, приделай к ползунку деревянную или пластмас¬ совую ручку. К панели ползунок крепи
Беседа восьмая 151 винтом с гайкой или шурупом, вокруг которого он должен поворачиваться, но не болтаться на нем. Под ползунок подложи металлическую шайбу. Контакты переключателя можно сделать из отрезков медной проволоки диаметром 2...3 мм, согнутых наподо¬ бие буквы П и пропущенных через от¬ верстия в панели, из стреляных гильз малокалиберных патронов или исполь¬ зовать для этой цели шурупы с круглой шляпкой. Важно, чтобы выступающая над панелью часть контакта была глад¬ кой и имела надежный контакт с пол¬ зунком. На рис. 134, б показана еще одна конструкция самодельного переключа¬ теля. Это П-образная скоба, согнутая из толстой медной проволоки. Ее вставля¬ ют в гнезда, замыкая центральное гнез¬ до с гнездами, расположенными по ок¬ ружности. На среднюю часть скобы на¬ девают отрезок поливинилхлоридной или резиновой трубки или эту часть обертывают изоляционной лентой. Такие или подобные им переключа¬ тели можно использовать не только в детекторных, но и в простых транзис¬ торных приемниках, например, в каче¬ стве переключателей диапазонов. Для коммутации одной-двух цепей, будь то в колебательном контуре при¬ емника, во входной цепи усилителя или в цепи питания устройства, радио¬ любители широко используют так на¬ зываемые тумблеры. На рис. 135 ты ви¬ дишь три таких тумблера: типа МТ-1 (его называют микротумблером), ТВ2-1 и ТП1-2. В первом из них три контакта: переключающийся 1 и неподвижные 2 и 3. В одном из положений ручки тумб¬ лера замкнуты контакты 1 и 2 (как на рис. 135), в другом — контакты 1 и 3. С помощью такого тумблера в колеба¬ тельный контур можно включать раз¬ ные катушки и таким образом пере¬ ключать контур на прием радиостан¬ ций двух диапазонов, например длин¬ новолнового и средневолнового. При использовании тумблера в качестве выключателя питания контакт 2 или 3 остается бездействующим. Рис. 135. Конструкции и схемы тумблеров МТ-1, ТВ2-1 и ТП1-2 Тумблер ТВ2-1 состоит из двух пар неподвижных контактов 1, 2 и 3, 4, ко¬ торые попарно замыкает подвижный контакт (на схеме не показан). В одном
152 Беседа восьмая из положений ручки замкнута одна из пар неподвижных контактов, напри¬ мер контакты 1 и 2, а контакты 3 и 4 ра¬ зомкнуты. При переводе ручки в дру¬ гое положение замкнутые контакты размыкаются, а разомкнутые замыка¬ ются. Если контакты 1 и 3 соединить вместе, то такой тумблер может вы¬ полнять такие же функции, что и тумб¬ лер МТ-1. Тумблер ТП1-2 состоит, по сущест¬ ву, из двух переключателей, подобных тумблеру МТ-1, подвижные контакты 3 и 4 которых механически связаны между собой. При размыкании контак¬ тов 3 и 1, 4 и 2 одновременно замыка¬ ются контакты 3 и 5, 4 и 6. Таким тумб¬ лером можно одновременно коммути¬ ровать две цепи, например замыкать или разрывать оба провода источника питания или переключать катушки двух колебательных контуров. К коммутационным устройствам от¬ носятся также выключатели и переклю¬ чатели цепей постоянного и переменно¬ го тока, управляемые кнопками — кно¬ почные переключатели. Конструкции двух типов таких переключателей пока¬ заны на рис. 136. Переключатель КМ1 аналогичен тумблеру МТ-1, но у него переключение контактов осуществля¬ ется нажатием на кнопку. Переключа¬ тель П2К двухсекционный, и каждая секция может работать как самостоя¬ тельный двухпозиционный переключа¬ тель. Выводами контактов секций слу¬ жат отрезки посеребренной проволоки, впрессованные двумя рядами в пласт¬ массовый корпус. При нажатии на кнопку ее шток подвижными контакта¬ ми замыкает средние контакты секций с одним из крайних контактов. Шток возвращает в исходное положение спи¬ ральная пружина. По принципу действия кнопочные переключатели бывают трех видов: с самовозвратом, т.е. без фиксации кнопки в положении «Включено» (в пе¬ реключателе КМ1 при замыкании кон¬ тактов 1 и 2), возвращающие кнопки в исходное положение после окончания нажатия; с независимой фиксацией, когда кнопка фиксируется в положе¬ нии «Включено» (на схеме П2К замк¬ нуты контакты 1 и 2 обеих секций), а возвращается в исходное положение при повторном нажатии; с зависимой фиксацией, когда кнопка из фиксиро¬ ванного положения «Включено» воз¬ вращается в исходное положение ка¬ ким-то другим приводом, например при нажатии одной из соседних кно¬ пок. Кнопочные переключатели типа КМ могут быть как с самовозвратом, так и с независимой фиксацией, а пе¬ реключатели П2К еще и с зависимой фиксацией. Переключатели типа П2К, кроме того, могут быть многосекцион¬ ными — до восьми групп контактов в одном корпусе. Кроме одиночных про¬ мышленность выпускает переключате¬ ли П2К, смонтированные в виде блоков на металлической арматуре. Такие бло¬ ки ты можешь увидеть в современных магнитофонах, приемниках для пере¬ ключения диапазонов. Кнопочные пе¬ реключатели я буду рекомендовать и для некоторых твоих конструкций. Рис. 136. Внешний вид и схемы кнопочных пе¬ реключателей КМ1 и П2К Для коммутации колебательных контуров в двух-трехдиапазонных при¬ емниках, например супергетеродинно- го типа, или элементов измерительных приборов может понадобиться галет- ный переключатель (рис. 137). Пере¬
Беседа восьмая 153 ключатель такого типа состоит из двух плат, на каждой из которых смонтиро¬ вано по три группы трехпозиционных переключателей (на рис. 137 приведе¬ ны схемы контактных групп одной пла¬ ты). А всего на двух платах имеется шесть таких переключателей, действу¬ ющих одновременно при вращении оси, позволяющих коммутировать це¬ пи шести направлений. стороны от движка. В крайних положе¬ ниях перемещение движка ограничи¬ вают проволочные скобы. Рис. 137. Двухплатный переключатель галет- ного типа Определенный интерес для радио¬ технического конструирования пред¬ ставляет движковый переключатель 2П6Н (на два положения, шесть на¬ правлений), показанный на рис. 138. Такие переключатели работают, на¬ пример, в малогабаритных транзистор¬ ных приемниках «Сокол», где они вы¬ полняют роль переключателей диапа¬ зонов. Переключатель состоит из пластмассовой колодки с 18 пружин¬ ными контактами, расположенными в два ряда, и движка с шестью ножевыми контактами — по три контакта с каж¬ дой стороны движка. При одном (по рис. 138 — крайнем левом) положении движка ножевые контакты замыкают пружинные контакты 1 и 3, 2 и 4, 7 и 9, 8 и 10, 13 и 15, 14 и 16, а при другом (по рис. 138 — крайнем правом) положе¬ нии — контакты 3 и 5, 4 и 6, 9 и 11, 10 и 12, 15 и 17, 16 и 18. Таким образом, каж¬ дые три рядом стоящих контакта (на¬ пример, контакты 1, 3 и 5) и относя¬ щийся к ним ножевой контакт образу¬ ют самостоятельный переключатель, которым можно коммутировать две це¬ пи. Всего в конструкции шесть таких переключателей — по три с каждой Рис. 138. Движковый переключатель (от при¬ емника «Сокол») и схемы замыкания его кон¬ тактов Чем с технической точки зрения интересен этот переключатель? Тем, что его легко переделать в переключа¬ тель на три-четыре положения. Дело в том, что его ножевые контакты, удер¬ живающиеся петлевидными лепестка¬ ми в отверстиях в движке, можно пере¬ ставлять, удалять ненужные контакты. Чтобы сделать это, надо снять прово¬ лочные скобы, извлечь движок из паза в колодке, удалить или переставить но¬ жевые контакты в положения, соответ¬ ствующие схемам переключателей конструируемого радиотехнического устройства, и обратно вставить движок в паз колодки. Именно такой дорабо¬ танный движковый переключатель я рекомендовал тебе использовать в ис¬ пытателе транзисторов (см. рис. 118) и буду рекомендовать для радиолы (см. далее рис. 224). При переделке пере¬ ключателя на три-четыре положения роль ограничителя перемещения движ¬ ка выполняет отверстие в панели, к ко¬ торой переключатель крепят на стой¬ ках, направляющее движение ручки. К коммутирующим устройствам относятся также разъемы или, как их
154 Беседа восьмая еще называют, соединители, с помо¬ щью которых соединяют участки це¬ пей, узлы и блоки радиоэлектрической аппаратуры, например громкоговори¬ тель с выходом усилителя 34. Были ли разъемы в твоих первых конструкциях? Да, были, хотя ты, веро¬ ятно, об этом даже не догадывался. Вспомни: гнездо, предназначенное для подключения антенны, и штепсель на конце антенного провода — это одно¬ контактный разъем; двухгнездная ко¬ лодка в коллекторной цепи транзисто¬ ра и вставляемая в нее штепсельная вилка на проводах головных телефо¬ нов — это также разъем, но двухкон¬ тактный. Рис. 139. Разъемы Унифицированный пятиконтакт¬ ный разъем промышленного изготов¬ ления показан на рис. 139, а. Он со¬ стоит из гнездовой части, укрепляемой на панели или шасси радиотехническо¬ го устройства, и штепсельной части, вставляемой в гнездовую часть. Чтобы исключить неправильное соединение, в гнездовой части имеется паз, а в штепсельной — соответствующий ему выступ. Контакты гнездовой части на схемах изображают, как и гнезда, в ви¬ де рогатки, а контакты штепсельной части в виде вилки. Параллельные ли¬ нии на обеих частях разъема символи¬ зируют механические связи между их контактами. На рис. 139, б показана возможная конструкция самодельного многокон¬ тактного разъема. Его гнездовой частью служит восьмиконтактная ламповая па¬ нелька без каких-либо переделок, а штепсельной частью — пластмассовый октальный цоколь от вышедшей из строя электронной лампы. Из штырьков цоколя, прогревая их паяльником, надо удалить выводные проводники электро¬ дов лампы и впаять в них концы отрез¬ ков гибких изолированных проводов. После этого внутреннюю часть цоколя можно залить эпоксидным клеем или расплавленным варом. Направляющий ключ на цоколе и соответствующее ему отверстие в центре ламповой панельки исключают ошибочное соединение час¬ тей такого разъема. О некоторых других коммутаци¬ онных устройствах я еще буду расска¬ зывать по ходу твоих радиотехничес¬ ких дел. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Качество катушки индуктивности колебательного контура принято оце¬ нивать ее добротностью — числом, по¬ казывающим, во сколько раз индуктив¬ ное сопротивление катушки перемен¬ ному току больше ее сопротивления постоянному току. Сопротивление же катушки переменному току зависит от ее индуктивности и частоты тока, про¬ текающего через нее: чем больше ин¬ дуктивность катушки и рабочая часто¬ та тока, тем больше ее сопротивление переменному току. Следовательно, ес¬ ли частота тока и индуктивность ка¬ тушки известны (или заданы), то ее до¬ бротность можно повышать путем уменьшения ее сопротивления посто¬ янному току, например, наматывать катушку так, чтобы необходимая ин¬ дуктивность была при меньшей длине провода, увеличивать диаметр самой катушки и провода. Однако наиболь¬ ший эффект дает введение в катушку ферромагнитного сердечника, так как он в несколько раз увеличивает ее ин¬ дуктивность, что позволяет уменьшить число витков, а следовательно, и сопро¬ тивление катушки постоянному току. В колебательных контурах приемни¬ ков радиолюбители обычно используют не готовые, а самодельные катушки са¬
Беседа восьмая 155 мых различных конструкций. С некото¬ рыми из них ты уже знаком по детектор¬ ному и однотранзисторному приемни¬ кам. Сейчас же я хочу рассказать о дру¬ гих конструкциях катушек примени¬ тельно к тем приемникам, которые буду рекомендовать тебе строить. Для намотки катушек кроме прово¬ дов ПЭВ-1, ПЭЛ, о которых ты уже знаешь, используют обмоточные про¬ вода таких марок: ПВО — провод в хлопчатобумажной одинарной оплет¬ ке; ПШО — провод в шелковой оди¬ нарной оплетке: ПШД — то же в двой¬ ной оплетке; ПЭЛШО — провод в эма¬ левой лакостойкой изоляции и шелко¬ вой одинарной оплетке. Многие контурные катушки промы¬ шленных приемников намотаны много¬ жильным высокочастотным проводом ЛЭШО 7 х 0,07 или ЛЭШО 10 х 0,05 — так называемым литцендратом. Провод ЛЭШО 7 х 0,07 состоит из семи прово¬ дов ПЭВ-1 0,07, а ЛЭШО 10 х 0,05 — из десяти проводов ПЭВ-1 0,05, скручен¬ ных жгутом, с одинарной или двойной шелковой оплеткой. Аналогичный про¬ вод, если надо, можно самому свить с помощью дрели. Практически для контурных кату¬ шек самодельных приемников при¬ годен провод любой марки, лишь бы надежна была его изоляция, но не слишком толстый, иначе катушка полу¬ чается громоздкой. Катушки, предназ¬ наченные для приема радиовещатель¬ ных станций средневолнового и длин¬ новолнового диапазонов, наматывают обычно проводом диаметром от 0,1 до 0,3 мм, коротковолновые — проводом 0,8... 1 мм, ультракоротковолновые — проводом до 3 мм. Существует правило, которое надо запомнить: чем короче длина радио¬ волн, на которые рассчитывается ка¬ тушка, тем более толстым проводом она должна быть намотана. Если имеется провод, диаметр ко¬ торого неизвестен, его можно прибли¬ женно определить так: намотай провод виток к витку на карандаш, а затем раз¬ дели длину намотки на число витков. Точность определения диаметра прово¬ да таким способом будет тем выше, чем больше намотано витков. Если нет про¬ вода того диаметра, который рекомен¬ дуется, но есть другой близкого к нему диаметра, обычно его можно использо¬ вать. Так, вместо провода диаметром 0,18 мм можно использовать провод ди¬ аметром 0,15 или 0,2 мм. В зависимости от размеров карка¬ сов и диапазона принимаемых радио¬ волн катушки содержат от нескольких витков до нескольких сотен витков. Чем длиннее радиоволны и чем меньше диаметр катушки, тем больше витков она должна содержать. Для детектор¬ ных приемников иногда рекомендуют однослойные катушки, намотанные на больших каркасах сравнительно тол¬ стым проводом. И это не случайно — в таких катушках меньше потерь высо¬ кочастотной энергии. А чем меньше этих потерь, тем лучше работает детек¬ торный приемник. Катушки транзисторных приемни¬ ков чаще всего наматывают на карка¬ сах сравнительно небольших размеров и более тонким, чем катушки детектор¬ ных приемников, проводом. При этом провод в длинноволновых катушках укладывают в несколько слоев. Это — многослойные катушки. Они компакт¬ нее однослойных. Потери высокочас¬ тотной энергии в таких катушках не¬ сколько больше, чем в катушках боль¬ ших размеров, но они компенсируются введением в катушки высокочастот¬ ных сердечнидов, усилительными свойствами транзисторов. Многослойные катушки контуров многих промышленных приемников наматывают особым способом, нося¬ щим наименование «универсаль». При такой намотке, имеющей сложное вза¬ имное пересечение витков, уменьша¬ ется внутренняя (междувитковая) ем¬ кость катушки, что увеличивает пере¬ крытие контуром диапазона частот. Радиолюбители подобные катушки на¬ матывают на бумажных или картон¬
156 Беседа восьмая ных шпульках «внавал», умышленно не укладывая провод ровными рядами. При такой намотке внутренняя ем¬ кость катушки также относительно не¬ велика. Для примера расскажу, как изгото¬ вить контурную катушку подобной конструкции, которую можно исполь¬ зовать для детекторного или наиболее простого транзисторного приемника (рис. 140). Ее каркасом служит картон¬ ная гильза патрона охотничьего ружья 16-12-го калибра (18...20 мм) или трубка такого же диаметра, склеенная из плот¬ ной бумаги. Сама же катушка состоит из двух секций: L2 — основной и LI — подстроечной. Бортики секции L2 — картонные кружки, надетые на каркас и приклеенные к нему. Наружный диа¬ метр кружков 32...35 мм, внутрен¬ ний — по диаметру каркаса, расстоя¬ ние между ними 4...5 мм. Рис. 140. Контурная катушка с подстроечной секцией Секция L1 намотана на шпульке, ко¬ торая с небольшим трением может пе¬ ремещаться по каркасу, но не спадает самопроизвольно. Шпульку для нее де¬ лай так. Оберни каркас полоской плот¬ ной бумаги шириной 6...8 мм. Поверх полоски насади на каркас картонные кружки, расположив их на расстоянии 2...3 мм друг от друга. Не сдвигая круж¬ ков, приклей их к бумажному кольцу. Когда клей высохнет, обрежь осторож¬ но выступающие наружу края бумаж¬ ного кольца — получится шпулька. Для секций катушки подойдет про¬ вод диаметром 0,2...0,3 мм с любой изо¬ ляцией. Секция L1 должна содержать 40...50 витков, намотанных внавал, а секция L2 — 250...260 витков, намотан¬ ных таким же способом, но с отводами от 50-го и 150-го витков. Отводы нужны для грубой настройки контура, в кото¬ ром катушки будут работать. Выводы и отводы выпускай наружу через проко¬ лы в картонных бортиках. Конец сек¬ ции L1 соедини с началом секции L2. Индуктивность такой катушки за¬ висит от взаимного расположения ее секций. Если витки обеих секций на¬ правлены в одну сторону и секция L1 вплотную придвинута к секции L2, ин¬ дуктивность катушки наибольшая. В этом случае контур будет настроен на наименьшую частоту (наибольшую длину волны). По мере отдаления сек¬ ции L1 от L2 общая индуктивность ка¬ тушки станет уменьшаться, а прием¬ ник будет перестраиваться на большую частоту (более короткую волну). Сек¬ цию L1 можно снять с каркаса, пере¬ вернуть и надеть на каркас другой сто¬ роной. Теперь витки секций катушки будут направлены в разцые стороны, и если сближать их, то индуктивность ка¬ тушки будет плавно уменьшаться, а контур настраиваться на станции, ра¬ ботающие на волнах меньшей длины. Таким образом, эта конструкция пред¬ ставляет собой простейший варио¬ метр — катушку с переменной индук¬ тивностью. Грубая настройка контура осуществляется переключением отво¬ дов секций L2, а точная — изменением расстояния и расположения витков секции L1 относительно витков секции L2. Настроив контур на радиостанцию, можно шпульку секции L1 приклеить к каркасу — получится приемник с фик¬ сированной настройкой на одну радио¬ станцию. Одна из возможных конструкций самодельной секционированной ка¬ тушки с подстроечником показана на рис. 141. Увеличение индуктивности катушки достигается ввертыванием подстроечника в каркас, а уменьше¬ ние — вывертыванием. Каркас для та¬ кой катушки склей из полоски плот¬
Беседа восьмая 157 ной бумаги шириной 40 мм на круглой болванке, стеклянной трубке или про¬ бирке диаметром 9,5... 10 мм. На рас¬ стоянии 6...7 мм от верхнего края гото¬ вого и хорошо высушенного каркаса острым ножом прорежь в нем с двух противоположных сторон прямоуголь¬ ные отверстия. В местах вырезов об¬ мотай каркас в один слой толстой нит¬ кой; ее витки будут выполнять роль на¬ резки для ввертывания подстроечни- ка. Щечки катушки вырежь из тонкого гетинакса, текстолита или плотного картона толщиной 0,3...0,5 мм. Насади их на каркас и приклей к нему. Рис. 141. Самодельная катушка с подстроеч- ником Катушку наматывай внавал прово¬ дом ПЭВ-1 0,12...0,18. Если катушка средневолновая, то она должна содер¬ жать всего 135 витков (три секции по 45 витков), а длинноволновая — 450 витков (три секции по 150 витков). Сначала между двумя верхними щеч¬ ками намотай первую секцию, переве¬ ди провод на участок между средними щечками и намотай вторую секцию, а потом между нижними щечками намо¬ тай третью секцию. Выводы катушки пропускай через проколы в щечках. Крепить такую катушку на панели приемника можно с помощью фанер¬ ного кольца, приклеенного к панели, или вклейкой нижнего конца каркаса в отверстие в панели. Катушку колебательного контура можно намотать на бумажной гильзе и насадить ее на отрезок ферритового стержня марки 400НН или 600НН диа¬ метром 8 и длиной 25...30 мм (рис. 142). Для приема радиостанций средневол¬ нового диапазона она должна содер¬ жать 70...80 витков провода ПЭВ-1 0,12...0,2, намотанных в один ряд, а для радиостанции длинноволнового диа¬ пазона — 225...250 витков такого же провода, но намотанных четырьмя-пя- тью секциями по 45...50 витков в каж¬ дой секции. Наибольшая индуктив¬ ность такой катушки будет тогда, когда она находится на середине феррито¬ вого стержня. По мере перемещения к одному из концов стержня индук¬ тивность катушки уменьшается. Та¬ ким образом, перемещая катушку по стержню, можно подстраивать контур на необходимую частоту наиболее длинноволнового участка диапазона. Рис. 142. Средневолновая (а) и длинноволно¬ вая (б) катушки с ферритовыми стержнями Как в промышленных, так и в лю¬ бительских приемниках часто исполь¬ зуются катушки, намотанные на уни¬ фицированных (стандартных) пласт¬ массовых секционированных каркасах с ферритовыми кольцами и стержне¬ выми подстроечниками (рис. 143, а). Катушка, намотанная на таком карка¬ се, оказывается между двумя феррито¬ выми кольцами, увеличивающими ее индуктивность. Стержневой сердеч¬ ник, скрепленный с резьбовым цилин¬ дриком, можно ввертывать отверткой на разную глубину внутрь каркаса и тем самым подстраивать индуктив¬ ность катушки. Аналогичный самодельный каркас, который может быть использован для катушек различного назначения, пока¬ зан на рис. 143, б. Для изготовления его нужны два кольца из феррита марки 600НН с внешним диаметром 8...9 и внутренним 3...3,5 мм и стержневой
158 Беседа восьмая подстроечиик такой же марки диамет¬ ром 2,7 и длиной 25 мм. Основой карка¬ са служит бумажная гильза длиной 12 мм и диаметром, равным внутренне¬ му диаметру колец. Кольца приклей к ней клеем БФ-2 или «Момент» на рас¬ стоянии 6 мм. Выступающий снизу ко¬ нец гильзы будешь вставлять с клеем в отверстие в монтажной плате. Подст- роечник удерживается внутри каркаса бумажной или матерчатой прокладкой. Рис. 143. Каркасы с ферритовыми кольцами и подстроенными стержневыми сердечниками Число витков и провод для катуш¬ ки, намотанной на такой каркас, зави¬ сят от ее назначения. Высокочастотные дроссели, иногда используемые в качестве нагрузок транзисторов радиочастотных трактов приемников, это тоже катушки индук¬ тивности. С целью уменьшения общих габаритных размеров при необходи¬ мой индуктивности для таких катушек используют кольца из феррита марки 600НН или 400НН с внутренним диаме¬ тром 6...8 мм (рис. 144, а). Чтобы изго¬ товить высокочастотный дроссель, не¬ посредственно на тело кольца наматы¬ вают 180...200 витков провода ПЭВ-1 0,12...0,18 — практически до заполне¬ ния его внутреннего отверстия. Более толстый провод использовать не следу¬ ет, так как на кольце может не умес¬ титься необходимое число витков. Вы¬ воды и витки обмотки скрепляют кап¬ лями клея БФ-2. Для удобства намотки провода на магнитопровод в виде кольца сделай челнок (рис. 144, б) из двух отрезков неизолированной медной проволоки толщиной 0,8... 1 и длиной по 60...70 мм. Спаяй их в нескольких местах. Весь челнок и особенно концы его вилок за¬ чисть мелкой наждачной бумагой, что¬ бы не портить изоляцию обмоточного провода. Намотай на челнок провод та¬ кой длины, чтобы его хватило на всю катушку. Среднюю длину одного витка провода ты можешь измерить. Она со¬ ставляет 10... 12 мм. Значит, для дроссе¬ ля, содержащего 200 витков, на челнок, с учетом некоторого запаса, надо намо¬ тать около 2,5 м провода. Пропуская челнок в окно ферритового кольца, витки укладывай плотно и следи, чтобы на проводе не было петель и не порти¬ лась его изоляция. Перед намоткой провода углы кольца сгладь наждачной бумагой. Рис. 144. Ферритовое кольцо (а), высокочас¬ тотный дроссель (б) и проволочный челнок для намотки провода Аналогично наматывают и высоко¬ частотные трансформаторы, использу¬ емые, например, для межкаскадной связи в радиочастотных трактах при¬ емников прямого усиления. В дальнейшем, говоря о конкретных контурных катушках, высокочастотных дросселях или трансформаторах, я буду указывать ориентировочные числа вит¬ ков в их обмотках и ссылаться на катуш¬ ки и каркасы, о которых рассказал здесь. Но, разумеется, возможны и дру¬ гие конструкции катушек. МАГНИТНАЯ АНТЕННА Внутренняя магнитная антенна — неотъемлемая часть всех портативных транзисторных радиовещательных при¬ емников, в том числе и называемых «карманными». Только самые простые любительские приемники прямого уси¬ ления не имеют магнитных антенн. У
Беседа восьмая 159 современного портативного или стаци¬ онарного приемника может быть гнездо или зажим для подключения внешней антенны, которая увеличивает его «дальнобойность», однако основной все же является встроенная в его корпус магнитная антенна. Магнитные антенны имеют не¬ большие размеры и хорошо выражен¬ ные направленные свойства, малочув¬ ствительны к электрическим помехам, что весьма существенно для городов и районов с развитым промышленным производством, где уровень таких по¬ мех особенно значительный. Устройство и условное графичес¬ кое обозначение магнитной антенны на схемах показаны на рис. 145. Ее ос¬ новные элементы — катушка индук¬ тивности L, намотанная на каркасе, и магнитопровод из высокочастотного ферромагнитного материала, обладаю¬ щего большой магнитной проницаемо¬ стью. Называют же ее магнитной пото¬ му, что такая антенна реагирует на маг¬ нитную составляющую радиоволн. Рис. 145. Магнитная антенна Простейшей магнитной антенной является так называемая рамочная ан¬ тенна — катушка индуктивности, со¬ стоящая из одного или нескольких вит¬ ков провода и имеющая форму рамки. Рамочные антенны широко применяют в приемниках-пеленгаторах, использу¬ емых, например, в радиоспорте для «охоты на лис» (о чем у нас пойдет раз¬ говор в специальной беседе). Магнит¬ ное поле радиоволны пронизывает пло¬ скость такой антенны и индуцирует в ней модулированные колебания радио¬ частоты, которые в приемнике могут быть усилены, продетектированы, а за¬ тем преобразованы в звук. Значение электродвижущей силы (ЭДС), наведенной в рамочной антенне магнитным полем, зависит от ее поло¬ жения в пространстве и максимально тогда, когда плоскость ее витков обра¬ щена в сторону радиостанции. Если рамку поворачивать вокруг вертикаль¬ ной оси, то за один полный оборот на¬ веденная в ней ЭДС дважды будет до¬ стигать наибольших значений (макси¬ мум) и дважды убывать почти до нуля (минимум). При введении внутрь витков рамоч¬ ной антенны ферромагнитного сердеч¬ ника, например ферритового, ЭДС, возникающая в ней под действием по¬ ля, резко увеличивается. Объясняется это тем, что сердечник концентрирует силовые линии поля, благодаря чему рамка пронизывается магнитным пото¬ ком большей плотности, чем до введе¬ ния в нее сердечника. Величину, пока¬ зывающую, во сколько раз магнитное поле в магнитопроводе превышает зна¬ чение внешнего поля, называют маг¬ нитной проницаемостью магнитопро¬ вода. Чем она больше, тем лучше при¬ емные свойства магнитной антенны. Численное значение этой важнейшей характеристики ферритов, используе¬ мых для магнитных антенн, входит в ус¬ ловные обозначения их марок. При выборе марки ферритового стержня для магнитной антенны необ¬ ходимо учитывать, что с увеличением частоты тока в катушке потери в фер¬ ритах разных марок неодинаковы. Так, например, в феррите марки 2000НН потери увеличиваются уже на часто¬ тах 100... 150 кГц, а в феррите марки 100НН — на частотах в несколько мега¬ герц. Практически считается, что для магнитных антенн диапазонов ДВ и СВ наиболее целесообразно применять ферриты с магнитной проницаемостью от 400 до 1000, т.е. стержни из ферри¬ тов марок 400НН, 600НН, 1000НН. С увеличением длины ферритового стержня эффективность магнитной ан¬ тенны повышается. Практически же она обычно ограничивается размерами корпуса приемника. Что же касается формы поперечного стержня, то она
160 Беседа восьмая значительно меньше влияет на прием¬ ные свойства магнитной антенны. Ее обычно выбирают исходя из чисто кон¬ структивных соображений. В малогаба¬ ритных приемниках, например, с це¬ лью наиболее рационального использо¬ вания объема корпусов часто применя¬ ют плоские стержни прямоугольного сечения, свойства которых равнознач¬ ны свойствам круглых стержней с та¬ кой же площадью сечения. В транзисторных приемниках при¬ меняют главным образом настраивае¬ мые магнитные антенны, т.е. антенны, катушки которых являются составны¬ ми элементами входных колебатель¬ ных контуров. Индуктивность катушки магнитной антенны максимальна, ког¬ да она находится на середине феррито- вого стержня и уменьшается (пример¬ но на 20%) по мере перемещения ее к одному из концов стержня. Это свойст¬ во катушки радиолюбители использу¬ ют для подбора ее индуктивности при налаживании приемников. Но распо¬ лагать ее ближе 10 мм от края стержня не следует, иначе добротность катушки резко ухудшится. Наматывать катушку непосредст¬ венно на ферритовом стержне не реко¬ мендуется, чтобы не увеличивать ее собственную емкость из-за так называ¬ емой диэлектрической постоянной ферромагнитного сердечника. Способ намотки выбирают исходя из диапазо¬ на рабочих частот, числа витков и диа¬ метра используемого провода, разме¬ ров ферритового стержня. Наилучши¬ ми приемными свойствами магнитная антенна обладает при однослойной на¬ мотке катушки с принудительным ша¬ гом. При шаге намотки 1,5...2 мм марка провода практически не влияет на доб¬ ротность катушки. Но такой способ на¬ мотки приемлем только для катушки с небольшим числом витков, например для катушек диапазона КВ. На практи¬ ке чаще применяют сплошную рядо¬ вую или многослойную намотку, хотя в этом случае марка провода несколько ухудшает добротность катушки магнит¬ ной антенны. Для катушек диапазона СВ наилучшим считается многожиль¬ ный высокочастотный провод марки ЛЭШО 7 х 0,07 или ЛЭШО 10 х 0,05, уве¬ личивающий добротность катушки в 1,5-2 раза по сравнению с намоткой ее проводом марки ПЭВ-1 или ПЭВ-2. Каркасы катушек диапазонов ДВ и СВ можно склеивать из прессшпана, кабельной или другой плотной бумаги клеем БФ-2, «Момент». Но толщина стенок каркасов не должна быть боль¬ ше 0,3—0,5 мм. Катушка магнитной ан¬ тенны может состоять из двух нерав¬ ных секций: основной и подстроечной, намотанных на отдельных каркасах. Настраиваемый колебательный контур, состоящий из катушек маг¬ нитной антенны и конденсатора наст¬ ройки, может быть подключен полно¬ стью ко входу приемника только в том случае, если в первом его каскаде ра¬ ботает полевой транзистор. Такое ус¬ ловие объясняется тем, что входное сопротивление каскада на полевом транзисторе составляет мегаомы, а сопротивление контура на резонанс¬ ной частоте — сотни килоом, т.е. в не¬ сколько раз меньше. В этом случае входное сопротивление такого каска¬ да практически не шунтирует контур магнитной антенны и его добротность остается достаточно высокой. Рис. 146. Контурная катушка магнитной ан¬ тенны с катушкой связи Иначе обстоит дело, когда в первом усилительном каскаде приемника ра¬ ботает биполярный транзистор, вклю-
Беседа восьмая 161 ченный по схеме ОЭ. Входное сопро¬ тивление такого каскада не превышает нескольких сотен ом. И если его под¬ ключить ко всему контуру, то в резуль¬ тате сильного шунтирующего действия входного сопротивления транзистора добротность контура и его приемные свойства резко ухудшатся. Чтобы пре¬ дотвратить ухудшение параметров контура магнитной антенны, вход та¬ кого каскада приемника подключают не ко всему контуру, а к небольшой ча¬ сти его, например к отводу, сделанному от нескольких витков контурной ка¬ тушки. Чаще же рядом с катушкой маг¬ нитной антенны, на ее ферритовом стержне, помещают катушку связи, на¬ мотанную на самостоятельном карка¬ се, которую и подключают ко входу первого каскада приемника (рис. 146). При этом контурная катушка Ln и ка¬ тушка связи L образуют трансформа¬ тор, передающий энергию принятого высокочастотного сигнала из контура на вход каскада. Число витков катушки связи может составлять 5... 10% числа витков контурной катушки. При такой связи настраиваемого контура магнит¬ ной антенны с первым каскадом при¬ емника на биполярном транзисторе напряжение, снимаемое с контура, уменьшается в 10...20 раз, а шунтирую¬ щее действие входного сопротивления транзистора ослабляется в 100...400 раз, что сохраняет хорошие приемные свойства магнитной антенны. Теперь — несколько практических рекомендаций. Если для магнитной ан¬ тенны транзисторного приемника бу¬ дешь использовать стержень из фер¬ рита 600НН или 400НН диаметром 8 и длиной 120... 140 мм, а для настройки малогабаритный конденсатор с макси¬ мальной емкостью 360...380 пФ, катуш¬ ка диапазона СВ может содержать 60...70 витков провода ЛЭШО 7 х 0,07, ЛЭШО 10 х 0,05 или ПЭЛШО 0,1...0,15, намотанных в один слой, а катушка связи — 5...7 витков провода ПЭЛШО 0,1...0,15. Катушка диапазона ДВ мо¬ жет иметь 200...220 витков провода ПЭЛШО 0,1, а ее катушка связи 10... 15 витков такого же провода. Для умень¬ шения собственной емкости контур¬ ную катушку этого диапазона жела¬ тельно наматывать внавал (без соблю¬ дения порядка укладки провода) че- тырьмя-пятью секциями по равному числу витков в каждой секции. Если, однако, проводов марок ЛЭШО и ПЭЛШО нет, катушки магнитных ан¬ тенн и соответствующие им катушки связи можно наматывать проводом ПЭВ-1 или ПЭВ-2 такого же диаметра. Но в этом случае возрастет собственная емкость катушки контура магнитной антенны, что несколько уменьшит пе¬ рекрываемый им диапазон радиоволн. Высокочастотный провод, подоб¬ ный проводу марки ЛЭШО, можешь изготовить сам. Для этого сложи вмес¬ те 7... 10 отрезков провода ПЭВ-1 или ПЭВ-2 диаметром 0,05...0,1 мм и скрути их жгутом с помощью ручной дрели. Концы проводов такого жгута, исполь¬ зуемого для намотки катушки, должны быть очищены от изоляции, облужены и надежно спаяны вместе. Длина стержня магнитной антенны может быть меньше — примерно 90... 100 мм. В таком случае число вит¬ ков катушки надо увеличить на 20...30%. Вообще же можно поступить так, как это обычно делают радиолюби¬ тели: наматывают заведомо большее число витков, а при налаживании при¬ емника постепенно удаляют лишние витки, добиваясь необходимого диапа¬ зона частот, перекрываемого контуром магнитной антенны. Размещая магнитную антенну в корпусе приемника, помни, что находя¬ щиеся поблизости от нее стальные дета¬ ли будут ухудшать добротность катуш¬ ки. Стальной корпус динамической го¬ ловки, например, расположенный ря¬ дом с магнитной антенной или против торца ее стержня, снижает добротность катушки в 8... 12 раз. Придерживайся правила: никакие стальные детали не располагай ближе 25...30 мм от контур¬ ной катушки магнитной антенны. 6 Зак 261
162 Беседа восьмая И еще один существенный совет: не применяй для крепления стержня магнитной антенны металлические держатели, создающие вокруг него ко¬ роткозамкнутые витки. МАКЕТНАЯ ПАНЕЛЬ Самое интересное в творчестве ра¬ диолюбителя — это, пожалуй, экспе¬ рименты, налаживание, поиск наилуч¬ шего технического решения конструи¬ руемого усилителя, приемника или иного устройства. Пока конструкция простая, макетировать ее можно непо¬ средственно на ее же монтажной пла¬ те. Но при усложнении конструкции число деталей, работающих в ней уве¬ личивается и ее монтажная плата ста¬ новится уже неподходящей базой для экспериментов. Нужна более удобная панель, на которой можно предвари¬ тельно смонтировать, подобрать и про¬ верить в работе детали, установить ре¬ жимы транзисторов, опробовать воз¬ можные дополнения и изменения, а затем перенести и смонтировать дета¬ ли на постоянной плате. Именно так обычно рождаются радиолюбитель¬ ские конструкции. Возможная конструкция макетной панели, которую ты можешь сделать и пользоваться ею в дальнейшем, показа¬ на на рис. 147. Это плоская панель с ря¬ дами контактных лепестков для монта¬ жа радиодеталей. В верхней части па¬ нели справа находится выключатель питания SA, слева — конденсатор пе¬ ременной емкости С, а между ними три переменных резистора разных номи¬ налов. Монтажные лепестки возле кон¬ денсатора и резисторов являются вы¬ водами этих деталей. Вырезы в верх¬ ней кромке панели образуют опоры для крепления укороченного или длин¬ ного ферритового стержня контурной катушки или магнитной антенны. Сза¬ ди у панели имеются кронштейны из полосок листового металла, удержива¬ ющие ее в наклонном положении. Ба¬ тарею питания или выпрямитель сете¬ вого блока питания подключают (в за¬ висимости от полярности) к лепестку «Uh.ii.» и проводнику, соединяющему нижние лепестки. Конденсатор переменной емкости включают во входной контур макети¬ руемого приемника. При этом ферри¬ товый стержень магнитной антенны контурной катушки прикрепляют к па¬ нели с помощью резиновых колец или ниток. Переменные резисторы служат для подбора сопротивлений в различ¬ ных цепях, например в базовых, опре¬ деляющих режимы работы транзисто¬ ров. Подобранное сопротивление узна¬ ют по шкале переменного резистора. На макетной панели можно смаке¬ тировать и наладить практически лю¬ бой усилитель или приемник, провести многие радиотехнические опыты и экс¬ перименты. Сначала заготовь все необходимые детали и с учетом их размеров и конст¬ руктивных особенностей начерти бу¬ дущую панель в натуральную величи¬ ну. Конденсатор переменной емкости может быть как с твердым, так и с воз¬ душным диэлектриком, желательно с максимальной емкостью не менее 350 пФ. Выключатель питания — тумб¬ лер ТВ2-1 или МТ-1. Переменные рези¬ сторы могут быть типов СП-1, ВК, СПО-2, но обязательно группы А, т.е. резисторы, сопротивление которых из¬ меняется прямо пропорционально углу поворота оси. Резисторы с характерис¬ тиками видов Б и В менее желательны. Номинал правого (по рис. 147) резисто¬ ра может быть 10...20 кОм, среднего 75... 150 кОм, левого 300...470 кОм. Кон¬ тактные лепестки можно вырезать из жести или листовой меди, но лучше ис¬ пользовать лепестки от монтажных планок, имеющихся в магазинах ра¬ диотоваров. Саму панель выпили из листового гетинакса, стеклотекстолита или текс¬ толита толщиной не менее 1,5...2 мм. Органическое стекло для этой цели не¬ пригодно, так как оно при нагреве кон¬ тактов паяльником будет плавиться.
Беседа восьмая 163 Рис. 147. Макетная панель Панель разметь по чертежу, сделай лобзиком вырезы в верхней части, про¬ сверли все отверстия, а затем присту¬ пай к креплению деталей. Монтажные лепестки лучше приклепывать к пане¬ ли медными заклепками с круглыми го¬ ловками. К лепесткам нижнего ряда можно сразу же припаять отрезок мед¬ ного, предварительно облуженного провода, который будет общим «зазем¬ ленным» проводником цепи питания. Переменные резисторы крепи так, чтобы их выводы были обращены к монтажным лепесткам, с которыми они должны соединяться. Их шкалы градуируй по омметру. Для резисторов группы А отметки на шкалах должны быть в основном равномерными и только по краям несколько сжатыми. Шкалы можно гравировать непосред¬ ственно на панели или начертить на плотной бумаге и приклеить к панели. Остается приделать кронштейны — и макетная панель готова. Как пользоваться макетной пане¬ лью? На рис. 148 в качестве примера по¬ казана часть макетной панели, на кото¬ 6*
164 Беседа восьмая рой смонтированы детали простейше¬ го усилителя, схема которого изобра¬ жена на том же рисунке. Допустим, что требуется установить коллекторный ток транзистора в пределах 0,8... 1 мА. В коллекторную цепь транзистора после¬ довательно с телефонами BF1 включа¬ ем миллиамперметр, а в цепь базы вме¬ сто резистора R1 — два последователь¬ но соединенных резистора: перемен¬ ный на 100 кОм, имеющийся на плате, и постоянный Rorp сопротивлением 80... 100 кОм, ограничивающий ток ба¬ зы, когда сопротивление переменного резистора будет равно нулю. Вращая ручку переменного резистора, уста¬ навливаем требуемый ток коллектора. В цепь базы должен быть включен ре¬ зистор, сопротивление которого равно сумме сопротивлений переменного (узнаем по его шкале) и ограничитель¬ ного резисторов. Если статический коэффициент пе¬ редачи тока h213 транзистора большой, а начальный ток покоя коллектора дол¬ жен быть сравнительно малым, напри¬ мер 0,3...0,5 мА, последовательно с ог¬ раничительным резистором придется включать переменный резистор на 330 кОм. И наоборот, если h213 транзи¬ стора небольшой, а коллекторный ток должен быть 6...8 мА, как это бывает, например, в однотактных выходных каскадах, то в цепь базы транзистора надо будет включить переменный ре¬ зистор на 15 кОм, а сопротивление ог¬ раничительного резистора уменьшить до 5...6 кОм. Так, пользуясь разными перемен¬ ными резисторами макетной панели, а если надо, то одновременно двумя, можно быстро поставить транзисторы конструируемого устройства в задан¬ ные режимы работы. Какие дополнения можно внести в такую макетную панель? На ней, на¬ пример, можно укрепить панельки для подключения выводов транзисторов, малогабаритный миллиамперметр для измерения коллекторных токов тран¬ зисторов. Рис. 148. Простейший усилитель, смонтиро¬ ванный на макетной панели Ограничительные резисторы мож¬ но впаять между выводами переменных резисторов и относящимися к ним мон¬ тажными лепестками на панели, а шка¬ лы сопротивлений переменных резис¬ торов градуировать с учетом этих до¬ полнений. Впрочем, практика пользова¬ ния макетной панелью сама подскажет, как ее можно усовершенствовать. ПЕЧАТНЫЙ МОНТАЖ Сейчас промышленную радиоаппа¬ ратуру монтируют так называемым пе¬ чатным способом. Печатный монтаж вошел и в практику любительского ра¬ диоконструирования. При таком спо¬ собе монтажа роль соединительных то¬ конесущих проводников выполняют не отрезки монтажного провода, а как бы отпечатанные на плате площадки и по¬ лоски медной фольги. Таким способом изготовлены монтажные платы некото¬ рых конструкций, описываемых в этой книге. Для печатных плат используют фольгированный гетинакс, стеклотекс¬ толит или другие листовые пластмассы с наклеенной на них медной фольгой толщиной 0,05 мм. Технология изготовления печатных плат в любительских условиях такова. Сначала на бумаге размещают и чертят в натуральную величину или в увели¬ ченном масштабе все детали устройст¬ ва и соединения между ними. При этом стремятся к тому, чтобы будущие со¬
Беседа восьмая 165 единительные проводники были воз¬ можно короткими и не пересекались. Одновременно вносят возможные из¬ менения рисунка монтажной платы с учетом имеющихся деталей. Так, на¬ пример, если вместо рекомендуемых оксидных конденсаторов К50-6 исполь¬ зуются конденсаторы К50-3, то рассто¬ яние между отверстиями для их выво¬ дов увеличивают до 25...35 мм. Когда монтажная схема начерчена, из фольгированного материала выпи¬ ливают пластинку нужных размеров и с помощью копировальной бумаги или по сетке линий с шагом 2,5...5 мм пере¬ водят на ее фольгу рисунок всех печат¬ ных проводников. В местах, где долж¬ ны быть отверстия для выводов дета¬ лей, делают кернером или шилом уг¬ лубления. Далее все участки фольги, которые на плате должны остаться, ак¬ куратно закрашивают с помощью стек¬ лянного рейсфедера нитролаком, ца¬ понлаком, асфальто-битумным лаком или клеем БФ-2, но слегка подкрашен¬ ным, чтобы на фольге хорошо был ви¬ ден рисунок будущих токонесущих проводников. Неровности линий или потеки устраняют острым кончиком ножа, скальпелем или лезвием безо¬ пасной бритвы. Когда краска хорошо высохнет, за¬ готовку платы помещают для травле¬ ния в раствор хлорного железа плотно¬ стью 1,3, налитый в плоскую пластмас¬ совую или фарфоровую ванночку. Для раствора такой плотности 150 г хлорно¬ го железа надо растворить в 200 см3 во¬ ды. Во время травления ванночку нуж¬ но все время покачивать. В растворе комнатной температуры травление фольги длится примерно 1 ч, а в подо¬ гретом до температуры 40...50° С — около 15 мин. Протравленную плату тщательно промывают попеременно холодной и горячей водой, сушат, а затем в наме¬ ченных ранее местах просверливают отверстия для выводов деталей. Перед монтажом плату шлифуют мелкой шкуркой, промывают растворителем или ацетоном, чтобы удалить остатки кислотоупорной краски, и сразу по¬ крывают канифольным лаком (15%- ный раствор канифоли в спирте или ацетоне), предохраняющим печатные проводники от окисления. Рис. 149. Печатный монтаж При монтаже выводы деталей про¬ пускают через отверстия в плате и снизу припаивают к печатным провод¬ никам. Для примера на рис. 149, а показа¬ ны печатная плата и схема соединения на ней деталей усилителя 34 к детек¬ торному приемнику, смонтированному по знакомой тебе схеме, приведенной на рис. 91 (справа от штриховой линии). Вид на плату показан со стороны печат¬ ных проводников, а детали находятся с другой стороны платы (см. рис. 92). Те¬ перь, если захочешь, ты можешь смон¬ тировать его на печатной плате. А как быть, если нет хлорного желе¬ за? В таком случае можно плату сделать под печатный монтаж, пользуясь но¬ жом-резаком, о котором я уже говорил тебе в этой беседе. Монтажную плату
166 Беседа восьмая такого же однотранзисторного усили¬ теля ты видишь на рис. 149, б. Компо¬ новка деталей на ней такая же, как на плате рис. 149, а, но токонесущие про¬ водники образуют не фигурные, а пря¬ моугольные полоски фольги, отделен¬ ные одна от другой прорезями в фольге. При печатном монтаже такие дета¬ ли, как резисторы, транзисторы, кон¬ денсаторы, должны монтироваться на плате жестко; они должны быть плотно прижаты к плате или их проволочные выводы должны быть предварительно отформованы — изогнуты наподобие ступенек, исключающих продольное смещение. Некоторые приемы монта¬ жа таких деталей показаны на рис. 149, в. Это необходимо для того, чтобы при нажатии на деталь сверху тонкие проводники из фольги не могли отсла¬ иваться от платы и разрываться. Монтаж некоторых конструкций, о которых я еще буду рассказывать, вы¬ полнен печатным методом. Но это не значит, что только так должно быть. Монтаж тех же конструкций может быть проволочным. Однако теперь необходимость ус¬ танавливать детали на печатной плате так, чтобы места пайки их выводов не несли бы механической нагрузки, в значительной степени утеряла актуаль¬ ность. И не только потому, что в фоль- гированных материалах стало более прочным соединение фольги с подлож¬ кой. Многие современные радиодетали столь легки и малы, что даже при самом жестком ударе (например, падении конструкциЗи на пол) они не отслаива¬ ют фольгу в месте пайки. Поэтому ре¬ зисторы монтируют вертикально, без доформирования выводов впаивают маломощные транзисторы, лишь пай¬ кой выводов крепят к плате катушки индуктивности. Все это не только упро¬ щает монтаж, но и позволяет сущест¬ венно уменьшить размер платы и, в ко¬ нечном итоге, габариты всего радио¬ технического устройства. В тех же случаях, когда сомнения в прочности все-таки есть, поступают по другому — заливают расплавленным парафином или эпоксидным клеем весь монтаж, чем заодно решают и про¬ блему его влагозащиты. Для печатных плат радиолюбители все чаще используют двусторонний фольгированный гетинакс или стекло¬ текстолит, но детали на плате монтиру¬ ют односторонним методом. В таких случаях все разметки платы начинают со стороны самого сложного рисунка будущих печатных проводни¬ ков под детали с жесткими выводами (микросхемы, подстроечные резисто¬ ры, переключатели, кварцевые резона¬ торы и т.п.), пользуясь штангенцирку¬ лем. Расстояния между будущими от¬ верстиями в плате отмеряют по его шкале с точностью до 0,1 мм. Затем в нужных точках легким удором по кер¬ неру (можно толстой швейной иглой) делают углубления — центры будущих отверстий. Примерный диаметр этих отверстий — 0,7 мм. Для нанесения лака на рисунок бу¬ дущих печатных проводников и площа¬ док, пользуются чертежной готоваль¬ ней: кружки малого диаметра выполня¬ ют «балеринкой», линии и площадки — рейсфедером. При этом сам кроющий лак должен быть не слишком густым и быстросохнущим, но и не растекаю¬ щимся по фольге. Как показал опыт, для радиолюбителей лучший лак — ас¬ фальтобитумный. Завершив и хорошо просушив лак рисунка токонесущих проводников на одной фольгированной стороне платы, приступают к доработке ее другой сто¬ роны. Очень часто фольгу этой сторо¬ ны платы (под основными деталями) не травят, а сохраняют ее для использова¬ ния в качестве общего (заземленного) проводника цепей питания конструи¬ руемого устройства. В таком случае в ней вытравливают лишь защитные кружки в местах пропуска монтажных проводников, незаземляемых выводов деталей. Этот широкий общий провод с его малым активным сопротивлением и индуктивностью выполняет заодно и
Беседа восьмая 167 Рис. 150. Верстачная доска функцию экрана, который в значитель¬ ной мере снимает проблему паразитно¬ го самовозбуждения собранного уст¬ ройства, делает его менее чувствитель¬ ным к внешним наводкам. Плату травят тем же раствором хлорного железа, после чего удаляют лаковое покрытие, хорошо отмывают и приступают к лужению ее печатных проводников. Затем с платы удаляют возможные заусенцы («выглаживают» ее плоским бархатным напильником, зачищают фольгу очень мелкой, почти изношенной наждачной бумагой и по¬ крывают ее насыщенным раствором канифоли в спирту. Для лужения фольги платы потре¬ буется паяльник мощностью 40 Вт. Его жало с каплей расплавленного припоя на кончике, ведут по фольге и тем са¬ мым облуживая ее. Эта процедура не должна быть длительна, чтобы избе¬ жать отслаивания нагретой фольги от основы платы. Лишнюю канифоль с облуженной платы снимают спиртом или раствори¬ телем, а заполненные ею отверстия вос¬ станавливают повторным сверлением. ВЕРСТАЧНАЯ ДОСКА В твоей мастерской желательно иметь еще и верстачную доску, напри¬ мер такую, что изображена на рис. 150. Ее можно положить на стол или широ¬ кую скамейку, и она заменит столяр¬ ный верстак; закончив работу, ты мо¬ жешь снять ее и убрать. Впрочем, ее можно укрепить на столбиках в чула¬ не или сарайчике, если ты там собира¬ ешься оборудовать подсобную мас¬ терскую. Подбери сухую, без сучков, доску длиной 1,5 м, шириной 250...300 и тол¬ щиной 40...50 мм и хорощенько обстру¬ гай ее, чтобы она стала со всех сторон ровной и гладкой. Чем толще будет до¬ ска, тем прочнее и устойчивее получит¬ ся рабочий верстак. Сырая доска не го¬ дится, так как, высыхая, она будет ко¬ робиться и трескаться. Снизу к доске, вдоль ее ребра, прибей деревянный брусок, выпустив его на 15...20 мм из- под доски. К правому концу, тоже сни¬ зу, прибей отрезок широкой доски, но так, чтобы волокна ее располагались не вдоль, а поперек основной доски. При¬ битые снизу брусок и отрезок доски
168 Беседа восьмая будут удерживать верстачную доску на краю стола. На левом конце доски укрепи «лас¬ точкин хвост» — упор для строгания брусков и досок. Он представляет со¬ бой дощечку длиной примерно 200, ши¬ риной 150 и толщиной 10... 12 мм с кли¬ нообразным вырезом. Укрепляя этот упор, шляпки гвоздей или шурупов утопи поглубже, чтобы не повредить о них железку рубанка или фуганка. Рядом с ласточкиным хвостом при¬ винти или прибей к верстачной доске еще один упор — для строгания ребер досок. Этот упор — брусок твердой по¬ роды древесины, например бука, дуба, спиленный наискось. Между ним и ре¬ бром верстачной доски образуется клинообразный промежуток, в кото¬ рый будешь вставлять конец обрабаты¬ ваемой доски. Снизу доска будет удер¬ живаться краем бруска, выступающим из-под верстачной доски. На другом конце верстачной дос¬ ки, отступив от края на 120... 150 мм, сделай вырез. В нем ты будешь за¬ креплять клином доску, когда потре¬ буется распилить ее вдоль, простро¬ гать ее торец или запилить шипы. В этот вырез можно также зажать две дощечки, когда их надо склеить. Со стороны, противоположной вырезу, прибей отрезок бруска или толстой доски. Это упор, к которому ты бу¬ дешь прижимать брусок, дощечку или фанеру, чтобы отпилить конец, свиса¬ ющий с верстачной доски. Верстачную доску ты можешь ис¬ пользовать и для слесарных работ, если на это время будешь привертывать к ней настольные тиски и отрезок угло¬ вого железа. Продолжительной оказалась наша беседа о твоей мастерской. Но и она не охватила всех советов, связанных с технологией изготовления разных деталей, практикой монтажа аппаратуры, приборов. Постараюсь восполнить упущенное применительно к конкрет¬ ным конструкциям.
БЕСЕДА ДЕВЯТАЯ ЗНАКОМСТВО С МИКРОСХЕМАМИ Микросхемы, появившиеся в шестидесятых годах, сегодня оказывают решающее влия¬ ние на техническое перевооружение во всех областях радиоэлектроники, науки, произ¬ водства, нашего быта. Да, юный друг, микросхемы все более широко используются в ра¬ диовещательной, телевизионной, звукозаписывающей и воспроизводящей аппаратуре, в телефонии, устройствах автоматического управления производственными процесса¬ ми, в аппаратуре сбора, хранения и переработки различной информации. Для нас уже стали привычными кассовые аппараты в универсамах, быстро и точно подсчитываю¬ щие стоимость сделанных покупок, весы с цифровым представлением результатов взве¬ шивания продуктов, автоматизированные системы организации продажи железнодо¬ рожных билетов, электронные часы и многое другое, с чем мы сейчас постоянно сталки¬ ваемся. С термином «микросхема», ты, конечно, знаком. А что это такое? ЧТО ТАКОЕ МИКРОСХЕМА Это миниатюрный электронный блок, не превышающий по размерам шоколадную дольку, содержащий в сво¬ ем объеме взаимосвязанные транзисто¬ ры, диоды, резисторы и другие актив¬ ные и пассивные элементы, общее чис¬ ло которых может достигать несколь¬ ких десятков и даже сотен тысяч. В за¬ висимости от этого числа принято раз¬ личать микросхемы малой степени ин¬ теграции, микросхемы средней степени интеграции, большие и сверхбольшие
170 Беседа девятая интегральные микросхемы. В микро¬ схеме малой степени интеграции в за¬ висимости от ее функционального на¬ значения может быть до 30 активных и пассивных элементов, а в сверхболь¬ шой микросхеме — до 100 тысяч и бо¬ лее. И все это на одном кристалле полу¬ проводника. Одна микросхема может выпол¬ нять функцию узла или целого блока радиоприемника, телевизора, измери¬ тельного прибора, микрокалькулятора, электронной вычислительной машины (ЭВМ). Механизм наручных электрон¬ ных часов, например, показывающих текущее время с точностью до долей секунды, дни недели и месяцы, работа¬ ющий еще и как секундомер, и как бу¬ дильник, состоит всего лишь из одной специально разработанной большой интегральной микросхемы. По технологии изготовления разли¬ чают микросхемы гибридные и полу¬ проводниковые. В гибридных микро¬ схемах токонесущие проводники, рези¬ сторы, обкладки конденсаторов пред¬ ставляют собой пленки определенных размеров и электрических свойств, на¬ несенные на диэлектрическую под¬ ложку, на которую устанавливают дио¬ ды, транзисторы (обычно кремниевые, структуры п-р-п), но без корпусов. У полупроводниковых микросхем все ак¬ тивные и пассивные элементы выпол¬ нены в объеме и на поверхности крис¬ талла полупроводника. Первый элемент в системе обозна¬ чения микросхем — буква К, что зна¬ чит широкого применения. За ней сле¬ дует трехзначное число, характеризу¬ ющее конструктивно-технологическое выполнение, и порядковый номер се¬ рии микросхем, например: К118, К140, К155, К174. Далее две буквы, по кото¬ рым можно судить о функциональном назначении микросхемы, например: ГС — генератор гармонических сигна¬ лов, УЗ — усилитель колебаний звуко¬ вой частоты. В конце обозначения — цифра, говорящая о порядковом номе¬ ре данной микросхемы в серии по функциональному признаку. Вот при¬ мер полного обозначения одной из микросхем, с которой тебе предстоит иметь дело уже в этой беседе: К118УН1. Это микросхема широкого применения (буква К), полупроводниковая (первая за ней цифра 1), в серии с порядковым номером 18, предназначена для усиле¬ ния колебаний низкой (звуковой) час¬ тоты (УН), первая (цифра 1 в конце) в этой серии. Все микросхемы подразделяют на две большие группы: аналоговые (или линейно-импульсные) и цифровые (или логические). Аналоговые микросхемы предназначаются для усиления, генери¬ рования, преобразования электричес¬ ких колебаний, например, в радиове¬ щательных и телевизионных приемни¬ ках, магнитофонах, а цифровые — для ЭВМ, устройств автоматики и телеме¬ ханики, электронных часов, различных приборов с цифровым отсчетом резуль¬ татов измерения. Внешний вид некоторых микро¬ схем, с которыми тебе предстоит иметь дело, показан на рис. 151. Это микро¬ схемы серий К118, К155, К176, К122 и К140. Аналогично выглядят микросхе¬ мы широкого применения многих дру¬ гих серий. Взаимозамена микросхем приведена в приложении. Рис. 151. Внешний вид некоторых интеграль¬ ных микросхем Масса микросхемы серии К118, К155 или К176 — 1 г, серии К122 или К140 — 1,5 г. Вот то немногое, что для начала в общих чертах можно сказать о микро¬ схемах. Практика расширит твои зна¬ ния о них. Начнем с аналоговых микросхем.
Беседа девятая 171 НА АНАЛОГОВОЙ МИКРОСХЕМЕ Группу аналоговых образует более трех десятков серий микросхем раз¬ ных степеней интеграции. Для тебя же сейчас, пока малоопытного радиолю¬ бителя, наибольший интерес представ¬ ляет микросхема К118УН1А — самая простая из серии К118. Буква А или Б, стоящая в конце обозначения, говорит о том, что микросхема рассчитана на питание от источника постоянного то¬ ка напряжением 6,3 В, а если буква В, Г или Д — от источника напряжением 12,6 В. Микросхемы с буквенным ин¬ дексом А и Б могут обеспечить двухсот¬ четырехсоткратное, а с буквенными индексами В, Д — в 2 раза большее уси¬ ление низкочастотного сигнала. Мик¬ росхему можно использовать и для усиления высокочастотного сигнала, но в этом случае ее усилительные свой¬ ства снизятся в 5—10 раз. Рис. 152. Схема (а), конструкция (б) и графи¬ ческое условное обозначение (в) микросхемы К118УН1 Что же представляет собой микро¬ схема К118УН1? Схема электронной "начинки" этой микросхемы (с любым буквенным ин¬ дексом) , конструкция с нумерацией вы¬ водов и графическое обозначение ее на принципиальных схемах показаны на рис. 152. Как видишь, она представляет собой почти готовый двухкаскадный усилитель на кремниевых транзисто¬ рах структуры п-р-п. Связь между тран¬ зисторами микросхемы непосредст¬ венная (или гальваническая) — база транзистора VT2 второго каскада под¬ ключена непосредственно к коллекто¬ ру транзистора VT1 первого каскада. В эмиттерную цепь транзистора VT2 включен резистор сопротивлением 400 Ом. На нем происходит падение на¬ пряжения тока в этой цепи, которое че¬ рез два соединенных последовательно резистора по 4 кОм подается на базу транзистора VT1 и, действуя как напря¬ жение смещения, открывает его. Резис¬ тор в коллекторной цепи транзистора VT1 (5,7 кОм) — его нагрузка. Создаю¬ щееся на нем напряжение усиленного сигнала подается непосредственно на базу транзистора VT2 для дополнитель¬ ного усиления. Вывод 3 является входом, а вывод 10 — выходом микросхемы. Вывод 10 можно соединить с выводом 9. В этом случае нагрузкой транзистора второго каскада станет резистор 1,7 кОм. Но нагрузку усилителя, например голо¬ вные телефоны, можно включить непо¬ средственно в коллекторную цепь транзистора VT2, подключив ее к выво¬ дам 7 и 9. Всего микросхема имеет 14 выво¬ дов, нумерация которых идет от специ¬ альной метки-ключа на корпусе в на¬ правлении движения часовой стрелки (смотреть снизу). Но некоторые из них, например выводы 1, 4, 6, 8 и 13, вообще не задействованы, а некоторые в зави¬ симости от применения микросхемы не используются. Применение микросхемы К118УН1 может быть очень разнообразно. Вот несколько конкретных примеров. Первый пример — простой усили¬ тель 34 (рис. 153), который можно ис¬ пользовать, например, для прослушива¬ ния грамзаписи на головные телефоны, как усилитель к детекторному прием¬ нику или в качестве предварительного усилителя напряжения колебаний 34. В нем работает микросхема К118УН1Б
172 Беседа девятая (DA1), дающая несколько большее уси¬ ление, чем такая же микросхема, но с буквенным индексом А. Источник пи¬ тания U напряжением не более 6,3 В подключают к микросхеме через ее вы¬ воды 7 (плюс) и 14 (минус). Сигнал 34, который надо усилить, подается на вход 3 микросхемы через конденсатор С1. Усиленный сигнал, снимаемый с соеди¬ ненных вместе выводов 9 и 10, через ок¬ сидный конденсатор С5 поступает к те¬ лефонам BF1 и преобразуется ими в звук. Конденсатор С4 блокирует теле¬ фоны по наивысшим частотам звуково¬ го диапазона. Рис. 153. Усилитель на микросхеме К118УН1Б Какова роль оксидных конденсато¬ ров С2 и СЗ, включенных между об¬ щим заземленным проводником цепи питания и выводами 11 и 12 микросхе¬ мы? Конденсатор С2 совместно с рези¬ стором микросхемы (4 кОм) образует развязывающий фильтр, устраняющий паразитную обратную связь между вторым и первым каскадами микросхе¬ мы через общий источник питания. Без него колебания тока, возникающие при работе транзистора второго каска¬ да, могут проникнуть в цепь питания транзистора первого каскада, что при¬ ведет к самовозбуждению усилителя. Конденсатор СЗ шунтирует эмиттер¬ ный резистор транзистора второго кас¬ када микросхемы (400 Ом) по перемен¬ ному току и тем самым ослабляет отри¬ цательную обратную связь, снижаю¬ щую усиление микросхемы. Если для усилителя использовать оксидные конденсаторы К50-6, то его детали, кроме источника питания (че¬ тыре элемента 332 или пять аккумуля¬ торов Д-0,06) и выключателя SA1 (тумб¬ лер ТВ2-1), можно смонтировать на плате размерами не более 40 х 25 мм (рис. 153, б). Детали размещай с од¬ ной стороны платы, а соединения между ними делай с другой стороны. Для выводов микросхемы просверли в плате два ряда отверстий диаметром 0,8—1 мм; расстояние между рядами отверстий 7,5 мм, между центрами от¬ верстий в рядах 2,5 мм. Телефоны BF1 — высокоомные ТОН-2. Если будешь использовать те¬ лефонный капсюль ДЭМ-4м или низ¬ коомные головные телефоны, то вклю¬ чай их между плюсовым проводником и выводом 10 микросхемы (не соеди¬ няя его с выводом 9). Правильно смонтированный уси¬ литель не нуждается в подгонке режи¬ мов транзисторов. Чтобы он начал ра¬ ботать, надо лишь подать на него на¬ пряжение питания. Второй пример — генератор коле¬ баний 34 (рис. 154). Чтобы усилитель микросхемы превратить в генератор электрических колебаний частотой 800—1000 Гц, между его выходом (со¬ единенные вместе выводы 9 и 10) и входом (вывод 3) надо включить кон¬ денсатор С1 емкостью 2200—3000 пФ. Этот конденсатор создаст между выхо¬ дом и входом микросхемы положи¬ тельную обратную связь по перемен¬ ному току, и усилитель возбудится. При этом в головных телефонах, под¬ ключенных к выходу генератора, бу¬ дет слышен звук средней тональности. Желательный тон этого звука можно устанавливать подбором конденсатора С1: чем больше будет его емкость, тем ниже тон звука.
Беседа девятая 173 Рис. 154. Схема генератора колебаний звуко¬ вой частоты DA1 К118УН1В VT1 МП 26 А Рис. 155. Схема генератора световых импуль¬ сов Такой генератор можно исполь¬ зовать как источник сигнала для про¬ верки работоспособности усилителей 34. Можно использовать его и в каче¬ стве звукового генератора для изуче¬ ния телеграфной азбуки. В этом слу¬ чае надо только вместо выключателя питания SA1 включить телеграфный ключ, а к выходу подключить голо¬ вные телефоны. Третий пример — генератор свето¬ вых импульсов (рис. 155), который можно использовать, например, для ма¬ кета маяка или для имитации мигания глаз фигурки животного. Здесь, как и в предыдущем примере, усилитель мик¬ росхемы DA1 превращается в генера¬ тор медленных колебаний благодаря включению между ее выходом и вхо¬ дом конденсатора С1 большой емкости. Генерируемые им электрические колебания поступают на базу транзис¬ тора VT1, работающего в режиме пере¬ ключения, т.е. как электронный ключ. При увеличении отрицательного на¬ пряжения на базе до 0,2—0,3 В транзи¬ стор открывается, его коллекторный ток резко увеличивается и лампочка ELI, включенная в эту цепь, загорается. При уменьшении отрицательного на¬ пряжения на базе почти до нуля тран¬ зистор закрывается и лампочка гаснет. Частота следования световых им¬ пульсов зависит в основном от напря¬ жения источника питания и емкости конденсатора С1. При напряжении источника б В и конденсаторе емкос¬ тью 100 мкФ лампочка МН2,5-0,15 (2,5 В х 0,15 А) вспыхивает 45—50 раз в минуту. С конденсатором емкостью 200 мкФ частота световых импульсов уменьшится примерно вдвое. Конструкция генератора световых импульсов произвольная. Транзистор МП26А (или МП20, МП21, МП25 с лю¬ бым буквенным индексом) можно за¬ менить на МП42. Но в этом случае лам¬ почка ELI должна быть МН2,5-0,68, иначе транзистор будет перегреваться и может произойти тепловой пробой его р-n переходов. Следующий пример — переговор¬ ное устройство с односторонним вызо¬ вом (рис. 156). В нем та же микросхема К118УН1Б работает как усилитель и ге¬ нератор колебаний звуковой частоты. Двухпозиционным переключателем SA2, например тумблером ТП1-2 или МТЗ, ко входу микросхемы (через кон¬ денсатор С1) можно подключить теле¬ фонный капсюль BF1 или BF2 (типа ДЭМ-4м), а к выходу (через конденса¬ тор С2), наоборот, капсюль BF2 или BF1. Когда ко входу подключен телефонный капсюль BF1, то он работает как микро¬ фон. Создаваемые им колебания звуко¬ вой частоты усиливаются и через двух¬ проводную линию связи, подключен¬ ную в это время к выходу микросхемы, поступают к капсюлю BF2 и преобразу¬ ются им в звук. При другом положении контактов переключателя SA2, наобо¬ рот, капсюль BF2 работает как микро¬ фон, a BF1 — как телефон. Чтобы абонента, находящегося на другом конце линии связи, вызвать для разговора, надо тумблером SA1 вклю¬
174 Беседа девятая чить питание, переключатель SA2 уста¬ новить в положение "Передача" и на¬ жать на кнопку SB1. Включившийся при этом конденсатор С 4 создаст меж¬ ду выходом и входом микросхемы силь¬ ную положительную обратную связь, благодаря которой усилитель самовоз- будится и в обоих телефонных капсю¬ лях появится прерывистый звук — сиг¬ нал вызова. Услышав его, абонент дол¬ жен кратковременно нажать на свою кнопку SB2, чтобы замкнуть выход уси¬ лителя и тем самым сорвать генерацию. Прекращение прерывистого звука оз¬ начает готовность вести разговор. От¬ пустив кнопку SB1, оператор пункта связи передает, а абонент принимает сообщение. Закончив передачу, опера¬ тор переводит переключатель SA2 в по¬ ложение "Прием". Теперь абонент го¬ ворит, а оператор слушает ответную информацию. Рис. 156. Схема переговорного устройства с односторонним вызовом Так, с помощью одной микросхе¬ мы, используя ее как усилитель и гене¬ ратор 34, можно установить двусто¬ роннюю телефонную связь. Конструк¬ ция переговорного устройства произ¬ вольная. И еще один пример — малогаба¬ ритный рефлексный приемник прямо¬ го усиления, т.е. приемник, усилитель которого используется дважды — для усиления модулированного радиочас¬ тотного сигнала (до детектора) и усили¬ теля колебаний звуковой частоты. Сущность действия такого приемника иллюстрируют схема и графики, при¬ веденные на рис. 157. На вход усилите¬ ля DA от колебательного контура (на схеме не показан) поступает модули¬ рованный сигнал радиовещательной станции. После усиления этот сигнал детектируется диодом VD; выделенные им колебания звуковой частоты пода¬ ются на вход того же усилителя, а по¬ сле усиления преобразуются телефо¬ нами BF в звук. Рис. 157. Схема, иллюстрирующая принцип работы рефлексного приемника Принципиальная схема и конст¬ рукция подобного приемника на мик¬ росхеме К118УН1Б изображены на рис. 158. Вот как он работает. Сигнал радиостанции, на которую настроен контур L1C1 магнитной антенны, через катушку связи L2 подается на вывод 3 микросхемы DA1. С катушки L3, явля¬ ющейся радиочастотной нагрузкой ми¬ кросхемы, усиленный сигнал через ка¬ тушку L4, образующую с катушкой L3 высокочастотный трансформатор, по¬ ступает на диод VD1, а колебания зву¬ ковой частоты, снимаемые с нагрузки R1 детектора, через конденсатор С8 и катушку L2 — на тот же входной вывод 3 микросхемы. Роль второй, низкочас¬ тотной, нагрузки выполняет внутрен¬ ний резистор сопротивлением 400 Ом в эмиттерной цепи второго транзистора микросхемы. С него колебания звуко¬ вой частоты через вывод 12 и конденса¬ тор Сб подводятся к телефону BF1 и преобразуются им в звук. Каковы функции других деталей приемника? Конденсатор С5 шунтиру¬
Беседа девятая 175 CD Рис. 158. Принципиальная схема (а), детали в развернутом виде (б) и монтажная плата (в) ре¬ флексного приемника на микросхеме К118УН1Б ет источник питания (UH п) по перемен¬ ному току. Конденсатор С2 совместно с резистором, имеющимся в микросхе¬ ме, образуют развязывающий фильтр. Конденсатор СЗ, включенный между выводом 5 и "заземленным" проводни¬ ком, устраняет отрицательную обрат¬ ную связь по переменному току, сни¬ жающую усиление первого каскада микросхемы. Конденсатор С 4 шунти¬ рует телефон по наивысшим частотам звукового диапазона и устраняет отри¬ цательную обратную связь во втором каскаде усилителя радиочастоты. Источником питания приемника служит батарея, составленная из пяти
176 Беседа девятая аккумуляторов Д-0,1. Можно также ис¬ пользовать четыре элемента 332 или 316, соединив их последовательно. Для магнитной антенны WA1 по¬ требуется ферритовый стержень мар¬ ки 400НН или 600НН диаметром 8 и длиной 55...60 мм, а для высокочастот¬ ного трансформатора L3, L4 — ферри- товое кольцо диаметром 7...8 мм. Для приема радиостанций средневолново¬ го диапазона контурная катушка L1, намотанная на бумажной гильзе, долж¬ на содержать 70...80 витков; катушка связи L2, намотанная поверх контур¬ ной катушки, 5...6 витков провода ПЭВ- 1 0,12...0,15, а для приема радиостанций длинноволнового диапазона — соот¬ ветственно 210...220 и 15...20 витков та¬ кого же провода. Длинноволновую контурную катушку желательно намо¬ тать четырьмя-пятью секциями по рав¬ ному числу витков в каждой секции. Катушки высокочастотного транс¬ форматора наматывай проводом ПЭВ-1 0,1...0,12 с помощью проволочного чел¬ нока, предварительно сгладив углы ферритового кольца наждачной бума¬ гой. Для средневолнового диапазона катушка L3 должна содержать 75...80 витков, L4 — 60...85 витков, а для длин¬ новолнового диапазона соответствен¬ но 110... 120 и 75...80 витков такого же провода. Конденсатор переменной емкости С1 контура магнитной антенны может быть любой конструкции. Желательно, однако, чтобы он был малогабаритным, например типа КПЕ-180. Можно, разу¬ меется, использовать и подстроечный конденсатор КПК-2 с наибольшей ем¬ костью 100 пФ, но тогда диапазон волн, перекрываемый контуром, несколько сузится. От того, каким будет этот эле¬ мент настройки контура, зависит кон¬ струкция приемника в целом. Телефон BF1 — ушной типа ТМ- 2М, ТМ-4М, телефонный капсюль ДЭМШ-4м или низкоомные головные телефоны, например ТА-56М. Конден¬ саторы С2, СЗ и С5 — оксидные типа К50-6, С4 и С7 — КЛС или МБМ. Проверку работоспособности при¬ емника производи в таком порядке. Сначала телефон (желательно высоко¬ омный) подключи к нагрузочному ре¬ зистору R1 детектора, а вывод отрица¬ тельной обкладки конденсатора С8 (отпаяв его от резистора R1) соедини с заземленным проводником цепи пита¬ ния. Изменяя емкость конденсатора С1 и одновременно поворачивая прием¬ ник с магнитной антенной в горизон¬ тальной плоскости, ты должен услы¬ шать те станции, которые уверенно принимаются в вашей местности. По¬ сле восстановления соединения кон¬ денсатора С8 с нагрузкой детектора и включения телефона на свое место громкость радиоприема должна стать значительно больше. Никакой подгонки режимов тран¬ зисторов микросхемы приемник не требует. Что же касается небольшого смещения границ диапазона волн, пе¬ рекрываемого приемником, то это, как ты уже знаешь, можно сделать измене¬ нием положения контурной катушки L1 (вместе с катушкой L2) на феррито- вом стержне. В любом из тех устройств, о которых я здесь рассказал, можно также исполь¬ зовать микросхему К118УН1А или, уве¬ личив напряжение источника питания до 12 В, микросхему К118УН1В. В пер¬ вом случае уровень сигнала на выходе усилителя, генератора или приемника будет несколько слабее, а во втором — несколько сильнее. При этом никаких изменений в монтаже делать не надо. Можно, кроме того, использовать и аналогичные им микросхемы К122УН1А-В из серии К122, внешним видом напоминающие обычные тран¬ зисторы. Но тогда нужно будет изме¬ нить участок монтажа, относящийся непосредственно к микросхеме в соот¬ ветствии с ее конструкцией и располо¬ жением выводов. Рефлексные приемники, когда-то привлекавшие внимание радиолюбите¬ лей тем, что позволяли уменьшить в них число остродефицитных по тому вре¬
Беседа девятая 177 мени транзисторов или микросхем, се¬ годня представляют лишь технический или исторический интерес. И не только потому, что переменился сам дефицит, но и потому, что в описанных конструк¬ циях легче понять способности таких "многорежимных" элементов сохра¬ нить свои основные параметры неиз¬ менными при разных режимах работы. ЦИФРОВАЯ МИКРОСХЕМА Основой описания и логики дейст¬ вия цифровых микросхем служит дво¬ ичная система счисления, состоящая всего из двух цифр — единицы (1) и нуля (0). Отсюда и обобщенное назва¬ ние микросхем и создаваемых на их базе всевозможных приборов и уст¬ ройств — цифровые. Эти две цифры двоичной системы счисления позволя¬ ют записывать и "запоминать" практи¬ чески любые числа. Например, число 12 привычной нам десятичной системы счисления, записанное в двоичной сис¬ теме, выглядит так: 1100. Здесь каждая позиция числа, которая может быть представлена в виде электрических им¬ пульсов, соответствует одному из двух логических состояний — логической 1 или логическому 0. Особенно удобной такая система кодирования информа¬ ции оказалась для программирования и работы ЭВМ. Для электрических сигналов, несу¬ щих ту или иную цифровую информа¬ цию, двоичная система счисления так¬ же соответствует двум состояниям или двум условным электрическим уров¬ ням: высокому, т.е. более положитель¬ ному, и низкому — менее положитель¬ ному и даже нулевому. Но на практике невозможно вы¬ полнить условие, при котором бы все цифровые сигналы имели одинаковые уровни напряжения. Поэтому, учиты¬ вая возможные допуски и свойства ци¬ фровых микросхем, электрические сигналы, несущие информацию, ха¬ рактеризуются некоторыми интерва¬ лами напряжений. В частности, для ми¬ кросхем серии К155, наиболее широко используемых радиолюбителями для конструируемых ими приборов и уст¬ ройств цифровой техники, для низкого уровня, соответствующего логическо¬ му 0, приняты напряжения сигналов от 0 до 0,4 В, т.е. не более 0,4 В, а высоко¬ го, соответствующего уровню логичес¬ кой 1, — не менее 2,4 В и не более на¬ пряжения, на которое они рассчита¬ ны, — 5 В. Для микросхем других серий эти границы уровней напряжений мо¬ гут быть несколько меньшими или, на¬ оборот, несколько большими, но неиз¬ менными для данной серии. В серию К155 входит около 100 ми¬ кросхем разных степеней интеграции и функционального назначения. Это различные триггеры, счетчики импуль¬ сов, делители частоты, преобразовате¬ ли цифровых кодов, дешифраторы и т.д. Основой же многих из них служат так называемые логические элемен¬ ты — электронные устройства, реали¬ зующие простейшие функции алгебры логики. С них и следует начинать зна¬ комство с устройством и работой циф¬ ровых микросхем. Логических элементов, работаю¬ щих как самостоятельные цифровые микросхемы малой степени интегра¬ ции и как компоненты микросхем бо¬ лее высокой степени интеграции, мож¬ но насчитать несколько десятков. Но здесь мы поговорим о работе и возмож¬ ном применении лишь одного из них — об элементе 2И-НЕ, представляющем собой комбинацию из логических эле¬ ментов И и НЕ. Схема логического элемента 2И-НЕ, являющегося базовым элементом мик¬ росхем серии К155, и его условное гра¬ фическое обозначение показаны на рис. 159. Его условным символом, как и у элемента И, служит знак "&" внутри прямоугольника (заменяющий союз "И" в английском языке). Входов, обо¬ значаемых слева, два и один выход — справа. Небольшой кружок, которым начинается выходная линия связи, сим¬ волизирует логическое отрицание "НЕ"
178 Беседа девятая на выходе элемента. Вообще же у эле¬ мента И-НЕ входов может быть больше. Рис. 159. Условное графическое обозначение (а) и схема логического элемента 2И-НЕ (б) Логический элемент 2И-НЕ состо¬ ит из четырех транзисторов структуры п-р-пг трех диодов и пяти резисторов. Связь между транзисторами непосред¬ ственная. Резистор RH, показанный штриховыми линиями, символизирует нагрузку, подключенную к выходу элемента. Подобные электронные уст¬ ройства цифровой техники называют микросхемами транзисторно-транзис¬ торной логики или сокращенно ТТЛ. Входная логика осуществляется тран¬ зистором (первая буква Т), а усиление и инверсия — также транзисторами (вторая буква Т). Входной транзистор VT1, включен¬ ный по схеме с общей базой, двухэмит- терный, причем эмиттеры соединены с общим проводом питания через диоды VD 1 и VD2, которые защищают транзи¬ стор от случайного попадания на эмит¬ теры напряжения отрицательной по¬ лярности. Транзистор VT2 образует усилительный каскад с двумя нагрузка¬ ми: эмиттерной (резистор R3) и коллек¬ торной (резистор R2). Снимаемые с них противофазные сигналы (противо¬ положные по уровню, если на коллек¬ торе высокий уровень напряжения, на эмиттере — низкий) поступают на ба¬ зы транзисторов VT3 и VT4 выходного каскада. Таким образом, выходные транзисторы во время работы всегда находятся в противоположных состоя¬ ниях — один из них закрыт, а второй в это время открыт. Этому способствует и диод VD3. При наличии на одном или обоих входах элемента напряжения низкого уровня (например, при соединении их с общим проводом источника питания), транзистор VT1 открыт и насыщен, транзисторы VT2 и VT4 закрыты, а транзистор VT3 выходного каскада от¬ крыт и через него, диод VD3 и нагрузку Rjj течет ток. В том же случае, когда на оба входа будет подано напряжение вы¬ сокого уровня, транзистор VT1 закро¬ ется, а транзисторы VT2 и VT4 откро¬ ются и тем самым закроют транзистор VT3. При этом ток через нагрузку прак¬ тически прекратится, так как элемент примет нулевое состояние. Напряжение низкого уровня на вы¬ ходе логического элемента равно на¬ пряжению на коллекторе открытого транзистора VT4 и не превышает 0,4 В. Напряжение высокого уровня на вы¬ ходе логического элемента (когда тран¬ зистор VT4 закрыт) отличается от на¬ пряжения источника питания на значе¬ ние падения напряжения на транзисто¬ ре VT3 и диоде VD3 и составляет не менее 2,4 В. Фактически же логические напряжения высокого уровня на выхо¬ де элемента зависят от сопротивления нагрузки и могут быть в пределах 0,1...0,15и 3,5...3,9 В соответственно. Переход элемента из единичного состояния в нулевое происходит скач¬ кообразно при подаче на его входы на¬ пряжения около 1,2 В, называемого по¬ роговым. Запомни принцип действия логиче¬ ского элемента 2И-НЕ: при сигнале низ¬ кого уровня на одном или одновремен¬ но на всех его входах на выходе будет сигнал высокого уровня, который изме¬ няется на сигнал низкого уровня при появлении таких же сигналов на всех
Беседа девятая 179 входах элемента. Такова логика дейст¬ вия и многовходовых элементов И-НЕ, например таких, как ЗИ-НЕ, 8И-НЕ. Логический элемент И-НЕ незави¬ симо от числа входов обладает еще од¬ ним существенным свойством, суть ко¬ торого заключается в следующем: если все его входы соединить вместе и по¬ дать на них сигнал высокого уровня, на выходе элемента будет сигнал низкого уровня. И наоборот, при подаче на объ¬ единенный вход сигнала низкого уров¬ ня на выходе элемента будет сигнал вы¬ сокого уровня. В этом случае элемент И-НЕ, как, вероятно, ты уже догадался, становится инвертором, т.е. логичес¬ ким элементом НЕ. Чтобы закрепить в памяти сущ¬ ность действия логического элемента 2И-НЕ, предлагаю провести с ним не¬ сколько опытов. Для этого можно ис¬ пользовать один из элементов микро¬ схемы К155ЛАЗ, с которой тебе часто придется сталкиваться в практических делах. 13 Рис. 160. Микросхема K155JIA3 Условное графическое изображе¬ ние микросхемы К155ЛАЗ приведено на рис. 160. Конструктивно она выгля¬ дит так же, как микросхемы серии К118: пластмассовый корпус прямо¬ угольной формы с 14 пластинчатыми выводами. Напряжение +5 В источни¬ ка питания подается на вывод 14, а — 5 В —г на вывод 7. Микросхема состоит из четырех элементов 2И-НЕ, питаю¬ щихся от общего источника постоян¬ ного тока, но каждый из них работает как самостоятельная микросхема. Вы¬ делить элементы нетрудно по номерам выводов. Так, входные выводы 1, 2 и выходной вывод 3 относятся к одному из ее элементов, входные выводы 4, 5 и выходной 6 — ко второму элементу и т.д. Выводы 7 и 14, служащие для пода¬ чи питания на все элементы, не приня¬ то обозначать на схемах потому, что элементы обычно изображают не слит¬ но, как на рис. 160, а раздельно, в раз¬ ных участках принципиальной элект¬ рической схемы устройства. Для питания микросхемы жела¬ тельно использовать источник, обеспе¬ чивающий стабильное напряжение 5 В, например сетевой блок питания, опи¬ санный в следующей беседе. Но для опытов можно воспользоваться бата¬ реей 3336. Опытную проверку логики дейст¬ вия элементов 2И-НЕ микросхемы К155ЛАЗ можно проводить в любом по¬ рядке. Предположим, решим начать с первого элемента (с выводами 1...3). Тог¬ да сначала один из входных выводов, например вывод 2, соедини с общим ми¬ нусовым проводником источника пита¬ ния, а вывод 1 — с плюсовым, но через резистор сопротивлением 1... 1,5 кОм (на рис. 161, a — R1). К выходному выво¬ ду 3 элемента подключи вольтметр PU. Что показывает стрелка вольтметра, вы¬ полняющего в данном случае роль инди¬ катора? Напряжение, равное примерно 3,5...4 В, т.е. соответствующее напряже¬ нию высокого уровня. Далее измерь вольтметром напря¬ жение на входном выводе 1. И здесь, как увидишь, тоже высокий уровень напря¬ жения. Отсюда вывод: когда на одном из входов элемента 2И-НЕ высокий уро¬ вень напряжения, а на другом низкий, на выходе будет высокий уровень на¬ пряжения. Иначе говоря, элемент нахо¬ дится в единичном состоянии. Теперь и входной вывод 2 элемента соедини через резистор сопротивлени¬ ем 1... 1,5 кОм с плюсовым проводни¬ ком цепи питания, а проволочной пере¬ мычкой — с общим (рис. 161, б). Из¬ мерь напряжение на выходном выводе.
180 Беседа девятая На нем, как и в предыдущем случае, бу¬ дет напряжение высокого уровня. Сле¬ дя за стрелкой индикатора, удали про¬ волочную перемычку, чтобы и на входе 2 элемента появилось напряжение вы¬ сокого уровня. Что фиксирует вольт¬ метр на выходе элемента? Напряжение около 0,3 В, т.е. напряжение, соответ¬ ствующее низкому уровню. Следова¬ тельно, элемент из единичного состоя¬ ния переключился в нулевое. Рис. 161. Опыты с логическим элементом 2И- НЕ Затем той же проволочной пере¬ мычкой замкни вход 1 на общий про¬ водник источника питания. На выходе при этом сразу появится напряжение высокого уровня. А если любой из входных выводов периодически замы¬ кать на общий проводник, как бы ими¬ тируя подачу на него напряжения низ¬ кого уровня? С такой же частотой сле¬ дования на выходе элемента будут по¬ являться электрические импульсы и с такой же частотой будет колебаться стрелка подключенного к нему вольт¬ метра. О чем говорят проведенные опы¬ ты? Они подтверждают логику дейст¬ вия элемента И-НЕ: при подаче напря¬ жения высокого уровня на оба входа на выходе элемента появляется напряже¬ ние низкого уровня или, говоря иначе, элемент из единичного состояния пе¬ реключается в нулевое. Еще один опыт: отключи оба вход¬ ных вывода элемента от других деталей и проводников. Что теперь будет на вы¬ ходе? Напряжение низкого уровня. Так и должно быть, потому что не под¬ ключение входных выводов равнознач¬ но подаче на них напряжения высоко¬ го уровня и, следовательно, установке элемента в нулевое состояние. Не за¬ бывай об этой особенности логических элементов 2И-НЕ. Следующий опыт — проверь дей¬ ствия того же логического элемента 2И-НЕ при включении его инверто¬ ром, т.е. как элемента НЕ. Для этого соедини между собой оба входных вы¬ вода и через резистор сопротивлени¬ ем 1... 1,5 кОм подключи их к плюсо¬ вому проводнику источника питания (рис. 161, б). Что покажет вольтметр, подключенный к выходу элемента? Напряжение низкого уровня. Не от¬ ключая резистор от этого проводника, замкни объединенный вход на общий проводник (на рис. 161, в показано штриховой линией) и одновременно проследи за реакцией стрелки вольт¬ метра — она покажет напряжение вы¬ сокого уровня. Так ты убедишься в том, что сигнал на выходе инвертора всегда противоположен входному. Проведи подобные опыты с други¬ ми логическими элементами микросхе¬ мы К155ЛАЗ и сделай соответствую¬ щие выводы. НА ОДНОЙ ЦИФРОВОЙ МИКРОСХЕМЕ Что можно сделать на одной микро¬ схеме К155ЛАЗ? Многое. Например разные варианты генераторов, про¬ стые измерительные приборы, игро¬ вые автоматы и даже электромузы¬ кальный инструмент. Вот конкретные примеры. Схему первого устройства на мик¬ росхеме К155ЛАЗ, в котором работают все составляющие ее элементы 2И-НЕ, ты видишь на рис. 162, а. Это генератор колебаний звуковой частоты. Сам гене¬ ратор образуют последовательно со¬ единенные элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, включенные инверторами. Кон¬ денсатор С1 создает между выходом второго элемента и входом первого эле¬
Беседа девятая 181 мента положительную обратную связь, обеспечивающую автоколебательный процесс, а резистор R1 стабилизирует режим возбуждения генератора. Работает устройство следующим образом. Сразу после включения пита¬ ния (выключателем SA1) конденсатор С1 начинает заряжаться через резис¬ тор R1. Предположим, что в этот мо¬ мент на выходе элемента DD1.2 будет напряжение высокого уровня (около 4 В), тогда на выходе элемента DD1.3 будет напряжение низкого уровня (примерно 0,4 В). Как только напряже¬ ние на левой (по схеме) обкладке кон¬ денсатора С1, а значит, и на входе эле¬ мента DD1.1 станет ниже порогового (1,2...2,3 В), состояние всех элементов изменится на обратное. Теперь кон¬ денсатор С1 начинает разряжаться через резистор R1 и элемент DD1.3, а затем, когда элементы переключатся в первоначальное состояние, будет вновь заряжаться и т.д. В результате на выводе б элемента DD1.2, являющегося выходом генератора, будут непрерыв¬ но, пока включено питание, формиро¬ ваться импульсы напряжения прямо¬ угольной формы. Точно такие же им¬ пульсы, но сдвинутые по фазе на 180°, будут и на выводе И элемента DD1.4, выполняющего функцию инвертора. Рис. 162. Генераторы колебаний звуковой час¬ тоты (а) и световых импульсов (б) на логичес¬ ких элементах 2И-НЕ С выхода элемента DD1.4 сигнал ге¬ нератора подается на переменный ре¬ зистор R2, а с его движка на вход уси¬ лителя 34, работу которого надо прове¬ рить. Этот резистор, таким образом, выполняет роль регулятора уровня вы¬ ходного сигнала генератора. Частоту генерируемых импульсов плавно регулируют переменным рези¬ стором R1. С уменьшением его сопро¬ тивления частота генератора повыша¬ ется, а с увеличением, наоборот, сни¬ жается. При емкости конденсатора С1, равной 0,5 мкФ, наибольшая частота генератора составляет 4...5 кГц, а наи¬ меньшая — примерно 500 Гц. Смонтировать и проверить рабо¬ тоспособность генератора можно на картонной плате размерами примерно 50 х 60 мм. Детали размещай с одной стороны платы, а соединения между ними делай с другой стороны. Выводы микросхемы пропусти через проколы в плате до упора корпуса, отогни не¬ много в стороны и тут же пронумеруй, чтобы исключить ошибки в соедине¬ нии ее элементов. Конденсатор С1 — МБМ или БМ, резисторы R1 и R2 лю¬ бых типов. Источником питания мо¬ жет быть выпрямитель с выходным напряжением 5 В или батарея 3336. Проводник положительного полюса источника тока (желательно в изоля¬ ции красного цвета) подключай к вы¬ воду 14, а проводник отрицательного полюса — к выводу 7 микросхемы. Тщательно проверь все соединения по принципиальной схеме. Если оши¬ бок в монтаже нет, то подключи к вы¬ ходу генератора головные телефоны и включи питание — в телефонах услы¬ шишь звук, тональность которого мож¬ но изменять переменным резистором R1, а громкость — переменным резис¬ тором R2. Схема второго опытного устройст¬ ва показана на рис. 162, б. Из четырех элементов микросхемы К155ЛАЗ в нем работают только два (любых), а два других не используются. В устройство дополнительно введен транзистор с
182 Беседа девятая лампочкой накаливания в коллектор¬ ной цепи. В целом же устройство пред¬ ставляет собой генератор световых им¬ пульсов, аналогичный уже опробован¬ ному тобой в этой беседе (см. рис. 155). Элементы DD1.1 и DD1.2, включен¬ ные инвертором, соединены между со¬ бой последовательно и образуют как бы двухкаскадный транзисторный уси¬ литель с непосредственной связью. Конденсатор С1, включенный между выходом элемента DD1.2 и входом эле¬ мента DD 1.1, создает между выходом и входом такого усилителя положитель¬ ную обратную связь, благодаря кото¬ рой он возбуждается и начинает гене¬ рировать электрические колебания. Догадываешься, что представляет собой эта часть электронного устройст¬ ва? Да, это мультивибратор — устройст¬ во, генерирующее импульсы напряже¬ ния, близкие по форме к прямоуголь¬ ным. Частота генерируемых импульсов зависит от емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R1. При емко¬ сти конденсатора С1, указанной на схе¬ ме, только переменным резистором R1 частоту следования импульсов можно изменять примерно от 60 до 120 импуль¬ сов в 1 мин (1—2 Гц). С вывода 6 элемента DD1.2, являю¬ щегося выходом мультивибратора, скачкообразно изменяющееся напря¬ жение подается на базу транзистора VT1 и управляет его работой. В те мо¬ менты, когда на выводе 6 этого элемен¬ та напряжение низкого уровня, тран¬ зистор VT1 закрыт. Когда же на этом выводе напряжение высокого уровня, транзистор открывается и лампочка ELI в его коллекторной цепи загорает¬ ся. Таким образом, транзистор, управ¬ ляемый перепадами напряжения на выходе элемента DD1.2, работает в ре¬ жиме переключения, а частота свето¬ вых вспышек лампочки определяется частотой импульсов, генерируемых мультивибратором. Детали монтируй на такой же кар¬ тонной плате, на которой ты испыты¬ вал первый генератор. Оксидный кон¬ денсатор С1 типа К50-6, лампочка ELI — на напряжение 2,5 В и ток нака¬ ла 68 мА (МН2,5-0,068), переменный резистор R1 любой конструкции. Прежде чем включить питание, движок резистора R1 поставь в поло¬ жение наибольшего введенного сопро¬ тивления (по схеме — в крайнее пра¬ вое) , а между общим заземленным про¬ водником и выходом мультивибратора (вывод 6 элемента DD1.2) включи вольтметр постоянного тока. Если оши¬ бок в монтаже нет, то после включения питания стрелка вольтметра должна периодически, с частотой мультиви¬ братора, отклоняться от нулевой от¬ метки шкалы и с такой же частотой вспыхивать лампочка в коллекторной цепи транзистора. Попробуй умень¬ шать введенное сопротивление пере¬ менного резистора R1 — частота коле¬ баний стрелки вольтметра и вспышек лампочки накаливания должна плавно увеличиваться. Подключи параллельно конденса¬ тору С1 второй конденсатор такой же или большей емкости. Что измени¬ лось? Частота световых вспышек, регу¬ лируемая резистором R1, уменьшилась примерно вдвое. Емкость этого конден¬ сатора можно уменьшить примерно до 100 мкФ. Но тогда при минимальном сопротивлении резистора R1 частота импульсов, генерируемых мультиви¬ братором, будет столь, значительной, что стрелка вольтметра и нить накала лампочки из-за инерционности уже не смогут на них реагировать. На такую частоту могут реагировать только голо¬ вные телефоны. Такое электронное устройство, но дополненное еще одним транзистором и лампочкой накаливания, можно ис¬ пользовать в качестве "мигалки" — указателя поворотов при езде на вело¬ сипеде. В этом случае резистор R1 мо¬ жет быть постоянным, но подобран¬ ным такого номинала, чтобы лампочка вспыхивала не более 50...60 раз в 1 мин. Источник питания — батарея 3336. Для коммутации цепей питания используй
Беседа девятая 183 трехпозиционныи двухсекционный тумблер со средним нейтральным по¬ ложением. В среднем положении руч¬ ки тумблера генератор и лампочки на¬ каливания, находящиеся слева и спра¬ ва от сидения велосипеда, обесточены. В левом положении ручки тумблера бу¬ дут включаться одновременно сам ге¬ нератор и левая лампочка, а при пра¬ вом положении ручки тумблера — тот же генератор и правая лампочка указа¬ теля поворотов. Составить схему такой коммутации цепей питания ты, наде¬ юсь, сможешь и без моей помощи. Следующий пример — генератор прерывистого звукового сигнала (рис. 163). Он состоит из двух взаимо¬ связанных мультивибраторов, в кото¬ рых работают все четыре логических элемента микросхемы К155ЛАЗ. Муль¬ тивибратор на элементах DD1.3 и DD1.4 генерирует колебания частотой около 1000 Гц, которые преобразуются телефонным капсюлем ДЭМ-4м (ВА1) в звук. Но звук прерывистый, потому что работой этого мультивибратора уп¬ равляет другой — на логических эле¬ ментах DD1.1 и DD1.2. Он генерирует тактовые импульсы с частотой следова¬ ния около 1 Гц. Телефон звучит лишь в те промежутки времени, когда на вы¬ ходе тактового генератора появляется высокий уровень напряжения. Дли¬ тельность звуковых сигналов можно изменять подбором конденсатора С1 и резистора R1, а высоту звука — подбо¬ ром конденсатора С2 и резистора R2. Рис. 163. Схема генератора прерывистого зву¬ кового сигнала Такое устройство вполне может за¬ менить обычный квартирный звонок. И еще пример — наипростейший электромузыкальный инструмент (ЭМИ), внешний вид и принципиаль¬ ная схема которого показаны на рис. 164. Играют на нем, касаясь клави¬ атуры щупом. Его музыкальный диапа¬ зон — две октавы: от ноты "до" первой октавы до "си” второй октавы, что со¬ ответствует диапазону звуковых час¬ тот от 260 до 988 Гц. Это, конечно, не электромузыкальный инструмент в полном смысле этого слова, а всего лишь электромузыкальная игрушка, сувенир. Но на нем все же можно иг¬ рать многие несложные музыкальные мелодии. Лично я слышал их в исполне¬ нии старейшего радиолюбителя Ю. Па¬ хомова — автора этой конструкции. Принципиальная схема ЭМИ должна напомнить тебе схему генера¬ тора колебаний звуковой частоты (см. рис. 162, а). Но в том генераторе часто¬ ту колебаний ты изменял плавно пере¬ менным резистором, а здесь частота колебаний изменяется скачкообразно при включении в частотозадающую цепь резисторов Rl — R24 разных но¬ миналов. И здесь все логические элементы 2И-НЕ микросхемы К155ЛАЗ включе¬ ны инверторами. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3 образуют генератор то¬ на, а элемент DD1.4 совместно с пер¬ вичной обмоткой трансформатора Т1 — усилитель мощности генерируе¬ мых колебаний звуковой частоты. Ди¬ намическая головка ВА1, подключен¬ ная ко вторичной обмотке трансфор¬ матора, преобразует эти колебания в звуковые разной тональности. Питается ЭМИ от батареи 3336, "Планета-2" или трех элементов 332, соединенных последовательно. Макси¬ мальный потребляемый ток не превы¬ шает 30 мА. Частота колебаний генератора тона определяется емкостью конденсатора С1 и тем из резисторов Rl—R24, кото¬ рый через щуп SA1, подключенный к выходу 8 элемента DD1.3, и клавишу, со¬ ответствующую этому тону, включается в частотозадающую цепь генератора. Чем меньше сопротивление резистора,
184 Беседа девятая Рис. 164. Внешний вид и схема простейшего ЭМИ включенного в эту цепь, тем выше тон звука. Звуку "до” первой октавы соот¬ ветствует включение в цепь резистора R1, а звуку "си" второй октавы — вклю¬ чение щупом резистора R24. Сопротив¬ ления резисторов Rl—R24 подбирают опытным путем при настройке ЭМИ. Основой ЭМИ служит плата из фольгированного стеклотекстолита. Размеры платы, конфигурация всех ее токонесущих площадок, клавиатуры и соединения деталей показаны на рис. 165. Изолирующие прорези в фольге шириной 1... 1,5 мм сделаны ре¬ заком из ножовочного полотна. Сквоз¬ ные отверстия в плате выпилены под кнопочный выключатель П2К (SB1), вы¬ ходной трансформатор Т1 типа ТВ-12 (можно применить трансформатор от любого промышленного малогабарит¬ ного транзисторного приемника) и маг¬ нитную систему малогабаритной дина¬ мической головки ОДГД-6 (ВА1). Резис¬ торы, конденсатор, выводные лепестки микросхемы и соединительные провод¬ ники припаивают к печатным провод¬ никам, не просверливая отверстий в них. Чтобы основные длинные клави¬ ши (они обычно белые) отличались по цвету от коротких, их следует аккурат¬ но залудить. Оксидный конденсатор С1 должен быть с возможно малым током утечки, например типа К53-1. Резисто¬ ры МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. Сопротив¬ ление резистора R1 не должно быть больше 1,8 кОм, а резистора R24 — не менее 300 Ом. Номиналы промежуточ¬ ных резисторов отличаются от сосед¬ них: в низкочастотной части звукового диапазона на 100... 150 Ом, в высокочас¬ тотной — на 30...50 Ом. Так, например, ориентировочно сопротивление резис¬ тора R2 (нота "ре" первой октавы) должно быть 1670 Ом, а резистора R23 (нота "ля" второй октавы) — 505 Ом. Для щупа SA1 используй корпус шариковой ручки или цанговый каран¬ даш. Его металлический стержень, ко¬ торым касаются клавишей во время иг¬ ры, соедини гибким изолированным проводником с площадкой вывода 8 элемента DD1.4. Защитную крышку корпуса с вырезом под кнопку выклю¬ чателя и отверстиями против динами¬ ческой головки склей из листовой пластмассы или оргалита, покрась цветной нитроэмалью или оклей деко¬ ративной пленкой. Настройка ЭМИ заключается в тщательном подборе резисторов R1 — R24 частотозадающей цепи генератора тона. Первым подбирай резистор R1.
Беседа девятая 185 Рис. 165. Конструкция и монтаж ЭМИ На это время замени его последова¬ тельно соединенными переменным и постоянным резисторами сопротивле¬ нием по 1 кОм. Щупом коснись край¬ ней левой клавиши и, пользуясь как эталоном роялем, пианино или баяном, переменным резистором настрой гене¬ ратор на частоту, соответствующую ноте "до" первой октавы. Затем оммет¬ ром измерь сопротивление временной цепочки резисторов и замени ее резис¬ тором (или несколькими резисторами) такого же номинала. Аналогично подбирай другие рези¬ сторы частотозадающей цепи генера¬ тора тона, а затем приступай к овладе¬ нию техникой игры на ЭМИ. Может случиться, что у тебя не ока¬ жется фольгированного стеклотексто¬ лита или гетинакса. В таком случае ос¬ новой клавиатуры может быть плас¬ тинка органического стекла, на кото¬ рую ты наклеишь полоски медной фольги. Для монтажа микросхемы, вы¬ ключателя питания и оксидного кон¬ денсатора фольга необязательна. Имей в виду, что с понижением на¬ пряжения источника питания частота колебаний генератора, а значит, и тон звука ЭМИ несколько изменяются. Но соотношение между смежными тональ¬ ными частотами при этом в основном сохраняется, что практически не сказы¬ вается на исполняемой мелодии. А что¬ бы частота тонального генератора все же не изменялась, питать ЭМИ надо от источника стабилизированного напря¬ жения или от четырех элементов 343, соединенных последовательно, но через параметрический стабилизатор напря¬ жения, в котором можно использовать стабилитрон КС 139А или КС 147А. Такое электромузыкальное уст¬ ройство может стать твоим подарком младшему брату или сестре, а ты в бу¬ дущем займешься постройкой более сложного ЭМИ. ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ КМОП "Кирпичиками" цифровых микро¬ схем ТТЛ серии К155 служат биполяр¬ ные транзисторы структур п-р-п и р-п-р. Именно с них в сравнительно недале¬ ком прошлом радиолюбители того вре¬ мени, в том числе и лично я, начинали практическое ознакомление с цифро¬ вой схемотехникой. Позже появились ТТЛ микросхемы К555, превосходя¬
186 Беседа девятая щие по основным параметрам микро¬ схемы серии К155. А сегодня наиболее опытные радиолюбители отдают пред¬ почтение более энергоэкономичным (но менее электропрочным) микросхе¬ мам КМОП серий К176 и К561. Они привлекают радиолюбителей сво¬ им почти нулевым энергопотреблением в статическом режиме. Буквосочетание КМОП в названии микросхем этих и подобных им се¬ рий — это начальные буквы слов, ха¬ рактеризующих функциональность и структуру образующих их полевых транзисторов: К — комплементарные, а МОП — начальные буквы структуры их изготовления: металл — окисел — полупроводник. Слово "комплементарные" (от ла¬ тинского complementum) здесь перево¬ дится как дополняющие. Так называют пару транзисторов, соединенных по це¬ пи питания последовательно, аналогич¬ ных по основным техническим параме¬ трам, но разных структур. В микросхе¬ мах ТТЛ комплементарной парой могут быть биполярные транзисторы п-р-п и р-п-р, а в микросхемах КМОП — п-ка- нальный и р-канальный полевые МОП- транзисторы. Конструктивная особенность МОП- транзисторов заключается в том, что их затворы надежно изолированы от кана¬ лов исток-сток. Именно поэтому МОП- транзистор часто называют полевым, с изолированным затвором. Они-то и служат основой логических элементов, триггеров, счетчиков и многих других цифровых микросхем функционально¬ го назначения. Пример тому — логический элемент микросхемы К561ЛА7 или К176ЛА7 (его схема приведена на рис. 166, а), реали¬ зующий логическую функцию 2И-НЕ. Полевые транзисторы VT1 и VT2, включенные по цепи питания парал¬ лельно, а транзисторы VT3 и VT4 после¬ довательно, образуют комплементар¬ ные пары, работающие на одну общую нагрузку. В целом же работа такого эле¬ мента аналогична функционированию логического элемента 2И-НЕ знакомой тебе ТТЛ-микросхемы К155ЛАЗ. Это значит, что уже сейчас, не откладывая на завтра, ты можешь опытным путем познать суть функционирования эле¬ мента 2И-НЕ микросхемы К561ЛА7 или К176ЛА7. Графическое обозначение элемента 2И-НЕ и цоколевка микро¬ схем К561ЛА7 и К176ЛА7, каждая из которых состоит из четырех элементов, показаны на рис 166, б. На выводы 7 и 14 подают напряжение питания микро¬ схем. Источником питания может быть батарея гальванических элементов или сетевой блок, обеспечивающий выход¬ ное напряжение, соответствующее на¬ пряжению питания микросхемы. Рис. 166. Структурная схема логического эле¬ мента 2И-НЕ микросхемы КМОП (а) и услов¬ ное графическое обозначение КМОП-микро- схем К561ЛА7 и К176ЛА7 (б) Номинальное напряжение питания микросхем серии К176 — 9В ±5%. Но они сохраняют работоспособность при более широком диапазоне напряже¬
Беседа девятая 187 ний — от 5 до 12 В. Для микросхем се¬ рии К561 гарантируется работоспособ¬ ность при напряжении питания 3... 15 В. КОРОТКО О МОНТАЖЕ МИКРОСХЕМ И МЕРАХ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ Большая часть микросхем, с кото¬ рыми тебе придется сталкиваться, име¬ ет пластмассовый прямоугольный кор¬ пус с пластинчатыми выводами, рас¬ положенными двумя рядами вдоль длинных сторон корпуса (рис. 167). На¬ иболее приемлемый метод монтажа — печатный. Микросхемы размещают на плате со стороны, свободной от фоль¬ ги, выводы пропускают через отвер¬ стия в плате и припаивают к контакт¬ ным площадкам печатных проводни¬ ков. Диаметр отверстий для выводов должен быть 0,5...0,6 мм, расстояния между центрами отверстий — 2,5 мм, между центрами отверстий в рядах — 7,5 мм. В зависимости от условий "ри¬ сунка" печатных проводников отвер¬ стия в рядах выводов можно распола¬ гать в шахматном порядке. Чтобы не размечать всякий раз отверстия на пла¬ те, целесообразно сделать из листового металла один-два шаблона с отверстия¬ ми (кондуктор), через которые можно сверлить отверстия в монтажной плате. Перед монтажом микросхемы можно проводить формовку ее выво¬ дов — изгибать с учетом удобства раз¬ мещения на плате самой микросхемы и соединения выводов с другими деталя¬ ми устройства. Но расстояние между местом изгиба вывода и корпусом должно быть не менее 6...8 мм. И делать это надо без значительных усилий, что¬ бы не нарушить соединения между вы¬ водом и контактной площадкой внутри микросхемы. Перед монтажом выводы микро¬ схемы необходимо облудить, чтобы не делать этого после установки ее на пла¬ те. Длительность облуживания и сама пайка каждого вывода не должна пре¬ вышать 3...5 с. А повторную пайку вы¬ вода, если в этом появляется необходи¬ мость, можно производить не ранее чем через 2...3 мин. Рис. 167. Монтаж микросхемы Многие микросхемы, как и поле¬ вые транзисторы, могут быть повреж¬ дены электростатическими зарядами, о чем мы уже говорили в пятой бесе¬ де. Чтобы предотвратить выход из строя микросхемы из-за попадания на ее выводы электростатического заря¬ да, надо, чтобы электрические потен¬ циалы монтажной платы, электропа¬ яльника и тела самого монтажника были одинаковыми. Для этого на руч¬ ку паяльника следует намотать не¬ сколько витков неизолированного медного провода или закрепить на ней жестяную пластинку и через ре¬ зистор сопротивлением 100...200 кОм соединить проводником с жалом и всеми другими металлическими дета¬ лями паяльника. Касание нагретым паяльником каждого вывода микро¬ схемы должно быть по возможности кратковременным — не более 3 с, а сам электропаяльник в это время дол¬ жен быть отключен от электросети. Невыполнение этих в общем-то не¬ сложных требований может привести к повреждению микросхемы. В обращении с КМОП-микросхе- мами не забывай об их особой чувстви¬ тельности к статическому электричест¬
188 Беседа девятая ву. Микросхема, положенная на какой- либо прибор, может быть безвозвратно испорчена: разность потенциалов меж¬ ду тобой, накопившим электрический заряд простым хождением по пласти¬ ковому полу, и этим прибором может быть достаточной для ее пробоя. В су¬ хом помещении КМОП-микросхемы не передают из рук в руки (как бы по¬ средником может стать какая-либо не¬ металлическая поверхность рабочего стола), а при монтаже пользуются низ¬ ковольтным паяльником с "заземлен¬ ным" на монтаж жалом. В работе с микросхемами наиболее удобен низковольтный электропаяль¬ ник ЭПСН-25/24. В его нагревателе есть отверстие с резьбой под винт М5, в которое ввертывают новое запасное жало. Полагаю, что эта беседа дала тебе начальные знания об аналоговых и цифровых микро¬ схемах, а те простые устройства, которые, надеюсь, ты опробовал, помогли закрепить эти знания на практике. Но есть микросхемы, которые нельзя отнести ни к аналоговым, ни к цифровым, хотя технически и завязаны в них самым тесным образом. Это АЦП — аналого-цифровые преобразователи и ЦАП — цифро-аналоговые преобразователи. АЦП — это базовая микросхема в современном измерительном приборе. С ее помощью значение измеренного параметра преобразуется в двоичное число, которое затем вы¬ свечивается на табло в виде привычного десятичного числа. Цифровые измерительные приборы взяли на себя и некоторые новые функции: автоматически переключают свои шкалы, определяют полярность измеряемого напряжения, самостоятельно отключают¬ ся в случае возникновения опасности измеряемого напряжения и многое другое. ЦАП выполняет обратную операцию — предъявленное ему двоичное число преобразует¬ ся в напряжение на пластинах осциллографа (и луч на его экране занимает определенную позицию), или в ток отклоняющих катушек монитора, или в напряжение на электродви¬ гателе исполнительного механизма и т.п. Микросхемы АЦП и ЦАП являются как бы "пограничными " элементами, связывающими дискретный мир современных ЭВМ с миром непрерывных величин. Практического применения их в приборах, описываемых в этой книге, не будет. Однако разговор о микросхемах и применении их не закончен и будет продолжен в других бесе¬ дах. А цифровым микросхемам и устройствам на них, кроме того, будет посвящена спе- циа^ьяая беседа — четырнадцатая.
189 БЕСЕДА ДЕСЯТАЯ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ РАДИОАППАРАТУРЫ Любой приемник, усилитель или электроизмерительный прибор, в которых работают транзисторы или микросхемы, можно питать как от химических источников постоян¬ ного тока — гальванических элементов, аккумуляторов или батареи, составленных из них, так и от электроосветительной сети переменного тока. Все зависит от того, ка¬ кой это приемник или усилитель. Если, например, приемник малогабаритный, как часто говорят «карманный», и рассчитан на питание от источника постоянного тока напря¬ жением 4,5...9 В, для него обычно используют гальванические элементы или батареи. А ес¬ ли транзисторный усилитель предназначен для воспроизведения звукозаписи при совме¬ стной работе с сетевым электропроигрывающим устройством, то питать его целесо¬ образно от электроосветительной сети. С некоторыми элементами и батареями ты практически уже знаком. А как устроены и работают эти химические источники посто¬ янного тока? Как транзисторный приемник, усилитель или иное радиотехническое уст¬ ройство или прибор питать от сети переменного тока? Вот на эти и некоторые другие вопросы, связанные с источниками тока для питания конструируемых тобой радиотехнических устройств, я и хочу ответить в этой беседе. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И БАТАРЕИ С устройством простейшего гальва¬ нического элемента я познакомил тебя еще в первой беседе (см. рис. 7). Элект¬ родами такого элемента служат разно¬ родные металлические пластинки, а электролитом — раствор кислоты. Это вполне работоспособный химический
190 Беседа десятая источник постоянного тока. Но он име- ёт два существенных недостатка. Пер¬ вый недостаток заключается в том, что электролит элемента — едкая жид¬ кость, которую можно пролить, рас¬ плескать. Второй недостаток — заметное влияние на работу элемента явления поляризации. Сущность поляризации заключается в следующем: в результа¬ те непрерывного разложения электро¬ лита током, протекающим внутри эле¬ мента, на положительном электроде оседают в виде пузырьков положитель¬ ные ионы водорода, образуя на нем га¬ зовую пленку, препятствующую дви¬ жению электрических зарядов. Оба этих недостатка простейшего жидкост¬ ного элемента устранены в тех сухих гальванических элементах, которыми ты уже пользовался и будешь их ис¬ пользовать для питания своих конст¬ рукций. Ты, уверен, не раз разбирал разря¬ дившуюся батарею 3336, чтобы посмот¬ реть, что находится под защитным сло¬ ем бумаги. Там три элемента, которые изолированы один от другого картон¬ ными прокладками. Сверху элементы защищены мастикой черного цвета — смолкой. Удалив смолку, ты увидишь графитовые стержни с металличес¬ кими колпачками, выступающие из цинковых стаканчиков. Графитовые стержни — это плюсовые (положитель¬ ные), а цинковые стаканчики — мину¬ совые (отрицательные) электроды эле¬ ментов и батарей. Чтобы рассмотреть внутреннее ус¬ тройство элемента, придется осторож¬ но разрезать по длине и отогнуть края цинкового стаканчика. Графитовый стержень находится в мешочке, напол¬ ненном спрессованной смесью толче¬ ного угля, порошка графита и двуокиси марганца. Это — деполяризатор. А эле¬ ктролитом служит студенистая паста, заполняющая пространство между де¬ поляризатором и стенками стаканчика, представляющая собой раствор наша¬ тыря с примесью крахмала и муки. Во время работы элемента выделяющийся водород соединяется с кислородом, со¬ держащимся в двуокиси марганца де¬ поляризатора, в результате чего поля¬ ризации не происходит. Химические источники тока такой системы называют гальваническими элементами с воздушной деполяриза¬ цией. Сухой элемент работает до тех пор, пока от действия химической ре¬ акции не разрушится цинковый элект¬ род и не изменится химический состав электролита и деполяризатора. Рис. 168. Гальванические элементы 373, 343, 332 и 316 (а), батарея «Крона ВЦ» и гальвани¬ ческий элемент галетного типа (б) Наша промышленность выпускает более десятка типов цилиндрических стаканчиковых элементов, предназна¬ чаемых для питания маломощных элек¬ тродвигателей, различной осветитель¬ ной и радиоэлектронной аппаратуры. Для питания же промышленных и ра¬ диолюбительских транзисторных пере¬ носных приемников, магнитофонов, измерительных приборов наиболее ши¬ роко используются элементы 373, 343, 332 и 316 (рис. 168, а). От элементов 336, из которых состоит батарея 3336, они отличаются только размерами. Один гальванический элемент не¬ зависимо от его конструкции развива¬
Беседа десятая 191 ет напряжение около 1,5 В. Ток же, ко¬ торый можно потреблять от элемента, определяется, как правило, размерами его электродов и обычно не превышает 0,2...0,3 А. Для обозначения гальванических элементов и батарей, составляемых из гальванических элементов, применяют в основном цифровую систему. Первые две цифры в обозначении стаканчико- вых элементов (от 20 до 49) в зашифро¬ ванном виде характеризуют форму, размеры и электрохимический состав элемента. Третья цифра служит шиф¬ ром высоты элемента. Но учти, эти циф¬ ры являются только условным шифром и не могут служить указателем на кон¬ кретные размеры в единицах длины. Обозначение батареи, образован¬ ной последовательным соединением элементов, состоит из шифра элемен¬ тов и числа элементов в батарее. При этом цифру, соответствующую числу элементов в батарее, ставят перед ши¬ фром обозначения ее элементов. Бата¬ рея 3336, например, состоит из трех элементов 336, поэтому в ее обозначе¬ нии перед шифром элементов стоит цифра 3. Для некоторых батарей за ци¬ фрами обозначения ставят букву У, X или Л, указывающую на рекомендуе¬ мый температурный режим эксплуата¬ ции: У — универсальная, X — хладо¬ стойкая, Л — летняя. Летнюю батарею рекомендуется эксплуатировать при окружающей температуре 0 — плюс 50°С, а хладостойкую — до минус 40°С. При пониженной температуре гальва¬ нические элементы и батареи разряжа¬ ются быстрее, чем при нормальной. Например, продолжительность работы батареи 3336Л при температуре минус 10°С и батареи 3336Х при температуре минус 20°С в 3...4 раза меньше, чем в рекомендуемых температурных усло¬ виях. Для питания конструируемых то¬ бой приемников пригодны батареи 3336 с любым буквенным индексом в конце обозначения. В некоторых батареях, например в батарее «Крона-ВЦ» или «Корунд», элементы имеют форму галеты, поэто¬ му их называют элементами галетного типа. Внешний вид такой батареи и ус¬ тройство ее элементов изображены на рис. 168, б. Отрицательным электродом элемента служит цинковая пластинка, а положительным — поляризационная масса, состоящая из смеси двуокиси марганца и графита, которая обернута тонкой пористой бумагой. Между эле¬ ктродами имеется картонная проклад¬ ка. Галету пропитывают электролитом и прочно стягивают тонкой пленкой эластичного пластика. При сборке ба¬ тареи отдельные галеты укладывают в виде столбика и сжимают. При этом края пластиковых пленок плотно при¬ легают одна к другой, образуя сплош¬ ную оболочку столбика, предохраняю¬ щую от испарения воды из электроли¬ та. В батарее «Крона-ВЦ» семь соеди¬ ненных последовательно элементов, начальное напряжение батареи 9 В. Основные технические сведения об описанных здесь химических источ¬ никах тока ты найдешь в таблице 7, приложения 5 (в конце книги). Поясню основные сведения, касающиеся на¬ чальных характеристик и режима раз¬ рядки элементов и батарей. Начальное напряжение UHa4 — это напряжение между полюсами свежеиз- готовленного, не бывшего в употребле¬ нии элемента (батареи) при подключе¬ нии к нему внешней цепи (нагрузки RJ сопротивлением, указанным в графе «Режим разрядки». Продолжитель¬ ность работы, выраженная в часах, ха¬ рактеризует время, в течение которого напряжение источника тока, разряжае¬ мого на нагрузку заданного сопротив¬ ления, уменьшается до конечного на¬ пряжения UKOH. Например, начальное напряжение элемента 343 при подклю¬ чении к нему внешней цепи сопротив¬ лением 20 Ом равно 1,4 В. Это напряже¬ ние при непрерывной разрядке элемен¬ та в течение 12 ч уменьшается до конеч¬ ного напряжения, соответствующего 0,85 В. Элемент (батарея), напряжение которого снизилось до конечного UKOH
192 Беседа десятая считается разряженным и для дальней¬ шей эксплуатации непригодным. По сопротивлению внешней цепи, указанному в графе «Режим разряд¬ ки», можно судить о токах элементов и батарей, при которых они наиболее эффективно отдают свои электричес¬ кие емкости (в ампер-часах) нагруз¬ кам. Например, элемент 343 во внеш¬ ней цепи сопротивлением 20 Ом созда¬ ет (по закону Ома) ток, равный I = = 1,55/20 « 0,08 А, т.е. 80 мА. Разряжа¬ ясь таким током до конечного напря¬ жения, элемент сможет работать не¬ прерывно 12 ч. При подключении на¬ грузки меньшего сопротивления ток разрядки элемента пропорционально увеличивается, из-за чего длительность его работы уменьшается. Кроме того, при интенсивной разрядке элемент не отдаст всей своей электрической емко¬ сти. И наоборот, с увеличением сопро¬ тивления нагрузки ток разрядки эле¬ мента уменьшается, а длительность не¬ прерывной работы возрастает. Но приемник или усилитель рабо¬ тает не непрерывно, да и потребляе¬ мый им ток даже во время работы не постоянен, а изменяется с частотой и амплитудой усиливаемого сигнала, по¬ этому и длительность действия питаю¬ щего его источника постоянного тока практически всегда больше, чем та, что значится в таблице. В предпоследней графе этой табли¬ цы указаны сроки сохранности эле¬ ментов и батарей. Имей в виду, что к концу этих сроков их напряжения и электроемкость за счет саморазряда снижаются на 15...20%. Для питания подавляющего боль¬ шинства конструируемых тобой транзи¬ сторных приемников и измерительных приборов, потребляющих при напряже¬ нии 4,5...9 В сравнительно небольшие то¬ ки, годятся батареи 3336, «Крона-ВЦ», а также элементы, которые можно соеди¬ нять в батареи. Все они вполне подойдут по разрядному току. Надо лишь выбрать те из них, которые обеспечивают нуж¬ ные напряжения. Но для некоторых конструкции, как, например, турист¬ ский радиоузел, переносная радиола, требуются источники питания напряже¬ нием до 12 В и, кроме того, позволяющие потреблять от них токи, превышающие допустимые разрядные. В таких случаях прибегают к соединению элементов в батарею, обеспечивающую требуемые напряжение и ток. Рис. 169. Соединение элементов в батарею Основных способов соединения элементов в батареи два — последова¬ тельное и параллельное. Последова¬ тельное соединение элементов в бата¬ рею показано на рис. 169, а. Здесь по¬ ложительный полюс правого элемен¬ та — плюс батареи, а отрицательный полюс левого элемента — минус бата¬ реи. Именно так соединены элементы батарей 3336. При последовательном соединении элементов напряжение батареи равно сумме напряжений всех входящих в нее элементов. Если, например, соеди¬ нить последовательно три элемента, каждый из которых дает напряжение 1.5 В, то напряжение батареи будет 4.5 В. От такой батареи можно потреб¬ лять ток значением не больше, чем мо¬ жет дать каждый в отдельности взятый элемент. Когда нужно получить боль¬ ший ток, чем может дать один элемент, их соединяют в батарею одноименны¬ ми полюсами — параллельно, как пока¬ зано на рис. 169, б. Такая батарея мо¬ жет дать во столько раз больший ток, чем один элемент, сколько элементов
Беседа десятая 193 соединено в батарею. Если, например, один элемент может отдавать ток ОДА, а требуется ток 0,5 А, нужно параллель¬ но соединить пять элементов. Напря¬ жение такой батареи равно напряже¬ нию одного элемента. А теперь — коротко о характерис¬ тиках гальванических элементов дру¬ гих систем и некоторых особенностях их эксплуатации. Это прежде всего — угольно-цин- ковые химические источники тока с водным раствором хлорида цинка. Их энергетические показатели примерно в 1,5 раза выше, чем у знакомых тебе марганцово-цинковых элементов и ба¬ тарей. Могут эксплуатироваться при температурах от — 15 до +70°С. Имеют меньший саморазряд и лучшую герме¬ тичность. Допускают больший разряд¬ ный ток. Алкалиновые элементы и бата¬ реи — электрохимическая система, ана¬ логичная системе марганцово-цинко¬ вых элементов, но в них электролитом служит щелочь в виде водного раствора гидроокиси калия. Алкалиновый эле¬ мент можно перезаряжать до 10 15 раз, но его повторная отдача не превы¬ сит 35% начальной. Для перезарядки пригодны только элементы, сохранив¬ шие герметичность и разрядившиеся до напряжения не менее 1,1 В. Алкалино¬ вые источники можно эксплуатировать при температурах от — 25 до + 55°С. До¬ пускают значительные токи разрядки. Элементы и батареи с воздушной деполяризацией. Их электрохимичес¬ кая система: цинк — воздух — гидрат окиси калия. Гидроокись марганца окисляется кислородом воздуха до Мп02. Для подвода и удержания 02 ис¬ пользуют специальные конструкции и материалы катода (элемент активизиру¬ ется лишь после извлечения пробки, от¬ крывающей доступ воздуху). Такие ис¬ точники тока обладают высокими энер¬ гетическими показателями и способны работать при температурах от —15 до + 50°С. Могут быть рекомендованы при значительных импульсных нагрузках. Ртутно-цинковые элементы и ба¬ тареи (электрохимическая система: цинк — окись ртути — гидрат окиси натрия) имеют высокие энергетичес¬ кие показатели, но работоспособны лишь при положительных температу¬ рах (0 ... +50°С). При малых токах раз¬ рядки и стабильной температуре на¬ пряжение на элементе остается почти неизменным. Практически не имеют газовыделения. Из-за наличия ртути экологически вредны и к массовому применению не рекомендуются. Серебряно-цинковые элементы и батареи (электрохимическая система: цинк — одновалентное серебро — гид¬ рат окиси калия или натрия). Источни¬ ки обладают сравнительно малым то¬ ком саморазрядки, хорошими энерге¬ тическими характеристиками и почти неизменным напряжением в процессе работы (при неизменной температуре от 0 до +55°С). Литиевые элементы и батареи с органическим электролитом. В эту группу источников тока входят более десяти электрохимических систем. На¬ пряжение одиночного элемента — от 1,5 до 3,6 В. Энергетические показате¬ ли выше, чем у ртутно- и серебряно¬ цинковых элементов: по массе — в 3 раза, по объему— в 1,5...2 раза. Литиевые источники тока обладают исключительно малым током самораз¬ рядки (сохраняют более 85% емкости после 10 лет хранения). Они герметич¬ ны и весьма стабильны по напряжению. В микромощных устройствах, где важна надежность контактов, используют ли¬ тиевые источники с выводами под пай¬ ку. Наиболее широко используют для питания наручных электронных часов. РЫНОК ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ источников ТОКА В недавнем прошлом источниками питания переносных радиотехнических устройств и приборов были в основном отечественные элементы 332, 343, бата¬
194 Беседа десятая реи 3336, «Крона». А сегодня? Прилавки и витрины магазинов, рынков и базаров, торгующих радиоаппаратурой и источ¬ никами ее питания, буквально завалены элементами и батареями различного на¬ значения, поступающими из стран Аме¬ рики, Европы, Азии. Как разобраться в таком обилии элементов и батарей и вы¬ брать из них нужные тебе, например, для питания настольных электронных часов? О некоторых особенностях эле¬ ментов и батарей зарубежного произ¬ водства, преимущественном их назначе¬ нии можно судить по сделанным на них надписям: Alkaline — элемент (батарея) со щелочным электролитом; Camera — для фотокиноаппаратуры; Cigarette Lighter — для карманной зажигалки; Communication Device — для средств связи; Fishing Float — для поплавка; Game — для электронной игрушки; Hearing Aid — для слухового аппарата; Lithium — литиевый элемент (батарея); Marganese-Zinc — марганцово-цин- ковый элемент (батарея); Measuring Equipment — для измерительных прибо¬ ров; Mercuric Oxide — ртутно-цинковый элемент (батарея); Microphone — для микрофона; Mini Radios — для миниа¬ тюрного радиоприемника; Nickel- Zinc — никель-цинковый элемент (ба¬ тарея); Silver Oxide — серебряно-цин- ковый элемент (батарея); Standart — универсальный элемент (батарея); Wristwatch — для наручных часов. Но они дают лишь очень общее представле¬ ние и только об этом конкретном источ¬ нике постоянного тока. Помощь в выборе необходимых ис¬ точников питания различной радиоап¬ паратуры или измерительных прибо¬ ров тебе окажут справочные приложе¬ ния 5 и б, помещенные в конце книги. В нее сведены характеристики наиболее «ходовых» элементов и батарей зару¬ бежного и отечественного производст¬ ва. В ней наименования элементов и батарей соответствуют стандартам международной электротехнической комиссии IEC (по-русски — МЭК), а наименования отечественных — по но¬ вым ГОСТ, ТУ. Латинская буква R в на¬ именовании источника тока означает, что этот цилиндрический элемент мар- ганцово-цинковой (МЦ) системы с со¬ левым электролитом, а буква F — эле¬ мент прямоугольной формы. Зная все эти условности, несложно путем срав¬ нения обозначения (маркировки) и схожести характеристики элементов и батарей, лежащих в витрине торгую¬ щей организации, выбрать из них не¬ обходимые. Например, одиночный эле¬ мент, выпускаемый в России под мар¬ кой 316, заменим элементом R6 зару¬ бежного производства. Наша батарея «Корунд» теперь имеет обозначение 6PLF22 (батарея из шести плоских эле¬ ментов улучшенной алкалиновой сис¬ темы со щелочным электролитом). Теперь хочу дать два полезных со¬ вета: 1. Никогда не испытывай годность элементов или батарей «на искру». Та¬ кие «испытания» даже при кратковре¬ менном замыкании источников тока резко снижают их запас энергии! 2. Часто в сухом элементе высыхает электролит, и он перестает давать ток. Такой элемент можно «оживить». Для этого в его верхней смоляной заливке просверли два отверстия и через одно из них налей в элемент дистиллирован¬ ной или дождевой воды. Если стакан цинкового электрода не разъеден и не пропускает воду, в элементе образуется электролит и он снова будет давать ток. Доливать воду можно несколько раз, пока не разрушится цинковый стакан. АККУМУЛЯТОРЫ и АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ Аккумуляторы называют вторич¬ ными источниками тока. Это значит, что они не сами вырабатывают ток, как гальванические элементы, а только от¬ дают электрическую энергию, накоп¬ ленную ими во время зарядки их дру¬ гим источником постоянного тока. Ак¬ кумуляторы допускают многократные
Беседа десятая 195 зарядки и разрядки, чем они выгодно отличаются от гальванических элемен¬ тов. Для питания переносной радиоап¬ паратуры и измерительных приборов наша промышленность выпускает гер¬ метичные малогабаритные кадмиево¬ никелевые аккумуляторы. Они имеют форму диска величиной с двух- трехко¬ пеечную монету и напоминают внеш¬ ним видом пуговицу. Поэтому, видимо, радиолюбители часто называют их пу¬ говичными аккумуляторами. Устройство дискового кадмиево¬ никелевого аккумулятора показано на рис. 170, а. Он собран в стальной нике¬ лированной банке, состоящей из двух частей — корпуса 1 и крышки 2. Эти части изолированы эластичной герме¬ тизирующей прокладкой 4 и являются контактными выводами полюсов акку¬ мулятора: крышка — отрицательного, сам корпус — положительного. Внутри находятся электроды 5, разделенные сеткой 7 и пористой изоляционной прокладкой — сепаратором 6. Электро¬ ды сжимаются пружиной 3, что прида¬ ет всей конструкции жесткость. При сборке банку аккумулятора наполняют электролитом. Наиболее распространены аккуму¬ ляторы типов Д-0,06, Д-0,1 и Д-0,25. Буква Д в названии означает «диско¬ вый», а цифры показывают электриче¬ скую емкость аккумулятора, выражен¬ ную в ампер-часах. Эти аккумуляторы различаются только размерами. Чем аккумулятор больше, тем больше его электрическая емкость. Самый боль¬ шой из них — аккумулятор Д-0,25 — имеет в диаметре 20 мм. Напряжение свежезаряженного аккумулятора равно 1,25 В. Аккумуля¬ тор считается разряженным, когда его напряжение снизится до 0,7... 1 В. Раз¬ ряженный аккумулятор надо зарядить, пропуская через него постоянный ток, равный примерно десятой части емко¬ сти аккумулятора в течение 12 ч. При зарядке аккумулятора его электроды соединяют с одноименными полюсами источника постоянного тока. Кроме отдельных элементов в мага¬ зинах, торгующих радиотоварами, можно приобрести аккумуляторную батарею 7Д-0,1 или7Д-0,115 (рис 170, б), предназначенную для питания малога¬ баритной аппаратуры. Она состоит из семи (цифра 7 в названии батареи) ак¬ кумуляторов типа Д-0,1, соединенных последователь но, начальное напряже¬ ние свежезаряженной батареи 9 В. Ре¬ комендуемый ток разрядки батареи 7Д-0,1 не более 20 мА. Если номиналь¬ ную емкость батареи разделить на среднее значение тока, потребляемого нагрузкой, получившийся результат бу¬ дет ориентировочным временем непре¬ рывной работы батареи. Обращаю внимание на конструк¬ цию полюсных выводов батареи: отри¬ цательный сделан в виде гнезда, а по¬ ложительный в виде штепселя, к кото¬ рым подключают соединительную ко¬ лодку с аналогичными им контактами. Они образуют штепсельный разъем X (рис. 170, в), через который напряжение Рис. 170. Устройство малогабаритного кадмиево-никелевого аккумулятора (а), внешний вид аккуму¬ лятора и аккумуляторной батареи 7Д-0,1 (б) и схема подключения батареи к потребителю тока (в)
196 Беседа десятая батареи подается в цепи питающегося от нее устройства. Точно так же, между прочим, устроены выводные контакты батареи «Крона», «Корунд», 7Д-0Д15. Разные конструкции выводов исключа¬ ют ошибочную полярность подключе¬ ния таких батарей к их нагрузкам. Аккумуляторную батарею, подоб¬ ную батарее 7Д-0Д, можно составить из нескольких аккумуляторов Д-0,Об, Д-0,1 или Д-0,25, соединив их последо¬ вательно. Напряжение батареи будет равно сумме напряжений всех входя¬ щих в нее аккумуляторов. Компактная батарея получится из аккумуляторов, если ее аккумуляторы поместить в пластмассовую или картонную трубку подходящего диаметра, как показано на рис. 171. Пружинные контакты та¬ кой батареи прижмут аккумуляторы друг к другу и одновременно будут слу¬ жить ее полюсными выводами. Рис. 171. Батарея, составленная из малогаба¬ ритных аккумуляторов Рис. 172. Бестрансформаторный выпрямитель для зарядки дисковых аккумуляторов Основные данные дисковых акку¬ муляторов и аккумуляторной батареи 7Д-0,1, а также рекомендуемые режи¬ мы зарядки и разрядки их ты найдешь в приложении 6. Заряжать дисковые аккумуляторы и составленные из них батареи можно от блока питания транзисторных кон¬ струкций через резистор, гасящий из¬ быточное напряжение. Но для этой це¬ ли можно смонтировать простое заряд¬ ное устройство, например, по схеме, приведенной на рис. 172. Это бестранс- форматорный однополупериодный вы¬ прямитель на диоде Д226Б или Д7Ж (VD1). Резисторы R1 и R2, включенные в цепь выпрямителя, гасят избыточное напряжение переменного тока. В сети напряжением 220 В работают оба рези¬ стора, суммарное сопротивление кото¬ рых составляет 9 кОм. Если же устрой¬ ство подключают к сети напряжением 127 В, то резистор R2 замыкают нако¬ ротко выключателем SA1. При этом из¬ быточное напряжение гасится только резистором R1. Если будешь пользоваться сетью напряжением 127 В, то резистор R2 и выключатель SA1 можешь исключить, а если сетью 220 В, то вместо двух рези¬ сторов поставь один резистор сопро¬ тивлением 9,1 кОм, выключатель в этом случае тоже не нужен. С номиналами резисторов, указан¬ ными на схеме, ток зарядки аккумуля¬ тора составит около 10 мА Для получе¬ ния тока зарядки другого значения необходимо изменить сопротивления резисторов R1 и R2. Аккумулятор счи¬ тается заряженным, когда его напря¬ жение достигнет 1,25... 1,3 В. Превы¬ шать рекомендуемый ток зарядки того или иного аккумулятора не следует — можно испортить его. Если для питания радиотехничес¬ кого устройства используется не один, а несколько аккумуляторов, соединен¬ ных последовательно в батарею, заря¬ жать надо целиком батарею (как бата¬ рею 7Д-0,1, а не каждый элемент в от¬ дельности, обеспечивая надежные кон¬ такты между ними. Ток зарядки остается таким же, как для одного ак¬ кумулятора. Перехожу к использованию элект¬ роосветительной сети в качестве ис¬ точника питания радиоаппаратуры. Начну с выпрямителя. ВЫПРЯМИТЕЛЬ Однополупериодному выпрямите¬ лю, с принципом работы которого ты познакомился в пятой беседе, присущи
Беседа десятая 197 два существенных недостатка. Первый из них заключается в том, что напряже¬ ние выпрямленного тока равно при¬ мерно напряжению сети, в то время как для питания конструкций на тран¬ зисторах и микросхемах необходимо значительно более низкое напряже¬ ние. Второй недостаток — недопусти¬ мость присоединения заземления к приемнику или усилителю, питаемому от такого выпрямителя. Если приемник заземлить, ток из электросети пойдет через его цепи в землю — могут сго¬ реть детали приемника, перегореть предохранители. Кроме того, прием¬ ник или усилитель, питаемые от такого выпрямителя и, таким образом, имею¬ щие прямой контакт с электросетью, опасны — можно получить электричес¬ кий удар. Оба этих недостатка устранены в двухполупериодном выпрямителе с трансформатором, схему которого ты видишь на рис. 173. Здесь выпрямляется не напряжение электросети, а напряже¬ ние вторичной (II) обмотки трансфор¬ матора Т, называемого сетевым. По¬ скольку эта обмотка изолирована от первичной сетевой обмотки I, радио¬ конструкция не имеет контакта с сетью и к ней можно подключать заземление. В таком выпрямителе четыре дио¬ да, включенных по так называемой мостовой схеме. Диоды являются пле¬ чами выпрямительного моста. Нагруз¬ ка R включена между точками 1 и 2, т.е. в диагональ моста. В таком выпрямите¬ ле в течение каждого полупериода ра¬ ботают поочередно два диода противо¬ положных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй па¬ ре диодов. Следи внимательно! Когда на верхнем (по схеме) выводе вторич¬ ной обмотки положительный полупе- риод напряжения, ток идет через диод VD2, нагрузку R, диод VD3 к нижнему выводу обмотки II (график а). Диоды VD1 и VD4 в это время закрыты. В тече¬ ние другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем выводе обмотки II, ток идет через диод VD4, нагрузку R, диод VD1 к верхнему выводу обмотки (график б). В это вре¬ мя диоды VD2 и VD3 закрыты и, естест¬ венно, ток через себя не пропускают. И вот результаты: меняются знаки напря¬ жения на выводах вторичной обмотки трансформатора, а через нагрузку вы¬ прямителя идет ток одного направле¬ ния (график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полуперио¬ да переменного тока, поэтому подоб¬ ные выпрямители и называют двухпо- лупериодными. Эффективность работы двухполу- периодного выпрямителя по сравне¬ нию с однополупериодным налицо — частота пульсаций выпрямленного то¬ ка удвоилась, «провалы» между им¬ пульсами уменьшились. Среднее зна¬ чение напряжения постоянного тока на выходе такого выпрямителя равно примерно переменному напряжению, действующему во всей вторичной об¬ мотке трансформатора. А если выпря¬ митель дополнить фильтром, сглажива¬ ющим пульсации выпрямленного тока, вы годное напряжение увеличится в 1,4 раза, т.е. примерно на 40%. Именно та¬ Рис. 173. Двухполупериодный выпрямитель с сетевым трансформатором
198 Беседа десятая кой выпрямитель я позже буду реко¬ мендовать тебе для питания транзис¬ торных конструкций. Сетевые блоки питания своей аппа¬ ратуры радиолюбители строят обычно по схеме, показанной на рис. 174. Схема его выпрямительного моста аналогична схеме моста выпрямителя по схеме рис. 173. Только там иная полярность диодов и включены они непосредствен¬ но в плечи выпрямительного моста, а здесь они заменены изображением дио¬ да внутри квадрата, символизирующим выпрямительный мост. Если захочешь проследить весь путь тока, выпрямлен¬ ного диодами VD1—VD4, впиши их обо¬ значения в стороны квадрата. Рис. 174. Схема сетевого блока питания Трансформатор Т понижает напря¬ жение электроосветительной сети до некоторого необходимого значения, которое диоды VD1—VD4, включен¬ ные по мостовой схеме, выпрямляют. Конденсатор фильтра Сф, подключен¬ ный параллельно диагонали моста, сглаживает пульсации выпрямленного напряжения моста. Резистор симво¬ лизирует приемник, усилитель 34 или другую нагрузку выпрямителя. Напря¬ жение на конденсаторе Сф, являющем¬ ся выходным элементом выпрямителя, равно произведению напряжения вто¬ ричной обмотки трансформатора на 1,4 (V2). Сетевой трансформатор — основа блока питания. Но промышленность не выпускает трансформаторы, специаль¬ но предназначаемые для любительских выпрямителей. Однако можно приоб¬ рести серийно выпускаемый блок пи¬ тания, например БП 1,5... 12 В, рассчи¬ танный на питание от сети напряжени¬ ем 127 и 220 В радиоприемников, маг¬ нитофонов и других устройств, потреб¬ ляющих ток до 200 мА при напряжении от 1,5 до 12 В. Радиолюбители тоже пользуются готовыми блоками пита¬ ния, но чаще предпочитают самодель¬ ные, приспосабливая для них имеющи¬ еся в продаже понижающие трансфор¬ маторы или наматывая их сами. Для выпрямителей сетевых блоков питания лучше всего подходят приме¬ няемые в телевизорах выходные транс¬ форматоры кадровой развертки типов ТВК-70, ТВК-11ОЛМ-К, ТВК-110-Л и не¬ которые другие (см. приложение 12). В зависимости от используемого ТВК от блока питания можно получить вы¬ прямленное напряжение от 8... 10 до 25...30 В при потребляемом токе до 0,8... 1 А. Радиолюбители часто исполь¬ зуют в сетевых блоках питания транс¬ форматоры ТВК. Они применены и в некоторых конструкциях, которые я буду тебе рекомендовать. Хороши для сетевых блоков пита¬ ния и унифицированные трансформа¬ торы серии ТН (трансформаторы на¬ кальные) , первичные обмотки которых рассчитаны на переменное напряже¬ ние 220 В, а вторичные — на разные, но на более низкие напряжения. У транс¬ форматора ТН-11 (мощность 8,8 Вт), например, две вторичных обмотки, од¬ на из которых обеспечивает напряже¬ ние 6,3 В, а вторая 5 и 1,3 В. Соединив обмотки последовательно, можно по¬ лучить от них напряжения 1, 3, 5 и 12,6 В при токе нагрузки до 0,8 А. У трансформаторов ТН-30 (13,3 Вт), ТН- 56 (30 Вт) и ТН-46 (60Вт) по четыре вто¬ ричных обмотки на 6,3 В каждая. Раз¬ личные комбинации включения обмо¬ ток позволяют получить от трансфор¬ маторов переменные напряжения от 1...3 до 25 В при токе нагрузки 0,55 А (ТН-30), 1,2 А (ТН-Зб) и 2,38 А (ТН-46). СЕТЕВОЙ ТРАНСФОРМАТОР Но сетевой трансформатор выпря¬ мителя может быть также самодель¬ ным, если использовать для него подхо¬
Беседа десятая 199 дящий магнитопровод от какого-то дру¬ гого трансформатора. Мощность тако¬ го трансформатора не должна быть меньше мощности тока, потребляемого нагрузкой выпрямителя. Поясню это на конкретном примере выбора магнито¬ провода. Предположим, напряжение питания конструируемого тобой усили¬ теля 34 должно быть 12 В при токе 300 мА (0,3 А). Значит, мощность тока, потребляемая усилителем от выпрями¬ теля, будет: Р = UHIH = 12 х 0,3 = 3,6 Вт. С учетом некоторых потерь, неизбеж¬ ных при трансформации переменного тока и его выпрямлении, мощность та¬ кого сетевого трансформатора блока питания должна быть не менее 5 Вт. Площадь сечения сердечника магнито¬ провода, соответствующую необходи¬ мой мощности трансформатора, можно определить по упрощенной формуле: s= i,3Vp7p, где 1,3 — усредненный коэффициент; Ртр — мощность трансформатора. Сле¬ довательно, для нашего примера пло¬ щадь сечения магнитопровода транс¬ форматора должна быть не менее S = = 1,3 V Ртр =1,3 лПГ« 3 см2. Площадь сечения подобранного магнитопрово¬ да будет исходным параметром для расчета числа витков первичной и вторичной обмоток сетевого транс¬ форматора выпрямителя. Опыт радиолюбительской практики показывает, что наиболее подходящими являются магнитопроводы выходных трансформаторов ламповых радиове¬ щательных приемников и каналов звука телевизоров. Площадь сечения многих из них составляет 4...5 см2, и любой из них можно использовать для изготовле¬ ния сетевого трансформатора блока пи¬ тания. Предпочтение же следует отдать магнитопроводу большего сечения, так как в этом случае меньше витков будет в обмотках, а излишняя мощность транс¬ форматора делу не повредит. Расчет обмоток будущего сетевого трансформатора веди в таком порядке. Сначала определи площадь сечения по¬ добранного магнитопровода. Для этого толщину пакета (в сантиметрах) ум¬ ножь на ширину среднего язычка плас¬ тин. Затем подсчитай число витков, ко¬ торое должно пригодиться на 1 В на¬ пряжения при данном сечении магни¬ топровода, по такой упрощенной формуле: w = 50/S, где w — число вит¬ ков; S — площадь сечения магнитопро¬ вода; 50 — постоянный коэффициент. Получившееся число витков w умножь на напряжение в вольтах, которое под¬ водится к первичной обмотке от вто¬ ричной. Произведения этих величин укажут числа витков в каждой обмотке. Допустим, ты имеешь магнитопро¬ вод из пластин Ш-20, толщина набора 25 мм. Значит, площадь сечения магни¬ топровода равна 2 х 2,5 = 5 см2. Напря¬ жение сети 220 В (по рис. 174 — Ц), вторичная обмотка должна давать пе¬ ременное напряжение Un равное, на¬ пример, 10 В. Узнаем число витков, ко¬ торое для данного магнитопровода должно приходиться на 1 В напряже¬ ния: w = 50/S =10 витков. Теперь нетрудно определить числа витков в каждой обмотке: в первичной, рассчитанной на напряжение сети 220 В, должно быть 10 х 220 = 2200, во вторичной 10 х 10 = 100 витков. Если же трансформатор должен включаться в сеть с более низким напряжением, чем 220 В, например в сеть напряжени¬ ем 127 В, нужно пересчитать только число витков первичной обмотки. Для первичной обмотки можно использо¬ вать провод ПЭВ-1 0,12...0,15, для вто¬ ричной — ПЭВ-1 0,55...0,62. На каркас наматывай сначала первичную обмот¬ ку, а затем вторичную. Провода обмо¬ ток укладывай плотными рядами, ви¬ ток к витку. Между рядами делай про¬ кладки из тонкой бумаги в один-два слоя, а между обмотками — в три-четы¬ ре слоя такой же бумаги или в два-три слоя более толстой. Выводы обмоток пропускай через отверстия в щечках каркаса и сразу же делай на нем соот¬ ветствующие пометки. Обмотки трансформатора удобно наматывать с помощью простейшего
200 Беседа десятая приспособления, показанного на рис. 175. Осью бруска, который плотно входит в окно каркаса трансформато¬ ра, служит металлический пруток тол¬ щиной 6...8 мм, изогнутый с одной сто¬ роны наподобие ручки. Пруток удер¬ живается в отверстиях дощатых стоек. Одной рукой вращаешь ось, а другой укладываешь провод на каркасе. На¬ мотку можно делать и вручную, ис¬ пользуя удлиненный брусок с ручкой, которую можно держать в руке. Осо¬ бое внимание обращай на равномер¬ ность и плотность укладки провода и на изоляцию между рядами и обмотками. При невыполнении первого условия требуемое число витков в обмотках мо¬ жет не уместиться на каркасе. А если не будет надежной изоляции между ряда¬ ми и обмотками, то при включении трансформатора в сеть обмотки могут пробиться — произойдет замыкание между обмотками или витками и транс¬ форматор придется делать заново. Рис. 175. Приспособление для намотки транс¬ форматора Рис. 176. Сборка магнитопровода трансформа¬ тора Пластины магнитопровода собирай «вперекрышку» (рис. 176) до полного заполнения окна каркаса и стягивай магнитопровод обоймой (или шпилька¬ ми с гайками, предварительно обернув шпильки бумагой, чтобы через них пластины не замыкались). Плохо стя¬ нутый магнитопровод может гудеть. А теперь... СЕТЕВОЙ БЛОК ПИТАНИЯ В этой части беседы я расскажу те¬ бе о законченном блоке питания аппа¬ ратуры от сети переменного тока. Кон¬ струируемые приемники или усилите¬ ли ты можешь изменять, упрощать или усложнять, но для их питания будешь использовать один и тот же источник. Предлагаемый блок питания (рис. 177) представляет собой двухпо- лупериодный выпрямитель со стабили¬ затором и регулятором напряжения. Напряжение постоянного тока на его выходе можно плавно изменять при¬ мерно от 1 до 12 В при токе нагрузки до 0,5 А. Это значит, что такой блок мож¬ но использовать для питания практиче¬ ски любого приемника или усилителя 34, измерительных приборов. Разберемся в устройстве и работе блока. Сетевой трансформатор Т1 об¬ моткой I подключают к электроосвети¬ тельной сети напряжением 220 В через плавкий предохранитель FU1 и выклю¬ чатель SA1. Обмотка II трансформато¬ ра и диоды VD1—VD4, включенные по мостовой схеме, образуют двухполупе- риодный выпрямитель. Эта часть блока тебе уже знакома по предыдущей час¬ ти беседы (см. рис. 174). Параллельно выпрямительному мосту подключен оксидный конденса¬ тор С1, сглаживающий пульсации вы¬ прямленного напряжения. С него на¬ пряжение подается к нагрузке через стабилизатор напряжения, выполняю¬ щий функцию дополнительного фильт¬ ра выпрямителя и одновременно регу¬ лятора выходного напряжения блока питания. Проследи цепь питания нагрузки 1^ (приемник, усилитель), подключаемый
Беседа десятая 201 Рис. 177. Принципиальная схема блока питания транзисторных конструкций к зажимам XI « — » и Х2 « + » блока. Ток в этой цепи, а значит, и напряжение на нагрузке зависят от состояния транзис¬ тора VT2, включенного в эту цепь. Когда этот транзистор открыт и сопротивле¬ ние его участка эмиттер—коллектор ма¬ ло (несколько ом), все напряжение вы¬ прямителя падает на нагрузке Когда же транзистор закрыт и сопротивление участка эмиттер—коллектор становит¬ ся очень большим, то почти все напря¬ жение выпрямителя падает на этом уча¬ стке, а на долю нагрузки практически ничего не остается. Состоянием же транзистора VT2 управляет транзистор VT1, который, в свою очередь, управля¬ ется постоянным напряжением, подава¬ емым на его базу с движка переменного резистора R2. Оба транзистора включе¬ ны по схеме ОК (эмитгерные повтори¬ тели) и работают как двухкаскадный усилитель тока. Нагрузкой транзистора VT1 являются эмитгерный р-n переход транзистора VT2 и резистор R3, а на¬ грузкой регулирующего транзистора VT2 — цепи нагрузки, подключенной к выходу блока. Управляющую цепь стабилизатора напряжения образуют параметричес¬ кий стабилизатор, состоящий из рези¬ стора R1 и стабилитрона VD5, и под¬ ключенный к нему переменный рези¬ стор R2. Благодаря стабилитрону и конденсатору С2 на переменном рези¬ сторе (по отношению к стабилитрону он включен потенциометром, т.е. де¬ лителем напряжения) действует по¬ стоянное напряжение, равное напря¬ жению стабилизации UCT, используе¬ мого в блоке стабилитрона. В описы¬ ваемом блоке это напряжение равно 12 В. Когда движок переменного рези¬ стора находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, управляющий транзистор VT1 закрыт, так как на¬ пряжение на его базе (относительно эмиттера) равно нулю. Регулирующий транзистор VT1 в это время тоже за¬ крыт. По мере перемещения движка переменного резистора вверх на базу транзистора VT1 подается открываю¬ щее отрицательное напряжение и в его эмиттерной цепи появляется ток. Одновременно отрицательным напря¬ жением, падающим на эмиттерном ре¬ зисторе R3 транзистора VT1, открыва¬ ется транзистор VT2, и во внешней це¬ пи блока питания появляется ток. Чем больше отрицательное напряжение на базе транзистора VT1, тем больше от¬ крываются транзисторы, тем больше напряжение на выходе блока питания и ток в его нагрузке. Наибольшее напряжение на выходе блока почти равно напряжению стаби¬ лизации стабилитрона VD5 (Д813), а на¬ ибольший ток, потребляемый нагрузкой от блока, равен удвоенному прямому то¬ ку диодов выпрямителя. В выпрямителе описываемого блока используются дио¬ ды серии Д226, максимальный выпрям¬ ленный ток которых составляет 300 мА (0,3 А). Значит, наибольший ток, потреб¬ ляемый от блока питания нагрузкой, мо¬ жет достигать 600 мА. При изменении тока в нагрузке от нескольких миллиам¬ пер до 280...300 мА напряжение на ней остается практически неизменным.
202 Беседа десятая Рис. 178. Конструкция сетевого блока питания (а) и схема соединения деталей на монтажной плате (б) Возможная конструкция блока пи¬ тания показана на рис. 178, а. Штрихо¬ выми линиями условно обозначены уг¬ лы фанерного ящичка — корпуса бло¬ ка. Все детали, кроме переменного ре¬ зистора R2 с выключателем питания SA1, резистора R4 и выходных зажимов XI и Х2, смонтированы на гетинаксо- вой плате, которую винтами крепят на дне корпуса. Ориентировочные разме¬ ры этой платы, схема размещения и со¬ единения деталей на ней показаны на рис. 178, а (соединительные проводни¬ ки, находящиеся снизу платы, обозна¬ чены штриховыми линиями). Корпус транзистора VT1 находится в отвер¬ стии (диаметром 10 мм) в плате. Ниж¬ няя часть корпуса транзистора VT2 так¬ же находится в отверстии в плате (диа¬ метром 17 мм), сверху он прижат к пла¬ те фланцем. Переменный резистор R2 с выключателем SA1 (переменный резис¬ тор ТК или ТКД) и выходные зажимы блока укреплены на другой панели, вы¬ пиленной из листового гетинакса, стек¬ лотекстолита или иного изоляционного материала толщиной 2...3 мм (в край¬ нем случае — из фанеры), являющейся крышкой ящика. Они соединяются с соответствующими им точками мон¬ тажной панели многожильными про¬ водниками в надежной изоляции. Рези¬ стор R4 подпаян непосредственно к вы¬ ходным зажимам. Переменный резистор R2 должен быть группы А, т.е. его сопротивление между выводом движка и любым из крайних выводов прямо пропорцио¬ нально углу поворота оси. Это необхо¬ димо для того, чтобы его шкала выход¬ ных напряжений была возможно бо¬ лее равномерной. Коэффициент h213 транзисторов может быть небольшим, например 25...30, важно лишь, чтобы они были исправными. Причем вместо транзистора МП39 можно использо¬ вать любые другие маломощные низ¬ кочастотные транзисторы (МП40- МП42), а вместо П213Б — транзисто¬ ры П214—П217 с любым буквенным индексом. Резисторы Rl, R3 — типа МЛТ на любую мощность рассеяния. Оксидные конденсаторы — К50-6. Их емкости могут быть больше 500 мкФ, что еще лучше сгладит пульсации вы¬ прямленного тока. Что же касается их номинальных напряжений, то для кон¬ денсатора С1 оно должно быть не ме¬ нее 25 В, а для С2 — не менее 15 В. Ста¬ билитрон VD5 серии Д813 или подоб¬ ные ему Д811, Д814Г с напряжением стабилизации 12 В. Для самого выпря¬ мителя кроме диодов серии Д226 мож¬ но использовать диоды серии Д7, а также выпрямительный блок КЦ402 (содержит четыре кремниевых диода, которые включены мостом) с любым буквенным индексом.
Беседа десятая 203 Функцию сетевого трансформатора Т1 может выполнять выходной транс¬ форматор кадровой развертки ТВК-70, первичная обмотка которого использу¬ ется как сетевая. При напряжении сети 220 В на его вторичной обмотке получа¬ ется переменное напряжение около 12 В, а на выходе выпрямителя (на кон¬ денсаторе С1) — постоянное напряже¬ ние 16... 17 В. Но сетевой трансформа¬ тор может быть самодельным, о чем у нас уже был разговор в этой беседе. Монтируя детали блока питания, особое внимание удели правильной по¬ лярности включения диодов, оксидных конденсаторов и выводов транзисто¬ ров. А закончив монтаж, проверь его по принципиальной схеме — нет ли оши¬ бок, ненужных соединений. Только по¬ сле этого подключай его к сети и прове¬ ряй его работоспособность. Включив питание, сразу же измерь вольтметром постоянного тока напряжение на выхо¬ де блока. В положении движка пере¬ менного резистора R2 в крайнем верх¬ нем (по схеме) положении оно должно соответствовать номинальному напря¬ жению стабилизации стабилитрона (в нашем случае 12 В) и плавно умень¬ шаться почти до нуля при вращении оси переменного резистора против на¬ правления движения часовой стрелки. Если, наоборот, при таком вращении оси резистора напряжение увеличива¬ ется, то поменяй местами проводники, идущие к крайним выводам этого регу¬ лятора выходного напряжения блока. Затем в разрыв цепи стабилитрона, отмеченный на рис. 177 крестом, вклю¬ чи миллиамперметр и, подбирая резис¬ тор R1, установи в этой цепи ток, рав¬ ный 10... 12 мА. При подключении к вы¬ ходу блока нагрузки, роль которой мо¬ жет выполнять проволочный резистор сопротивлением 100... 120 Ом, ток через стабилитрон должен уменьшаться до 6...8 мА, а напряжение на эквиваленте нагрузки оставаться практически не¬ изменным. Может случиться, что при токе 200...250 мА, потребляемом нагрузкой, регулирующий транзистор VT2 станет сильно нагреваться. Тогда его придется установить на теплоотводящий радиа¬ тор — Г- или П-образную металличес¬ кую пластину площадью 80... 100 см2. После этого займись градуировкой шкалы переменного резистора R2, по которой в дальнейшем ты будешь уста¬ навливать напряжение, подаваемое к той или иной нагрузке. Делай это так. К выходным зажимам подключи резистор сопротивлением 430...470 Ом, чтобы за¬ мкнуть внешнюю цепь блока, и вольт¬ метр постоянного тока. Затем плавно вращай ось переменного резистора и на дуге, начерченной вокруг оси, делай от¬ метки, соответствующие напряжениям, показываемым вольтметром. На этом налаживание блока пита¬ ния можно считать законченным. Какие изменения или дополнения можно внести в такой блок питания? Может случиться, что у тебя не ока¬ жется транзистора П213Б или другого транзистора средней либо большой мощности. Тогда на его место поставь транзистор МП42. Но в этом случае на¬ ибольший ток, потребляемый нагруз¬ кой от блока питания, не должен пре¬ вышать 40...50 мА. На первое время это тебя вполне устроит, а в дальнейшем ты его заменишь мощным транзистором. Ко вторичной обмотке трансфор¬ матора можно подключить коммута¬ торную лампочку накаливания ELI (рис. 179, а), рассчитанную на напря¬ жение 12 В, и укрепить ее на верхней лицевой панели. Она, загораясь, будет служить индикатором подключения блока к сети. Блок можно дополнить вольтмет¬ ром и по нему вместо шкалы перемен¬ ного резистора устанавливать необхо¬ димое выходное напряжение. Схема подключения измерительного прибора к выходу блока показана на рис. 179, б. Для этой цели подойдет любой малога¬ баритный прибор магнитоэлектричес¬ кой системы, например М5-2 на ток 1...5 мА. Примерное сопротивление до¬ бавочного резистора Rao6, ограничива¬
204 Беседа десятая ющего ток через вольтметр PU1, рас¬ считай по формуле, вытекающей из за¬ кона Ома: R = U/I, здесь U — наиболь¬ шее напряжение на выходе блока пита¬ ния, а I — наибольший ток, на который рассчитан измерительный прибор. На¬ пример, если прибор на ток 5 мА, а на¬ пряжение на выходе блока 12 В, резис¬ тор Идоб, должен быть сопротивлени¬ ем около 2400 Ом. Шкалу прибора гра¬ дуируй по образцовому вольтметру. Рис. 179. Введение в сетевой блок индикатора включения питания (а), вольтметра выходного напряжения и сигнализатора перегрузки (б) Вольтметр, как и переменный рези¬ стор, можно разместить на лицевой па¬ нели блока. В блок питания можно ввести также индикатор перегрузки. Дело в том, что транзисторы, работающие в стабилиза¬ торе напряжения, не выдерживают пе¬ регрузок. Наиболее опасно короткое за¬ мыкание между выходными зажимами или между токонесущими проводника¬ ми конструкции, подключенной к бло¬ ку. В этом случае через регулирующий транзистор VT2 блока может течь недо¬ пустимо большой для него ток, из-за че¬ го может произойти тепловой пробой транзистора и он выйдет из строя. Простейший индикатор перегрузки, схема которого показана на рис. 180, представляет собой параллельно соеди¬ ненные резистор R5 и лампу накалива¬ ния EL2, которые надо включить в раз¬ рыв цепи между фильтрующим конден¬ сатором С1 и параметрическим стабили¬ затором Rl VD5. По мере роста тока на¬ грузки будет увеличиваться падение на¬ пряжения на нити накала лампы EL2 и резисторе R5. Сопротивление этого ре¬ зистора подобрано так, чтобы при токе нагрузки 200...250 мА нить лампы начи¬ нала заметно на глаз накаливаться, а при токе более 500 мА ярко светиться, сигна¬ лизируя о перегрузке блока питания. Резистор R5 проволочный, на мощ¬ ность рассеяния не менее 10 Вт. Ис¬ пользуй для него провод высокого со¬ противления — манганиновый, нихро- мовый или константановый толщиной 0,18...0,2 мм. Намотай его на корпус ре¬ зистора МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0. Сиг¬ нальная лампа EL2 — коммутаторная КМб — 60 (6 В х 60 мА) или МН6,3— 0,26. Размести ее на панели с внутрен¬ ней стороны неподалеку от переменно¬ го резистора R2, а отверстие против лампы прикрой красной прозрачной пленкой. Такое несложное сигнальное устройство поможет тебе при пере¬ грузке блока питания предупредить выход из строя транзисторов стабили¬ затора напряжения. Блок питания можно также допол¬ нить миллиамперметром и по его пока¬ заниям судить о суммарном токе, по¬ требляемом приемником, усилителем колебаний звуковой частоты или дру¬ гой подключенной к нему нагрузкой. Подойдет любой малогабаритный из¬ мерительный прибор магнитоэлектри¬ ческой системы на ток 200...300 мА. Его, укрепленного на лицевой панели блока, можно включить, соблюдая по¬ лярность, в разрыв проводника, идуще¬ го от регулирующего транзистора ста¬ билизатора напряжения к выходному зажиму. Он тоже будет служить инди¬ катором перегрузки блока питания. Всегда ли сетевой блок питания должен иметь стабилизатор напряже¬ ния? Нет! Он не обязателен, например, для выпрямителя блока питания усили¬ теля 34 повышенной выходной мощ¬
Беседа десятая 205 ности, для некоторых других уст¬ ройств, не требующих тщательного сглаживания пульсаций выпрямленно¬ го напряжения. МОДЕРНИЗАЦИЯ БЛОКА ПИТАНИЯ Описанный здесь сетевой блок пи¬ тания (по схеме на рис. 177) я смонтиро¬ вал лет двадцать назад и постоянно пользовался им для питания других конструируемых или проверяемых приборов и устройств. Блок работал практически безотказно. Он и сейчас лежит на моем рабочем столе, но в мо¬ дернизированном виде: в нем функцию стабилизатора напряжения и системы защиты от перегрузок выполняет всего одна микросхема — регулируемый ста¬ билизатор напряжения КР142ЕН12А. Советую и тебе последовать моему при¬ меру. Для этого потребуется лишь мик¬ росхемный стабилизатор напряжения и пара часов свободного времени — для доработки монтажа блока. Схему такого варианта сетевого блока питания ты видишь на рис. 180, а. Коротко о его работе. Переменное напряжение сети, пониженное транс¬ форматором до 12... 13 В (на схеме не показан), выпрямляется диодами VD1—VD4, включенными по схеме моста, а пульсации выпрямленного на¬ пряжения сглаживаются конденсато¬ ром С1. Далее плюсовое напряжение выпрямителя поступает на вход 2 мик¬ росхемы DA1, а с ее выхода 8, будучи уже стабилизированным, на плюсовой зажим (или гнездо) выхода блока. Резисторы R1 и R2 образуют дели¬ тель выходного напряжения. Снимае¬ мое с него напряжение, значение кото¬ рого зависит от сопротивления введен¬ ной части переменного резистора R2, поступает на вход 17 микросхемы. Чем выше значение этого напряжения, тем больше напряжение на выходе блока. А так как резистор R2 переменный, то изменяя его сопротивление, мы тем са¬ мым можем плавно регулировать вы¬ ходное напряжение от минимального до максимального, стабилизированное микросхемой DA1. Для стабилизатора КР142ЕН12А минимальное выходное напряжение равно 1,3 В, а максималь¬ ное соответствует напряжению на вы¬ ходе выпрямителя. Вообще эта микро¬ схема позволяет регулировать напря¬ жение в более широких пределах — от 1,3 до 37 В при токе нагрузки до 1 А. Она, кроме того, содержит узел защи¬ ты от перегрузок — не выходит из строя даже при замкнутых накоротко выходных проводах питания в течение нескольких секунд. Чтобы повысить максимальное значение выходного на¬ пряжения блока, надо соответственно увеличить переменное напряжение на вторичной обмотке сетевого транс¬ форматора. Теперь о самой модернизации бло¬ ка питания. Сетевой трансформатор и выпрямитель остаются прежними. На¬ до только изменить полярность вклю¬ чения диодов VD1—VD4 выпрями¬ тельного моста и фильтрующего кон¬ денсатора С1 таким образом, чтобы плюсовой провод оказался верхним (по схеме). Затем удали стабилитрон VD5, Рис. 180. Схема модернизированного блока питания (а) и микросхема КР142ЕН12А, установленная на теплоотводе (б)
206 Беседа десятая Рис. 181. Принципиальная схема сетевого адаптера транзисторы VT1, VT2 и резисторы R1, R4, а на их месте смонтируй микро¬ схему КР142ЕН12А, предварительно закрепив ее металлический фланец на теплоотводе винтом М3 с гайкой (рис. 180, б). Теплоотводом может слу¬ жить пластина размерами 30 х 50 мм, вырезанная из листового алюминия толщиной 2,5...3 мм. Переменный рези¬ стор желательно заменить аналогич¬ ным на номинальное сопротивление 2...3 кОм. Но, в принципе, можно оста¬ вить прежний. Конденсатор С2 — ок¬ сидный К50-35, а СЗ — КМ-5. Корпус блока остается без каких- либо изменений. Придется, возможно, лишь уточнить включение выводов пе¬ ременного резистора (выходное напря¬ жение должно возрастать при враще¬ нии его ручки по движению часовой стрелки) и градуировку его шкалы. Уверен, такой вариант сетевого бло¬ ка питания, который можно именовать лабораторным, послужит тебе многие годы. В заключение беседы хочу расска¬ зать еще... о сетевых «адаптерах». Так стали называть импортные ма¬ логабаритные, выполненные в виде большой сетевой вилки выпрямители, преобразующие переменное напряже¬ ние сети в низковольтное постоянное. Первоначально из-за дешевизны и «универсальности» особую популяр¬ ность приобрели адаптеры, на выходе которых можно было установить лю¬ бое из пяти-шести значений напряже¬ ния постоянного тока. Принципиальная схема адаптеров такого типа приведена на рис. 181, а. К ним, например, относятся адап¬ теры FIRST ITEM N0:57, FIRST ITEM N0:22 и ряд других. Подключением (переключателем SA1) диодного моста VD1-VD4 к тем или иным выводам сек¬ ционированной обмотки II трансфор¬ матора Т1 на выходе такого выпрями¬ теля можно установить фиксирован¬ ное напряжение 1,5; 3; 4,5; 6; 7,5; 9 или 12 В, а переключателем SA2 — нужную его полярность. Но первое же знакомство с такого рода источниками питания обычно ра¬ зочаровывает. Имеющееся высокое выходное сопротивление (чем меньше и легче адаптер, тем оно выше) заметно «садится» даже при небольших нагруз¬ ках. Указанные на них напряжения вы¬ держиваются лишь при токах, не пре¬ вышающих 1/10 от номинально разре¬ шенного (обычно — 0,5... 1 А). В стремлении минимизировать га¬ бариты и массу сетевых адаптеров их изготовители нередко переходят все границы. Встречаются адаптеры и про¬ сто опасные в применении. Сильно пе¬ регревающийся адаптер SLD MW108, например, может стать причиной по¬ жара. И не только он один. Несколько надежнее сетевые адап¬ теры на одно напряжение — чаще на б, 9 или 12 В. При тех же габаритах и мас¬ се они имеют меньшее выходное со¬ противление. Существуют сетевые адаптеры со встроенными стабилизаторами, выдер¬
Беседа десятая 207 живающие стабильное, с малыми пуль¬ сациями, выходное напряжение во всем диапазоне рабочих токов и темпе¬ ратур. К числу таких относится, напри¬ мер, и адаптер SAMLEX RDS 12010 (12 В, 1 А) размерами 80 х 55 х 48 мм. Но стоимость таких адаптеров часто отпугивает покупателя. Однако у радиолюбителя всегда есть шанс существенно улучшить даже самый дешевый адаптер, внеся в него лишь небольшие изменения и дополне¬ ния. Сделать это можно, пользуясь схе¬ мой, показанной на рис. 181, б. В при¬ обретенный сетевой адаптер встраива¬ ют стабилизатор напряжения DA1 — микросхему КР142ЕН12А. Напряже¬ ние на ее выходе выставляют в преде¬ лах UBX +З..Д5 В подбором резисторов делителя R1R2. В выборе номиналов этих резисторов исходят из того, что ток, текущий через этот делитель, не должен быть меньше 1,5 мА. В то же время суммарное сопротивление рези¬ сторов делителя не должно быть мень¬ ше 2 кОм. При значительной нагрузке и боль¬ шой разности напряжений UBX — UBbIX микросхеме DA1 потребуется теплоот¬ вод. Его габариты и конфигурация бу¬ дут зависеть, конечно, от свободного пространства в корпусе адаптера. Не помешают в нем и несколько дополни¬ тельных вентиляционных отверстий. В проведении этой части беседы мне по¬ могла книга Бирюкова С. А. «Устройст¬ ва на микросхемах» (М.: Символ-Р, 1998.— С. 139-141). В высшей степени нужно быть вни¬ мательным, выбирая сетевой адаптер для питания усилителя активной теле¬ визионной антенны. Круглосуточно включенный и остающийся, как прави¬ ло, без надзора, он должен быть абсо¬ лютно надежным во всех отношениях. Прежде чем перейти к конструированию усилителей 34, источником питания которых тоже может быть электроосветительная сеть, считаю нужным напомнить, что в це¬ пях первичных обмоток трансформаторов их блоков питания действует достаточно высокое напряжение. Поэтому, имея дело с описанным здесь или другим сетевым блоком питания, будь особо внимательным! Не забывай о повышенной опасности при пользова¬ нии электросетью!
БЕСЕДА ОДИННАДЦАТАЯ УСИЛИТЕЛИ КОЛЕБАНИЙ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ Усилитель колебаний 34 — составная часть каждого современного радиоприемника, радиолы, телевизора или магнитофона. Усилитель является основой радиовещания по проводам, аппаратуры телеуправления, многих измерительных приборов, электронной автоматики и вычислительной техники, кибернетических устройств. Но в этой беседе мы поговорим о немногом: об элементах, узлах и работе транзисторных усилителей применительно к очень узкой области радиотехники — для усиления электрических колебаний звуковой частоты и преобразования их в звук СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ 34 Усилителем 34 принято называть совокупность всех элементов и уст¬ ройств, включая и телефоны или гром¬ коговоритель, обеспечивающие необ¬ ходимую громкость воспроизведения поданного на его вход электрического сигнала звуковой частоты. Источником этого сигнала может быть, например, выходной сигнал детекторного или транзисторного приемника, что тебе уже знакомо по шестой беседе, микро¬ фон, звукосниматель, магнитная голо¬ вка магнитофона, звуковая дорожка ленты звукового кинофильма.
Беседа одиннадцатая 209 Вот как выглядит структурная схема усилителя 34, предназначенного для воспроизведения грамзаписи (рис. 182). На ней сам усилительный тракт, кото¬ рый может быть транзисторным или на аналоговых микросхемах, обозначен треугольником и буквами DA. Ко входу усилителя подключен звукосниматель BS или микрофон, триммер, электрет- ный микрофон, а к выходу — динамиче¬ ская головка прямого излучения ВА или громкоговоритель. Об устройстве и принципе работы звукоснимателя, элек- третного микрофона и динамической головки ты узнаешь, прочтя следующий раздел этой беседы. Сейчас же я ограни¬ чусь лишь наиболее общими понятиями о действии этих элементов усилителя. Рис. 182. Структурная схема усилителя 34 для воспроизведения грамзаписи Звукосниматель, являющийся пре¬ образователем механических колеба¬ ний его иглы в электрические колеба¬ ния звуковой частоты, — обязательная принадлежность каждого усилителя 34, предназначаемого для воспроизве¬ дения грамзаписи. Созданный им сиг¬ нал звуковой частоты поступает на вход усилителя DA, усиливается им до мощ¬ ности, необходимой для нормальной работы головки ВА. Головка при этом преобразует усиленный сигнал в звук. О качестве и пригодности усилите¬ ля для тех или иных целей судят по не¬ скольким параметрам, наиболее важ¬ ными из которых можно считать: вы¬ ходную мощность Рвых, чувствитель¬ ность и частотную характеристику. Это три основных параметра, которые ты должен знать и разбираться в них. Выходная мощность — это мощ¬ ность электрических колебаний звуко¬ вой частоты, выраженная в ваттах или в милливаттах, которую усилитель отдает нагрузке — обычно динамической голо¬ вке прямого излучения. В соответствии с установленными нормами (ГОСТ) раз¬ личают номинальную Рном и максималь¬ ную Ртах мощности. Номинальной на¬ зывают такую мощность, при которой так называемые нелинейные искаже¬ ния выходного сигнала, вносимые уси¬ лителем, не превышают 3...5% по отно¬ шению к неискаженному сигналу. По мере дальнейшего повышения мощнос¬ ти нелинейные искажения выходного сигнала увеличиваются. Ту мощность, при которой искажения достигают 10%, называют максимальной. Максималь¬ ная выходная мощность может быть в 5... 10 раз больше номинальной, но при ней даже на слух заметны искажения. Рассказывая об усилителях в этой и других беседах, я, как правило, буду указывать их усредненные выходные мощности и называть их просто выход¬ ными мощностями. Чувствительностью усилителя на¬ зывают напряжение сигнала звуковой частоты UBX выраженное в вольтах или милливольтах, которое надо подать на его вход, чтобы мощность на нагрузке достигла номинальной. 4ем меньше это напряжение, тем, естественно, лучше чувствительность усилителя. Для при¬ мера скажу: чувствительность подавля¬ ющего большинства любительских и промышленных усилителей, предназ¬ начаемых для воспроизведения грамза¬ писи, составляет 100...200 мВ (примерно такое напряжение развивает пьезоке¬ рамический звукосниматель), чувстви¬ тельность усилителей, работающих от микрофонов, должна быть 1...2 мВ. 4астотную характеристику (или полосу рабочих частот усилителя) вы¬ ражают графически горизонтальной, несколько искривленной линией, пока¬ зывающей зависимость напряжения выходного сигнала UBbIX от его частоты при неизменном входном напряжении UBX. Дело в том, что любой усилитель по ряду причин неодинаково усиливает сигналы разных частот. Как правило, хуже всего усиливаются колебания са¬ мых низших и самых высших частот звукового диапазона. Поэтому ли¬ нии — частотные характеристики уси¬
210 Беседа одиннадцатая лителей — неравномерны и обязатель¬ но имеют спады (завалы) по краям. Ко¬ лебания крайних низших и самых выс¬ ших частот, усиление которых по срав¬ нению с колебаниями средних частот (800... 1000 Гц) падает до 30%, считают границами полосы частот усилителя. Полоса частот усилителей, предназна¬ ченных для: воспроизведения грамза¬ писи, может быть от 20 Гц до 20...30 кГц, усилителей сетевых радио¬ вещательных приемников — от 60 Гц до 10 кГц, а усилителей малогабарит¬ ных транзисторных приемников — примерно от 200 Гц до 3...4 кГц. Для измерения основных парамет¬ ров усилителей нужны генератор коле¬ баний звуковой частоты, вольтметр пе¬ ременного напряжения, например вольтметр комбинированного прибо¬ ра, описанного в седьмой беседе, и не¬ которые другие измерительные прибо¬ ры, о которых у нас еще будет разго¬ вор. Сейчас же — несколько подроб¬ нее о звукоснимателях и динамических головках прямого излучения. ЭЛЕКТРЕТНЫЙ МИКРОФОН И ЗВУКОСНИМАТЕЛИ Еще во второй беседе, посвященной технике радиопередачи, я достаточно подробно рассказывал об устройстве и работе электродинамического микро¬ фона МД-43, используемого радиолю¬ бителями для звукозаписи или для уси¬ ления речей. Но в последние годы все большее распространение, и не только в радиовещании, получают электретные микрофоны. Электретным стали назы¬ вать конденсаторный микрофон с элек¬ трическим зарядом непосредственно в канале полевого транзистора, являюще¬ гося одновременно усилителем элект¬ рических колебаний электретного мик¬ рофона. Схематично устройство электрет¬ ного микрофона показано на рис. 183, а. Одна из обкладок конденсаторного ми¬ крофона, обращенная в сторону источ¬ ника звука, — мембрана электретного микрофона. Колеблясь в такт со звуко¬ выми колебаниями, действующими на мембрану, она изменяет напряжение на затворе полевого транзистора VT и син¬ хронно с ним сопротивление его канала исток—сток. б) Рис. 183. Упрощенное устройство электретно¬ го микрофона (а) и схема однокаскадного пре¬ дусилителя 34 (б) Схема однокаскадного усилителя электретного микрофона для преобра¬ зования звука в колебания звуковой частоты изображена на рис. 183, б. Электрические колебания звуко¬ вой частоты, создаваемые микрофоном под действием на него источника звука, снимаются с нагрузочного резистора R1 и через конденсатор С1 поступают на базу транзистора VT1. Резистор R3 — нагрузка этого транзистора. С не¬ го колебания 34, усиленные транзисто¬ ром, через оксидный конденсатор С2 могут быть поданы на вход любого уси¬ лителя 34 для усиления до необходимо¬ го напряжения или мощности. Источником питания такого вари¬ анта микрофонного предусилителя мо¬ жет стать батарея гальванических эле¬ ментов напряжением 5...6 В или сете¬ вой блок питания, обеспечивающий та¬ кое же напряжение постоянного тока.
Беседа одиннадцатая 211 Транзистор VT1 может быть любой из серии КТ3102 или КТ315 с возможно большим значением коэффициента h213 Режим его работы устанавливает¬ ся подборкой резистора R2. Перехожу к звукоснимателям. Образно говоря, грампластинки яв¬ ляются "хранителями" музыкальных произведений, опер, эстрадных испол¬ нений, танцевальной музыки. Различа¬ ют грампластинки монофонические, или, как часто говорят, обычные, и сте¬ реофонические. Для воспроизведения грамзаписи используют соответствен¬ но монофонические и стереофоничес¬ кие звукосниматели. В свою очередь, по устройству и принципу работы раз¬ личают магнитные (или электромаг¬ нитные) и пьезоэлектрические (или пьезокерамические) звукосниматели. Рис. 184. Упрощенное устройство и графичес¬ кое обозначение магнитного монофоническо¬ го звукоснимателя (а), пьезокерамического звукоснимателя (б) и внешний вид тонарма (в) с головкой звукоснимателя Упрощенное устройство и схемати¬ ческое изображение магнитного моно¬ фонического звукоснимателя показа¬ ны на рис. 184, а. Звукосниматель этой системы имеет подковообразный по¬ стоянный магнит с С-образными по¬ люсными наконечниками 5. Между по¬ люсными наконечниками находится катушка 3, намотанная из тонкого изо¬ лированного провода, а внутри катуш¬ ки — якорь 2. Выступающая вниз часть якоря заканчивается иглой 1. Якорь удерживается в нейтральном положе¬ нии надетой на него эластичной рези¬ новой трубкой 4. Если кончик иглы от¬ клонить вправо, то противоположный конец якоря отклонится влево. И на¬ оборот, если кончик иглы отклонить влево, то противоположный конец яко¬ ря отклонится вправо. Каждое колеба¬ ние якоря вызывает изменение состоя¬ ния магнитного поля в зазоре полюс¬ ных наконечников, а изменяющееся магнитное поле возбуждает в катушке переменное напряжение. Рассматривая внимательно граммо¬ фонную пластинку, ты, конечно, видел на ней зигзагообразную бороздку, иду¬ щую по спирали. Эта бороздка — "ри¬ сунок" звука, записанного на пластин¬ ке. При проигрывании пластинки кон¬ чик иглы звукоснимателя, следуя за всеми извилинами бороздки, колеблет якорь, поток магнитных силовых ли¬ ний в нем изменяется, и в катушке воз¬ буждается переменное напряжение звуковой частоты. При самых громких записанных звуках оно не превышает 100... 150 мВ. Но если это напряжение усилить, то электродинамическая голо¬ вка, включенная на выходе усилителя, будет громко воспроизводить звук, за¬ писанный на грампластинке. Рассмотри условное графическое обозначение этого звукоснимателя на схемах. Его контур в виде "утюжка" — символическое изображение всех пре¬ образующих головок, т.е. приборов, с помощью которых считывают или за¬ писывают звук на грампластинке или магнитной ленте магнитофона. Чер¬ точка в левой нижней части — "игла" и стрелка, идущая в сторону выводов, превратили его в символ акустической
212 Беседа одиннадцатая головки воспроизведения — звукосни¬ матель. А упрощенный символ катуш¬ ки с сердечником говорит о том, что звукосниматель магнитный. Механизм пьезоэлектрического мо¬ нофонического звукоснимателя в упро¬ щенном виде показан на рис. 184, б. Его основой является пьезоэлектрический элемент 4 — пластина из специальной керамики, обладающей пьезоэлектри¬ ческими свойствами: при изгибании со¬ здает электрические заряды. Пьезоэле¬ мент через поводок 3 соединен с игло¬ держателем 2. При проигрывании грам¬ пластинки игла 1, скользя по извилинам звуковой канавки, колеблется, а пьезо¬ элемент изгибается из стороны в сторо¬ ну. При этом на поверхностях пьезоэле¬ мента возникают электрические заря¬ ды, которые через выводные провод¬ ники 5 могут быть поданы на вход усилителя, а после усиления преобразо¬ ваны в звук. Пьезоэлектрический способ преоб¬ разования механических колебаний иг¬ лы в электрический сигнал обозначают внутри "утюжка" вытянутым прямо¬ угольником, символизирующим плас¬ тину керамики, с двумя черточками, изображающими ее обкладки. Пьезоэлемент звукоснимателя мож¬ но рассматривать как конденсатор, на обкладках которого при проигрывании грампластинки создается переменное напряжение звуковой частоты. Внут¬ реннее сопротивление такого источни¬ ка сигнала исчисляется мегаомами, что требует особого подхода к согласова¬ нию его с входным сопротивлением усилителя. Пьезоэлектрические звукоснима¬ тели развивают напряжение звуковой частоты до 200...300 мВ. Они проще по конструкции, чем магнитные звуко¬ сниматели, и легче. Их иглодержатели пластмассовые, а закрепленные в них иглы — корундовые. Вместе с изно¬ шенными иглами иглодержатели легко заменяются новыми. Обычно иглодер¬ жатель имеет две иглы, расположен¬ ные под утлом по отношению друг к другу. Одна из них рассчитана для про¬ игрывания обычных, другая — долго¬ играющих грампластинок. Смена иглы для проигрывания той или иной грам¬ пластинки происходит поворотом иг¬ лодержателя. Конструктивное оформление звуко¬ снимателей разнообразно. Чаще всего их магнитные или пьезоэлектрические головки монтируют в пластмассовых или металлических держателях, называ¬ емых тонармами. Одна из возможных конструкций тонарма с пьезоэлектриче¬ ской головкой звукоснимателя для про¬ игрывания монофонических грамплас¬ тинок показана на рис. 184, в. С принципом работы стереофони¬ ческой головки звукоснимателя я по¬ знакомлю тебя в беседе, посвященной стереофонии. ГОЛОВКИ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЯМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ и ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ Электромагнитный телефон, под¬ ключенный к выходу детекторного или однотранзисторного приемника, излу¬ чает энергию звуковых колебаний. В нем роль непосредственного, т.е. пря¬ мого, излучателя выполняет вибрирую¬ щая мембрана. Первыми мощными из¬ лучателями звуковой энергии были электромагнитные громкоговорители или, как их тогда называли, репродук¬ торы "Рекорд”. Сейчас их, похожих на большие неглубокие черные тарелки, можно увидеть лишь в музеях или ки¬ нофильмах. Им на смену пришли более мощные излучатели звуковой энер¬ гии — электродинамические головки с бумажными диффузорами, которые прежде называли громкоговорителя¬ ми, или, сокращенно, динамиками. Сейчас их принято называть головка¬ ми динамическими прямого излучения, а громкоговорителем — совокупность всех выходных элементов звуковос¬ производящего устройства. Примером звуковоспроизводящего устройства может быть, например,
Беседа одиннадцатая 213 абонентский громкоговоритель, рас¬ считанный на работу от радиотрансля¬ ционной сети. В него кроме головки ди¬ намической прямого излучения входят еще ящик (корпус), имеющий немало¬ важное значение для качества звуко¬ воспроизведения, согласующий (пере¬ ходной) трансформатор и регулятор громкости. Громкоговорители стерео¬ фонической аппаратуры радиотехни¬ ческих комплексов могут иметь по две- три и более головок динамических пря¬ мого излучения, усилители с питающи¬ ми их выпрямителями, различные регуляторы, переключатели. Теперь, разобравшись в принятой терминологии, касающейся звуковос¬ производящих устройств, поговорим об устройстве и работе головок дина¬ мических прямого излучения. Для краткости будем называть их динами¬ ческими головками или просто голо¬ вками. В динамических головках широ¬ кого применения излучателями звуко¬ вых волн служат конусообразные диф¬ фузоры, штампуемые из бумажной массы. Головки, предназначенные для радиофикации улиц, площадей, пар¬ ков, имеют, как правило, металличес¬ кие рупоры. Устройство динамической головки, применяемой в приемно-усилительной аппаратуре, показано на рис. 185, а. Электромагнитная система головки ус¬ троена так же, как механизм электро¬ динамического микрофона. Между центральным стержнем кольцевого магнита 7 (керном 1) и фланцем 2 (на¬ кладкой магнита с круглым отверстием в середине) имеется зазор, в котором создается сильное магнитное поле. В этом зазоре находится катушка 6, на¬ мотанная на бумажном каркасе, скреп¬ ленном с вершиной бумажного диффу¬ зора 3. Ее называют звуковой катуш¬ кой. С помощью центрирующей шай¬ бы 5, приклеенной на стыке каркаса звуковой катушки с диффузором, зву¬ ковою катушку устанавливают точно в середине магнитного зазора. Благодаря гофрам центрирующей шайбы звуко¬ вая катушка может колебаться в маг¬ нитном поле, не задевая ни за керн, ни за фланец магнита. Рис. 185. Устройство и графическое обозначе¬ ние головки динамической прямого излучения и конструкции динамических головок Края диффузора тоже гофрирова¬ ны, что придает ему подвижность, и при¬ клеены к ободу металлического корпуса 4. Выводы звуковой катушки сделаны гибким изолированным многожильным проводом и снабжены контактными ле¬ пестками, укрепленными с помощью изоляционной пластинки на корпусе. Действует головка так. Пока через звуковую катушку ток не идет, она по¬ коится в середине магнитного зазора. Когда в катушке появляется ток, во¬ круг нее возникает магнитное поле, ко¬ торое взаимодействует с полем магни¬ та. При одном направлении тока в ка¬ тушке она выталкивается из магнитно¬ го зазора, а при другом — втягивается в него. При пропускании через катушку переменного тока звуковой частоты катушка колеблется в зазоре с часто¬ той тока. Вместе с катушкой колеблет¬ ся и диффузор, создавая в воздухе зву¬ ковые волны. Динамические головки различают¬ ся размерами, формой диффузора, кон¬ струкцией магнитной системы. Многие
214 Беседа одиннадцатая головки широкого применения имеют круглые диффузоры (рис. 185, б) диаме¬ тром примерно от 60 до 300 мм. Самые маленькие из них (рис. 185, б) использу¬ ются главным образом в малогабарит¬ ных ("карманных") приемниках. Есть головки с эллиптическими (овальными) диффузорами (рис. 185, г). Такая форма диффузора не улучшает качества зву¬ ковоспроизведения, а лишь создает не¬ которое удобство размещения головки в приемнике, телевизоре, магнитофоне или другом звуковоспроизводящем ус¬ тройстве. Магнит может иметь не только кольцеобразную форму, но и квадрат¬ ную, рамочную. Ты можешь встретить устаревшую электродинамическую головку с под- магничиванием. Она не имеет постоян¬ ного магнита. На керн такой головки надета катушка, содержащая несколь¬ ко тысяч витков. Ее называют катуш¬ кой подмагничивания или возбужде¬ ния. Питающий ее постоянный ток об¬ разует электромагнит, создающий в кольцевом зазоре, где находится звуко¬ вая катушка, магнитное поле. В осталь¬ ном головка с подмагничиванием ни¬ чем не отличается от головки с посто¬ янным магнитом. Головки с подмагни¬ чиванием выпускались только для сетевых приемников и усилителей. Динамические головки маркируют цифрами и буквами, например 0,1ГД-б, 1ГД-5, 2ГД-40. Первая цифра характе¬ ризует номинальную мощность голо¬ вки, выраженную в ваттах или, что по существу то же самое, в вольт-амперах, т.е. произведением переменного на¬ пряжения звуковой частоты, подводи¬ мого к звуковой катушке, на ток, про¬ текающий через катушку. Буквы ГД — первоначальные буквы слов "головка динамическая". Следующая за ними цифра — условный порядковый номер конструкции. Номинальная мощность — это наи¬ большая мощность тока звуковой часто¬ ты, которую можно подводить к звуко¬ вой катушке, не опасаясь, что головка будет искажать звуки или быстро ис¬ портится. Это наиболее важный пара¬ метр, характеризующий головку. Но не путай его с громкостью, т.е. с амплиту¬ дой звуковых колебаний. Если взять две головки с номинальными мощностями 1 и 3 Вт, подать к каждой из них по 1 Вт мощности тока звуковой частоты, то звучать они будут практически одина¬ ково громко. Вторая из них будет зву¬ чать громче первой только в том случае, если она будет получать ту мощность, на которую рассчитана. Это обстоятельст¬ во ты должен учитывать, подбирая голо¬ вки для своих конструкций. Второй важный параметр динами¬ ческой головки — номинальный диапа¬ зон рабочих частот, т.е. показатель диа¬ пазона звуковых частот, которые голо¬ вка равномерно и без заметных иска¬ жений воспроизводит. Границы этой полосы частот выражают в герцах, на¬ пример 315..7000 Гц. Головка с такой характеристикой хорошо воспроизво¬ дит звуковые частоты от 315 до 7000 Гц и плохо или совсем не реагирует на бо¬ лее низкие (до 315 Гц) и более высокие (выше 7000 Гц) колебания звуковой ча¬ стоты. Чем шире диапазон рабочих ча¬ стот, тем головка лучше. Малогабаритные динамические го¬ ловки, имеющие диффузоры неболь¬ ших размеров, в этом отношении все¬ гда уступают головкам с большими диффузорами. Номинальный диапазон рабочих частот головки 0,1ГД-6, напри¬ мер, 450...3150 Гц, а головки 4ГД-35 — от 63 до 12 500 Гц. Частотная характе¬ ристика первой головки по сравнению с характеристикой второй хуже. Но нельзя сказать, что она плохая. Для ма¬ логабаритного транзисторного прием¬ ника, к которому предъявляются бблее низкие требования, она подходит луч¬ ше, чем в'Горая, предназначенная для приемника или усилителя 34 с более высокими требованиями к качеству звуковоспроизведения. Эти и некоторые другие параметры динамических головок обычно указы¬
Беседа одиннадцатая 215 вают в паспортах. Они есть и в прило¬ жении 13, помещенном в конце книги. Звуковые катушки большей части динамических головок содержат не¬ большое число витков, намотанных проводом диаметром 0,15...0,2 мм, по¬ этому их сопротивление постоянному току мало — всего 4... 10 Ом. Рассчита¬ ны они на напряжение звуковой часто¬ ты порядка нескольких вольт, но при значительных токах. Звуковые катуш¬ ки таких головок включают в коллек¬ торные цепи транзисторов не непо¬ средственно, как, скажем, головные те¬ лефоны, а через трансформаторы или иные согласующие цепи. Трансформа¬ торы согласуют напряжение и токи усилительных приборов с напряжени¬ ями и токами головок. Понижая напря¬ жение до нескольких вольт, они позво¬ ляют звуковым катушкам потреблять токи до нескольких ампер. Согласующие трансформаторы, используемые в приемниках и усили¬ телях 34, ставят в цепи выходных, т.е. оконечных, мощных усилительных приборов, поэтому их принято назы¬ вать выходными трансформаторами. Примером подключения звуковой катушки динамической головки к вы¬ ходному каскаду усилителя может слу¬ жить схема, приведенная на рис. 186. Выходной трансформатор Т первичной обмоткой включен в коллекторную цепь транзистора VT. Колебания зву¬ ковой частоты, усиленные транзисто¬ ром, возбуждают во вторичной обмот¬ ке II такие же колебания, но более низ¬ кого, чем в коллекторной цепи, напря¬ жения, которые подаются на звуковую катушку головки ВА и преобразуются в звуковые колебания. Параллельно первичной обмотке выходного трансформатора подключа¬ ют конденсатор, улучшающий работу усилителя. Запомни: согласование напряже¬ ния и тока звуковой катушки динами¬ ческой головки и выходной цепи уси¬ лительного устройства — обязательное условие для наиболее эффективного использования энергии звуковой час¬ тоты, отдаваемой выходным каскадом усилителя головке. Понижающий трансформатор — неотъемлемая часть и абонентского громкоговорителя. Он согласует на¬ пряжение звуковой частоты радио¬ трансляционной линии с напряжени¬ ем, обеспечивающим нормальную ра¬ боту головки. Абонентские громкого¬ ворители, кроме того, снабжают регуляторами громкости. Один из абонентских громкоговори¬ телей и его схема показаны на рис. 187. Регулятор громкости — переменный ре¬ зистор R — в этом громкоговорителе включен последовательно со звуковой катушкой динамической головки. Чем меньше сопротивление введенной части резистора, тем звук громче. Рис. 186. Схема включения динамической го¬ ловки в коллекторную цепь транзистора вы¬ ходного каскада усилителя 34 Рис. 187. Абонентский громкоговоритель и его схема
216 Беседа одиннадцатая Первичные обмотки трансформа¬ торов абонентских громкоговорителей рассчитаны на напряжения звуковой частоты 30 или 15 В. Есть громкогово¬ рители, рассчитанные на оба этих на¬ пряжения. Переключение с одного на¬ пряжения на другое достигается пере¬ пайкой одного из проводов шнура на выводах первичной обмотки транс¬ форматора. Следует отметить, что эти напряжения громкоговорители полу¬ чают от радиотрансляционной сети при наиболее громкой передаче. Уменьшение громкости снижает ток, потребляемый громкоговорителем, но напряжение радиосети, конечно, оста¬ ется прежним. Абонентские громкоговорители можно иногда использовать для про¬ стых приемников или усилителей 34. Обращаться с динамическими го¬ ловками надо очень осторожно, чтобы не портить звуковую катушку или диф¬ фузор. Головка с порванным диффузо¬ ром, даже если он заклеен, работает ху¬ же, с искажением звука. А если звуко¬ вая катушка окажется оборванной, что можно обнаружить с помощью оммет¬ ра, ремонт ее без специального обору¬ дования практически невозможен. Но такое случается крайне редко. Чаще происходят обрывы входных провод¬ ников звуковой катушки из-за непре¬ рывных колебаний диффузора. Такую неисправность нетрудно обнаружить и устранить сращиванием или заменой оборванного проводника. Качество звуковоспроизведения головкой во многом зависит от акусти¬ ческого оформления, т.е. конструкции ящика или футляра, в котором она ус¬ тановлена. Для большей части радиове¬ щательных приемников, телевизоров, монофонических радиол и магнитофо¬ нов акустическим оформлением слу¬ жат сами футляры такой аппаратуры. Применяют также выносные акустиче¬ ские системы, называемые в обиходе громкоговорителями или звуковыми колонками, головки которых размеще¬ ны в ящиках или на акустических экра¬ нах в виде деревянных щитов. Об од¬ ной из возможных конструкций само¬ дельного громкоговорителя я еще рас¬ скажу в этой беседе. Но выносной громкоговоритель может быть готовым, приобретенным в магазине радиотоваров. Например, ЗАС-1, 10МАС-1, 15АС-404, "Электро¬ ника 25АС-227". Цифры в начале мар¬ кировки громкоговорителей указыва¬ ют их номинальные мощности, а буквы АС — начало слов "акустическая систе¬ ма". В "Электронике 25АС-227" три го¬ ловки: низкочастотная 25ГД-42, средне¬ частотная 15ГД-11 и высокочастотная с магнитной системой особой конструк¬ ции (так называемая изодинамическая) головка 10ГИ-1. Головки такого громко¬ говорителя, предназначенного для сов¬ местной работы с усилительной аппа¬ ратурой высшего класса, обеспечивают номинальный диапазон воспроизводи¬ мых частот от 31,5 до 31 500 Гц. Подобные громкоговорители осо¬ бенно необходимы для стереофоничес¬ кого звуковоспроизведения. После знакомства с устройством и работой динамической головки и срав¬ нения ее с микрофоном аналогичной системы у тебя должен возникнуть во¬ прос, нельзя ли заставить динамичес¬ кую головку работать как микрофон, а микрофон, наоборот, как головку? В принципе, можно! Радиолюбители очень часто используют динамические головки в качестве микрофонов. Ис¬ пользовать же микрофон в качестве го¬ ловки неэффективно, и кроме того, это опасно для микрофона при значитель¬ ных выходных напряжениях усилителя. Но вернемся к принципу построе¬ ния и работе разных по сложности уси¬ лителей 34. КАСКАДЫ УСИЛИТЕЛЯ Усилительным каскадом принято называть совокупность активных эле¬ ментов с резисторами, конденсатора¬ ми и другими деталями, которые обес¬ печивают ему условия работы как уси¬
Беседа одиннадцатая 217 лителя электрических сигналов. Усили¬ тель, который ты делал к детекторному приемнику (см. рис. 91), был однокас¬ кадным. Его активный элемент — тран¬ зистор — может быть составным (см. рис. 94), полевым, но усилитель все равно останется однокаскадным. Он обеспечивает хорошее звучание голо¬ вных телефонов, но его усиления недо¬ статочно для громкого звуковоспроиз¬ ведения. Для громкого воспроизведе¬ ния колебаний звуковой частоты тран¬ зисторный усилитель должен быть как минимум двух-, трехкаскадным. В усилителях, содержащих не¬ сколько следующих один за другим ка¬ скадов, различают каскады предвари¬ тельного усиления и выходные, или оконечные, каскады. Выходным назы¬ вают конечный каскад усилителя, ра¬ ботающий на телефоны или динамиче¬ скую головку громкоговорителя, а предварительными — все находящиеся перед ним каскады. Задача одного или нескольких кас¬ кадов предварительного усиления за¬ ключается в том, чтобы увеличить напряжение звуковой частоты до зна¬ чения, необходимого для работы тран¬ зистора выходного каскада. От транзи¬ стора выходного каскада требуется по¬ вышение мощности колебаний звуко¬ вой частоты до уровня, необходимого для работы его нагрузки — динамичес¬ кой головки. Для выходных каскадов наиболее простых усилителей радиолюбители ча¬ сто используют маломощные транзис¬ торы, такие же, что и в каскадах предва¬ рительного усиления. Объясняется это желанием делать усилители более эко¬ номичными, что особенно важно для пе¬ реносных конструкций с питанием от батарей. Выходная мощность таких уси¬ лителей небольшая — от нескольких де¬ сятков до 100... 150 мВт, но и ее бывает достаточно для работы телефонов или маломощных динамических головок. Если же вопрос экономии энергии ис¬ точников питания не имеет столь суще¬ ственного значения, например при пи¬ тании усилителей от электроосвети¬ тельной сети, в выходных каскадах ис¬ пользуют мощные транзисторы. Каков принцип работы усилителя, состоящего из нескольких каскадов? Схему простого двухкаскадного усилителя 34 ты видишь на рис. 188. Рассмотри ее внимательно. В первом каскаде усилителя работает транзис¬ тор VT1, во втором — транзистор VT2. Здесь первый каскад является каска¬ дом предварительного усиления, вто¬ рой — выходным. Между ними — раз¬ делительный конденсатор С2. Прин¬ цип работы любого из каскадов этого усилителя одинаков и аналогичен зна¬ комому тебе принципу работы однока¬ скадного усилителя. Разница только в деталях: нагрузкой транзистора VT1 первого каскада служит резистор R2, а нагрузкой транзистора VT2 выходного каскада — телефоны BF1 (или, если вы¬ ходной сигнал достаточно мощный, го¬ ловка громкоговорителя). Смещение на базу транзистора первого каскада подается через резистор R1, а на базу транзистора второго каскада — через резистор R3. Оба каскада питаются от общего источника которым может быть батарея гальванических элемен¬ тов или выпрямитель. Режимы работы транзисторов устанавливают подбо¬ ром резисторов R1 и R3, что обозначе¬ но на схеме звездочками. Рис. 188. Двухкаскадный усилитель 34 Действие усилителя в целом заклю¬ чается в следующем. Электрический сигнал, поданный через конденсатор С1 на вход первого каскада и усилен¬ ный транзистором VT1, с нагрузочного резистора R2 через разделительный конденсатор С2 поступает на вход вто¬
218 Беседа одиннадцатая рого каскада. Здесь он усиливается транзистором VT2 и телефонами BF1, включенными в коллекторную цепь транзистора, и преобразуется в звук. Какова роль конденсатора С1 на входе усилителя? Он выполняет две за¬ дачи: свободно пропускает к транзис¬ тору переменное напряжение сигнала и предупреждает замыкание базы на эмиттер через источник сигнала. Пред¬ ставь себе, что этого конденсатора во входной цепи нет, а источником усили¬ ваемого сигнала служит электродина¬ мический микрофон с малым внутрен¬ ним сопротивлением. Что получится? Через малое сопротивление микрофо¬ на база транзистора окажется соеди¬ ненной с эмиттером. Транзистор за¬ кроется, так как будет работать без на¬ чального напряжения смещения. Он будет открываться только при отрица¬ тельных полупериодах напряжения сигнала. А положительные полуперио- ды, еще больше закрывающие транзис¬ тор, будут им "срезаны". В результате транзистор станет искажать усиливае¬ мый сигнал. Конденсатор С2 связывает каскады усилителя по переменному току. Он должен хорошо пропускать перемен¬ ную составляющую усиливаемого сиг¬ нала и задерживать постоянную со¬ ставляющую коллекторной цепи тран¬ зистора первого каскада. Если вместе с переменной составляющей конденса¬ тор будет проводить и постоянный ток, режим работы транзистора выходного каскада нарушится и звук станет иска¬ женным или совсем пропадет. Конденсаторы, выполняющие та¬ кие функции, называют конденсатора¬ ми связи, переходными или раздели¬ тельными. Входные и переходные конденсато¬ ры должны хорошо пропускать всю по¬ лосу частот усиливаемого сигнала — от самых низких до самых высоких. Этому требованию отвечают конденсаторы ем¬ костью не менее 5 мкФ. Использование в транзисторных усилителях конденса¬ торов связи больших емкостей объясня¬ ется относительно малыми входными сопротивлениями транзисторов. Кон¬ денсатор связи оказывает переменному току емкостное сопротивление, которое будет тем меньшим, чем больше его ем¬ кость. И если оно окажется больше входного сопротивления транзистора, на нем будет падать часть напряжения переменного тока, большая, чем на вход¬ ном сопротивлении транзистора, отчего будет проигрыш в усилении. Емкостное сопротивление конденсатора связи должно быть по крайней мере в 3...5 раз меньше входного сопротивления тран¬ зистора. Поэтому-то на входе, а также для связи между транзисторными каска¬ дами ставят конденсаторы больших ем¬ костей. Здесь используют обычно мало¬ габаритные оксидные конденсаторы с обязательным соблюдением полярности их включения. Таковы наиболее характерные осо¬ бенности построения и работа элемен¬ тов двухкаскадного транзисторного усилителя 34. Для закрепления в памяти принци¬ па работы транзисторного двухкаскад¬ ного усилителя 34 предлагаю смонти¬ ровать, наладить и проверить в дейст¬ вии несколько его вариантов. ПРОСТЫЕ ДВУХКАСКАДНЫЕ Принципиальные схемы двух вари¬ антов такого усилителя изображены на рис. 189. Они, по существу, являются повторением схемы разобранного сей¬ час транзисторного усилителя. Только на них указаны данные деталей и введе¬ ны дополнительные элементы: Rl, СЗ и SA1. Резистор R1 — нагрузка источника колебаний звуковой частоты (детектор¬ ного приемника или звукоснимателя), СЗ — конденсатор, блокирующий голо¬ вку ВА1 громкоговорителя по высшим звуковым частотам; SA1 — выключа¬ тель питания. В усилителе по схеме на рис. 189, а работают транзисторы струк¬ туры р-п-р, а в усилителе по схеме рис. 189, б— структуры п-р-п. В связи с
Беседа одиннадцатая 219 Рис. 189. Двухкаскадные усилители 34 на транзисторах структуры р-п-р (а) и на транзисторах структуры п-р-п (6) этим полярность включения питающих их батарей разная: на коллекторы тран¬ зисторов первого варианта усилителя подается отрицательное, а на коллекто¬ ры транзисторов второго варианта — положительное напряжение. Поляр¬ ность включения оксидных конденсато¬ ров также разная. В остальном усилите¬ ли совершенно одинаковы. В любом из этих вариантов усили¬ теля могут работать транзисторы со статическим коэффициентом переда¬ чи тока h213 = 20...30 и больше. В каскад предварительного усиления (первый) надо поставить транзистор с большим коэффициентом h213. Роль нагрузки ВА1 выходного каскада могут выпол¬ нять головные телефоны, телефонный капсюль ДЭМ-4м или абонентский громкоговоритель. Для питания усили¬ теля используй батарею 3336 или сете¬ вой блок питания (о котором я расска¬ зал в предыдущей беседе). Предварительно усилитель собери на макетной панели, чтобы всесторон¬ не изучить и научиться налаживать его, после чего перенесешь его детали на постоянную плату. Сначала на панели смонтируй дета¬ ли только первого каскада и конденса¬ тор С2. Между правым (по схеме) вы¬ водом этого конденсатора и общим проводником включи головные теле¬ фоны. Если теперь вход усилителя со¬ единить с выходными гнездами детек¬ торного приемника, настроенного на какую-либо радиостанцию, или под¬ ключить к нему звукосниматель и про¬ играть грампластинку, в телефонах по¬ явится звук радиопередачи или грамза¬ писи. Подбирая резистор R2 (так же, как при подгонке режима работы одно¬ транзисторного усилителя, о чем я рас¬ сказывал в шестой беседе), добейся наибольшей громкости. При этом мил¬ лиамперметр, включенный в коллек¬
220 торную цепь транзистора, должен по¬ казывать ток, равный 0,4...0,6 мА. При напряжении источника питания 4,5 В это наивыгоднейший режим работы транзистора. Затем смонтируй детали второго (выходного) каскада усилителя, теле¬ фоны включи в коллекторную цепь его транзистора. Теперь телефоны должны звучать значительно громче. Еще гром¬ че, возможно, они будут звучать после того, как подбором резистора R4 будет установлен коллекторный ток транзис¬ тора 0,4...0,6 мА. Можно, однако, поступить иначе: смонтировать все детали усилителя, подбором резисторов R2 и R4 устано¬ вить рекомендуемые режимы транзис¬ торов (по токам коллекторных цепей или напряжениям на коллекторах транзисторов) и только после этого проверять его работу на звуковоспро¬ изведение. Такой путь более технич¬ ный. Для более сложного усилителя, а тебе придется иметь дело в основном именно с такими усилителями, он единственно правильный. Надеюсь, ты понял, что мои советы по налаживанию двухкаскадного усили¬ теля в равной степени относятся к обо¬ им его вариантам. И если коэффициен¬ ты передачи тока их транзисторов будут примерно одинаковыми, то и громкость звучания телефонов — нагрузок усили¬ телей — должна быть примерно одина¬ ковой. Но, как я уже говорил, нагрузкой усилителя может быть телефонный кап¬ сюль ДЭМ-4м или абонентский громко¬ говоритель. Режим работы выходного транзистора при этом должен изменить¬ ся. С капсюлем ДЭМ-4м, сопротивление которого 60 Ом, ток покоя транзистора каскада надо увеличить (уменьшением сопротивления резистора R4) до 4...6 мА, а с абонентским громкоговорителем (со¬ противление первичной обмотки его со¬ гласующего трансформатора, использу¬ емого как выходной трансформатор, еще меньше) — увеличить до 8... 10 мА. Принципиальная схема третьего варианта двухкаскадного усилителя Беседа одиннадцатая показана на рис. 190. Особенностью этого усилителя является то, что в пер¬ вом его каскаде работает транзистор структуры р-п-р, а во втором — струк¬ туры п-р-п. Причем база второго тран¬ зистора соединена с коллектором пер¬ вого не через связующий конденсатор, как в усилителе первых двух вариан¬ тов, а непосредственно или, как гово¬ рят, гальванически. При такой связи расширяется диапазон частот усилива¬ емых колебаний, а режим работы вто¬ рого транзистора определяется в ос¬ новном режимом работы первого, ко¬ торый устанавливают подбором резис¬ тора R2. Рис. 190. Усилитель на транзисторах разной структуры В таком усилителе нагрузкой транзистора первого каскада служит не резистор R3, а эмиттерный р-n пе¬ реход второго транзистора. Резистор же нужен лишь как элемент смеще¬ ния: создающееся на нем падение на¬ пряжения открывает второй транзис¬ тор, Если этот транзистор германие¬ вый (МП35—МП38), сопротивление резистора R3 может быть 680...750 Ом, а если кремниевый (КТ315) — около 3 кОм. К сожалению, стабильность работы такого усилителя при измене¬ нии напряжения питания или темпе¬ ратуры невысока. В остальном все то, что сказано применительно к усили¬ телям первых двух вариантов, отно¬ сится и к этому усилителю. Схема следующего варианта двух¬ каскадного усилителя приведена на рис. 191. В отличие от предыдущих в этом усилителе на входе вместо по¬
Беседа одиннадцатая 221 стоянного резистора включен потен¬ циометром переменный резистор (R1) такого же номинала. Он выполняет функцию регулятора громкости: по ме¬ ре перемещения его движка вверх (по схеме) напряжение сигнала звуковой частоты, а значит, и уровень громкости на выходе усилителя возрастают, а при перемещении вниз, в сторону общего провода, ослабевают. С движка пере¬ менного резистора входной сигнал че¬ рез конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT1 первого каскада уси¬ лителя. Связь между транзисторами, как и в предыдущем варианте усили¬ теля, непосредственная. Напряжение постоянного тока на коллекторе перво¬ го транзистора является одновременно и напряжением смещения на базе вто¬ рого транзистора. Смещение же на ба¬ зу первого транзистора подается (че¬ рез резистор R3) с эмиттерного резис¬ тора R4 транзистора второго каскада. При таком построении усилителя меж¬ ду его каскадами возникает отрица¬ тельная обратная связь по постоянно¬ му току, стабилизирующая режимы ра¬ боты обоих транзисторов. Конденса¬ тор СЗ, шунтирующий резистор R4, ослабляет обратную связь по перемен¬ ному напряжению, снижающую уси¬ ление транзистора второго каскада. Ре¬ жим работы обоих транзисторов уста¬ навливают подбором резистора R3. Рис. 191. Усилитель 34 на транзисторах с не¬ посредственной связью Можно ли эти и подобные им уси¬ лители питать от источника постоянно¬ го тока напряжением 9 В, например от двух батарей 3336, или, наоборот, от ис¬ точника напряжением 1,5...3 В — от од- ного-двух элементов 332 или 316? Разу¬ меется, можно: при более высоком на¬ пряжении источника питания нагрузка усилителя — головные телефоны, або¬ нентский громкоговоритель или дина¬ мическая головка, включенная в кол¬ лекторную цепь транзистора второго каскада через выходной трансформа¬ тор, — должна звучать громче, при бо¬ лее низком — тише. Но при этом не¬ сколько иными должны быть и режимы работы транзисторов. Кроме того, при напряжении источника питания 9 В но¬ минальные напряжения оксидных кон¬ денсаторов должны быть не менее 10 В. Рассматривая схему усилителя по¬ следнего варианта, ты, уверен, не мог не заметить ее сходства с "начинкой” аналоговой микросхемы серии К118 (см. рис. 152, а). Сравни их. Практичес¬ ки они выглядят "близнецами”. Следо¬ вательно, микросхема серии К118 тоже может быть использована как двухкас¬ кадный усилитель. Именно так и будет в одном из приемников прямого усиле¬ ния, которым посвящается следующая беседа. Разобраться в цепях и работе такого усилителя тебе поможет наш разговор о микросхеме К118УН1Б, со¬ стоявшийся в девятой беседе. Описанные здесь двухкаскадные усилители рассматривай как опытные, учебные. Поэтому монтировать их, а точнее макетировать, лучше на картон¬ ных панелях, пропуская выводы дета¬ лей через проколы в картоне и, не уко¬ рачивая, соединять снизу. Перемен¬ ные резисторы могут быть типов СП или СПО, постоянные — МАТ, оксид¬ ные конденсаторы — К50-3 или К50-6. Нагрузка усилителей — головные теле¬ фоны, телефонный капсюль ДЭМШ-4м или абонентский громкоговоритель любого типа. Любой из этих усилителей, смонти¬ рованный на плате небольших раз¬ меров, пригодится тебе в будущем, например, для портативного транзис¬ торного приемника. Аналогичные уси¬ лители можно использовать и для про-
222 Беседа одиннадцатая водной телефонной связи с живущим неподалеку приятелем. Вот конкрет¬ ный пример. ДВУСТОРОННИЙ ТЕЛЕФОН Схему аппаратуры для двусторон¬ ней телефонной связи, о которой я хо¬ чу рассказать, ты видишь на рис. 192. Слева приведена принципиальная схе¬ ма первого аппарата, например твоего, справа — второго, находящегося в до¬ ме твоего приятеля. Через разъемы XI, Х2 и ХГ, Х2' аппараты соединены меж¬ ду собой двухпроводной линией связи (на схеме обозначена штриховыми ли¬ ниями), длина которой может дости¬ гать 40...50 м. Разъем XI первого аппа¬ рата должен соединяться с разъемом Х2Г второго, а разъем Х2 — с разъемом ХГ. При невыполнении этого совер¬ шенно обязательного правила теле¬ фонная связь не состоится. Телефонные аппараты, как видишь, идентичны, поэтому разберем работу лишь одного из них, например первого. Его основой служит двухкаскадный усилитель 34 на кремниевых транзис¬ торах структуры п-р-п. Оба транзисто¬ ра включены по схеме ОЭ. Усилитель питается от батареи GB1 напряжением 4,5 В (батарея 3336 или составленная из трех элементов 332 или 343). Разомкну¬ тое положение контактов выключателя питания SA1 соответствует дежурному режиму работы аппарата. Ко входу усилителя подключен мик¬ рофон ВМ1. Колебания звуковой часто¬ ты, создаваемые им при разговоре, по¬ даются непосредственно на базу тран¬ зистора VT1 первого каскада. Усилен¬ ные им колебания снимаются с нагрузочного резистора R2 и далее че¬ рез конденсатор С2 поступают на базу транзистора VT2 для дополнительного усиления. Но нагрузкой этого выходно¬ го транзистора усилителя служит не “свой" телефон BF1, а телефон BF1' вто¬ рого аппарата — он-то и преобразует в звук низкочастотный сигнал, усилен¬ ный транзисторами первого аппарата. Разберемся в особенностях выход¬ ной цепи усилителя телефонного аппа¬ рата. Следи за моим рассказом внима¬ тельно. При включении питания вы¬ ключателем SA1 положительное на¬ пряжение батареи GB1 подается на коллектор транзистора VT2 через ли¬ нейный провод, соединяющий разъе¬ мы XI и Х2', телефон BF1', открытый в это время диод VD 1' и далее через вто¬ рой линейный провод, соединяющий разъемы XI и Х2. Диод VD1' остается открытым все время, пока контакты выключателя SA1 замкнуты. Конден¬ сатор СЗ, шунтирующий диод VD1', уменьшает падение переменной со¬ ставляющей на его внутреннем сопро¬ тивлении, благодаря чему телефон BF1' сигнал не искажает. А диод VD1 перво¬ го аппарата в это время закрыт поло¬ жительным напряжением питающей Рис. 192. Схема двустороннего телефона
Беседа одиннадцатая 223 батареи, и через него, а значит, и через телефон. В коллекторный ток транзис¬ тора VT2 не идет. Конденсатор С1 шунтирует вход усилителя по наиболее высоким часто¬ там звукового диапазона и тем самым предотвращает самовозбуждение на этих частотах. Точно так работает и второй теле¬ фонный аппарат. Но нагрузкой транзи¬ стора VT2' выходного каскада его уси¬ лителя 34 служит цепь, состоящая из телефона BF1, диода VD3 и конденсато¬ ра СЗ первого аппарата. Чтобы приятеля пригласить для те¬ лефонного разговора, ты должен подать ему соответствующий сигнал. Для этого надо не только включить питание усили¬ теля, но и нажать еще кнопку SB1 "Вы¬ зов". При этом между коллектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1 включится конденсатор С4, кото¬ рый создаст между выходом и входом усилителя положительную обратную связь, благодаря которой усилитель пре¬ вратится в генератор колебаний звуко¬ вой частоты. При этом телефон BF1 вто¬ рого аппарата издаст достаточно гром¬ кий звук средней тональности, пригла¬ шающий приятеля к телефону. Услышав этот сигнал, приятель должен включить питание своего аппарата и нажать кноп¬ ку SB 1. Теперь в телефоне твоего аппа¬ рата появится ответный сигнал, после чего можно начать взаимный разговор. Возможная конструкция микро- телефонной трубки (т.е. устройства, включающего в себя микрофон и теле¬ фонный капсюль) и плата усилителя аппарата показаны на рис. 193. В каче¬ стве микрофонов и телефонов исполь¬ зуй капсюли высокоомных телефонов ТОН-1, ТОН-2. Транзисторы, кроме КТ315, могут быть серий МП35—МП38 или маломощные высокочастотные се¬ рий КТ301, ГТ311 со статическим коэф¬ фициентом передачи тока не менее 50. Диоды — любые из серий Д9 или Д2. Ре¬ зисторы — МАТ на мощность рассея¬ ния 0,25 или 0,5 Вт. Конденсаторы могут быть любых типов — БМ, МБМ, КЛС. Монтаж может быть как печатным, так и навесным. Корпус трубки склей из несколь¬ ких слоев плотной бумаги или тонкого картона на деревянной болванке диа¬ метром 40 мм. Полосу бумаги или кар¬ тона шириной 140... 145 мм наматывай плотно на болванку, смазывая каждый слой клеем БФ-2. После того как кар¬ кас хорошо просохнет, станет жест¬ ким, зачисти его мелкой шкуркой, а за¬ тем пропитай каким-либо лаком или Рис. 193. Конструкция самодельной микро телефон¬ ной трубки (а) и монтажная плата усилителя теле¬ фонного аппарата (б)
224 Беседа одиннадцатая расплавленным парафином, чтобы сде¬ лать его влагоупорным. От той же болванки отпили два кружка толщиной по 20...25 мм и с помо¬ щью отрезков толстой проволоки укре¬ пи на них микрофонный ВМ1 и теле¬ фонный BF1 капсюли. Кружки должны плотно входить в трубку и надежно удерживаться в ней. Плату усилителя (предварительно соединив ее с капсюля¬ ми кнопкой, укрепленной на корпусе, и трехжильным кабелем, идущим к вы¬ ходным разъемам XI, Х2) и батареи пи¬ тания GB1 оберни полоской поролона или пористой резиной и вставь в трубку. Батарею можно разместить в не¬ большой пластмассовой коробке и ук¬ репить на ее стенках выключатель пи¬ тания, а также гнездовую и штырько¬ вую части разъемов для подключения линии связи. Вполне понятно, что усилитель, прежде чем плату разместить в трубке, надо проверить и наладить. Для этого выводы диода VD1 временно замкни проволочной перемычкой, включи пи¬ тание и слегка постучи пальцем по ми¬ крофонному капсюлю — в телефоне должны прослушиваться звуки, напо¬ минающие щелчки по барабану. Затем подбором резистора R3 установи на коллекторе транзистора VT2 напряже¬ ние около 2 В, а подбором резистора R2 — напряжение на коллекторе тран¬ зистора VT1, равное примерно 3 В. Из¬ меряя напряжение, щуп отрицательно¬ го вывода вольтметра постоянного тока соединяй с общим проводником цепи питания. Если затем нажать кнопку "Вызов”, в телефоне услышишь звук средней тональности (частотой около 1000 Гц), свидетельствующий о воз¬ буждении усилителя. Желательный тон звука можно установить подбором конденсатора С4. С увеличением емко¬ сти этого конденсатора тон звука будет понижаться, а с уменьшением емкости, наоборот, повышаться. Так проверяют и, если надо, уста¬ навливают рекомендуемые режимы работы транзисторов усилителей обо¬ их телефонных аппаратов. После этого можно удалить проволочные перемыч¬ ки, замыкающие диоды, вставить пла¬ ты усилителей в трубки и, соединив те¬ лефонные аппараты между собой (точ¬ но по схеме на рис. 192), проверить их при совместной работе. Такой телефон, как ты, надеюсь, догадался, можно использовать для связи с товарищем, живущим непода¬ леку, или летом на даче, на туристском привале. В полевых условиях иногда (когда земля влажная) функцию одного из проводов линии связи может выпол¬ нять земля. Но предварительно надо проверить — надежна ли будет связь. Теперь, продолжая беседу, посвя¬ щенную усилителям, поговорим о стаби¬ лизации режима работы транзисторов. СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА Простейшие двухкаскадные усили¬ тели (например, по схемам на рис. 189), смонтированные и налаженные в поме¬ щении, в таких же условиях будут рабо¬ тать лучше, чем на улице, где они ока¬ жутся год горячими лучами летнего солнца или зимой на морозе. Почему так получается? Потому, что, к сожале¬ нию, с повышением и понижением ок¬ ружающей температуры режим рабо¬ ты транзисторов нарушается. А перво¬ причина тому — неуправляемый обрат¬ ный ток коллектора 1КБО и изменение статического коэффициента передачи тока h213 при изменении температуры. В принципе ток 1КБО небольшой. У низкочастотных германиевых транзис¬ торов малой мощности, например, этот ток, измеренный при обратном напря¬ жении на коллекторном р-n переходе 5 В и температуре 20°С, не превышает 20...30 мкА, а у кремниевых транзисто¬ ров — меньше 1 мкА. Но он значитель¬ но изменяется при воздействии темпе¬ ратуры. С повышением температуры на 10°С ток 1КБО германиевого транзис¬ тора увеличивается примерно вдвое, а кремниевого транзистора — в 2,5 раза.
Беседа одиннадцатая 225 Если, например, при температуре 20°С ток 1КБО германиевого транзистора со¬ ставляет 10 мкА, то при повышении температуры до 60°С он возрастает примерно до 160 мкА. Но ток 1КБО характеризует свойства только коллекторного р-n перехода. В реальных же рабочих условиях напря¬ жение источника питания оказывается приложенным к двум р-n переходам — коллекторному и эмиттерному. При этом обратный ток коллектора течет и через эмиттерный переход и как бы усиливает сам себя. В результате зна¬ чение неуправляемого, изменяющего¬ ся под воздействием температуры тока увеличивается в несколько раз. А чем больше его доля в коллекторном токе, тем нестабильнее режим работы тран¬ зистора в различных температурных условиях. Увеличение коэффициента передачи тока h213 с температурой уси¬ ливает этот эффект. Что же при этом происходит в кас¬ каде, например, на транзисторе VT1 усилителя первого или второго вариан¬ та (см. рис. 189) ? С повышением темпе¬ ратуры общий ток коллекторной цепи увеличивается, вызывая все большее падение напряжения на нагрузочном резисторе R3. Напряжение же между коллектором и эмиттером при этом уменьшается, что приводит к появле¬ нию искажений сигнала. При дальней¬ шем повышении температуры напря¬ жение на коллекторе может стать столь малым, что транзистор вообще перестанет усиливать входной сигнал. Уменьшение влияния температуры на ток коллектора возможно либо путем использования в аппаратуре, предназ¬ наченной для работы со значительными колебаниями температуры, транзисто¬ ров с очень малым током 1КБО, например кремниевых, либо применением специ¬ альных мер, термостабилизирующих режим транзисторов. Один из способов термостабилиза¬ ции режима германиевого транзистора структуры р-п-р показан на схеме рис. 194, а. Здесь, как видишь, базовый резистор кб подключен не к минусово¬ му проводнику источника питания, а к коллектору транзистора. Что это дает? С повышением температуры возраста¬ ющий коллекторный ток увеличивает падение напряжения на нагрузке R^ и уменьшает напряжение на коллекторе. А так как база соединена (через резис¬ тор R6) с коллектором, на ней тоже уменьшается отрицательное напряже¬ ние смещения, что, в свою очередь, уменьшает ток коллектора. Получается обратная связь между выходной и входной цепями каскада — увеличива¬ ющийся коллекторный ток уменьшает напряжение на базе, что автоматичес¬ ки уменьшает коллекторный ток. Про¬ исходит стабилизация заданного режи¬ ма работы транзистора. Рис. 194. Усилительные каскады с термостаби¬ лизацией режима работы транзисторов Но во время работы транзистора между его коллектором и базой через тот же резистор R2 возникает отрица¬ тельная обратная связь по переменному току, что снижает общее усиление кас¬ када. Таким образом, стабильность ре¬ жима транзистора достигается ценой проигрыша в усилении. Жаль, но прихо¬ дится идти на эти потери, чтобы при из¬ менении температуры транзистора со¬ хранить нормальную работу усилителя. Существует, однако, способ стаби¬ лизации режима работы транзистора с несколько меньшими потерями в уси¬ лении, но достигается это усложнени¬ ем каскада. Схема такого усилительно¬ го каскада показана на рис. 194, б. Ре¬ жим покоя транзистора по постоянно¬ му току и напряжению остается тот же: ток коллекторной цепи равен 0,8... 1 мА, отрицательное напряжение смещения
226 Беседа одиннадцатая на базе относительно эмиттера равно 0,1 В (1,5 — 1,4 = 0,1 В). Но режим уста¬ навливается с помощью двух дополни¬ тельных резисторов: R61 и R62. Резисто¬ ры R61 и R62 образуют делитель, с помо¬ щью которого на базе поддерживается устойчивое напряжение. Эмиттерный резистор R3 является элементом тер¬ мостабилизации. Термостабилизация режима транзистора происходит сле¬ дующим образом. По мере возраста¬ ния коллекторного тока под действием тепла падение напряжения на резисто¬ ре R3 увеличивается. При этом раз¬ ность напряжений между базой и эмиттером уменьшается, что автомати¬ чески снижает коллекторный ток. По¬ лучается такая же обратная связь, толь¬ ко теперь между эмиттером и базой, благодаря которой режим транзистора стабилизируется. Прикрой бумагой или пальцем кон¬ денсатор Сэ, подключенный параллель¬ но резистору R3, и, следовательно, шун¬ тирующий его. Что теперь напоминает тебе эта схема? Каскад с транзистором, включенным по схеме ОК (эмиттерный повторитель). Значит, при работе тран¬ зистора, когда на резисторе R3 проис¬ ходит падение напряжения не только постоянной, но и переменной составля¬ ющих, между эмиттером и базой возни¬ кает 100%-ная отрицательная обратная связь по переменному напряжению, при которой усиление каскада меньше единицы. Но так может случиться лишь тогда, когда не будет конденсатора С3. Этот конденсатор создает параллель¬ ный путь, по которому, минуя резистор R3, идет переменная составляющая коллекторного тока, пульсирующего с частотой усиливаемого сигнала, и отри¬ цательная обратная связь не возникает. Емкость этого конденсатора должна быть такой, чтобы не оказывать сколь¬ ко-нибудь заметного сопротивления са¬ мым низшим частотам усиливаемого сигнала. В каскаде усиления звуковой частоты этому требованию может отве¬ чать оксидный конденсатор емкостью 10...20 мкФ. Усилитель с такой системой стаби¬ лизации режима транзистора практи¬ чески нечувствителен к колебаниям температуры и, кроме того, что не ме¬ нее важно, к смене транзисторов. Во всех ли случаях именно так сле¬ дует стабилизировать режим работы транзистора? Нет, конечно, ведь все зависит от того, для какой цели пред¬ назначается усилитель. Если усилитель будет работать только в домашних ус¬ ловиях, где перепад температур незна¬ чительный, жесткая термостабилиза¬ ция не обязательна. А если ты собира¬ ешься строить усилитель или прием¬ ник, который бы устойчиво работал и дома, и на улице, то, конечно, надо ста¬ билизировать режим транзисторов, да¬ же если устройство придется услож¬ нять дополнительными деталями. ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Рассказывая в начале этой беседы о назначении каскадов усилителя, я, как бы забегая вперед, сказал, что в выход¬ ных каскадах, являющихся усилителя¬ ми мощности, радиолюбители часто используют такие же маломощные транзисторы, как и в каскадах усиле¬ ния напряжения. У тебя тогда, естест¬ венно, мог возникнуть, а может быть, возникал вопрос: как это достигается? Отвечаю на него сейчас. Такие каскады называют двухтакт¬ ными усилителями мощности. Причем они могут быть трансформаторными, т.е. с использованием в них трансфор¬ маторов, или бес трансформаторными. В твоих конструкциях будут примене¬ ны обе разновидности двухтактного усилителя колебаний звуковой часто¬ ты. Разберемся в принципе их работы. Упрощенная схема двухтактного трансформаторного каскада усиления мощности и графики, иллюстрирую¬ щие его работу, приведены на рис. 195. В нем, как видишь, два трансформато¬ ра и два транзистора. Трансформатор Т1 — межкаскадный, связывающий
Беседа одиннадцатая 227 предоконечный каскад со входом уси¬ лителя мощности, а трансформатор Т2 — выходной. Транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме ОЭ. Их эмит¬ теры, как и средний вывод вторичной обмотки межкаскадного трансформа¬ тора, "заземлены" — соединены с об¬ щим проводником источника питания UH п. Отрицательное напряжение пита¬ ния на коллекторы транзисторов пода¬ ется через первичную обмотку выход¬ ного трансформатора Т2, на коллектор транзистора VT1 — через секцию 1а, на коллектор транзистора VT2 — через секцию 1б. Каждый транзистор и отно¬ сящиеся к нему секции вторичной об¬ мотки межкаскадного трансформатора и первичной обмотки выходного транс¬ форматора представляют обычный, уже знакомый тебе, однотактный усилитель. В этом нетрудно убедиться, если при¬ крыть листком бумаги одно из таких плеч каскада. Вместе же они образуют двухтактный усилитель мощности. Рис. 195. Двухтактный трансформаторный усилитель мощности и графики, иллюстриру¬ ющие его работу Сущность работы двухтактного усилителя заключается в следующем. Колебания звуковой частоты (график а на рис. 195) с предоконечного каскада подаются на базы обоих транзисторов так, что напряжения на них изменяют¬ ся в любой момент времени в противо¬ положных направлениях, т.е. в проти- вофазе. При этом транзисторы работа¬ ют поочередно, на два такта за каждый период подводимого к ним напряже¬ ния. Когда, например, на базе транзис¬ тора VT1 отрицательная полуволна, он открывается и через секцию 1б первич¬ ной обмотки выходного трансформато¬ ра идет ток только этого транзистора (график б). В это время транзистор VT2 закрыт, так как на его базе положи¬ тельная полуволна напряжения. В сле¬ дующий полупериод, наоборот, поло¬ жительная полуволна будет на базе транзистора VT1, а отрицательная на базе транзистора VT2. Теперь открыва¬ ется транзистор VT2, и через секцию 1в первичной обмотки выходного транс¬ форматора идет ток его коллектора (график в), а транзистор VT1, закрыва¬ ясь, "отдыхает". И так при каждом пе¬ риоде звуковых колебаний, подводи¬ мых к усилителю. В обмотке трансфор¬ матора коллекторные токи обоих тран¬ зисторов суммируются (график г), в результате на выходе усилителя полу¬ чаются более мощные электрические колебания звуковой частоты, чем в обычном однотактном усилителе. Ди¬ намическая головка ВА, подключенная ко вторичной обмотке трансформато¬ ра, преобразует их в звук. Теперь, пользуясь схемой на рис. 196, разберемся в принципе ра¬ боты бестрансформаторного усилите¬ ля мощности. Здесь также два тран¬ зистора, но они разной структуры: транзистор VT1 — р-п-р, транзистор VT2 — п-р-п. По постоянному току транзисторы включены последова¬ тельно, образуя как бы делитель на¬ пряжения питающего их источника по¬ стоянного тока. При этом на коллекто¬ ре транзистора VT1 относительно средней точки между ними, называе¬ мой точкой симметрии, создается от¬ рицательное напряжение, равное по¬ ловине напряжения источника пита¬ ния, а на коллекторе транзистора VT2 — положительное, также равное половине напряжения источника пита¬
228 Беседа одиннадцатая ния UHn. Динамическая головка В А включена в эмиттерные цепи тран¬ зисторов: для транзистора VT1 — через конденсатор С2, для транзистора VT2 — через конденсатор С1. Таким образом, транзисторы по переменному току включены по схеме ОК (эмиттер- ными повторителями) и работают на одну общую нагрузку — головку ВА. Рис. 196. Двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности (а) и искажения типа “ступенька”, которые можно увидеть на экра¬ не осциллографа (б) На базах обоих транзисторов уси¬ лителя действует одинаковое по значе¬ нию и частоте переменное напря¬ жение, поступающее от предоконечно¬ го каскада. А так как транзисторы раз¬ ной структуры, то и работают они поочередно, на два такта: при отрица¬ тельной полуволне напряжения откры¬ вается только транзистор VT1 и в цепи головка ВА — конденсатор С2 появля¬ ется импульс коллекторного тока (на рис. 195 — график б), а при положи¬ тельной полуволне открывается только транзистор VT2 и в цепи головка ВА — конденсатор С1 появляется импульс коллекторного тока этого транзистора (график в). Таким образом, через голо¬ вку течет суммарный ток транзисторов (график г), представляющий собой усиленные по мощности колебания звуковой частоты, которые она преоб¬ разует в звуковые колебания. Практи¬ чески получается тот же эффект, что и в усилителе с трансформаторами, но благодаря использованию транзисто¬ ров разной структуры отпадает надоб¬ ность в устройстве для подачи на базы транзисторов сигнала в противофазе. Ты, уверен, заметил одно противо¬ речие в моем объяснении работы двух¬ тактных усилителей мощности: на ба¬ зы транзисторов не подавались напря¬ жения смещения. Ты прав, но особой ошибки здесь нет. Дело в том, что тран¬ зисторы двухтактного каскада могут работать без начального напряжения смещения. Но тогда в усиливаемом сиг¬ нале появляются искажения типа "сту¬ пенька", особенно сильно ощущаемые при слабом входном сигнале. Ступень¬ кой же их называют потому, что на ос¬ циллограмме синусоидального сигнала они имеют ступенчатую форму (рис. 196, б). Наиболее простой способ устранения таких искажений — подача на базы транзисторов начального на¬ пряжения смещения. Перехожу к практике. Расскажу о нескольких вариантах разных по слож¬ ности и назначению усилителей 34. ДВУХКАСКАДНЫЙ С ПОВЫШЕННОЙ ВЫХОДНОЙ мощностью Принципиальная схема этого вари¬ анта усилителя, рассчитанного на рабо¬ ту в низкочастотном тракте радиовеща¬ тельного приемника, показана на рис. 197. Его чувствительность зависит от используемых транзисторов и со¬ ставляет 20...25 мВ, выходная мощ¬ ность — 120... 150 мВт, что обеспечивает достаточно громкое звучание мало¬ мощной динамической головки прямо¬ го излучения. Источником питания слу¬ жит батарея напряжением 9 В или сете¬ вой блок питания с таким же выходным напряжением. Ток, потребляемый уси¬ лителем от источника питания при от¬ сутствии сигнала на входе, не превыша¬
Беседа одиннадцатая 229 ет 4...5 мА, при наибольшем уровне сиг¬ нала он возрастает до 40...50 мА. Рис. 197. Схема усилителя колебаний звуковой частоты с двухтактным бестрансформаторным выходом Сигнал звуковой частоты, который надо усилить, подают на входной пере¬ менный резистор R1, выполняющий функцию нагрузки источника сигнала и регулятора громкости, а с его движка через конденсатор С1 на базу транзис¬ тора VT1 первого каскада усилителя. Этот транзистор включен по схеме ОЭ. Напряжение смещения на его базу по¬ дается с коллектора через резистор R2, термостабилизирующий режим рабо¬ ты транзистора (как в каскаде по схеме на рис. 194, в). Нагрузкой транзистора служат соединенные последовательно резисторы R3 и R4. С нее сигнал, уси¬ ленный транзистором VT1, подается на базы транзисторов VT2 (р-п-р) и VT3 (п-р-п) двухтактного бестрансформа- торного усилителя мощности. Этот каскад усилителя по построе¬ нию и работе аналогичен каскаду, ра¬ зобранному нами в предыдущей части этой беседы (см. рис. 196). Только там базы транзисторов соединены между собой непосредственно, а здесь через резистор R4. Благодаря этому резисто¬ ру транзисторы выходного каскада ра¬ ботают с начальным напряжением сме¬ щения, что устраняет искажения типа "ступенька". Происходит это следующим обра¬ зом. На резисторе R4, являющемся час¬ тью коллекторной нагрузки транзисто¬ ра VT1 первого каскада, происходит падение напряжения постоянной со¬ ставляющей коллекторного тока. При этом на базе р-п-р транзистора VT2 от¬ носительно его эмиттера получается отрицательное, а на базе п-р-п транзис¬ тора VT3 (тоже относительно эмитте¬ ра) отрицательное напряжения смеще¬ ния, открывающие эти транзисторы. Транзистор VT2 усиливает отрицатель¬ ные полуволны тока звуковой частоты, текущего через резистор R4, а транзис¬ тор VT3 — отрицательные полуволны усиливаемого сигнала. Динамическая головка преобразует усиленный по мощности сигнал в звук. Статический коэффициент переда¬ чи тока транзистора VT1 должен быть не менее 50...60, Для транзисторов VT2 и VT3 коэффициент h213 особого значе¬ ния не имеет, важно лишь, чтобы воз¬ можно близкими были их обратные то¬ ки коллекторов 1КБО* Конденсаторы — оксидные типа К50-6. Динамическая го¬ ловка — ВА1 мощностью 0,25...0,5 Вт со звуковой катушкой сопротивлением 8... 10 Ом, например 0,25ГД-2. Налаживание такого варианта уси¬ лителя 34 сводится в основном к под¬ бору резисторов R4 и R2. И делают это, конечно, на макетной панели или вре¬ менной картонной плате при отсутст¬ вии входного сигнала. Движок пере¬ менного резистора R1 устанавливают в крайнее нижнее (по схеме) положение, а в коллекторную цепь транзисторов VT2 и VT3 включают миллиамперметр на ток 10...20 мА. В момент включения питания стрелка микроамперметра должна сделать резкий бросок и тут же вернуться в положение, соответствую¬ щее значению тока не более 10 мА. Подбором резистора R4, заменяя его другим или подключая параллельно ему резисторы больших номиналов, надо добиться, чтобы ток покоя транзи¬ сторов выходного каскада был в преде¬ лах 2...4 мА. Но учти: производить заме¬ ну резистора R4 можно только при от¬ ключенном источнике питания, иначе транзисторы из-за недопустимо боль¬ ших напряжений на их базах быстро перегреются и выйдут из строя.
230 Беседа одиннадцатая Далее, подогнав рекомендуемый ток покоя транзисторов выходного ка¬ скада, подбором резистора R2 уста¬ навливают на эмиттерах этих транзис¬ торов, т.е. в точке симметрии, напря¬ жение, равное половине напряжения источника питания. Если при этом значительно возрастет ток покоя, кор¬ ректируют его дополнительным под¬ бором резистора R4. После этого на вход усилителя можно подать сигнал звуковой часто¬ ты, например, с выхода простого при¬ емника или от звукоснимателя и послу¬ шать работу усилителя при разных по¬ ложениях движка входного перемен¬ ного резистора. Если режимы работы транзисторов соответствуют реко¬ мендуемым, то динамическая головка должна звучать громко и без заметных на слух искажений звука. Какие изменения, дополнения мож¬ но внести в такой вариант усилителя 34 и его конструкцию? Их может быть много. Все зависит от наличия и габа¬ ритных размеров деталей, назначения усилителя и технических требований, предъявляемых к нему. Начну с транзи¬ сторов. Вместо указанного на схеме в пер¬ вом каскаде усилителя (VT1) могут ра¬ ботать транзисторы серий МП40, МП41. Транзистор МП41А (VT2) можно заменить на любой из серий МП39— МП41, а МП38 (VT3) на любой из серий МПЗб, МП37. Чтобы сохранить ту же чувствительность усилителя (15...20 мВ), коэффициент h213 транзистора первого каскада не должен быть меньше 50. Все транзисторы могут быть крем¬ ниевыми соответствующих структур: VT1 и VT2 — КТ361, VT3 — КТ315 с лю¬ бым буквенным индексом. В таком слу¬ чае потребуется изменить полярность включения оксидных конденсаторов, источника питания и, кроме того, уве¬ личить сопротивление резистора R4 примерно до 270 Ом. Необходимость увеличения сопротивления этого рези¬ стора объясняется тем, что кремние¬ вые транзисторы открываются при бо¬ лее высоком, чем германиевые, напря¬ жении смещения. Работа усилителя на кремниевых транзисторах будет более стабильной при изменении темпера¬ турных условий. Резистор R4, определяющий напря¬ жение смещения на базах транзисто¬ ров выходного каскада, можно заме¬ нить германиевым диодом, как показа¬ но на рис. 197 штриховыми линиями. При включении в прямом направлении на нем при токе 1... 1,5 мА падает напря¬ жение, достаточное для открывания транзисторов VT2 и VT3 и, следова¬ тельно, устранения искажений типа "ступенька". В этом случае ток покоя выходных транзисторов устанавлива¬ ют, как и в исходном варианте, подбо¬ ром резистора R2, а напряжение в точ¬ ке симметрии каскада, равное полови¬ не напряжения источника питания, подбором резистора R3. Если транзис¬ торы кремниевые, то в этом участке коллекторной цепи транзистора перво¬ го каскада должны быть два соединен¬ ных последовательно германиевых ди¬ ода из серий Д9, Д2, Д20. В выходной цепи усилителя могут быть не два, а один оксидный конден¬ сатор — только С2 или только СЗ. Но емкость этого конденсатора должна быть увеличена по крайней мере в 2 ра¬ за. Чем больше будет его емкость, тем лучше будут воспроизводиться самые низшие звуковые частоты усиливаемо¬ го сигнала. Этот конденсатор чаще включают не между динамической го¬ ловкой и плюсовым или минусовым проводником источника питания, как на рис. 197, а между головкой и эмитте¬ рами выходных транзисторов, т.е., го¬ воря иначе, головку и конденсатор ме¬ няют местами. УСИЛИТЕЛЬ С ОУ В ПЕРВОМ КАСКАДЕ А на рис. 198 приведена схема еще одного варианта усилителя 34 с двух¬ тактным бестрансформаторным выхо¬ дом. Его отличительная особенность —
Беседа одиннадцатая 231 Рис. 198. Схема варианта усилителя 34 с двухтакт¬ ным бестрансформаторным выходом использование в первом каскаде мик¬ росхемы КР140УД1208 (DA1) — опера¬ ционного усилителя (ОУ) с очень боль¬ шим коэффициентом усиления вход¬ ного сигнала. Усиливаемый сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ (вывод 3) через конденсатор С1, подстроечный резистор R1 и конденсатор С2. С выхо¬ да микросхемы (вывод 6) усиленный сигнал поступает непосредственно на соединенные вместе базы транзисто¬ ров VT1 и VT2 и далее, как и в предыду¬ щем варианте УЗЧ, к динамической го¬ ловке ВА1. Искажения типа "ступенька" здесь предотвращаются благодаря глубокой отрицательной обратной связи между выходом усилителя и инвертирующим входом ОУ (через конденсатор С4 и ре¬ зистор R5). При этом снижение уровня усиливаемого сигнала компенсируется особенностями ОУ (DA1). Переменным резистором R1 уста¬ навливают уровень входного сигнала, необходимый для нормальной работы ОУ. Желательно, чтобы динамическая головка ВА1 была со звуковой катуш¬ кой сопротивлением 50 Ом. Транзисторы VT1 и VT2 выбраны германиевыми потому, что у них напря¬ жение отсечки близко к 0,2...0,3 В (так называют наибольшее напряжение между базой и эмиттером транзистора, при котором ток его коллекторной цепи остается еще очень малым), а у кремни¬ евого транзистора напряжение отсечки близко к 0,5...0,6 В. Выполнив выходной каскад на кремниевых транзисторах, мы тем самым увеличили бы в 2...3 раза ширину "ступеньки" и существенно за¬ труднили бы ее компенсацию. В дальнейшем тебе неоднократно придется иметь дело с подобными уси¬ лителями 34. Поэтому уже сейчас ты должен как следует разобраться в их работе и особенностях. Для этого реко¬ мендую смонтировать каждый из вари¬ антов усилителей на макетной панели, наладить, испытать в работе, внести в него те или иные изменения и сделать соответствующие выводы на будущее. Учти: в дальнейшем, чтобы не повто¬ ряться, я иногда буду отсылать тебя к описанию этих усилителей. ТРЕХКАСКАДНЫЙ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ Этот вариант усилителя (рис. 199) — тоже с двухтактным бестрансформа¬ торным выходом, но он трехкаскадный, с элементами термостабилизации ре¬ жима работы транзисторов и цепями отрицательной обратной связи, улучша¬ ющими его частотную характеристику. Чувствительность налаженного усили¬ теля не хуже 15 мВ, выходная мощность 120... 150 мВт, полоса воспроизводимых звуковых частот 125...20 000 Гц. Источ¬ ник питания — батарея "Крона", "Ко¬ рунд", 7Д-0Д15 или две соединенные последовательно батареи 3336. Потреб¬ ляемый ток в режиме покоя (молчания) около 7 мА, при наибольшей громкос¬ ти — до 50 мА.
232 Беседа одиннадцатая Коротко о работе и особенностях, отличающих его от усилителей преды¬ дущих вариантов. Его первые два кас¬ када аналогичны двухкаскадному уси¬ лителю по схеме на рис. 189, а. Только здесь напряжения смещения на базы транзисторов этих каскадов подаются с соответствующих им делителей на¬ пряжения R2, R3 и R7, R8. Кроме того, в эмиттерные цепи включены резисто¬ ры R6 и R9, термостабилизирующие работу транзисторов. Оксидные кон¬ денсаторы СЗ и С6, шунтирующие эти резисторы, устраняют местные отри¬ цательные обратные связи по пере¬ менному току. Рис. 199. Усилитель 34 на кремниевых транзи¬ сторах В третьем, выходном, каскаде, кото¬ рый аналогичен подобному каскаду предыдущего усилителя, работают идентичные по электрическим параме¬ трам, но разные по структуре транзис¬ торы КТ315Б (п-р-п) и КТ361Б (р-п-р), включенные эмиттерными повторите¬ лями. Сигнал звуковой частоты на их базы подается непосредственно с кол¬ лектора транзистора VT2 предоконеч¬ ного каскада. Транзистор VT3 усилива¬ ет положительные полуволны сигнала, а транзистор VT4 — отрицательные. Мощные колебания 34 через конденса¬ тор С8 поступают к динамической голо¬ вке ВА1 и преобразуются ею в звук. Обращаю внимание на способ включения резистора R10, являющегося основной нагрузкой транзистора VT2 второго каскада. В предыдущем усили¬ теле такой резистор подключался к по¬ ложительному проводнику источника питания непосредственно, а в этом уси¬ лителе — через динамическую головку ВА1. В этом случае в базовую цепь тран¬ зисторов выходного каскада подается так называемая вольтодобавка — не¬ большое напряжение 34 положитель¬ ной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов. Падение напряжения на резисторе Rl 1 в этой це¬ пи создает на базах транзисторов этого каскада относительно их эмиттеров на¬ чальные напряжения смещения (на ба¬ зе VT3 — положительное, на базе VT4 — отрицательное), устраняющие искажения типа "ступенька", особенно заметные на слух при слабых сигналах. Резистор R8, входящий в делитель напряжения R7R8, создает между эмиттерами транзисторов ТЗ и Т4 и ба¬ зой транзистора VT2 цепь отрицатель¬ ной обратной связи по постоянному току, стабилизирующую режим рабо¬ ты транзисторов этих каскадов. Через конденсатор С5 из коллекторной в ба¬ зовую цепь транзистора VT2 подается переменное напряжение отрицатель¬ ной обратной связи, улучшающее час¬ тотную характеристику усилителей. Изменяя его емкость, можно подби¬ рать желательный тембр звука. Новыми для тебя являются резис¬ тор R4 и оксидные конденсаторы С2 и С7. Каковы их функции? Резистор R4 и конденсатор С2 образуют развязываю¬ щий фильтр, предотвращающий воз¬ можное возбуждение усилителя из-за паразитных связей между выходным и входным каскадами через общий ис¬ точник питания. Конденсатор С7 до¬ полнительно ослабляет паразитные связи между каскадами, возрастающие по мере разрядки батареи GB1, когда ее внутреннее сопротивление пере¬ менному току увеличивается. В усилитель можно ввести регуля¬ тор тембра по высоким звуковым часто¬ там. Для этого надо включить между ба¬ зой транзистора VT2 и общим провод¬ ником цепь из конденсатора емкостью
Беседа одиннадцатая 233 0,1 мкФ и переменного резистора со¬ противлением 20...30к0м (на рис. 199 показаны штриховыми линиями). По мере уменьшения сопротивления рези¬ стора все более будут ослабляться выс¬ шие частоты звукового диапазона и подчеркиваться низшие. Поскольку усилитель предназнача¬ ется главным образом для низкочастот¬ ного тракта радиовещательного прием¬ ника, то и монтировать его следует на плате вместе с деталями его радиочас¬ тотного тракта. Предварительно же ре¬ комендую смонтировать, наладить и ис¬ пытать его в работе на макетной панели. Посвяти ему два-три вечера — накоп¬ ленный опыт пригодится в будущем. Каковы преимущества двухтакт¬ ных бестрансформаторных усилителей мощности перед аналогичными усили¬ телями с трансформаторами? Их в ос¬ новном два. Первое преимущество чис¬ то конструктивного характера — отсут¬ ствие сравнительно сложных и гро¬ моздких межкаскадного и выходного трансформаторов. Это позволяет кон¬ струировать более компактные и лег¬ кие усилители, что особенно важно для переносной аппаратуры. Второе пре¬ имущество качественное — отсутствие искажений, вносимых в работу усили¬ теля трансформаторами, и равномер¬ ность усиления по диапазону звуковых частот. Бестрансформаторный усили¬ тель может равномерно усиливать практически почти весь воспринимае¬ мый нами диапазон звуковых частот (примерно от 20...40 Гц до 15...20 кГц). Аналогичный же усилитель с межкас- кадным и выходным трансформатора¬ ми равномерно усиливает более узкий диапазон звуковых колебаний, пример¬ но от 100 Гц до 5...6 кГц. Эти преимущества бестрансформа¬ торных усилителей достигаются в ос¬ новном за счет усложнения их выход¬ ных каскадов и некоторого увеличения расхода энергии на их питание. Тем не менее у радиолюбителей популярны и усилители с трансформаторами. Следующий вариант усилителя 34... НА МИКРОСХЕМЕ К174УН7 Аналоговая микросхема К174УН7 серии К174, на базе которой можно смонтировать законченный усилитель 34 для монофонического электрофона или тракта звуковой частоты радиове¬ щательного приемника, предназначе¬ на в основном для телевизионных при¬ емников. В ее монокристалле кремния, заключенном в пластмассовый корпус размерами 21,5 х 6,8 х 4 мм, работает 16 транзисторов, в основном структуры п-р-п, 5 диодов и 16 резисторов, кото¬ рые вместе с внешними деталями, под¬ ключаемыми к микросхеме при мон¬ таже, образуют несколько каскадов предварительного усиления сигнала и двухтактный усилитель мощности. Транзисторы каскада усиления мощности имеют тепловой контакт с металлической пластиной, выступаю¬ щей из корпуса. Она выполняет функ¬ цию небольшого радиатора, отводяще¬ го тепло от транзисторов. При необхо¬ димости более эффективного охлажде¬ ния транзисторов выходного каскада к выступающим частям пластины при¬ вертывают дополнительную пластину, изогнутую в виде перевернутой буквы "П" с вырезом по корпусу. Дополни¬ тельный радиатор не должен касаться выводов микросхемы. Внешний вид этой микросхемы и принципиальная схема усилителя 34, который на ее базе можно построить, показаны на рис. 200, а. Сигнал от зву¬ коснимателя или с выхода детекторно¬ го каскада радиовещательного прием¬ ника подается через разъем XI на пе¬ ременный резистор R1, выполняющий функцию регулятора громкости, а с его движка — на вход (вывод 8) микросхе¬ мы DA1. С выхода микросхемы (вывод 12) сигнал звуковой частоты, усилен¬ ный всеми ее каскадами, поступает че¬ рез конденсатор С8 к динамической го¬ ловке ВА1 и преобразуется ею в звук. При напряжении источника пита¬ ния 12 В выходная мощность усилите¬ ля составляет 2...2,5 Вт. В отсутствие
234 Беседа одиннадцатая входного сигнала потребляемый ток не превышает 20 мА, а при наиболее силь¬ ных сигналах он увеличивается до 200...250 мА. Источником питания мо¬ жет служить батарея, составленная из восьми элементов 343 или 373, или вы¬ прямитель со стабилизатором выход¬ ного напряжения. Рис. 200. Усилитель 34 на микросхеме К174УН7 Напряжение питания на микросхе¬ му подается через выводы 1 и 10. Через резистор R2 на базу р-п-р транзистора первого каскада микросхемы подается открывающее его отрицательное на¬ пряжение смещения. Конденсатор С2 совместно с несколькими элементами микросхемы образуют фильтр, через который питаются транзисторы пер¬ вых каскадов усилителя. Конденсатор СЗ и резистор R3 входят в цепь отрица¬ тельной обратной связи, улучшающей частотную характеристику усилителя. Конденсатор С5 и резистор R4 — эле¬ менты "вольтодобавки”, позволяющей более полно использовать по мощности выходные транзисторы микросхемы. Конденсаторы С4, Сб и цепочка R5, С7 служат для коррекции усилителя по высшим частотам звукового диапазо¬ на. Конденсатор С9 шунтирует бата¬ рею питания по переменному току. Таково коротко назначение внеш¬ них деталей, обусловливающих работу микросхемы К174УН7 в режиме усиле¬ ния колебаний звуковой частоты. Микросхему вместе с дополни¬ тельными деталями можно смонтиро¬ вать на плате размерами 65 х 50 мм (рис. 200, б). Монтаж может быть как печатным, так и навесным. При навес¬ ном монтаже его опорными точками могут служить пустотелые заклепки или отрезки медного луженого про¬ вода, запрессованные в отверстиях, просверленных в плате. Детали, в том числе и саму микросхему, размещай с одной стороны платы, а соединения между их выводами делай с другой сто¬ роны (на рис. 200, б вид на плату пока¬ зан со стороны токонесущих провод¬ ников). Выводы 2, 3 и И микросхемы не используются, поэтому их можно осторожно отогнуть в сторону и не пропускать через отверстия в плате. Переменный резистор R1 с выклю¬ чателем питания SA1, находящийся за пределами платы, может быть любого типа (ТК, СП-3), постоянные резисто¬ ры — МАТ. Все оксидные конденсато¬ ры типа К50-6, остальные конденсато¬ ры — МБМ, БМ-2, КЛС. Динамическая головка ВА1 мощностью 2...3 Вт, напри¬ мер 2ГД-28, ЗГД-38, со звуковой катуш¬ кой сопротивлением 4,5...б,5 Ом. Если конденсаторы и резисторы предварительно проверены и ошибок в монтаже нет, усилитель никакого на¬ лаживания не требует, он начинает ра¬ ботать сразу же после включения пи¬ тания. Признаком его работоспособ¬ ности может служить громкий звук (фон переменного тока), появляющий¬ ся в головке при касании верхнего (по схеме) контактного гнезда входного разъема XI и изменяющегося по силе
Беседа одиннадцатая 235 при вращении ручки переменного ре¬ зистора R1. Усилитель можно питать от источ¬ ника напряжением 9 В, например, при совместной работе с радиочастотным трактом приемника прямого усиления или супергетеродина. Но тогда его вы¬ ходная мощность составит 1... 1,5 Вт. При напряжении же источника пита¬ ния 15 В, на которое и рассчитана мик¬ росхема К174УН7, выходная мощность усилителя увеличится до 4...4,5 Вт. Но тогда микросхема должна иметь допол¬ нительный теплоотводящий радиатор. НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ И МИКРОСХЕМЕ Основная особенность, отличаю¬ щая этот усилитель (рис. 201) от уже знакомых тебе, заключается в наличии в нем узла плавного регулирования тембра звуковоспроизведения. Говоря о тембре, мы имеем в виду определенную "окраску" звука, свой¬ ственную голосу человека, музыкаль¬ ному инструменту, хору, оркестру. Тембр звука зависит от количества со¬ держащихся в нем гармонических ко¬ лебаний и соотношения их амплитуд, что, в свою очередь, зависит от особен¬ ностей источника звука. Регулирование тембра в этом уси¬ лителе, как и во многих радиоприемни¬ ках, магнитофонах или телевизорах, осуществляется изменением его час¬ тотной характеристики. Это позволяет по желанию увеличивать или умень¬ шать усиление на низших или высших частотах звукового диапазона и тем самым изменять тембр звука, вос¬ производимого динамической голо¬ вкой громкоговорителя. Достигается это введением в усилитель 34 дополни¬ тельных цепей, состоящих обычно из конденсаторов и резисторов. В нашем усилителе регулятор темб¬ ра, позволяющий производить как "за¬ вал" , так и подъем усиления на высших и низших частотах звукового диапазо¬ на, образуют цепочки из резисторов R4—R7 и конденсаторов СЗ—Сб. Их номиналы выбраны так, что колебания средних частот проходят с выхода кас¬ када на полевом транзисторе VT1 на вход микросхемы DA1 ослабленными примерно в 10 раз, причем это ослабле¬ ние не зависит от положения движков переменных резисторов R5 и R8. Коле¬ бания же высших и низших частот мо¬ гут либо проходить через регулятор тембра без заметного ослабления, что соответствует подъему усиления этих частот по отношению к средним, либо ослабляться сильнее средних частот. Усиление на низших частотах изменя¬ ют с помощью резистора R5 (НЧ), на высших — с помощью резистора R8 (ВЧ). Колебания низших частот ослаб¬ Рис. 201. Усилитель 34 с регуляторами тембра звука
236 Беседа одиннадцатая ляются при перемещении движка ре¬ зистора R5 вниз (по схеме), а выс¬ ших — при перемещении в ту же сто¬ рону движка резистора R8. Значительное ослабление колеба¬ ний средних частот, вносимое регулято¬ ром тембра, компенсируется усилитель¬ ным каскадом на полевом транзисторе. Входное сопротивление такого каскада, как ты уже знаешь, очень большое, что позволяет подключать к нему практиче¬ ски любой источник сигнала 34. С выхода регулятора тембра сигнал звуковой частоты поступает на вход (вывод 4) микросхемы К174УН4Б, явля¬ ющейся основным активным элемен¬ том этого варианта усилителя 34. По¬ добная по конструкции микросхеме К174УН7 (разница в основном лишь в нумерации назначения выводов), она обеспечивает большое усиление сигна¬ ла по напряжению и току. Полоса уси¬ ливаемых ею электрических колеба¬ ний составляет 30...20 ООО Гц, выходная мощность около 1 Вт. Значение тока, потребляемого от источника питания напряжением 9 В, не превышает 10 мА. С выхода микросхемы (вывод 8) усиленные колебания 34 поступают через оксидный конденсатор С11 боль¬ шой емкости к динамической головке ВА1 и преобразуются ею в звук. Двухтактный выходной каскад мик¬ росхемы К174УН4Б подобен такому же каскаду микросхемы К174УН7 усилите¬ ля 34 по схеме на рис. 200, поэтому и схемы их выходных цепей схожи. Ана¬ логичные функции выполняют и отно¬ сящиеся к ним другие детали и цепи. Так, резистор R10 и конденсатор С9 об¬ разуют цепь отрицательной обратной связи, определяющей коэффициент усиления микросхемы. Конденсатор СЮ входит в развязывающий фильтр в цепи питания транзисторов входного каскада микросхемы. Резистор R11 и конденсатор С12 — корректирующая цепь, обеспечивающая усилителю мик¬ росхемы стабильность работы. Коротко о назначении остальных деталей усилителя. Входной перемен¬ ный резистор R1 выполняет функцию регулятора громкости. 4ерез него же на затвор полевого транзистора VT1 подается напряжение смещения, сни¬ маемое с истокового резистора R3. Конденсатор С1, шунтирующий этот резистор по переменному напряже¬ нию, устраняет местную отрицатель¬ ную обратную связь, снижающую уси¬ ление каскада. С резистора R2 — на¬ грузки транзистора VT1 — усиленный сигнал подается через конденсатор С2 на вход регулятора тембра. Резистор R9 и конденсатор С7 — развязывающий фильтр, предотвраща¬ ющий возбуждение усилителя из-за возможных паразитных связей между микросхемой и входным каскадом че¬ рез общий источник питания. Этой же цели служит конденсатор С13, шунти¬ рующий источник питания. Конструкция усилителя определя¬ ется его предназначением. В случае ис¬ пользования усилителя в низкочастот¬ ном тракте радиоприемника его детали целесообразно монтировать на той же плате, что и детали радиочастотного тракта, а если как усилитель для вос¬ произведения грамзаписи, то на само¬ стоятельной плате. В любом случае на¬ чинать надо с подбора всех деталей, ко¬ торые должны быть на плате будущего усилителя: полевой транзистор, микро¬ схема, постоянные резисторы, конден¬ саторы. Переменные резисторы, дина¬ мическая головка ВА1, выключатель питания SA1 будут вынесены на перед¬ нюю стенку корпуса приемника или усилителя. Источник питания — две батареи 3336, соединенные последова¬ тельно, аккумуляторная батарея 7Д-0,1 или сетевой блок питания. Полевой транзистор может быть любым из се¬ рий КПЗОЗ, КП302 (с n-каналом). Мож¬ но также использовать полевой тран¬ зистор с p-каналом, например, из се¬ рии КП103. Но тогда при монтаже надо будет поменять местами проводники цепи питания, идущие к резисторам R2, R3, R1, и изменить полярность включения оксидных конденсаторов
Беседа одиннадцатая 237 Cl и С2. Микросхема может быть с буквенным индексом А (К174УН4А) без каких-либо изменений в монтаже. Динамическая головка мощностью 1...2 Вт со звуковой катушкой сопро¬ тивлением 4...6 Ом, например 1ГД-39. Нужно разместить детали на листе бумаги с таким расчетом, чтобы соеди¬ нительные проводники между ними были короткими и по возможности не пересекались. Уточни размеры буду¬ щей платы, составь схему размещения и соединения деталей на ней. Только после этого приступай к заготовке пла¬ ты и монтажу деталей усилителя. Можно, разумеется, пойти и та¬ ким путем. На макетной панели сна¬ чала смонтировать микросхему со всеми относящимися к ней резисто¬ рами и конденсаторами (начиная с конденсатора С8), подключить дина¬ мическую головку и, включив пита¬ ние, испытать эту часть усилителя. Ее чувствительность 20...30 мВ, т.е. не ху¬ же чувствительности предыдущих усилителей, поэтому даже при выход¬ ном сигнале простого приемника ди¬ намическая головка должна звучать громко. Налаживание этой части уси¬ лителя заключается в подборе резис¬ тора R10 в цепи отрицательной обрат¬ ной связи. Его сопротивление должно быть таким, чтобы чувствительность усилителя заметно не ухудшалась, и при наибольшей громкости искаже¬ ния сигнала были малозаметными на слух. Затем, отключив источник пита¬ ния, на макетной панели смонтируй де¬ тали входного каскада и развязываю¬ щий фильтр R9C7. Вывод положитель¬ ной обкладки конденсатора С8 под¬ ключи непосредственно к выводу стока полевого транзистора (вместо конденсатора С2), а на входной пере¬ менный резистор R1 подай сигнал от звукоснимателя электропроигрываю¬ щего устройства. Теперь динамическая головка должна звучать значительно громче и, конечно, без заметных на слух искажений звука. После этого, придерживаясь прин¬ ципиальной схемы (рис. 201), можно смонтировать детали регулятора темб¬ ра и всесторонне проверить его работу совместно с каскадом предварительно¬ го усиления сигнала на полевом тран¬ зисторе и микросхемой. Может случиться, что в твоем пока что не очень большом "хозяйстве” не окажется полевого транзистора. Как быть? Нельзя ли заменить его биполяр¬ ным? Можно, например транзистором КТ315 или КТ312 с коэффициентом h213 не менее 60...80. Предварительный усилитель на таком транзисторе мож¬ но смонтировать по схеме первого кас¬ када описанного ранее усилителя 34 (рис. 200). Но учти: входное сопротив¬ ление усилителя с таким каскадом бу¬ дет не более 10 кОм, что ухудшит согла¬ сование его с большим сопротивлением пьезокерамического звукоснимателя. Перехожу к варианту законченной конструкции усилителя 34 на биполяр¬ ных транзисторах. ЭЛЕКТРОФОН Для проигрывания грампластинок наша промышленность выпускала эле¬ ктропроигрывающие устройства, на¬ зываемые сокращенно ЭПУ. Меха¬ низм ЭПУ состоит из пьезокерамичес¬ кого звукоснимателя, электродвига¬ теля с диском для грампластинки и системы рычагов для пуска и автомати¬ ческой остановки электродвигателя по окончании грамзаписи. Именно таки¬ ми устройствами в прошлом снабжали все радиолы — радиовещательные приемники, усилители 34 которых можно было использовать для воспро¬ изведения грамзаписи. Сегодня эта техника устарела морально. Но для те¬ бя она может стать базой для практиче¬ ского освоения методов воспроизведе¬ ния звукозаписи. В твоем распоряжении может ока¬ заться ЭПУ в пластмассовом ящике, похожем на чемодан. Для воспроизве¬ дения грамзаписи при этом нужен ра-
238 Беседа одиннадцатая диовещательный приемник или теле¬ визор, в которых предусмотрены гнез¬ да для подключения звукоснимателя ЭПУ, или усилитель 34 с громкогово¬ рителем на выходе. Усилитель 34 можно вмонтировать непосредственно в корпус электро¬ проигрывателя. Получится переносной электрофон. Такое радиотехническое устройство для громкого воспроизве¬ дения монофонической грамзаписи я и предлагаю тебе для конструирования. Принципиальная схема возможно¬ го варианта усилителя электрофона изображена на рис. 202. На ней из всех элементов ЭПУ показан только звуко¬ сниматель BS1, подключенный ко вхо¬ ду усилителя. Усилитель, как и элект¬ родвигатель ЭПУ, питается от сети пе¬ ременного тока. Выходная мощность усилителя 1 Вт, чувствительность около 100 мВ. Полоса частот равномерно усиливае¬ мых колебаний примерно от 30 до 15 кГц. Электродинамическую голо¬ вку прямого излучения ВА1 выносно¬ го громкоговорителя подключают к выходу усилителя через двухконтакт¬ ный штепсельный разъем XI. Разбор работы усилителя начну с блока питания. В него входят сетевой трансформатор Т1, двухполупериод- ный выпрямитель на диодах VD2— VD5, включенных по мостовой схеме, стабилитрон VD1, регулирующий тран¬ зистор VT8, и оксидные конденсаторы С12 и С11. Эта часть схемы должна на¬ помнить тебе выпрямитель со стабили¬ затором выходного напряжения, кото¬ рый я рекомендовал в предыдущей бе¬ седе. Только здесь выходное напряже¬ ние не регулируется и равно 12 В, т.е. напряжению стабилизации используе¬ мого в блоке стабилитрона Д814Д. Это стабилизированное напряжение блока подается к усилителю. Ток, потребляемый усилителями от блока питания, достигает 250...280 мА, поэтому регулирующий транзистор VT8 стабилизатора напряжения дол¬ жен быть средней или большой мощ¬ ности. Неоновая лампа HL1, подключен¬ ная к первичной обмотке трансформа¬ тора через гасящий резистор R21, вы¬ полняет роль индикатора включения питания. Конденсаторы С13 и С14 сни¬ жают уровень электрических индуст¬ риальных помех, проникающих в цепи питания усилителя и создающих трес¬ ки, примешивающиеся к звуковоспро¬ изведению. Рис. 202. Схема усилителя электрофона
Беседа одиннадцатая 239 Выпрямитель через двухполюсный выключатель SA1 подключают к цепи питания электродвигателя ЭПУ. Усилитель пятикаскадный, на семи транзисторах VT1—VT7. Из них тран¬ зистор VT5 структуры п-р-п, остальные р-п-р. Первый каскад усилителя явля¬ ется согласующим между звукоснима¬ телем и входом основного усилителя. Чтобы он возможно слабее шунтиро¬ вал звукосниматель, его транзистор VT1 работает как эмиттерный повтори¬ тель. Отрицательное напряжение сме¬ щения на базу транзистора подается с делителя R2, R3 через резисторы R4 и R5. Между эмиттерной и базовой цепя¬ ми транзистора VT1 включен конден¬ сатор СЗ, способствующий увеличе¬ нию входного сопротивления каскада примерно до 1 мОм, что хорошо согла¬ суется с большим внутренним сопро¬ тивлением пьезокерамического звуко¬ снимателя. Резистор R1 и конденсатор С1 об¬ разуют корректирующую цепь, не¬ сколько ослабляющую наивысшие час¬ тоты звукового диапазона. Но ее, в принципе, может и не быть. С резистора R6 — нагрузки транзи¬ стора согласующего каскада сигнал звукоснимателя через конденсатор С4 подается на переменный резистор R7, являющийся регулятором громкости, а с его движка — через конденсатор С5 на базу транзистора VT2. Транзистор этого каскада усилителя включен по схеме ОЭ. Его нагрузкой служит рези¬ стор R9. Напряжение смещения на ба¬ зу подается с коллектора через резис¬ тор R8. При таком способе смещения между коллектором и базой транзисто¬ ра создается отрицательная обратная связь, стабилизирующая работу каска¬ да. Эмиттерный резистор R10, малое сопротивление которого практически не сказывается на режиме транзисто¬ ра, является элементом другой цепи от¬ рицательной обратной связи, о кото¬ рой я скажу позже. Третий каскад на транзисторе VT3, включенном по схеме ОЭ, не только дополнительно усиливает сигнал, по¬ ступающий к нему через конденсатор С6 от предыдущего каскада, но и обес¬ печивает последующим каскадам двух¬ тактный режим работы. Коллекторную нагрузку транзисто¬ ра VT3 третьего каскада образуют ре¬ зисторы R15, R14 и звуковая катушка головки ВА1 громкоговорителя. Сопро¬ тивление резистора R14 в этой цепи значительно больше суммарного со¬ противления резистора R15 и звуковой катушки головки, поэтому на нем в ос¬ новном происходит падение напряже¬ ния усиливаемого сигнала. Оно-то и подается непосредственно на базы транзисторов VT4 и VT5 четвертого ка¬ скада. В результате на резисторах R17 и R18, выполняющих роль нагрузок транзисторов VT4 и VT5, создаются одинаковые по амплитуде, но противо¬ положные по фазе импульсы звуковой частоты, которые усиливаются по мощ¬ ности транзисторами VT6 и VT7 выход¬ ного двухтактного каскада. Мощные колебания звуковой частоты со сред¬ ней точки транзисторов этого каскада (точка симметрии) поступают через конденсатор С9 к головке ВА1 громко¬ говорителя и преобразуются ею в зву¬ ковые колебания. Емкость конденсатора С9 должна быть возможно большей (во всяком случае не меньше 500 мкФ), чтобы не оказывать заметного сопротивления колебаниям низших звуковых частот. Резистор R14, являющийся основной коллекторной нагрузкой транзистора VT3, правым (по схеме) выводом под¬ ключен к отрицательному проводнику источника питания не непосредствен¬ но, а через головку ВА1. При таком его включении между выходом и базой транзистора VT4 создается положи¬ тельная обратная связь, выравниваю¬ щая условия работы транзисторов пре¬ доконечного каскада. Так, между про¬ чим, было и в предыдущих усилителях. Резистор R15, а на его месте, как ты уже знаешь, может быть германиевый диод из серий Д9, Д18, Д20, включен¬
240 Беседа одиннадцатая Рис. 203. Размещение усилителя и его блока питания в корпусе электропроигрывателя ный в прямом направлении, устраняет искажения типа "ступенька", особенно заметные на слух при малой громкос¬ ти. Через резистор Rl 1 на базу транзи¬ стора VT3 вместе с начальным напря¬ жением смещения подается еще пере¬ менное напряжение звуковой частоты с точки симметрии выходного каскада. В результате между выходом усилите¬ ля и входом третьего каскада возника¬ ет отрицательная обратная связь по на¬ пряжению, стабилизирующая работу трех каскадов усилителя. Резистор R16 — элемент термоста¬ билизации режима работы транзисто¬ ра VT3, а шунтирующий его конденса¬ тор С8 ослабляет отрицательную об¬ ратную связь между эмиттером и базой этого транзистора, снижающую усиле¬ ние каскада. Конденсатор СЮ и резис¬ тор R19 совместно с резистором R10 со¬ здают между выходом и вторым каска¬ дом усилителя цепь отрицательной обратной связи по переменному на¬ пряжению. Охватывая четыре каскада, она, несколько снижая чувствитель¬ ность, улучшает качество работы уси¬ лителя в целом. Глубину этой отрица¬ тельной обратной связи можно регули¬ ровать подбором резистора R19. Резистор R13 и конденсатор С7 об¬ разуют развязывающий фильтр-ячей¬ ку, предотвращающий самовозбужде¬ ние усилителя из-за паразитных свя¬ зей между его выходом и входом через общий источник питания. Подобный фильтр, и даже не один, может быть во многих твоих конструкциях, поэтому подробнее расскажу о его действии. Дело в том, что основным потреби¬ телем тока усилителя является его вы¬ ходной каскад. В усилителе, о котором сейчас идет речь, ток покоя транзисто¬ ров выходного каскада составляет 10... 12 мА, что уже более чем в 2 раза больше тока, потребляемого транзис¬ торами всех других каскадов. Во время работы усилителя ток выходного кас¬
Беседа одиннадцатая 241 када изменяется со звуковой частотой и при наиболее сильных сигналах уве¬ личивается до 200...250 мА. С такой же частотой изменяется в небольших пре¬ делах и напряжение источника пита¬ ния, а значит (если фильтра не будет), и напряжение в цепях транзисторов дру¬ гих каскадов. При этом между выходом и входом усилителя через общий ис¬ точник питания может возникнуть по¬ ложительная, в данном случае — пара¬ зитная обратная связь, и если она до¬ статочно сильная, то усилитель само- возбуждается. Чтобы предотвратить это неприят¬ ное явление, в усилитель введен фильтр R13C7. По своему действию он должен напомнить тебе ячейку сглаживающего фильтра выпрямителя. На резисторе R13 происходит падение напряжения, в том числе и колебаний звуковой часто¬ ты, создаваемых в общей цепи питания выходным каскадом. Конденсатор С7 включен, как и в выпрямителе, парал¬ лельно источнику тока. При повыше¬ нии напряжения на его обкладках он заряжается больше, а при понижении напряжения в цепи питания он разря¬ жается и тем самым поддерживает по¬ стоянное напряжение в тех участках цепи, к которым он подключен. Таким образом, ячейка R13C7 развязывает, как бы разобщает, каскады усилителя по переменному току, что предотвра¬ щает самовозбуждение, поэтому ее и называют развязывающим фильтром. Внешний вид и внутреннее устрой¬ ство электрофона показаны на рис. 203. Усилитель 1 и блок питания 2 смонтиро¬ ваны на отдельных платах, которые (с учетом конструктивных особенностей электропроигрывателя) винтами с гай¬ Рис. 204. Внешний вид и плата усилителя электрофона
242 Беседа одиннадцатая ками на невысоких цилиндрических стойках укреплены на дне корпуса. Ре¬ гулятор громкости R7, объединенный с зыключателем питания SA1, и индика¬ тор включения питания HL1 находятся на панели ЭПУ возле тонарма звуко¬ снимателя. Гнездовую часть штепсельного разъема (двухгнездовую колонку) для соединения звуковой катушки головки громкоговорителя с выходом усилите¬ ля можно укрепить на одной из боко¬ вых стенок. Внешний вид монтажных плат уси- лктеля, блока питания и соединения де¬ талей на них показаны на рис. 204 и 205. Их печатные платы выполнены из фоль- гированного стеклотекстолита толщи¬ ной 1,5 мм способом, описанным в вось¬ мой беседе. Но монтаж может быть на¬ весным, с использованием пустотелых заклепок или шпилек, запрессованных з отверстиях в гетинаксовых или текс¬ толитовых платах. Рис. 205. Внешний вид и плата блока питания усилителя Статический коэффициент переда¬ чи тока h213 транзисторов может быть 40...50. В первом каскаде усилителя же¬ лательно использовать малошумящий транзистор МП39Б, П27А или ГТ310А. Транзистор МП38 (VT5) можно заме¬ нить транзисторами МП35—МП37, а П213 — транзисторами П2Г4—П217. Все постоянные резисторы — МЛТ-0,5 (можно МЛТ-0,25, МЛТ-0,125), пере¬ менный резистор R7 (с выключателем питания SA1) — СПЗ-4ВМ. Все оксид¬ ные конденсаторы, кроме С2 (для удоб¬ ства монтажа он К50-3) — типа К50-6. Остальные конденсаторы — любые (МБ, КЛС, КСО, К10 7А), но номиналь¬ ное напряжение конденсаторов С13 и С14 должно быть не менее 400 В. Дина¬ мическая головка ВА1 громкоговорите¬ ля — мощностью не менее 1 Вт (напри¬ мер, 1ГД-36, 1ГД-40, 1ГД-22, ЗГД-31). Рис. 206. Мощный транзистор с теплоотводом Мощные транзисторы усилителя и стабилизатора напряжения блока питания снабжены теплоотводами — П-образными пластинками из дюра¬ люминия, плотно прилегающими к корпусам транзисторов (рис. 206). Во¬ круг крепежных винтов теплоотводов с транзисторами фольгу на плате нуж¬ но удалить. Выводы транзисторов, на которые надеты отрезки поливинилх¬ лоридной трубки, соединены с соот¬ ветствующими им токонесущими площадками плат, изолированными монтажными проводниками.
Беседа одиннадцатая 243 В качестве сетевого трансформато¬ ра блока питания использован выход¬ ной трансформатор кадровой разверт¬ ки ТВК-110-Л-2. Его обмотка I (2430 витков провода ПЭВ-1 0,15) работает как сетевая, обмотка II (150 витков про¬ вода ПЭВ-1 0,55) — как понижающая, а обмотка III не используется. Такую функцию в блоке питания может вы¬ полнять также трансформатор ТВК-90. Для выпрямителя пригодны любые плоскостные диоды. Стабилитрон Д815Д можно заменить близкими ему по напряжению стабилизации стаби¬ литронами Д811, Д813, Д814Г. Рис. 207. Громкоговоритель Конструкция громкоговорителя мо¬ жет быть как горизонтальной (рис. 207), так и вертикальной — это дело вкуса. Для его ящика используй хорошо про¬ клеенную толстую фанеру или плиту спрессованной древесной стружки (ДСП). В лицевой панели выпили (или выруби стамеской) отверстие по диаме¬ тру диффузора головки и спереди за¬ драпируй нетолстой декоративной тка¬ нью. Части ящика соединяй вместе на клею с помощью брусков по углам вну¬ три. Очень важно, чтобы все соедине¬ ния деталей ящика были прочными, иначе звук будет дребезжащим. К зву¬ ковой катушке головки подключи двух¬ жильный провод длиной 1,5 м со штеп¬ сельной частью разъема на конце для подключения к выходу усилителя. Внимательно проверь монтаж уси¬ лителя и блока питания по принципи¬ альной схеме (нет ли ошибок?), про¬ чисть прорези между токонесущими площадками плат (чтобы удалить слу¬ чайно попавшие капельки припоя) и только после этого, не укрепляя пока платы в корпусе ЭПУ, приступай к на¬ лаживанию электрофона. Сначала испытай блок питания без усилителя, но подключив к его выходу временную нагрузку — резистор со¬ противлением 1... 1,5 кОм. Включив пи¬ тание, вольтметром постоянного тока измерь напряжение на выходе блока. Оно должно быть равно напряжению стабилизации используемого стабили¬ трона VD1 (11,5...13,5 В). Измерь ток, текущий через стабилитрон, и, подби¬ рая резистор R20, установи его равным 10... 15 мА. Если теперь к выходу блока подключить резистор сопротивлением 30.. .40 Ом, то ток через стабилитрон не¬ сколько уменьшится, а напряжение на выходе блока должно остаться почти неизменным. Так ты не только испыта¬ ешь, но и проверишь работоспособ¬ ность блока питания под нагрузкой. Затем налаживай усилитель. При этом к его выходу должна быть надеж¬ но подключена головка громкоговори¬ теля. Если в монтаже нет ошибок или коротких замыканий в цепях питания, то суммарный ток покоя, потребляе¬ мый усилителем от блока питания, не должен превышать 15...20 мА. Изме¬ рить его можно, включив миллиампер¬ метр в разрыв минусового соедини¬ тельного проводника. После этого из¬ мерь и, если надо, подгони режимы ра¬ боты транзисторов. Указанные на принципиальной схеме напряжения на электродах тран¬ зисторов измерены относительно за¬ земленного проводника вольтметром с относительным входным сопротивле¬ нием 10 кОм/В (см. седьмую беседу). Напряжение в точке симметрии вы¬ ходного каскада, равное половине на¬ пряжения источника питания, устанав¬ ливай подбором резистора R11, а ток покоя коллекторной цепи транзисто¬ ров VT6 и VT7, равный 10... 12 мА, под¬ бором резистора R15. Напомню: во время замены резистора R15 усилитель обязательно должен быть обесточен,
244 Беседа одиннадцатая иначе транзисторы предоконечного каскада из-за чрезмерно больших то¬ ков через их р-n переходы могут выйти из строя. Напряжение на коллекторе транзистора VT2 устанавливай подбо¬ ром резистора R8, на эмиттере транзи¬ стора VT1 — подбором резистора R2. Установив рекомендуемые режи¬ мы работы транзисторов, проиграй грампластинку — звук, создаваемый головкой, должен быть громким и не¬ искаженным. Громкость звука должна плавно увеличиваться при вращении ручки резистора R7 в направлении дви¬ жения часовой стрелки. Если, наобо¬ рот, громкость нарастает при враще¬ нии ручки в обратном направлении, поменяй местами подключение про¬ водников, идущих к крайним выводам этого резистора. Можно ли электрофон превратить в радиолу? Можно! Надо лишь допол¬ нить его радиочастотным блоком для приема радиовещательных станций. Как это сделать? Об этом я расскажу в следующей беседе. А сейчас — еще один вариант уси¬ лителя 34. УЗЧ МОЩНОСТЬЮ 20 ВТ Элементной базой этого усилителя послужили три набора-радиоконструк¬ тора серии "Старт": предварительный усилитель сигналов 34, который для краткости будем называть предусили¬ телем, усилитель мощности 34 и сете¬ вой двуполярный источник питания. Будучи смонтированными и соединен¬ ными вместе, они образуют усилитель мощностью 20 Вт, обеспечивающий высококачественное воспроизведение звукозаписи и усиления речей, звуко¬ вых эффектов электромузыкальных инструментов. Предвижу вопрос: а если не удаст¬ ся приобрести такие наборы деталей и материалов? Используй для описывае¬ мого усилителя детали и монтажные платы, аналогичные входящим в набо¬ ры "Старт" или другие. Начну с блока питания, который будет необходим и для испытания в ра¬ боте усилителя мощности и предуси¬ лителя. Блок питания. Для питания боль¬ шей части современных мощных уси¬ лителей 34 традиционным стало при¬ менение так называемого двуполярно¬ го источника со средней общей "зазем¬ ленной" точкой. Рис. 208. Схема блока питания Аналогичный сетевой блок (рис. 208) используется и для питания предлагае¬ мого тебе У34. Его сетевой трансформа¬ тор Т1 мощностью 70 Вт с двумя вторич¬ ными обмотками, каждая из которых имеет вывод от середины. В описывае¬ мом блоке питания У34 используется лишь обмотка с контактными выводами 3...5, она намотана проводом большего диаметра, чем неиспользуемая. При на¬ пряжении сети 220 В на каждой из поло¬ вин этой обмотки действует переменное напряжение 18 В. Суммарное напряже¬ ние обеих половин обмотки (36 В) пода¬ ется на двухполупериодный выпрями¬ тель, диоды VD1—VD4 которого соеди¬ нены по мостовой схеме. Оксидные конденсаторы С1 и С2 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения. В результате получается двуполярный источник нестабилизированного на¬ пряжения ±25 В. На выводе его верхне¬ го (по схеме) плеча относительно "обще¬ го" провода должно быть напряжение + 25 В, на выводе нижнего — 25 В. Возможная конструкция блока пи¬ тания показана на рис. 209. Его осно¬ вой служит пластина из прочного плас¬ тика, на которой четырьмя винтами с гайками закреплен сетевой трансфор¬ матор. Возле него на пластинке с отвер¬ стиями под винты диодов серии КД202
Беседа одиннадцатая 245 смонтирован выпрямительный мост VD1—VD4. Фильтрующие конденсато¬ ры С1 и С2, каждый из которых состо¬ ит из двух оксидных конденсаторов К50-24 емкостью по 2200 мкФ, смонти¬ рованы на отдельной пластине из изо¬ ляционного материала. Чтобы предотв¬ ратить случайное соприкосновение корпусов этих двух групп конденсато¬ ров, между ними размести изолирую¬ щую прокладку, например, из тонкого гетинакса. Если имеющиеся у тебя оксидные конденсаторы типа К50-16 (емкостью по 2000 мкФ на номинальное напряже¬ ние 50 В), крепи их на пластине одной общей жестяной скобой, предвари¬ тельно обернув плотной изолирующей бумагой. Рис. 209. Блок питания УЗЧ Выходные цепи блока питания же¬ лательно выполнить отрезками мон¬ тажных проводов с изоляционным по¬ крытием разных цветов, например, цепь " + 25 В" — красный провод, цепь " — 25 В" — синий, общий — желтый. Это предотвратит ошибочное подклю¬ чение к нему цепей питания усилителя мощности и предусилителя. Испытание блока питания заклю¬ чается в проверке равенства напряже¬ ний на выходах каждого из его плеч при токе нагрузки около 1 А. Для этого к каждому из них подключи соответст¬ вующие эквиваленты нагрузки — про¬ волочные резисторы сопротивлением по 20...25 Ом на мощность рассеяния не менее 10 Вт и, подключив блок к сети (через плавкий предохранитель), из¬ мерь напряжения на них. Если сопро¬ тивления эквивалентов нагрузки оди¬ наковы, то и напряжение на выходах плеч блока питания должно быть оди¬ наковым — около 25 В. Для защиты двуполярного источни¬ ка питания от перегрузок, случайных замыканий на выходах, в его цепи " + 25 В" и " — 25 В" желательно вклю¬ чить плавкие предохранители на ток 2 А. Разместить их можно на плате фильтрующих конденсаторов или на лицевой стенке корпуса самого блока питания или усилителя. Усилитель мощности. Характер¬ ные особенности этого блоке УЗЧ (рис. 210): двуполярное питание, диф¬ ференциальный каскад на входе и под¬ ключение нагрузки (ВА1) к выходному каскаду без разделительного конденса¬ тора большой емкости, т.е. непосредст¬ венное. Его номинальная выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом — 20 Вт; коэффициент нелиней¬ ных искажений — не более 0,7%; рабо¬ чий диапазон воспроизводимых час¬ тот — от 20 до 20 000 Гц; чувствитель¬ ность при номинальной выходной мощности — 1 В; входное сопротивле¬ ние — 10 кОм; средний потребляемый ток при наибольшей громкости усили¬ ваемого сигнала — около 1 А. Входной дифференциальный кас¬ кад, образованный транзисторами VT1 и VT2, поддерживает на выходе усили¬ теля (контакт 14) относительно обще¬ го провода источника двуполярного питания (контакт 15) нулевое напря¬ жение. Для этого усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью, сигнал которой через резис¬ тор R7 подается на базу транзистора VT2. Если постоянное напряжение на
246 Беседа одиннадцатая Рис. 210. Схема усилителя мощности выходе усилителя становится отлич¬ ным от нуля, на выходе дифференци¬ ального каскада появляется соответст¬ вующий сигнал. Он усиливается по¬ следующими каскадами и изменяет режим их работы по постоянному то¬ ку так, чтобы напряжение на выходе усилителя мощности поддерживалось на нулевом уровне. Если параметры транзисторов диф¬ ференциального каскада идентичны и транзисторы работают в одинаковых температурных условиях, то и постоян¬ ное напряжение на нагрузке усилителя будет равно нулю. В этом случае посто¬ янный ток через звуковую катушку го¬ ловки ВА1 не протекает, поэтому и раз¬ делительного конденсатора в его цепи может не быть. Входной сигнал 34, усиленный транзистором VT1 дифференциально¬ го каскада, снимается с нагрузочного резистора R2 и подается непосред¬ ственно на базу транзистора VT3, а с его нагрузочного транзистора VT4 — на вход трехкаскадного двухтактного усилителя мощности на транзисторах VT5—VT10. Динамическая головка (или головки) громкоговорителя ВА1 преобразует усиленный сигнал в звук. Транзистор VT4 и подключенный параллельно ему подстроечный резис¬ тор R9 образуют узел, который создает на базах выходных каскадов начальное напряжение смещения, устраняющее искажения типа "ступенька". Одновре¬ менно транзистор VT4, который дол¬ жен иметь тепловой контакт с выход¬ ным транзистором VT10, термостаби- лизирует режим работы транзисторов по постоянному току. Исходный режим работы выход¬ ных транзисторов VT9 и VT10 (ток по¬ коя) устанавливают построечным ре¬ зистором R9 при налаживании усили¬ теля. Конденсатор С4 и цепь R19C6 предотвращают нежелательное воз¬ буждение усилителя на высших часто¬ тах звукового диапазона. Цепь из рези¬ стора R6 и конденсатора СЗ ограничи¬ вает глубину отрицательной обратной связи между выходом усилителя мощ¬ ности и транзистором VT2 дифферен¬ циального каскада. Внешний вид усилителя мощности показан на рис. 211. Все его детали, кро¬ ме транзисторов VT4, VT9 и VT10, смонтированы на печатной плате (рис. 212), выполненной из односторон¬ него фольгированного материала. В
Беседа одиннадцатая первую очередь на плате устанавливай и расклепывай все входные и выходные контактные штырьки, обозначенные на схеме цифрами 1...15. Дополнительно (для надежности) места соприкоснове¬ ния их с печатными проводниками хо¬ рошенько пропаяй. Последними на пла¬ те монтируй транзисторы. Резисторы R17hR18b эмиттерных цепях выходных транзисторов VT9 и VT10 — это отрезки провода марки ПЭММ диаметром 0,3...0,5 мм соответ¬ ствующего сопротивления, свитые на¬ подобие спирали. Наматывай их на оп¬ равке диаметром 6...8 мм. Транзисторы VT7 и VT8 устанавли¬ вай на пластинчатых теплоотводах, ко¬ торые затем в вертикальном положе¬ нии крепи на плате винтами. Мощные выходные транзисторы VT9 и VT10, на¬ ходящиеся вне платы, устанавливай на ребристых теплоотводах. Для лучшего охлаждения размещай их на задней стенке корпуса УЗЧ. Транзистор VT4, предназначенный для выполнения функции термостаби¬ лизирующего элемента (в наборе дета¬ лей он обозначен цветной меткой на 247 корпусе), соединяй с контактными вы¬ водами 3...5 отрезками гибкого прово¬ да, приклеивай или крепи жестяной скобой на теплоотводе транзистора VT9 таким образом, чтобы между ними был надежный тепловой контакт. На выводы транзисторов VT4, VT9 и VT10, а также контакты входных и выходных цепей надевай отрезки изо¬ ляционной трубки длиной по 10... 12 мм. После тщательной проверки мон¬ тажа движок подстроечного резисто¬ ра R9 установи в среднее положение, а в коллекторную цепь транзистора VT9 включи миллиамперметр на ток 100...200 мА. Затем, не подключая к выходным контактам 14 и 15 нагрузку, включи двуполярный источник пита¬ ния и, медленно перемещая движок резистора R9 из стороны в сторону, установи в коллекторной цепи выход¬ ных транзисторов ток в пределах 50...70 мА. При этом напряжение меж¬ ду выходными контактами 14 и 15, из¬ меренное вольтметром постоянного тока, не должно превышать 0,1 В. Никаких других регулировок уси¬ литель мощности не требует. Качест¬ Рис. 211. Усилитель мощности
248 Беседа одиннадцатая Рис. 212. Печатная плата усилителя мощности и соединения деталей на ней венные же показатели усилителя на со¬ ответствующую нагрузку будешь оце¬ нивать при совместной работе с преду¬ силителем. Предусилитель (рис. 213), постро¬ енный на базе операционного усили¬ теля КР140УД1Б (DA1), обеспечивает предварительное усиление входного сигнала 34 до напряжения, необходи¬ мого для нормальной работы усилителя мощности, и, кроме того, позволяет вручную корректировать тембр по выс¬ шим и низшим частотам звукового диа¬ пазона. Питается от того же источника двуполярного напряжения, что и усили¬ тель мощности, но через стабилизатор, образованный резисторами R12, R13 и стабилитронами VD1, VD2. Стабилизи¬ рованное напряжение +12,6 В подают на вывод 8 операционного усилителя, а — 12,6 В — на вывод 1. У предусилителя три входа. Их ре¬ зисторы Rl — R3 рассчитаны на под¬ ключение разных источников сигнала
Беседа одиннадцатая 249 34. Сигнал от звукоснимателя или с ли¬ нейного выхода магнитофона подают на входной контакт 4, с выхода радио¬ приемника — на входной контакт 3, от микрофона — на входной вывод 2. Чув¬ ствительность предусилителя при вы¬ ходном напряжении 1 В соответствует: по входу "Звукосниматель" или "Маг¬ нитофон" — 250 мВ, по входу "Радио¬ приемник" — 20 мВ, по входу "Микро¬ фон" — 3 мВ. Рабочий диапазон час¬ тот — 20...20 ООО Гц; диапазон регули¬ ровки тембра на частоте 31,5 Гц — ±15 дБ, на частоте 18 кГц— ±10 дБ. Ко¬ эффициент нелинейных искажений не превышает 0,5%. Рис. 213. Принципиальная схема (я), печатная плата (б) предусилителя
250 Беседа одиннадцатая Рис. 213. Принципиальная схема (а), печатная плата (б) и конструкция предусилителя (в) Сигнал источника колебаний 34 через соответствующий ему резистор (Rl—R3) поступает на инвертирую¬ щий вход (вывод 10) операционного усилителя DA1. С его выхода (вывод 7) усиленный сигнал, подвергнувшийся воздействию цепей узла коррекции, поступает к переменному резистору R10, выполняющему функцию регуля¬ тора громкости, а с его движка — на вход усилителя мощности. Раздельная по частотам регулировка тембра осу¬ ществляется путем изменения глуби¬ ны частотно-зависимой обратной свя¬ зи, охватывающей (через резистор R7) операционный усилитель. Желаемый тембр по низшим частотам устанавли¬ вают переменным резистором R 5 "НЧ", по высшим — переменным ре¬ зистором R11 "ВЧ". Как и при сборке усилителя мощ¬ ности, первыми на плате расклепывай и пропаивай контакты входных и вы¬ ходных цепей, регуляторов тембра и громкости. Затем монтируй детали дву¬ плечевого стабилизатора напряжения, постоянные резисторы, конденсаторы, предварительно залудив их проволоч¬ ные выводы. Операционный усилитель монтируй на плате в последнюю оче¬ редь. Все входные и выходные контак¬ ты защищай от случайных замыканий отрезками изоляционной трубки. Переменные резисторы могут быть любого типа, но, желательно, с линей¬ ной зависимостью группы А. При безошибочном монтаже и от¬ сутствии замыканий печатных провод¬ ников платы, которые могут появиться при пайке, этот блок У34 не нуждается в какой-либо настройке. Убедиться же в его работоспособности можно путем прослушивания грамзаписи, напри¬ мер, на высокоомные телефоны, под¬ ключенные к его выходу. Звучание те¬ лефонов должно быть громким и регу¬ лироваться по тональности резистора¬ ми "НЧ" и "ВЧ". Громкоговоритель. По техническим характеристикам описанный здесь УЗЧ относится к радиоаппаратуре высокого качества. Но это его качество может быть реализовано наиболее эффектив¬ но лишь в том случае, если его громкого¬ воритель по мощности и полосе воспро¬ изводимых частот будет соответство¬ вать параметрам усилителя мощности. Подойдут, например, такие громкогово¬
Беседа одиннадцатая 251 рители, как 15АС-1, 25АС-2. Неплохие результаты дает и громкоговоритель 10МАС-1А. Но его входное сопротивле¬ ние не 4, а 8 Ом, поэтому и мощность усилителя будет использоваться лишь наполовину, что, правда, практически не сказывается на слуховом восприятии звуковоспроизведения. Конечно, громкоговоритель может быть самодельным. Сконструировать его тебе поможет соответствующая ли¬ тература, в том числе журнал "Радио". Итак, сделан еще один шаг к практическому познанию радиотехники. Шаг большой, не¬ простой и очень важный. Потому что, как я уже говорил в начале беседы, усилитель 34 является составной частью многих современных радиотехнических устройств. В этом ты еще не раз убедишься.
252 БЕСЕДА ДВЕНАДЦАТАЯ ПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ Изучение и конструирование приемников прямого усиления надо рассматривать как логи¬ ческое продолжение твоего нарастающего по сложности радиотехнического творчества. Напомню: приемником прямого усиления называют радиоприемное устройство, в кото- ром происходит только одно преобразование модулированных колебаний радиочасто¬ ты — детектирование. До детектора происходит настройка и усиление сигнала радио- станции, после детектора — усиление колебаний звуковой частоты и преобразование их в звук. Усилитель радиочастоты обеспечивает нормальную работу детектора, а уси¬ литель 34 — нормальную работу динамической головки громкоговорителя. Усилители, таким образом, составляют основу приемников прямого усиления, обеспечивающих Тогда ты экспериментировал с усилите¬ лем на одном транзисторе, подключая его к детекторному приемнику. В ре¬ зультате у тебя получился простейший приемник прямого усиления — детек¬ торный с однокаскадным усилителем 34 (см. рис. 91). Это был приемник 0-V-1. громкий прием радиовещательных станций. от усилителя - к ПРИЕМНИКУ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ Первый шаг от усилителя к прием¬ нику прямого усиления тобой уже сде¬ лан. Когда? Вспомни шестую беседу.
Беседа двенадцатая 253 Входной колебательный контур с диодом VD1 и резистором R1, выпол¬ няющим роль нагрузки детектора, об¬ разуют не что иное, как знакомый тебе детекторный приемник. Сигнал звуко¬ вой частоты, создающийся на резисто¬ ре R1, через конденсатор С4 поступает на вход усилителя 34, усиливается тремя его каскадами и головкой гром¬ коговорителя, включенной в коллек¬ торную цепь выходного транзистора VT3, преобразуется в звуковые коле¬ бания. Предполагается, что для прием¬ ника будет использован абонентский громкоговоритель с динамической го¬ ловкой мощностью 0,25—0,5 Вт, а его согласующий трансформатор будет выполнять роль выходного трансфор¬ матора приемника. Все транзисторы включены по схе¬ ме ОЭ. Начальное напряжение смеще¬ ния на базы транзисторов VT1 и VT2 подается с коллекторов через соответ¬ ствующие им резисторы R2 и R4, что улучшает термостабильность режима работы этих транзисторов. Рис. 214. Принципиальная схема приемника 0-V-3: на германиевых транзисторах р-п-р (а), на крем¬ невых транзисторах структуры п-р-п (б) А в предыдущей беседе? Если на вход любого из тех усилителей ты пода¬ вал сигнал от детекторного приемника, то усилитель также превращался в при¬ емник прямого усиления. Так, усили¬ тель, смонтированный по любой из схем на рис. 189 или 191, в сочетании с детекторным приемником становился приемником 0-V-2, а с усилителем по схеме на рис. 199 — приемником 0-V-3. Для закрепления в памяти принци¬ па построения и работы таких прием¬ ников советую смонтировать и испы¬ тать приемник, схема которого изобра¬ жена на рис. 214, а. Это приемник 0-V-3 с настройкой на одну местную радиовещательную станцию. Его входной колебательный контур образуют катушка Lie конден¬ сатором С2 и подключенные к ним внешняя антенна W1 и заземление. Грубая настройка контура на волну ра¬ диостанции осуществляется подбором конденсатора С2, а точная — измене¬ нием индуктивности катушки подстро- ptihtjtvt гьргтт/гтгттлм грп лратитттгпл/т
254 Беседа двенадцатая Для питания приемника используй одну или две соединенные последова¬ тельно батареи 3336. Независимо от на¬ пряжения источника питания коллек¬ торные токи транзисторов устанавли¬ вай те, что указаны на схеме. Сравни работу приемника при разных напря¬ жениях источника питания. Детали приемника можно смонти¬ ровать на плате из оргалита или гети- накса размерами примерно 70 х 90 мм. Опорными точками монтажа могут служить проволочные стойки или пус¬ тотелые заклепки. В колебательном контуре используй катушку с феррито- вым стержнем, о конструкции которой я рассказывал в восьмой беседе (рис. 142). Оксидные конденсаторы С4—Сб — К50-3, К53-1 или К50-6; ос¬ тальные конденсаторы и резисторы любые. Монтажную плату крепи в футляре абонентского громкоговорителя в лю¬ бом положении. Батарея питания может быть под платой или рядом с ней. Полу¬ чится громкоговорящая радиоточка. Аналогичный приемник 0-V-3 с фиксированной настройкой на мест¬ ную станцию можно собрать по схеме, приведенной на рис. 214, б. Отличается он от приемника первого варианта (рис. 214, а) главным образом тем, что в нем работают кремниевые транзисто¬ ры КТ3102А. В связи с этим изменена полярность включения источника пита¬ ния, оксидных конденсаторов С4—Сб, детекторного диода VD 1. Введен допол¬ нительный конденсатор СВ, снижаю¬ щий сопротивление батарей питания по переменному току до пренебрежи¬ мо малого значения. Дело в том, что по мере истощения батареи не только снижается ее напряжение, но растет и ее внутреннее сопротивление, которое становится дополнительной нагруз¬ кой — общей для всех трех каскадов усилителя. Такая их взаимосвязь ведет к тому, что задолго до заметного сни¬ жения напряжения питания в тракте УЗЧ появятся нелинейные искажения («хрипы»), которые по мере истощения батареи будут увеличиваться и закон¬ чатся самовозбуждением усилителя. > Численные значения коэффициен¬ та h213 транзисторов КТ3102 вдвое вы¬ ше, нежели у транзисторов МП39 и МП4, поэтому и номиналы сопротивле^ ний резисторов R2, R4, R6 здесь удвое¬ ны. Подбором этих резисторов все транзисторы усилителя вводят в нуж¬ ный режим работы: их коллекторные токи должны быть в пределах, указан¬ ных на схеме. Несколько удобнее кон¬ тролировать не ток транзисторов, а на¬ пряжение на его коллекторе. На кол¬ лекторах транзисторов VT1 и VT2 оно должно составлять примерно половину напряжения источника питания, а на коллекторе транзистораУТЗ — отли¬ чаться от напряжения батареи лишь на значение падения напряжения на зву¬ ковой катушке динамической головки, то есть, примерно, на 0,3—0,4 В. Что надо учесть при монтаже любо¬ го из этих вариантов приемника? В первый каскад усилителя надо ставить тот из транзисторов, который имеет наибольший статический коэффици¬ ент передачи тока, а в выходной — с наименьшим h213. Если, например, ко¬ эффициент h213 одного транзистора будет 40, второго — 80, а третьего — 60, то первый из них должен работать в третьем, второй — в первом, а тре¬ тий — во втором каскадах. Подбирая сопротивления резисторов смещения, попробуй изменять и нагрузочные ре¬ зисторы (от 3 до 10 кОм), добиваясь на¬ ибольшей громкости, сохраняя при этом токи покоя коллекторных цепей, указанные на схеме. Конденсатор С2, подбором которо¬ го осуществляется грубая настройка приемника на волну местной радиове¬ щательной станции (а точная — пере¬ мещением катушки L1 по ферритовому стержню), можно заменить подстроеч- ным типа КПК-2. Он не только облег¬ чит настройку контура, но, возможно, позволит, пользуясь им как конденса¬ тором переменной емкости, настраи¬ вать приемник на две радиостанции.
Беседа двенадцатая 255 Если по каким-то причинам прием¬ ник сразу не станет работать, то преж¬ де всего измерь коллекторные токи транзисторов и испытай его по частям, пользуясь простейшим генератором сигналов (см. рис. 102): сначала про¬ верь входную часть, как у детекторного приемника, а потом усилитель. Конеч¬ но, все это надо делать на макетной па¬ нели, а затем смонтировать детали на постоянной плате, предварительно со¬ ставив монтажную схему с учетом раз¬ меров и конструктивных особенностей используемых деталей. Можно ли такой или более про¬ стой, например с двумя каскадами уси¬ ления колебаний звуковой частоты, приемник сделать походным? Можно. Но пользоваться им придется только на привалах. Антенной будет служить изолированный провод длиной 8—10 м, подвешенный одним концом за сучок высокого дерева, а заземлением — ме¬ таллический штырь, вбитый поглубже в землю. Без качественной антенны и заземления такой приемник будет ра¬ ботать слабо — чувствительность мала. Чтобы повысить чувствительность, к нему надо добавить усилитель радиочастоты. УСИЛИТЕЛЬ РАДИОЧАСТОТЫ И МАГНИТНАЯ АНТЕННА Когда дают оценку тому или иному приемнику, имеют в виду не только громкость и естественность воспроиз¬ водимого звука, что определяется глав¬ ным образом схемным решением и ка¬ чеством работы усилителя радиочасто¬ ты, но и такие его параметры, как се¬ лективность (избирательность) и чувствительность. Под термином селективность под¬ разумевается способность приемника выделять из всех колебаний радиочас¬ тоты, возникающих в его антенне, ко¬ лебания только той частоты, на кото¬ рую он настроен. Когда приемник чет¬ ко выделяет станцию, на которую он настроен, о нем говорят как о приемни¬ ке с хорошей селективностью. Если при приеме какой-то станции прослу¬ шиваются другие, близкие по частоте радиостанции или, как говорят, стан¬ ции соседнего канала, о таком прием¬ нике говорят, что его селективность плохая или недостаточно хорошая. Один из способов повышения селек¬ тивности простейшего приемника — ослабление связи настраиваемого кон¬ тура с внешней антенной, в более сложном — увеличение числа конту¬ ров, настраиваемых на частоту прини¬ маемой станции. Другой качественный показатель приемника — чувствительность — ха¬ рактеризует способность его «отзы¬ ваться» на слабые сигналы отдаленных станций. Если приемник не реагируем на сигналы отдаленных станций, о та- ком приемнике говорят, что он облада¬ ет малой или плохой чувствительнос¬ тью. Если же он принимает большое число отдаленных и маломощных стан¬ ций, говорят, что этот приемник обла¬ дает хорошей чувствительностью. Чувствительность приемника зави¬ сит от качества его входной цепи, чис¬ ла каскадов усиления радиочастоты, используемых в них транзисторов и режимов их работы. Любительский транзисторный при¬ емник прямого усиления, обеспечива¬ ющий уверенный прием местных и от¬ даленных мощных радиовещательных станций, имеет обычно один настраива¬ емый контур, один-два каскада усиле¬ ния модулированных колебаний радио¬ частоты, а если он портативный, то и внутреннюю магнитную антенну. Схема и сущность действия каска¬ да усиления колебаний радиочастоты аналогичны схеме и работе каскада предварительного усиления колебаний звуковой частоты. Разница лишь в на¬ грузке коллекторной цепи, где получа¬ ется усиленный транзистором сигнал. Этой нагрузкой, как и в каскаде усиле¬ ния звуковой частоты, может быть ре¬ зистор (рис. 215, а) сопротивлением
256 Беседа двенадцатая Рис. 215. Каскады усиления радиочастоты на транзисторах структуры р-п-р (для транзисторов структуры п-р-п полярность источника питания должна быть изменена на обратную) 3,3...6,8 кОм. Усиленный сигнал, созда¬ ющийся на нем, через разделительный конденсатор Сраз поступает на вход второго каскада усиления радиочасто¬ ты, если усилитель двухкаскадный, или к детектору. Лучше, однако, если коллектор¬ ной нагрузкой транзистора будет не резистор, а высокочастотный дрос¬ сель L (рис. 215, б), а еще лучше — вы¬ сокочастотный трансформатор LI, L2 (рис 215, б). Дроссель или трансфор¬ матор, оказывающий радиочастотно¬ му сигналу большее, чем резистор, со¬ противление, повышает усиление ка¬ скада. Трансформатор, кроме того, позволяет путем подбора коэффици¬ ента трансформации наилучшим об¬ разом передать высокочастотную энергию из коллекторной цепи тран¬ зистора-усилителя во входную цепь транзистора второго каскада или де¬ тектора, согласовать сопротивление этих цепей. Независимо от схемы и нагрузки усилительного каскада на базу герма¬ ниевого транзистора вместе с усилива¬ емым сигналом должно подаваться (от¬ носительно эмиттера) начальное напря¬ жение смещения 0,1—0,2 В, а на базу кремниевого транзистора — 0,5—0,7 В. В каскадах усиления колебаний ра¬ диочастоты используют маломощные транзисторы с граничной частотой 10 МГц и более. Из числа транзисторов структуры р-п-р — это, например, транзисторы серий П401—П403, П416, ГТ308, ГТ309, ГТ310, а из числа транзи¬ сторов структуры п-р-п — КТ311, КТ315, КТ301 и многие другие. Спосо¬ бы подачи смещения и термостабили¬ зация режимов работы транзисторов радиочастотных каскадов такие же, как в усилителях 34. Рис. 216. Однокаскадные усилители радиочас¬ тоты с магнитной антенной на входе * Схему наиболее часто используе¬ мого радиолюбителями однокаскадно¬ го усилителя РЧ с термостабилизацией режима работы транзистора и входны¬
Беседа двенадцатая 257 ми цепями приемника ты видишь на рис. 216, а. Это, так сказать, классичес¬ кий вариант однокаскадного радио¬ частотного усилителя. Колебательный контур входной цепи, определяющий настройку приемника, образуют ка¬ тушка Lie ферритовым стержнем вну¬ три и конденсатор переменной емко¬ сти С1. Ферритовый стержень с ка¬ тушкой L1, взятые вместе, это и есть магнитная антенна, о свойствах и кон¬ струкции которой я подробно расска¬ зывал в восьмой беседе. Катушка L2, находящаяся на ферритовом стержне магнитной антенны W1, связывает ан¬ тенный контур с усилителем, поэтому ее называют катушкой связи. Нагрузкой коллекторной цепи слу¬ жит резистор R3. Колебания радиочас¬ тоты, создающиеся на нем, через кон¬ денсатор С 4 подаются ко второму ра¬ диочастотному каскаду или детектору. Стабилизация режима работы транзистора осуществляется с помо¬ щью делителя напряжения Rl, R2 в ба¬ зовой цепи транзистора и эмиттерного резистора R4 — точно так же, как в ка¬ скадах усиления 34 с такой же систе¬ мой термостабилизации рабочей точки транзистора. Конденсатор С2, включенный меж¬ ду катушкой связи L2 и базой транзис¬ тора, — разделительный. Его задача — свободно пропускать в базовую цепь транзистора колебания радиочастоты и в то же время не пропускать постоян¬ ный ток. Без такого конденсатора база транзистора будет замкнута на общий провод через катушку связи L2 и тран¬ зистор окажется закрытым. Этот кон¬ денсатор может быть также включен между катушкой и общим заземленным проводником. Конденсаторы С2—С4 не должны оказывать заметного сопро¬ тивления колебаниям наиболее низких частот диапазона волн, усиливаемых каскадом. Этому требованию отвечают слюдяные и керамические конденсато¬ ры емкостью 5—10 тыс. пФ. Конденсатор С1 контура магнит¬ ной антенны может быть с воздушным или с твердым диэлектриком. Его наи¬ большая емкость определяет диапазон волн, перекрываемый контуром маг¬ нитной антенны. На рис. 216, б приведена схема уп¬ рощенного каскада усиления колеба¬ ний радиочастоты с магнитной антен¬ ной на входе. Нагрузкой транзистора служит высокочастотный дроссель L3. Снимаемый с него усиленный сигнал подается через конденсатор СЗ на вход следующего каскада усиления радио¬ частоты или детекторного каскада. На¬ пряжение смещения на базу транзис¬ тора подается с его коллектора через резистор R1. ПОРТАТИВНЫЙ ПРИЕМНИК Сравнительно малые габаритные размеры, внутренняя магнитная антен¬ на и автономное питание — самые, по¬ жалуй, привлекательные стороны транзисторных приемников или при¬ емников на микросхемах. И ты, конеч¬ но, захочешь сделать приемник, кото¬ рый можно было бы взять с собой в ту¬ ристский поход, на прогулку в лес, на рыбалку. Но конструирование малога¬ баритных приемников требует усидчи¬ вости, аккуратности, а подчас и юве- лирности работы. Да, именно ювелир- ности. Ведь дело приходится иметь с миниатюрными деталями, пользуясь пинцетом, а иногда еще и лупой. Даже жало паяльника приходится затачивать как карандаш, чтобы удобнее доби¬ раться к местам пайки, не повредив другие спайки или детали. Некоторые детали, часто тоже малогабаритные, приходится делать самому, не рассчи¬ тывая на готовые. Каким должен быть твой первый портативный приемник? Во-первых, надежным в работе и не «капризни¬ чать» в походе, на привале — всюду, где он будет твоим постоянным спутни¬ ком. Во-вторых, он должен обеспечи¬ вать уверенный прием на магнитную антенну двух-трех радиостанций и до¬ статочно громко, чтобы не только ты, 9 Зак. 261
258 Беседа двенадцатая Рис. 217. Принципиальная схема портативного приемника но и твои товарищи на марше, на при¬ вале или, устроившись поудобнее у ко¬ стра, могли послушать последние изве¬ стия, музыку, репортаж со стадиона, проверить часы — словом, чувствовать себя как дома. Этим требованиям вполне может отвечать приемник, принципиальная схема которого показана на рис. 217. Это однодиапазонный приемник 2-V-3, т.е. приемник, содержащий два каска¬ да усиления колебаний радиочастоты, детекторный каскад и три каскада уси¬ ления колебаний звуковой частоты. Выбор диапазона уволн, перекрываемо¬ го приемником, зависит от местных ус¬ ловий радиоприема. Источником пита¬ ния приемника могут быть батарея «Корунд», аккумуляторная 7Д-0,115 или две батареи 3336, соединенные по¬ следовательно. Разберемся в схеме, деталях и ра¬ боте приемника в целом. Многое в нем тебе уже знакомо, а кое-что новое. Начнем, как принято, со входа. Входной контур приемника, наст¬ раиваемый на несущие частоты радио¬ станций, образует катушка L1 магнит¬ ной антенны W1 конденсатор перемен¬ ной емкости С1. Через катушку связи L2 и разделительный конденсатор С2 сигнал радиостанции, на которую наст¬ роен контур магнитной антенны, пода¬ ется на базу транзистора VT1 первого каскада усилителя РЧ. Его нагрузкой служит высокочастотный дроссель L3. С него усиленный сигнал через кон¬ денсатор СЗ поступает на базу транзи¬ стора VT2 второго каскада, а с его на¬ грузочного резистора R3 — через кон¬ денсатор С4 к детекторному каскаду. Транзисторы обоих каскадов ра¬ диочастотного тракта приемника вклю¬ чены по схеме ОЭ. Режим их работы по постоянному току устанавливают ре¬ зисторами смещения R1 и R2, включен¬ ными между базами и коллекторами. Различие же между каскадами заклю¬ чается лишь в том, что нагрузкой тран¬ зистора первого каскада служит высо¬ кочастотный дроссель, а нагрузкой транзистора второго каскада — резис¬ тор. Но эти нагрузки можно не только поменять местами, но и использовать для этой цели высокочастотные транс¬ форматоры, внести некоторые другие изменения в усилитель, о чем я скажу позже. Новым для тебя является детектор¬ ный каскад. Почти во всех предыдущих приемниках роль детектора выполнял один точечный диод, а в этом приемни¬ ке их два — VD1 и VD2. При таком включении диодов детектора на его на¬ грузочном резисторе создается почти вдвое большее напряжение звуковой частоты, чем на нагрузке однодиодно¬ го. В связи с этим такие детекторы на¬ зывают детекторами с удвоением на¬ пряжения. Иногда их называют детек¬
Беседа двенадцатая 259 торами с закрытым входом по постоян¬ ному току, так как конденсатор С 4 сво¬ бодно пропускает к детектору только переменную и совсем не пропускает постоянную составляющую коллектор¬ ной цепи транзистора VT2. Если кон¬ денсатор С4 окажется с утечкой, то че¬ рез него и диод VD2, включенный по отношению к полярности батареи в прямом направлении, будет течь значи¬ тельный постоянный ток и диоды пло¬ хо или совсем не будут детектировать радиочастотный сигнал. В этом приемнике нагрузкой детек¬ тора служит переменный резистор R5. Он одновременно выполняет и роль ре¬ гулятора громкости: чем выше (по схе¬ ме) находится его движок, тем большее напряжение звуковой частоты подает¬ ся на вход низкочастотного тракта, тем громче радиоприем. Для лучшего согласования сопро¬ тивления детектора с входным сопро¬ тивлением усилителя 34 транзистор VT3 первого каскада усилителя вклю¬ чен по схеме ОК. Колебания звуковой частоты, создающиеся на его нагрузоч¬ ном резисторе R7, через конденсатор С9 поступают к транзистору VT4 вто¬ рого каскада и усиливаются им. Транзисторы VT5, VT7 и VT6, VT8, включенные по схеме составного тран¬ зистора, образуют два плеча двухтакт¬ ного бестрансформаторного усилителя мощности. По принципу работы он аналогичен выходному каскаду усили¬ теля электрофона, о котором рассказы¬ валось в предыдущей беседе, но он ме¬ нее мощный. Усиленные им колебация звуковой частоты поступают через конденсатор Cl 1 к динамической голо¬ вке ВА1 и преобразуются ею в звуко¬ вые колебания. Резистор R11, благодаря которому на базах составных транзисторов (от¬ носительно эмиттеров) создаются на¬ чальные напряжения смещения, устра¬ няет искажения типа «ступенька». Ре¬ зистор R4 и конденсатор Сб образуют развязывающий фильтр (знакомый те¬ бе по усилителю электрофона), предот¬ вращающий паразитные связи между усилителями приемника через общий источник питания. О функции оксидного конденсато¬ ра С7, шунтирующего источник пита¬ ния по переменному току, ты тоже зна¬ ешь. Его роль особенно заметна к кон¬ цу разрядки батареи, когда внутреннее сопротивление батареи переменной составляющей тока звуковой частоты увеличивается. Возможная конструкция этого при¬ емника, а также его монтажная плата со схемой размещения и соединения дета¬ лей на ней показаны на рис. 218. В при¬ емнике использованы: транзисторы со статическим коэффициентом передачи тока h213 не менее 50, динамическая го¬ ловка ВА1 — 0,5ГД-21, оксидные кон¬ денсаторы К50-6, батарея питания «Ко¬ рунд». Учти: пары транзисторов VT5 и VT7, VT6 и VT8 должны иметь возмож¬ но близкие параметры по h213 и 1КБО или произведения коэффициентов h213 транзисторов VT5 и VT7 и транзисто¬ ров VT6 и VT8 должны быть равны. Это — обязательное условие для неис¬ каженной работы усилителя мощности. Роль регулятора громкости (R5) и выключателя питания (SA1) выполняет малогабаритный переменный резис¬ тор СПЗ-З (рис. 219). Его зубчатый диск диаметром 20 мм, насаженный на ось резистора, является ручкой регулятора громкости. Две крайние пластинки — выводы контактов выключателя, а три средние — выводы переменного резис¬ тора. Выводы выключателя используют и для крепления этой детали на мон¬ тажной плате. Функцию конденсатора С1 наст¬ ройки контура магнитной антенны вы¬ полняет подстроечный конденсатор КПК-2, начальная емкость которого может быть 10...25 и максимальная — 100... 150 пФ. Предпочтение следует от¬ дать конденсатору с начальной емкос¬ тью 10 и максимальной 100 пФ, так как контур с ним перекрывает несколько больший диапазон волн, чем с конден¬ сатором емкостью 25... 150 пФ. А для Q*
260 Беседа двенадцатая Рис. 218. Конструкция (а) и схема размещения и соединений деталей на монтажной плате порта¬ тивного приемника (б)
Беседа двенадцатая 261 удобства пользования конденсатором КПК-2 как органом настройки на его подвижный диск — ротор надо наса¬ дить и приклеить к нему кольцо с зуб¬ чиками по наружной окружности (рис. 220). Кольцо можно выпилить лобзиком из пластинки органического стекла или текстолита толщиной 2Г5...3 мм, а зубчики на нем нарезать слесарной ножовкой или напильни¬ ком. Приклеить кольцо к ротору кон¬ денсатора можно клеем «Момент» или БФ-2. Конденсатор крепи к монтажной плате винтом с гайкой или приклеивай к ней с таким расчетом, чтобы зубчатая часть кольца немного, примерно на 4...5 мм, выступала наружу из боковой стенки футляра приемника (на рис. 220 справа наружная поверхность стенки футляра показана штриховой линией). Рис. 219. Малогабаритный переменный резис¬ тор типа СПЗ-З с выключателем питания Для магнитной антенны используй круглый стержень из феррита марки 600НН (или 400НН) длиной 140 мм. Од¬ нако, прежде чем наматывать контур¬ ную катушку магнитной антенны, надо решить, на какой диапазон радиоволн должен быть рассчитан приемник. Де¬ ло в том, что для приема радиостанций длинноволнового и средневолнового диапазонов нужны две катушки. По¬ требуется, следовательно, переключа¬ тель, который усложнит конструкцию приемника и управление им. Но про¬ стой транзисторный приемник прямо¬ го усиления все равно будет принимать в основном лишь местные радиостан¬ ции и наиболее мощные, находящиеся в радиусе до 200...300 км. Вот и получа¬ ется, что нет смысла идти на усложне¬ ние приемника. Пусть он принимает две-три радио¬ станции, но уверенно и громко. Радио¬ любители так именно и поступают — рассчитывают контур магнитной ан¬ тенны приемника только на радиостан¬ ции, передачи которых хорошо слыш¬ ны в тех районах, где они живут. Так, полагаю, надо поступить и тебе. Рис. 220. Конденсатор КПК-2 в роли конденса¬ тора настройки и крепление его на плате Во время экспериментов с детек¬ торным и простым транзисторным при¬ емником ты, надеюсь, узнал, сигналы каких радиостанций хорошо слышны в вашей местности. Вот с расчетом на прием этих станций и наматывай кон¬ турную катушку магнитной антенны. Контурная катушка, рассчитанная на прием радиовещательных станций средневолнового диапазона, должна содержать 70...80 витков, на длинно¬ волновый диапазон — 250...280 витков. Если же катушка будет иметь 160... 180 витков, то входной контур приемника станет перекрывать диапазон волн примерно от 450 до 900 м, т.е. охваты¬ вать конец средневолнового и начало длинноволнового диапазонов. Для средневолновой катушки используй провод ПЭВ-1 или ПЭЛШО 0,2...0,25, а для длинноволновой или катушки про¬ межуточного диапазона — провода тех же марок, но диаметром 0,15...0,2 мм. Провод средневолновой катушки укла¬ дывай в один слой, виток к витку. Длинноволновую катушку для умень¬ шения ее внутренней емкости лучше намотать четырьмя-пятью секциями,
262 Беседа двенадцатая укладывая в каждой секции равное число витков. Катушку связи наматывай тем же проводом, что и контурную. Катушка связи средневолнового диапазона должна содержать 5...6 витков, длинно¬ волнового диапазона — 10... 15 витков. Окончательное число витков катушки связи будешь подбирать во время нала¬ живания приемника. Учти: бумажные гильзы, на кото¬ рые ты будешь наматывать катушки, должны с небольшим трением переме¬ щаться по каркасу. Перемещением контурной катушки ты будешь в неко¬ торых пределах изменять границы диа¬ пазона, перекрываемого приемником, а перемещением катушки связи — ус¬ танавливать наивыгоднейшую связь контура магнитной антенны со входом усилителя РЧ приемника. Ферритовый стержень магнитной антенны может быть плоским. При этом изменится только форма карка¬ сов катушек, а числа витков в них бу¬ дут такими же. Магнитопроводом высокочастот¬ ного дросселя L3 служит кольцо диаме¬ тром 7... 10 мм из феррита 600НН. Для приема радиостанций средневолново¬ го диапазона дроссель L3 должен иметь 75...85 витков, а для радиостанций длинноволнового — около 200 витков. Для намотки дросселя используй про¬ волочный челнок (см. рис. 144). Все детали приемника, кроме дина¬ мической головки и батареи питания, смонтированы на плате из листового ге- тинакса (можно из текстолита, стекло¬ текстолита или другого изоляционного материала) размерами 150 х 100 мм. От¬ верстие диаметром 36 мм в середине платы сделано под магнитную систему головки. Ферритовый стержень антен¬ ны прикреплен к плате резиновыми кольцами. Динамическая головка диффузоро- держателем укреплена на передней стенке корпуса, а батарея «Корунд» — на боковой. Монтажная плата четырь¬ мя шурупами удерживается на брус¬ ках, прикрепленных к стенкам корпу¬ са. Сам же корпус склеен из фанеры толщиной 4—5 мм. В его передней стенке, против диффузора головки, сделан вырез, который затянут нетол¬ стой тканью, защищающей головку от попадания на нее пыли, влаги. Спереди вырез прикрывает декоративная ре¬ шетчатая накладка. К боковым стенкам на винтах прикреплена ручка (можно ремешок) для удобства переноски при¬ емника. Заднюю стенку корпуса (на рис. 218, а не показана) можно крепить к боковым стенкам шурупами. Лучше, однако, если она будет откидной, на не¬ больших петлях, и удерживаться за¬ щелками, что позволит быстро заме¬ нять разрядившуюся батарею. Такой или примерно такой может быть конструкция и твоего приемника. Здесь многое зависит от имеющихся деталей, материалов и, конечно, от тво¬ ей творческой смекалки. Приступая к налаживанию прием¬ ника, тщательно проверь его монтаж по принципиальной схеме. Особое внимание обрати на правильность включения выводов транзисторов, по¬ лярность оксидных конденсаторов, ди¬ одов детектора. Затем к разомкнутым контактам выключателя питания под¬ ключи миллиамперметр. При этом при¬ бор, замкнувший собой цепь питания, должен показывать ток покоя, не пре¬ вышающий 12... 15 мА. Значительно больший ток будет признаком ошибки в монтаже, использования в приемни¬ ке неисправной детали или резисторов не тех номиналов. Налаживание усилителя 34 прием¬ ника сводится в основном к установке режимов работы транзисторов его вы¬ ходного каскада. Сначала подбором ре¬ зистора R8, заменяя его или подключая параллельно ему резисторы других но¬ миналов, установи в точке симметрии напряжение, равное 4,5 В, т.е. полови¬ не напряжения батареи (или сетевого блока питания). Предварительно из¬ мерь напряжение, действующее между
Беседа двенадцатая 263 отрицательным и общим «заземлен¬ ным» проводниками цепей питания. Оно не должно быть меньше 8,5 В. За¬ тем подбором резистора Rl 1 установи ток покоя транзисторов выходного ка¬ скада в пределах 4...6 мА. Еще раз должен тебя предупре¬ дить: во время замены резистора Rl 1 усилитель должен быть обесточен, ина¬ че составные транзисторы выходного каскада могут выйти из строя из-за не¬ допустимо больших токов, текущих че¬ рез них. Работоспособность тракта 34 при¬ емника в целом проверяй так, как было рассказано в предыдущей беседе при испытании усилителей 34. После этого переходи к настройке радиочастотной части приемника. Сна¬ чала, включая миллиамперметр в кол¬ лекторные цепи транзисторов, подбо¬ ром резисторов R2 и R1 установи в этих цепях токи в тех пределах, которые указаны на схеме. Далее, поворачивая приемник в горизонтальной плоскости, настрой его на какую-либо радиостан¬ цию и дополнительным подбором рези¬ сторов R2 и R1 добейся наиболее гром¬ кого приема этой станции. Наиболь¬ шая громкость будет тогда, когда про¬ дольная ось сердечника катушки магнитной антенны окажется перпен¬ дикулярной прямой, направленной на принимаемую станцию. Это потому, что магнитная антенна обладает на¬ правленностью действия. Диапазон волн, перекрываемый приемником, можно несколько сдвинуть в сторону более коротких или более длинных волн, перемещая контурную катушку по ферритовому стержню. Затем найди такое положение ка¬ тушки связи L2 на стержне относитель¬ но контурной катушки, чтобы уровень сигнала был максимальным и без иска¬ жений. Если при наибольшем отдале¬ нии катушки связи от контурной ка¬ тушки приемник работает с искажени¬ ями, значит, надо убавить число ее вит¬ ков. Каркасы обеих катушек закрепи на ферритовом стержне каплями клея. Может случиться, что при наиболь¬ шем усилении приемник станет само- возбуждаться на высокой частоте — появится свист. В этом случае поменяй местами включение выводов высоко¬ частотного дросселя. А если это не по¬ может, то зашунтируй его резистором сопротивлением 1...ЮкОм. Какие изменения или дополнения можно внести в приемник? Прежде всего — о транзисторах. В усилителе Р4 вместо транзисторов ГТ308Б, указанных на принципиальной схеме, можно использовать любые дру¬ гие маломощные высокочастотные транзисторы структуры р-п-р, напри¬ мер: ГТ310, КТ361, П401-П403, П416, П422 с любым буквенным индексом, а вместо транзистора МП37 в предоко¬ нечном каскаде — аналогичные ему транзисторы МП35, МП36 также с лю¬ бым буквенным индексом. Трацзисторы VT7 и VT8 выходного каскада могут быть средней мощности, например: ГТ402, ГТ403, П601 или П605. В этом случае выходная мощность при¬ емника увеличится примерно до 0,65...0,8 Вт. Соответственно можно бу¬ дет увеличить и мощность используе¬ мой для приемнику динамической голо¬ вки. Но при такой замене транзисторов средний ток, потребляемый выходным каскадом, увеличится до 150...200 мА. Питать приемник с таким выходным каскадом придется от батареи, состав¬ ленной из шести элементов 343 или 373. Батарея «Корунд» или 7Д-0,115 не обес¬ печат продолжительную работу такого приемника. Параллельно резистору R11, т.е. между базами транзисторов VT5 и VT6, можно включить в прямом направле¬ нии точечный или плоскостной герма¬ ниевый диод, что повысит термоста¬ бильность работы выходного каскада. На принципиальной схеме приемника (рис. 217) он показан штриховыми ли¬ ниями. Сущность действия этой детали заключается в следующем. С повыше¬ нием температуры прямое падение на¬ пряжения на диоде уменьшается, а с
264 Беседа двенадцатая понижением, наоборот, увеличивает¬ ся. При этом автоматически изменяет¬ ся напряжение смещения на базах транзисторов, что и используется для термостабилизации усилителя. Рис. 221. Схема варианта усилителя РЧ Нагрузкой транзистора первого ка¬ скада приемника может быть высоко¬ частотный трансформатор, а нагрузкой транзистора второго каскада — дрос¬ сель. В этом случае схема усилителя РЧ примет вид, показанный на рис. 221. Трансформатор, как и дроссель, намо¬ тай с помощью проволочного челнока на кольце из феррита марки 600НН с наружным диаметром 7... 10 мм. Для лучшего согласования сравнительно большого выходного сопротивления усилительного каскада с относительно небольшим входным следующего за ним каскада высокочастотный транс¬ форматор делают понижающим: об¬ мотка L3 должна содержать 180...200 витков, a L4, являющаяся катушкой связи, — 70...80 витков провода ПЭВ-1 или ПЭЛШО 0,1...0,15. Что даст такое построение усилите¬ ля РЧ? Несколько повысится чувстви¬ тельность приемника. Но, к сожале¬ нию, вместе с тем приемник станет бо¬ лее склонным к самовозбуждению из- за усиливающейся положительной обратной связи между коллекторными цепями транзисторов и входной цепью через магнитные поля, действующие между ними. Придется опытным путем поискать положение трансформатора и дросселя относительно стержня маг¬ нитной антенны, при котором паразит¬ ная генерация устраняется, а может быть, даже экранировать их — обер¬ нуть фольгой и заземлить фольгу. Усилитель РЧ меньше всего будет склонен к самовозбуждению, если на¬ грузками транзисторов обоих каскадов будут резисторы. Но при этом несколь¬ ко снизится чувствительность прием¬ ника. Компенсировать эту потерю можно более тщательной подгонкой режимов работы транзисторов, усиле¬ нием связи контура магнитной антен¬ ны со входом усилителя. Другой путь повышения чувстви¬ тельности — подача смещения на базы транзисторов усилителя РЧ с делите¬ лей напряжения и включение в их цепи эмиттеров термостабилизирующих ре¬ зисторов и шунтирующих их конден¬ саторов (по схеме на рис. 216, а). Пло¬ щадь монтажной платы, отведенной для усилителя РЧ, позволяет размес¬ тить на ней эти дополнительные дета¬ ли. Кроме того, можно предусмотреть гнездо для подключения к контуру маг¬ нитной антенны внешней электричес¬ кой антенны, которая увеличит даль¬ ность действия приемника. Что же касается корпуса приемни¬ ка, то он не обязательно должен быть самодельным. В магазине культтоваров можно приобрести подходящий гото¬ вый корпус портативного транзистор¬ ного приемника. Готовый корпус под¬ скажет размеры монтажной платы и компоновку в нем деталей. Вот с учетом подобранных деталей и возможных изменений и дополне¬ ний, проверенных на макетной пане¬ ли, и конструируй приемник. Народ¬ ная мудрость гласит: семь раз отмерь, а один раз отрежь. К портативному приемнику, особенно если ты будешь стремиться уменьшать его размеры, она как нельзя лучше подходит. Вот почему хочется дать тебе еще один со¬ вет: учитывая имеющиеся детали, со¬ ставь несколько вариантов схемы монтажа, не торопясь, выбери луч¬ шую из них и только тогда приступай к заготовке и разметке платы и монта¬ жу приемника.
Беседа двенадцатая 265 РАДИОЧАСТОТНЫЙ БЛОК РАДИОЛЫ Теперь, когда имеешь представле¬ ние о принципе построения и работе радиочастотного тракта приемника прямого усиления, ты сможешь доба¬ вить подобный блок в электрофон и та¬ ким образом превратить его в перенос¬ ную радиолу. Такой блок можно смонтировать по схеме, показанной на рис. 222. Чтобы облегчить объединение схемы этого блока со схемой усилителя электрофо¬ на (см. рис. 202), на ней принята сквоз¬ ная нумерация деталей и, кроме того, введен переменный резистор R7, вы¬ полняющий функцию входного эле¬ мента основного усилителя электрофо¬ на. Во время радиоприема согласую¬ щий каскад усилителя в работе радио¬ лы не участвует. Переключение радиолы с воспроизведения грамзапи¬ си на прием радиостанций и обратно осуществляется двухсекционным пере¬ ключателем SA2. Положение переклю¬ чателя на контактах 1, показанное на схеме, соответствует включению ра¬ диолы на воспроизведение грамзаписи. Высокочастотный блок радиолы образуют входная антенная цепь, двух¬ каскадный усилитель РЧ на транзисто¬ рах VT9 и VT10 и детектор на диодах VD7 и VD6, включенных, как и в порта¬ тивном приемнике, по схеме удвоения выходного напряжения. Основное от¬ личие усилителя РЧ от уже знакомых тебе двухкаскадных усилителей заклю¬ чается лишь в том, что роль нагрузок обоих его транзисторов выполняют ре¬ зисторы и режимы работы транзисто¬ ров жестко стабилизированы. Для упрощения входная цепь блока рассчитана на прием двух станций средневолнового (можно длинноволно¬ вого) диапазона. Для приема станции, работающей в длинноволновом участ¬ ке этого диапазона, параллельно ка¬ тушке L1 секцией SA2.1 переключателя SA2 надо подключить конденсатор С18, а для приема станции коротковолново¬ го участка этого же диапазона — со¬ единенные параллельно подстроечный конденсатор С17 и конденсатор посто¬ янной емкости С16. Емкость конденса¬ торов С16 и С18, обозначенных на схе¬ ме звездочками, зависит от длины волн станций, на которые будешь настраи¬ вать входной контур. Внешнюю антенну W1, представля¬ ющую собой отрезок изолированного провода длиной 1... 1,5 м, подключают к гнезду XI. Конденсатор С15 ослабляет влияние собственной емкости антенны на настройку контура приемника. Через катушку связи L2 и конденса¬ тор С19 модулированный сигнал радио¬ станции, на частоту которой настроен контур входной цепи, поступает на вход усилителя, усиливается обоими его кас¬ кадами и далее детектируется. Роль на¬ грузки детектора выполняет перемен- Рис. 222. Схема радиочастотного блока радиолы
266 Беседа двенадцатая Рис. 223. Внешний вид радиочастотного блока радиолы (а) и схема соединения деталей на ней (б) ный резистор R7, являющийся и регуля¬ тором громкости. При этом замыкаю¬ щий контакт секции SA2.2 переключа¬ теля вида работы должен находиться на одном из двух нижних (по схеме) непо¬ движных контактов. Сигнал звуковой частоты усиливается так же, как при воспроизведении грамзаписи. Внешний вид этого блока и схема соединений деталей на его плате пока¬ заны на рис. 223. Катушки L1 и L2 намо¬ таны на унифицированном четырех¬ секционном каркасе с ферритовым подстроечным сердечником (можно на аналогичном самодельном каркасе). Катушка L1, рассчитанная на прием ра¬ диостанций средневолнового диапазо¬ на, содержит 160 витков (четыре сек¬ ции по 40 витков) провода ПЭВ-1 0,12, а L2, намотанная поверх катушки L1, — 8 витков такого же провода (для радио¬ станций длинноволнового диапазо¬ на — соответственно 250...280 и 15...20 витков такого же провода). Переключатель SA2 — несколько упрощенный движковый переключа¬ тель от приемника «Сокол». В нем остав¬ лены только восемь контактов и две за¬ мыкающие пластины, расположенные с одной стороны от движка. Оставленные замыкающие пластинки размещены по схеме, показанной на рис. 224, а. Поло¬ жение 1 контактов такого переключате¬ ля соответствует включению радиолы на воспроизведение грамзаписи, поло¬ жение 2 — приему программ одной ра¬ диовещательной станции, положение 3 — приему второй станции. Размещение переключателя и ан¬ тенного гнезда XI на корпусе электро¬ проигрывателя показано на рис. 224, б. Ограничителем перемещения движка переключателя служит отверстие в па- нелй, на которой он укреплен с помо¬ щью гетинаксовой пластинки (размера¬ ми 100 х 12 мм) с отверстиями под выво¬ ды контактов, двух стоек и винтов. Налаживание блока сводится к подгонке режимов работы его транзис¬ торов и настройке входного колеба¬ тельного контура на выбранные радио¬ станции. Режим транзистора VTIO ус¬
Беседа двенадцатая 267 танавливай подбором резистора R26, транзистора VT9 — подбором резисто¬ ра R22. После этого подключи антенну и, пользуясь для контроля другим ра¬ диовещательным приемником, присту¬ пай к настройке входного контура. Сначала настрой его на станцию низ¬ кочастотного участка диапазона: гру¬ бо — подбором конденсатора С18 (220...470 пФ), точно — подстроечным сердечником катушки L1. Затем подбо¬ ром конденсатора С16 (33... 150 пФ) и изменением емкости подстроечного конденсатора С17 настрой контур на радиостанцию высокочастотного уча¬ стка диапазона. Но теперь подстроеч- ный сердечник катушки уже не трогай, иначе собьешь настройку на первую станцию. Для уменьшения уровня шу¬ мов конденсатор С19 может быть ок¬ сидным емкостью 1...10 мкФ (положи¬ тельную обкладку подключить к ка¬ тушке L2). Рис. 224. Схема переключателя (а) и размеще¬ ние его и антенного зажима на панели ЭПУ радиолы (б) На этом налаживание радиочастот¬ ного блока радиолы можно считать за¬ конченным. Остается вмонтировать его в корпус электропроигрывателя возможно ближе ко входу усилителя 34 и переключателю вида работы SA2. ПРИЕМНИК «МАЛЬЧИШ» Именем гайдаровского героя на¬ звали юные радиолюбители прежних поколений пятитранзисторный мало¬ габаритный рефлексный приемник. Приемник обеспечивал достаточно громкий прием местных и некоторых наиболее мощных отдаленных радио¬ вещательных станций. Принципиальная схема приемника изображена на рис. 225. Его входной настраиваемый контур образуют ка¬ тушка L1 магнитной антенны Win кон¬ денсатор переменной емкости С1. Че¬ рез катушку связи L2 сигнал радио¬ станции подается на базу транзистора VT1 первого каскада усилителя РЧ. Коллекторной нагрузкой транзистора этого каскада служит катушка L3. Че¬ рез катушку связи L4, образующую с катушкой L3 высокочастотный транс¬ форматор, усиленный сигнал поступа¬ ет на базу транзистора VT2 второго ка¬ скада приемника. Второй каскад приемника рефлекс¬ ный. В связи с этим в коллекторную цепь его транзистора включены две на¬ грузки: высокочастотная, роль которой выполняет дроссель L5, и низкочастот¬ ная — резистор R5. С дросселя L5 сиг¬ нал станции, усиленный двумя каска¬ дами, подается через конденсатор С4 на диод VD 1, а колебания звуковой час¬ тоты, создающиеся на нем, — на базу транзистора VT2 (через резистор R4 и катушку L4). Следовательно, каскад на транзисторе VT2 является вторым кас¬ кадом усиления колебаний радиочас¬ тоты и одновременно первым каскадом усиления колебаний звуковой частоты. С резистора R5 сигнал звуковой ча¬ стоты поступает (через конденсатор С5) на базу транзистора VT3 второго каскада усилителя 34, нагруженного на первичную обмотку I межкаскадно¬ го трансформатора Т1, а с его вторич¬ ной обмотки II — на базы транзисторов
268 Беседа двенадцатая VT4 и VT5 выходного двухтактного усилителя мощности. Усиленные коле¬ бания звуковой частоты головка ВА1 преобразует в звук. Коротко о назначении некоторых других элементов этого приемника. Че¬ рез резистор R1 (и катушку L2) на базу транзистора VT1 подается напряжение смещения. Конденсатор С2 замыкает базовую цепь этого транзистора по вы¬ сокой частоте и разрывает ее для по¬ стоянного тока. Напряжение смеще¬ ния на базу транзистора VT2 снимает¬ ся с делителя, образуемого резистора¬ ми R3, R4 и диодом VD1, и подается на базу через катушку L4. Диод VD1 вклю¬ чен в прямом направлении, поэтому он приоткрыт, что улучшает работу детек¬ тора при слабых сигналах радиостан¬ ций. Одновременно резистор R4 сов¬ местно с конденсатором СЗ образуют фильтр, преграждающий путь высоко¬ частотной составляющей продетекти- рованного сигнала ко входу рефлекс¬ ного каскада. Резистор R7 — элемент цепи сме¬ щения транзистора VT3. Конденсатор С7 создает между коллекторной и ба¬ зовой цепями этого транзистора отри¬ цательную обратную связь по пере¬ менному току, предотвращающую воз¬ буждение каскада на высших звуковых частотах. Резисторы R8—R10 образуют два взаимосвязанных делителя, созда¬ ющих на базах транзисторов выходно¬ го каскада напряжение смещения, уст¬ раняющее искажения типа «ступень¬ ка». Конденсатор С9, показанный на схеме штриховыми линиями, включа¬ ют в том случае, если приемник само- возбуждается. В набор, который можно приобрес¬ ти в магазинах культтоваров, входят все необходимые для сборки приемни¬ ка детали, узлы и материалы, включая дополнительные резисторы для под¬ гонки режимов транзисторов, а также динамическая головка 0,2ГД-1. Конден¬ сатор переменной емкости С1 контура магнитной антенны, кронштейн для ба¬ тареи «Корунд» и пластинчатый вы¬ ключатель питания SA1 уже вмонтиро¬ ваны в полистироловый корпус буду¬ щего приемника. В заготовке монтаж¬ ной платы из листового гетинакса предусмотрены отверстия под магнит¬ ную систему головки, трансформато¬ ры, корпуса транзисторов, опорные точки монтажа и винты крепления пла¬ ты в корпусе. Обладатель набора дол¬ жен кроме монтажа намотать на бу¬ мажных каркасах, которые с неболь¬ Рис. 225. Принципиальная схема приемника «Мальчиш»
Беседа двенадцатая 269 Рис. 226. Внешний вид и конструкция «Мальчиша» шим трением можно было бы переме¬ щать по ферритовому стержню, катуш¬ ки L1 и L2, на ферритовых кольцах — высокочастотные трансформатор L3L4 и дроссель L5 и, конечно, наладить смонтированный приемник. Внешний вид «Мальчиша» и компо¬ новка узлов и деталей в его корпусе по¬ казаны на рис. 226, а схема соединения деталей на монтажной плате — на рис. 227. Размеры корпуса приемника таковы, что он умещается в кармане. Но подобный приемник, если он тебя заинтересует, можно смонтировать и из имеющихся у тебя деталей. Надо только постараться сохранить пример¬ но такую же компоновку деталей, ина¬ че приемник может возбудиться, а борьба с возбуждением в четырехкас¬ кадном рефлексном приемнике — дело довольно сложное. Стержень магнитной антенны из феррита 400НН или 600НН может быть круглым или плоским — безразлично. Рис. 227. Монтажная плата и соединения деталей на ней
270 Беседа двенадцатая Катушка L1 средневолнового приемни¬ ка должна содержать 65...70 витков, длинноволнового — 200 витков, намо¬ танных десятью секциями по 20 витков в каждой секции, а катушка связи L2 — соответственно 3...4 и 8... 10 витков про¬ вода ПЭВ-1 0,1—0,15. КатушКи L3 и L4 высокочастотного трансформатора и дроссель L5 намо¬ тай, пользуясь проволочным челноком, на кольце из феррита 600НН проводом ПЭВ-1 0,1: катушка L3 содержит 100 витков, намотанных равномерно по всему кольцу, L4 — 10 витков (можно увеличить до 40...50 витков), дроссель L5— 200 витков. Эти детали приклей к плате клеем БФ-2. В первых двух каскадах приемника можно использовать любые маломощ¬ ные высокочастотные транзисторы структуры р-п-р (П401—П403, П416, П422, ГТ308, ГТ310), в двух других — любые маломощные низкочастотные такой же структуры (МП39—МП42). Высокочастотный транзистор с боль¬ шим коэффициентом передачи тока h21Э используй в первом каскаде, а с меньшим — во втором. Для выходного двухтактного каскада отбери транзис¬ торы с одинаковыми или возможно близкими значениями параметра 1КБО- Монтаж приемника, особенно де¬ талей второго и третьего каскадов, очень плотный. Настолько плотный, что неловкое движение паяльником может привести к порче детали. Здесь могут появиться и случайные соедине¬ ния деталей и монтажных проводни¬ ков. Поэтому, закончив монтаж, вни¬ мательно осмотри его и при обнаруже¬ нии мест возможных замыканий дета¬ лей немного раздвинь их. На налаживание, возможно, при¬ дется затратить несколько часов, поэто¬ му батарею на это время лучше заме¬ нить сетевым блоком питания. Вначале второй каскад используй только для усиления колебаний радиочастоты. Для этого отключи резистор R4 от точки со¬ единения резистора R3, катушки L4, конденсатора СЗ и подключи его к вы¬ воду анода диода VD 1. Левый (по схеме) вывод конденсатора С5 отключи от ре¬ зистора R5 и дросселя L5 и подключи к катоду диода VD1. Получится нере¬ флексный приемник 2-V-2. Замкни про¬ волочной перемычкой выводы катушки L2 и подключи параллельно разомкну¬ тым контактам выключателя миллиам¬ перметр на ток 30...50 мА. Прибор дол¬ жен показать ток не более 10 мА. Если ток значительно больше, значит, в мон¬ таже есть ошибки или оксидный кон¬ денсатор С8 имеет большой ток утечки. Затем измеряй и, если надо, уста¬ навливай рекомендуемые режимы ра¬ боты транзисторов. Суммарный ток покоя транзисторов VT4 и VT5 выход¬ ного каскада устанавливай одновре¬ менным подбором резисторов R8 и R9 одинаковых номиналов, а коллектор¬ ные токи транзисторов VT1-VT3 — подбором резисторов Rl, R3, R7 соот¬ ветственно. После проверки и подгонки токов транзисторов сними перемычку с вы¬ водов катушки L2 и, вращая ручку-диск конденсатора переменной емкости и одновременно поворачивая приемник в горизонтальной плоскости, настрой приемник на какую-нибудь станцию. При слабой слышимости подключи к входному контуру (через конденсатор емкостью 47...68 пФ) внешнюю антен¬ ну, например отрезок провода длиной 5...6 м. Если прием будет сопровож¬ даться свистом, попробуй поменять ме¬ стами выводы катушек L2, L3, дросселя L5, отодвинь каркас с катушкой L2 по¬ дальше от катушки L1. Затем восстано¬ ви рефлексный каскад, отключи внеш¬ нюю антенну и снова настрой прием¬ ник на ту же станцию. Если при этом появятся свисты, устраняй их измене¬ нием положений высокочастотных трансформатора и дросселя относи¬ тельно друг друга и магнитной антен¬ ны, включением конденсатора С9. Заключительный этап — подбор оп¬ тимальной связи между входным конту¬ ром и усилителем РЧ. Изменяя расстоя¬ ние между катушками L1 и L2 и, если на-
Беседа двенадцатая 271 до, число витков катушки L2, добейся наиболее громкого и неискаженного радиоприема во всем диапазоне пере¬ крываемых приемником радиочастот. НА МИКРОСХЕМАХ СЕРИИ К118 Аналоговые микросхемы серии К118, с которыми ты уже знаком, зна¬ чительно упрощают процесс конструи¬ рования и налаживания приемника прямого усиления, повышают надеж¬ ность его работы, уменьшают расход энергии на его питание. Принципиальная схема одного из вариантов такого приемника показана на рис. 228. В нем работают две микро¬ схемы К118УН1Б и два низкочастот¬ ных германиевых транзистора разйой структуры. Выходная мощность прием¬ ника около 120 мВт. Средний ток, по¬ требляемый от источника питания на¬ пряжением 9 В, не превышает 25 мА. По желанию радиоконструктора при¬ емник может быть как средневолно¬ вым, так и длинноволновым. Рассмотрим цепи и работу прием¬ ника в целом. Сигнал радиостанции, на несущую частоту которой настроен контур L1C1 магнитной антенны W1, поступает че¬ рез катушку связи и разделительный конденсатор С2 на вход микросхемы DA1 (вывод 3), работающей как усили¬ тель РЧ. С выхода этой микросхемы (соединенные вместе выводы 9 и 10) усиленный сигнал поступает на вход детекторного каскада на диодах VD1 и VD2, включенных по схеме удвоения входного напряжения. Радиочастотная составляющая продетектированного сигнала отфильтровывается фильтром, образованным резистором R2 и кон¬ денсаторами С6 и С7, а составляющая звуковой частоты выделяется на пере¬ менном резисторе R3. Резистор являет¬ ся нагрузкой детектора и одновремен¬ но регулятором громкости. С движка резистора R3 сигнал 34 поступает на вход (вывод 3) микросхе¬ мы DA2, выполняющей функцию пред¬ варительного усилителя 34 низкочас¬ тотного тракта приемника. С выхода этой микросхемы (вывод 10) колебания звуковой частоты подаются на вход двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности на транзисторах VT1 и VT2, с работой которого ты хоро¬ шо знаком. Нагрузкой усилителя слу¬ жит динамическая головка ВА1, преоб¬ разующая сигнал 34 в звук. Напряжение питания на микросхе¬ му DA1 подается через фильтр R1C4, на Рис. 228. Схема приемника прямого усиления на микросхемах К118УН1Б
272 Беседа двенадцатая первый каскад микросхемы DA2 — че¬ рез фильтр R4C10, а на выходной тран¬ зистор этой микросхемы — через звуко¬ вую катушку динамической головки ВА1, резистор R5 и диоды VD3, VD4. Ре¬ зистор R5 в этой цепи — нагрузка вы¬ ходного транзистора микросхемы DA2 и одновременно элемент, определяющий режим работы транзисторов усилителя мощности. Диоды VD3 и VD4 создают на базах транзисторов VT1 и VT2 началь¬ ные напряжения смещения, устраняю¬ щие искажения типа «ступенька». Вместо микросхем К118УН1Б в приемнике можно применить анало¬ гичные им микросхемы К118УН1А. Но, правда, при этом чувствительность при¬ емника может несколько ухудшиться. Динамическая головка ВА1 мощностью 0,1—0,25 мВт со звуковой катушкой со¬ противлением 6—10 Ом, например, ОДГД-ЗМ, 0,25ГД-1. Все оксидные конденсаторы — К50-6, остальные конденсаторы посто¬ янной емкости могут быть типов КЛС или КМ. Конденсатор переменной ем¬ кости С1 — малогабаритный с твердым диэлектриком. Переменный резистор R3, совмещенный с выключателем пи¬ тания SA1, — малогабаритный СПЗ-Зб. Источником питания служит батарея «Крона» или аккумуляторная 7Д-0Д. Для магнитной антенны подойдет стержень из феррита марки 600НН ди¬ аметром 8 и длиной 80 мм. Контурная катушка L1, рассчитанная на прием ра¬ диостанций средневолнового диапазо¬ на, должна содержать 100—115 витков провода ПЭВ-1 0,15, намотанных на бу¬ мажном каркасе виток к витку. Катуш¬ ка связи L2 содержит 10 витков такого же провода, намотанных на каркасе, который можно перемещать по стерж¬ ню. Для приема радиовещательных станций длинноволнового диапазона катушка L1 должна содержать 230...250 витков, намотанных внавал на каркасе четырьмя-пятью секциями, a L2 — 15 витков провода ПЭВ-1 0,1...0,12. Детали приемника (кроме конден¬ сатора настройки С1, магнитной антен¬ ны, динамической головки и батареи питания) можно смонтировать на пла¬ те, ориентировочные размеры которой и соединения деталей на ней показаны на рис. 229. Она рассчитана на готовый или самодельный корпус с внутренни¬ ми размерами 110 х 70 х 30 мм. Динами¬ ческую головку крепи к лицевой стен¬ ке корпуса. К длинной боковой стенке приклей держатели (стойки), выпилен¬ ные из листового органического стекла толщиной 3...4 мм, в отверстиях кото¬ рых будут удерживаться концы стерж¬ ня магнитной антенны. На этой же стенке корпуса размести конденсатор переменной емкости. На его ось насади диск настройки диаметром 28...30 мм с зубчиками по окружности. Налаживание приемника начинай до окончательного крепления мон¬ тажной платы внутри корпуса. Преж¬ де всего проверь правильность монта¬ жа по принципиальной схеме. Затем включи питание и тут же измерь вольтметром напряжение на выводах 7 обеих микросхем. Напряжение должно быть близким к 6,3 В. Если оно значительно отличается от этого на¬ пряжения, то устанавливай его подбо¬ ром резисторов R1 и R4. Далее подбо¬ ром резистора R5 установи в точке симметрии (на эмиттерах транзисто¬ ров) выходного каскада напряжение, равное половине напряжения источ¬ ника питания. После этого займись налаживани¬ ем входной части приемника. Контур¬ ную катушку L1 установи в средней ча¬ сти ферритового стержня, а катушку связи L2 подальше от нее. Конденсато¬ ром С2 настрой приемник на радио¬ станцию «Маяк», работающую на вол¬ не 547 м, — при точной настройке ем¬ кость конденсатора С1 должна быть близка к максимальной. В этом случае входной контур приемника будет пере¬ крывать весь средневолновый диапа¬ зон. В том же случае, если сигналы этой станции будут слышны при меньшей емкости конденсатора настройки, это укажет на необходимость сдвинуть
Беседа двенадцатая 273 контурную катушку ближе к концу ферритового стержня или уменьшить ее число витков. Затем настрой приемник на какую- либо отдаленную станцию и перемеще¬ нием только катушки L2 по ферритово- му стержню добейся наибольшей гром¬ кости приема ее сигналов. Если при этом приемник станет самовозбуждать- ся, то поменяй местами включения вы¬ водов катушки L2 или убавь число вит¬ ков в ней. Иногда полностью устранить самовозбуждение удается включением между плюсовым и общим проводника¬ ми оксидного конденсатора емкостью 50... 100 мкФ на номинальное напряже¬ ние не ниже 10 В, уменьшением напря¬ жения на выводе 7 микросхемы DA1 до 5...5.5 В. Аналогично налаживают входную часть приемника, рассчитанного на ра¬ боту в длинноволновом диапазоне. Но в этом случае за исходную принимают радиовещательную станцию, работаю¬ щую на волне 1734 м. Можно ли в тракте 34 этого прием¬ ника вместо микросхемы серии К118 с двухтактным транзисторным усилите¬ лем мощности использовать одну мик¬ росхему серии К174? Разумеется, мож¬ но! Предпочтение же следует отдать микросхеме К174УН4Б или К174УН4А. Монтируй ее по схеме выходной части усилителя, знакомого тебе по предыду¬ щей беседе (см. рис. 201). МИНИАТЮРНЫЙ НА ЦИФРОВОЙ МИКРОСХЕМЕ В заключение хочу рассказать об одном, правда, несколько необычном способе использования цифровых микросхем. Дело в том, что логические элементы некоторых микросхем при охвате их глубокими отрицательными обратными связями могут работать как усилители сигналов. К числу таких относится, например, микросхема К176ЛЕ5, на базе которой можно со¬ брать миниатюрный приемник прямо¬ го усиления. Принципиальная схема такого при¬ емника приведена на рис. 230. Исполь¬ зуемая в нем микросхема К176ЛЕ5 со¬ держит четыре самостоятельных эле¬ мента 2ИЛИ-НЕ, в которых работают полевые транзисторы. Корпус этой ми¬ кросхемы такой же, как у микросхем серий К155, К118. Приемник рассчитан на прием про¬ грамм одной местной или отдаленной мощной радиовещательной станции,
274 Беседа двенадцатая Рис. 230. Схема приемника прямого усиления на микросхеме K176JIE5 работающей в диапазоне СВ или ДВ. Его колебательный контур образуют катуш¬ ка L1 магнитной антенны Win подстро¬ енный конденсатор С1. Сигнал радио¬ станции, на частоту которой контур на¬ строен, усиливается элементом DD1.1. Резистор R1 создает между выходом и входом элемента отрицательную обрат¬ ную связь по постоянному напряже¬ нию, обеспечивая ему работу в режиме усиления. Конденсатор С2 устраняет отрицательную обратную связь по пе¬ ременному напряжению, снижающую усиление радиочастотного каскада. С вывода 3 элемента DD1.1 усилен¬ ный сигнал поступает через конденса¬ тор СЗ на детектор, диоды VD1 и VD2 которого включены по схеме умноже¬ ния напряжения входного сигнала. С резистора R2, являющегося нагрузкой детектора, сигнал звуковой частоты по¬ дается через конденсатор С5 на вход трехкаскадного усилителя 34 на эле¬ ментах DD1.2—DD1.4 и далее телефо¬ ном BF1 преобразуется в звук. В каскад на элементе DD1.2 введена отрицательная обратная связь по по¬ стоянному напряжению, создаваемая резисторами R4 и R3, благодаря чему на выходе этого элемента устанавлива¬ ется напряжение, равное половине на¬ пряжения источника питания. Это на¬ пряжение достаточно стабильно, по¬ этому подобные цепочки резисторов в последующие каскады усилителя 34 приемника не введены. Обратная связь по переменному напряжению устраня¬ ется конденсатором Сб. Конденсаторы С8 и С9, шунтирую¬ щие источник питания по высшим и низшим частотам, предотвращают воз¬ буждение приемника из-за возможных паразитных связей между каскадами через общий источник питания. Печатная плата приемника, выпол¬ ненная из фольгированного материала, и соединения деталей на ней показаны на рис. 231. Все резисторы типа МАТ. Подстроечный конденсатор С1 — КПК-М, оксидные конденсаторы С6, С7 и С9 — К50-6, остальные конденса¬ торы любые малогабаритные. Источ¬ ником питания может быть батарея «Корунд», 7Д-0Д15 или составленная из двух батарей 3336. Рис. 231. Плата приемника (вид со стороны ус¬ тановки деталей) Для магнитной антенны потребует¬ ся отрезок ферритового стержня мар¬ ки 400НН или 600НН диаметром 8 мм и такой длины, чтобы он вместе с платой и источником питания уместился в
Беседа двенадцатая 275 подходящем корпусе приемника. В за¬ висимости от длины стержня контур¬ ная катушка L1, рассчитанная на прием радиостанции, работающей в наиболее длинноволновом участке диапазона ДВ, может содержать до 800...900 вит¬ ков провода ПЭВ-1 0,07...0,1. Для уменьшения внутренней емкости ка¬ тушки наматывают ее 5...7 секциями по равному числу витков в каждой, распо¬ лагая секции по всей длине ферритово¬ го стержня. Для диапазона СВ число витков контурной катушки может быть 200...300. Но учти: на частотах более 1 МГц (длина волны 300 м) чувствитель¬ ность приемника сильно снижается из- за уменьшения усилительных свойств элемента DD 1.1, работающего в радио¬ частотном каскаде. Нагрузкой приемника может быть миниатюрный ушной телефон ТМ-4, капсюль ДЭМ-4м или один из излуча¬ телей низкоомного головного телефо¬ на ТА-56м. Настройка приемника заключается только в подборе числа витков контур¬ ной катушки, соответствующего длине волны выбранной станции. ДеЛай это так же, как при налаживании транзис¬ торных приемников. Если наибольшая емкость подстроечного конденсатора С1 окажется недостаточной для точной настройки контура на частоту станции, параллельно ему можно подключить слюдяной или керамический конденса¬ тор емкостью до 100 пФ. Если радиовещательная станция на¬ ходится неподалеку от места приема, каскады приемника могут перегружать¬ ся из-за большого уровня его сигнала, отчего звук станет искаженным. В этом случае выходной каскад приемника сле¬ дует смонтировать по схеме, приведен¬ ной на рис. 232. Приемник станет гром¬ коговорящим. Трансформатор Т1 — вы¬ ходной трансформатор любого малога¬ баритного транзисторного приемника (используется одна половина его пер¬ вичной обмотки), а динамическая голо¬ вка ВА1 — любая малогабаритная мощ¬ ностью 0,1...0,5 Вт со звуковой катуш¬ кой сопротивлением 6... 10 Ом. Рис. 232. Вариант выходного каскада прием¬ ника Чтобы еще больше повысить гром¬ кость работы приемника, его можно до¬ полнить транзисторным усилителем мощности, который будет питаться от той же батареи приемника. Для про¬ стейшего однокаскадного усилителя пригоден транзистор серии КТ315 с лю¬ бым буквенным индексом. В этом слу¬ чае сигнал с конденсатора С7 будет по¬ ступать на базу транзистора, усиливать¬ ся им и динамической головкой, вклю¬ ченной через выходной трансформатор в коллекторную цепь, преобразовы¬ ваться в звук. Если усилитель двухкас¬ кадный с двухтактным выходом, в пер¬ вом его каскаде можно использовать транзистор КТ315, а во втором — тран¬ зисторы КТ315 и КТ361. Со схемами, ра¬ ботой и налаживанием подобных уси¬ лителей колебаний звуковой частоты ты уже знаком по предыдущей беседе. Приемник с такими дополнениями и источником питания можно размес¬ тить в корпусе, предназначенном для малогабаритного транзисторного при¬ емника. Приемник прямого усиления независимо от его сложности и используемых в нем актив- ных элементов был и, видимо, долго еще будет оставаться одним из важнейших этапов становления радиолюбителя. Следующий за ним этап радиотехнического творчест¬ ва — изучение и конструирование супергетеродина, являющегося основным типом всех современных радиовещательных приемников.
БЕСЕДА ТРИНАДЦАТАЯ СУПЕРГЕТЕРОДИН Не скрою: изучение и конструирование супергетеродина, обладающего значительно луч¬ шими, чем приемник прямого усиления, селективностью и чувствительностью, — этап в твоем творчестве более сложный, чем любой из уже пройденных. Иногда меня спраши¬ вают: нельзя ли начать изучение радиоприемной техники с супергетеродина, минуя про¬ стейший детекторный и приемник прямого усиления? Нет, и еще раз нет! И вот почему: без знания детекторного приемника и его элементов нельзя глубоко осмыслить работу радиочастотной части приемника прямого усиления, а без этих знаний браться за кон¬ струирование супергетеродина — значит, попусту тратить время, детали, материа¬ лы. Но, надеюсь, с тобой этого не случится. ПРИНЦИП РАБОТЫ СУПЕРГЕТЕРОДИНА Чем принципиально отличается су¬ пергетеродин от приемника прямого усиления? В основном — методом уси¬ ления модулированных колебаний ра¬ диочастоты. В приемнике прямого уси¬ ления принятый сигнал усиливается без какого-либо изменения его частоты. В супергетеродине же принятый сигнал преобразуется в колебания так называ¬ емой промежуточной частоты, на кото¬ рой и происходит основное усиление принятого радиосигнала. Что же каса¬ ется детектирования, усиления колеба¬ ний звуковой частоты и преобразова¬ ния их в звуковые колебания, то эти
Беседа тринадцатая 277 Рис. 233. Структурная схема супергетеродина процессы в приемниках обоих типов происходят принципиально одинаково. Структурную схему супергетеро¬ дина ты видишь на рис. 233. Его вход¬ ной настраиваемый колебательный контур такой же, как в приемнике пря¬ мого усиления. С него принятый сиг¬ нал радиостанции поступает в смеси¬ тель. Сюда же, в смеситель, подается еще сигнал от местного маломощного генератора колебаний радиочастоты, называемого гетеродином. В смесите¬ ле колебания гетеродина преобразу¬ ются в колебания промежуточной час¬ тоты (ПЧ), равной обычно разности ча¬ стот гетеродина и принятого сигнала, которые затем усиливаются и детекти¬ руются. В большинстве случаев проме¬ жуточная частота супергетеродина равна 465 кГц. Колебания звуковой ча¬ стоты, выделенные детектором, также усиливаются и далее преобразуются головкой громкоговорителя в звуко¬ вые колебания. Смеситель вместе с гетеродином преобразуют принятый сигнал радио¬ станции в колебания промежуточной частоты, поэтому этот каскад суперге¬ теродина называют преобразователем. В выходную цепь преобразователя включены колебательные контуры, на¬ строенные на частоту 465 кГц. Они об¬ разуют фильтр промежуточной часто¬ ты (ФПЧ), выделяющий колебания промежуточной частоты и отфильтро¬ вывающий колебания частот входного сигнала, гетеродина и их комбинаций. При любой настройке супергетеро¬ дина частота его гетеродина должна быть выше (или ниже) частоты входно¬ го сигнала на 465 кГц, т.е. на значение промежуточной частоты. Так, при на¬ стройке приемника на радиостанцию, несущая частота которой 200 кГц (дли¬ на волны 1500 м), частота гетеродина должна быть 665 кГц (665 — 200 = = 465 кГц), для приема радиостанции, частота которой 1 МГц (длина волны 300 м), частота гетеродина должна быть 1465 кГц (1465 кГц - 1 МГц = 465 кГц) и т.д. Чтобы получить постоянную про¬ межуточную частоту при настройке приемника на радиоволну любой дли¬ ны, нужно, чтобы диапазон частот гете¬ родина был сдвинут по отношению к диапазону, перекрываемому входным контуром, на частоту, равную проме¬ жуточной, т.е. на 465 кГц. На этой час¬ тоте и происходит усиление принятого радиосигнала до уровня, необходимого для нормальной работы детектора. В чем же суть преимуществ супер¬ гетеродина перед приемником прямого усиления? В супергетеродине основное уси¬ ление принятого радиосигнала проис¬ ходит на фиксированной, к тому же сравнительно низкой промежуточной частоте. Это позволяет путем увеличе¬ ния числа каскадов усилителя ПЧ по¬ лучить очень большое и весьма ста¬ бильное усиление принятого радио¬ сигнала, не опасаясь возбуждения уси¬ лителя ПЧ. Селективные свойства
278 Беседа тринадцатая приемника прямого усиления опреде¬ ляются обычно одним входным коле¬ бательным контуром. В супергетеро¬ дине же несколько колебательных контуров, постоянно настроенных на промежуточную частоту. Эти конту¬ ры, образующие фильтры ПЧ, и обес¬ печивают супергетеродину более вы¬ сокую, чем в приемнике прямого уси¬ ления, селективность. Ко всему этому надо еще добавить, что чувствитель¬ ность и селективность супергетероди¬ на сохраняются примерно постоянны¬ ми на всех диапазонах, в том числе и на коротковолновых, для которых при¬ емники прямого усиления практичес¬ ки непригодны. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Разобраться в работе транзистор¬ ного преобразователя частоты тебе по¬ может его упрощенная схема, изобра¬ женная на рис. 234. Сигнал радиостан¬ ции, на частоту которой настроен вход¬ ной контур L1C1, через катушку связи L2 подается на базу транзистора VT1. Одновременно на базу транзистора че¬ рез катушку связи L2 (или непосредст¬ венно на базу) подается и сигнал гете¬ родина, частота которого на 465 кГц выше несущей частоты радиостанции. В коллекторной цепи колебания частот принятого сигнала и гетеродина сме¬ шиваются, в результате чего в ней воз¬ никают колебания различных частот, в том числе и промежуточной. Контур же L3C2, включенный в коллекторную цепь, настроен на промежуточную час¬ тоту, поэтому он выделяет в основном только колебания этой частоты и от¬ фильтровывает колебания всех других частот. Выделенные контуром колеба¬ ния промежуточной частоты через ка¬ тушку связи L4 поступают на вход уси¬ лителя ПЧ для усиления. Сигнал гетеродина можно пода¬ вать и в эмиттерную цепь транзистора смесительного каскада. Результат бу¬ дет таким же. В преобразователе частоты супер¬ гетеродина могут работать два транзи¬ стора: в смесителе и гетеродине. По¬ добные каскады называют преобразо¬ вателями с отдельным гетеродином. Преобразователи же подавляющего большинства относительно простых любительских супергетеродинов одно¬ транзисторные. Их называют преобра¬ зователями с совмещенным гетероди¬ ном, так как один и тот же транзистор выполняет одновременно роль гетеро¬ дина и смесителя. Рис. 234. Упрощенный преобразователь часто¬ ты Преобразователи частоты многих супергетеродинов, в том числе и массо¬ вых промышленных, рассчитаны на прием радиовещательных станций только двух диапазонов — средневол¬ нового и длинноволнового. Коротко¬ волновый диапазон у них часто отсут¬ ствует. Объясняется это тем, что введе¬ ние коротковолнового диапазона свя¬ зано со значительными усложнениями преобразователей частоты, которые не всегда оправдываются при их эксплуа¬ тации. Радиолюбители же чаще соби¬ рают еще более простые супергетеро¬ дины — однодиапазонные с учетом ме¬ стных условий радиоприема, но обяза¬ тельно с усилителем ПЧ. Без усилителя ПЧ супергетеродин работает плохо. Это краткое отступление может на¬ вести тебя на грустные размышления: есть ли смысл собирать простой супер¬ гетеродин? Есть, конечно! Потому что его селективность лучше, чем у прием¬ ника прямого усиления, и чувствитель¬ ность более равномерна по всему диа¬
Беседа тринадцатая 279 Рис. 235. Принципиальная схема радиочастотной части и детектора транзисторного супергетеродина пазону волн, перекрываемому прием¬ ником. В этом ты убедишься сам. РАДИОЧАСТОТНЫЙ ТРАКТ СУПЕРГЕТЕРОДИНА Практическое освоение супергете¬ родина следует, считаю, начинать с конструирования и всестороннего ис¬ пытания радиочастотной части с сов¬ мещенным гетеродином. Принципи¬ альную схему такого тракта супергете¬ родина ты видишь на рис. 235. Усили¬ тель 34 (на схеме не показан) может быть любым из тех, которые ты уже конструировал. Но в принципе усили¬ тель 34 необязателен — нагрузкой де¬ тектора радиочастотного тракта могут быть головные телефоны, включенные в его цепь вместо резистора R6. Входная цепь супергетеродина, со¬ стоящая из контура L1C1C2, магнит¬ ной антенны W1 и катушки связи L2, ничем не отличается от входной цепи радиочастотного каскада приемника прямого усиления. Катушка L4, вклю¬ ченная в коллекторную цепь транзис¬ тора, и контур L5C6C7C8, соединен¬ ный через конденсатор С5 с эмиттером транзистора VT1, образуют гетеродин¬ ную часть преобразователя. Благодаря индуктивной связи между катушками L4 и L5 в контуре L5C6C7C8 возбужда¬ ются электрические колебания, часто¬ та которых определяется данными эле¬ ментов контура и регулируется кон¬ денсатором переменной емкости С8.* 4асть энергии колебаний радиоча¬ стоты, возникающих в гетеродинном контуре, через конденсатор С5 подает¬ ся в цепь эмиттера транзистора VT1, усиливается им и через катушку обрат¬ ной связи L4 вновь попадает в гетеро¬ динный контур, поддерживая в нем ко¬ лебания той частоты, на которую он на¬ строен. Таким образом, на ток транзис¬ тора воздействуют одновременно колебания сигнала принимаемой ра¬ диостанции и гетеродинного контура. Смешиваясь, они образуют колебания промежуточной частоты, которые вы¬ деляются коллекторной нагрузкой транзистора — контуром L6C4, настро¬ енным на промежуточную частоту. 4е- * Для настройки радиочастотных трактов современных радиоприемников, состоящих из не¬ скольких перестраиваемых контуров, например в гетеродине и усилителе РЧ супергетеродина, час¬ то используют не механически сопряженные конденсаторы — переменные емкости, а варикапы — полупроводниковые диоды, емкость которых зависит от значения закрывающего их напряжения. Изменением напряжения на варикапе в пределах 0,5... 10 В можно изменить его емкость в пределах 10...230 пФ. Синхронная перестройка радиочастотных контуров с помощью варикапов позволила избавить¬ ся от громоздкого агрегата: конденсаторов переменной емкости. Сегодня каждый контур РЧ трак¬ та — это миниатюрная катушка индуктивности с варикапом, устанавливаемая там и так, как того требуют лишь правила высокочастотного монтажа.
280 Беседа тринадцатая рез катушку связи L7 они подаются к усилителю ПЧ. Резистор R3 в этом одно-транзис- торном преобразователе можно рас¬ сматривать как нагрузку контура гете¬ родина, на котором выделяется пере¬ менное напряжение радиочастоты, вводимое в эмиттерную цепь транзис¬ тора. Конденсатор С5 является пере¬ ходным элементом, связывающим кон¬ тур гетеродина с транзистором. Обеспечение сравнительно посто¬ янной разности между частотами наст¬ ройки гетеродинного и входного кон¬ туров, равной 465 кГц, носит название сопряжения контуров. Сопряжение достигается соответствующим выбо¬ ром индуктивности катушек для каж¬ дого диапазона и одновременным из¬ менением емкости конденсаторов на¬ стройки этих контуров. А поскольку емкости конденсаторов настройки одинаковы, индуктивность гетеродин¬ ной катушки должна быть несколько меньше индуктивности катушки вход¬ ного контура. Обращаю твое внимание на кон¬ денсатор Сб. Его называют сопрягаю¬ щим. Будучи включенным последова¬ тельно с конденсатором настройки, он уменьшает общую емкость контура и тем самым сужает диапазон частот ге¬ теродина. Благодаря сопрягающему конденсатору частота колебаний гете¬ родина по всему диапазону превышает частоту колебаний принимаемого сиг¬ нала на промежуточную частоту 465 кГц. Сопряжение настроек конту¬ ров достигается: на высокочастотном участке диапазона — подстроечными конденсаторами С2 и С7, подключен¬ ными параллельно конденсаторам на¬ стройки С1 и С8, а на низкочастот¬ ном — соответствующей подгонкой индуктивностей входной и гетеродин¬ ной катушек. Запомни: сопряжение входного и гетеродинного контуров в соответст¬ вии с промежуточной частотой — не¬ пременное условие для работы супер¬ гетеродина. Если сопряжение сделано недостаточно тщательно, приемник бу¬ дет работать плохо. Чтобы стабилизировать работу пре¬ образовательного транзистора, смеще¬ ние на его базу подается с делителя на¬ пряжения R1R2. Наивыгоднейший ре¬ жим работы транзистора устанавлива¬ ют подбором резистора R1. Резистор R4 и конденсатор СЮ образуют развязы¬ вающий фильтр. Для повышения даль¬ ности действия приемника предусмот¬ рена возможность подключения к нему комнатной антенны, штыря или отрез¬ ка проволоки длиной около 1,5 м. В этом случае связь внешней антенны, под¬ ключаемой к гнезду XI, с входным кон¬ туром преобразователя индуктивная, через катушку L3. Однокаскадный усилитель ПЧ об¬ разуют транзистор VT2, контур L8C11 и резистор R5, через который на базу транзистора подается начальное на¬ пряжение смещения. Работает он так же, как усилитель РЧ приемника пря¬ мого усиления, с той лишь разницей, что нагрузкой транзистора этого кас¬ када служит резонансный контур L8C11, настроенный, как и контур L6C4, на промежуточную частоту. Входная цепь этого каскада посредст¬ вом катушки L7 связана индуктивно с нагрузкой преобразователя, а выход¬ ная — с детектором. Начиная с катушки связи L9, свя¬ зывающей каскад усиления промежу¬ точной частоты с детекторным каска¬ дом, все идет, как в приемнике прямого усиления: выделенные диодом VD1 ко¬ лебания звуковой частоты с его нагру¬ зочного резистора.R6, блокированного конденсатором С12, через оксидный конденсатор С13 подаются на вход двух-трехкаскадного усилителя 34. Данные большинства деталей ра¬ диочастотной части супергетеродина указаны на ее принципиальной схеме. Не указаны лишь емкости конденсато¬ ров С1 и С8 настройки контуров и со¬ прягающего конденсатора Сб. Объяс¬ няется это тем, что неизвестно, каким блоком конденсаторов переменной ем¬
Беседа тринадцатая 281 кости ты располагаешь, на какой диа¬ пазон волн намерен рассчитывать при¬ емник и какой сердечник будешь ис¬ пользовать для гетеродинной катушки L5. Эти данные взаимосвязаны и опре¬ деляют емкость сопрягающего конден¬ сатора Сб. Рис. 236. Катушки супергетеродина В приемнике можно использовать любой блок конденсаторов, в том числе типовой для ламповых приемников, с наибольшей емкостью 495 пФ. Жела¬ тельно, однако, чтобы он был малогаба¬ ритным, таким, как в промышленных транзисторных супергетеродинах. Но и в промышленных приемниках стоят разные по конструкции и емкости блоки конденсаторов. В выпускаемых ранее приемниках «Спутник» и «Сюрприз», например, работают блоки КПЕ с наи¬ большей емкостью 170 пФ, в «Соко¬ ле» — 240 пФ, в «Атмосфере» — 250 пФ, в «Спидоле» — 365 пФ. Высокочастот¬ ные сердечники, которые можно ис¬ пользовать для гетеродинной катушки L5, тоже могут быть разными. Можно, например, использовать броневой (гор¬ шкообразный) карбонильный магнито¬ провод СБ-12а, в который помещают ка¬ тушку (рис. 236{ б), или ферритовый стержень, находящийся внутри само¬ дельного каркаса катушки (рис. 236, в). Различные магнитопроводы — разные числа витков катушек. Ориентировочные данные катушек L1 и L5 с учетом использования в при¬ емнике разных блоков конденсаторов переменной емкости и сердечников для гетеродинной катушки L5 приведе¬ ны в таблице. В ней указана и емкость сопрягающего конденсатора Сб, соот¬ ветствующая этим данным. Если приемник рассчитывать на средневолновый диапазон, катушку L1 следует наматывать в один слой, виток к витку. Если же на длинноволновый, эту катушку нужно наматывать секци¬ ями внавал. Катушка связи L2 должна иметь 8... 12 витков. Окончательное число витков этой катушки будешь подбирать опытным путем при налажи¬ вании приемника. Число витков ка¬ тушки L3 должно быть примерно в 2...3 раза больше числа витков катушки L1 (намотка внавал). Для гетеродинных катушек жела¬ тельно использовать броневой карбо¬ нильный магнитопровод СБ-12а (рис. 236). На секционированный поли- стироловый каркас сначала намотай проводом ПЭВ-1 0,1...0,12 контурную катушку L5, распределив ее витки в секциях каркаса поровну. Отвод, иду¬ щий к эмиттеру транзистора, сделай от четвертого витка (для средних волн) или от шестого витка (для длинных волн), считая от заземленного конца. Затем поверх витков средней секции намотай таким же проводом катушку обратной связи L4. Она должна содер¬ жать 20 витков. Каркас с катушками помести внутрь магнитопровода, пред¬ варительно надев на их выводы корот¬ кие отрезки изоляционной трубки, чтобы не испортить изоляцию провода. Горшкообразные половинки магнито¬ провода склей лаком или клеем БФ-2. Если не будет карбонильного маг¬ нитопровода, можно использовать для гетеродинной катушки самодельный секционированный каркас и отрезок ферритового стержня (рис. 236, в). Вы¬ сота гильзы каркаса 13... 15 мм, длина сердечника 18...20 мм. Каркас склей из плотной бумаги с таким расчетом, что¬ бы стержень с трением входил внутрь гильзы и удерживался в ней. Сначала на каркас намотай внавал гетеродин¬ ную катушку L5, затем катушку обрат¬ ной связи L4. Отвод в гетеродинной ка¬
282 тушке сделай от 5...7-го витка, считая от заземленного конца. Число витков катушки обратной связи — 15; провод ПЭВ-1 0,1—0,12. Устройство катушек фильтров ПЧ L6 и L8 и катушек связи L7 и L9 анало¬ гично устройству гетеродицных кату¬ шек. Для них, как и для гетеродинных катушек, можно использовать карбо¬ нильные броневые магнитопроводы или отрезки ферритов ого стержня. В первом случае катушки L6 и L8 должны содержать по 75...80 витков, во вто¬ ром — по 45...50 витков провода ПЭВ-1 0,1. Катушки связи L7 и L9 наматывай поверх катушек фильтров таким же проводом, но диаметром 0,12...0,15 мм. В первом случае катушка L7 должна со¬ держать 15 витков, L9 — 30 витков, а во втором случае — соответственно 10 и 20 витков. Для преобразовательного каскада используй транзистор с коэффициен¬ том h213 = 40—50, а для каскада усиле¬ ния промежуточной частоты — с h213 не менее 60—80. Подстроечные кон¬ денсаторы С2 и С7 могут быть любыми. Полагаю, что преобразователь час¬ тоты, усилитель ПЧ и детектор, а также один-два каскада усиления колебаний звуковой частоты (или включенные в цепь детектора головные телефоны) ты сначала соберешь и наладишь на ма¬ Беседа тринадцатая кетной панели. Включив питание, из¬ мерь коллекторные токи транзисторов VT1, VT2 и, если они значительно отли¬ чаются от указанных на схеме, подгони их подбором резисторов R1 и R5. Эта предварительная, грубая проверка даст возможность судить только о том, нет ли ошибок, плохих контактов или неис¬ правных деталей в цепях приемника. Затем подключи к приемнику внеш¬ нюю антенну и попытайся настроить его на какую-либо радиостанцию. При этом подстроечные конденсаторы С2 и С7 входного и гетеродинного контуров установи в положение средней емкос¬ ти. Если попытка не удастся, значит, ге¬ теродин не генерирует или нет сопря¬ жения контуров преобразователя. Прежде всего проверь, работает ли гетеродин. Подключи параллельно резистору R3 вольтметр постоянного тока и замкни накоротко катушку L5. При исправной работе гетеродина по¬ сле закорачивания катушки напряже¬ ние на эмиттере должно немного уменьшиться. Если напряжение не из¬ менится, значит, гетеродин не генери¬ рует. В этом случае надо поменять ме¬ стами включение выводов катушки обратной связи L4 или, уменьшив со¬ противление резистора R1, немного увеличить напряжение на базе тран¬ зистора VT1. Таблица В Катушка L1 Катушка L5 СВ ДВ СВ ДВ Магнитопровод Наибольшая емкость конденсатора С1, пФ Наибольшая емкость конденсатора С8, пФ 150 250 500 150 250 500 150 250 500 150 250 500 Ферритовый стержень марки 600НН диаметром 8 и длиной 100. ..120 мм 100 75 50 60x5 40x4 Карбонильный магнитопровод СБ-12а 120 105 75 175 145 110 Ферритовый стержень марки 600НН диаметром 8 и длиной 13...15 мм 80 60 40 230 180 120 Емкость сопрягающего конденсатора С6, пФ 130 240 470 75 91 180
Беседа тринадцатая 283 При исправной работе гетеродина тебе удастся настроиться на какую-ли¬ бо радиостанцию. Если радиоприем бу¬ дет сопровождаться свистом, искажа¬ ющим передачу, отодвинь антенную катушку L3 и катушку связи L2 от кон¬ турной катушки L1. Затем, изменяя ин¬ дуктивность катушек фильтров проме¬ жуточной частоты (подстроечниками или перемещением катушек по ферри¬ товым стержням) — сначала катушки L8, а затем катушки L6, добейся наи¬ большей громкости приема сигналов этой станции. Теперь переходи к самому кропот¬ ливому делу — сопряжению настроек входного и гетеродинного контуров. Блок конденсаторов С1 и С8 установи в положение максимальной емкости и только подстроечником гетеродинной катушки L5 настрой приемник на ка¬ кую-либо радиостанцию наиболее низ¬ кочастотного участка диапазона. Далее изменением индуктивности катушки L1 входного контура путем перемеще¬ ния ее по ферритовому стержню маг¬ нитной антенны добейся наибольшей громкости приема сигналов этой ра¬ диостанции. Затем настрой приемник на радиостанцию высокочастотного участка диапазона (емкость конденса¬ торов блока КПЕ наименьшая). Теперь, не трогая катушек, сопрягай контуры только подстроечными конденсатора¬ ми С2 и С7. При этом ты можешь уве¬ личивать емкость первого конденсато¬ ра и уменьшать емкость второго или, наоборот, уменьшать емкость первого и увеличивать емкость второго. Задача одна — добиться наибольшей громкос¬ ти приема этой станции. На этом налаживание радиочастот¬ ной части супергетеродина еще не за¬ канчивается. Надо еще раз подстроить гетеродинный и входной контуры в конце и начале диапазона, затем еще раз подстроить контуры L8C11 и L6C4 фильтров промежуточной частоты и снова вернуться к контурам преобра¬ зователя приемника. И может быть, да¬ же не один, а два-три раза, пока ника¬ кие подстроечные элементы уже не бу¬ дут улучшать работу приемника. Не исключено, что приемник ста¬ нет самовозбуждаться. Причиной это¬ го неприятного явления может быть неудачное размещение контура гете¬ родина и контуров промежуточной ча¬ стоты относительно магнитной антен¬ ны и по отношению друг к другу. Ищи лучшее размещение этих элементов приемника. Если не поможет, то по¬ пробуй менять местами выводы кату¬ шек связи L7 и L9, укорачивать или раз¬ носить проводники цепей баз и коллек¬ торов транзисторов, А если возникает генерация из-за связи каскадов через цепи питания, включи в цепь коллекто¬ ра транзистора VT2 усилителя ПЧ точ¬ но такой же развязывающий фильтр, как в цепи транзистора преобразовате¬ ля частоты. Когда устранишь все неполадки и наладишь приемник, начнется завер¬ шающий этап — сборка деталей на монтажной плате и монтаж приемника в футляр. Здесь все зависит от твоей смекалки, инициативы и, конечно, воз¬ можностей. Можно, например, порта¬ тивный приемник прямого усиления (по схеме на рис. 217) преобразовать в супергетеродин. При этом тебе придет¬ ся только перемонтировать радиочас¬ тотную часть, превратив ее в каскад усиления промежуточной частоты и преобразователь частоты. Место на монтажной плате для новых деталей там есть. А детекторный каскад и уси¬ литель 34 приемника останутся без из¬ менений. Если решишь делать новый прием¬ ник, то, учитывая размеры и особенно¬ сти имеющихся деталей, продумай хо¬ рошенько его монтажную схему, кон¬ струкцию футляра и только тогда при¬ нимайся за дело. Опыт у тебя есть, так что решай самостоятельно все эти практические вопросы. Впрочем, можно заняться построй¬ кой более сложного транзисторного супергетеродина, например трехдиа¬ пазонного с отдельным гетеродином.
284 Беседа тринадцатая ТРЕХДИАПАЗОННЫЙ С ОТДЕЛЬНЫМ ГЕТЕРОДИНОМ Этот супергетеродин разработал и предложил для повторения читателям журнала «Радио» радиолюбитель Н. Катричев из г. Хмельницкий. Прием¬ ник понравился многим. Тебе, наде¬ юсь, он тоже придется по душе и по твоим силам. Знакомство с приемником начнем по его принципиальной схеме, приве¬ денной на рис. 237. Будучи тщательно налаженным, он обеспечивает уверен¬ ный прием на внутреннюю магнитную антенну радиостанций длинноволново¬ го (ДВ), средневолнового (СВ) диапазо¬ нов и участка коротковолнового (КВ), перекрывающего вещательные диапа¬ зоны 25 и 31 м. Промежуточная частота приемника 465 кГц, выходная мощ¬ ность около 125 мВт. Для борьбы с зату¬ ханиями сигналов, особенно характер¬ ными для станций диапазона КВ, в при¬ емник введена система автоматическо¬ го регулирования усиления — АРУ. Питается приемник от источника по¬ стоянного тока напряжением 9 В, кото¬ рым может быть батарея «Корунд», 7Д- 0,115 или сетевой блок питания. Сред¬ ний потребляемый ток не превышает 50 мА. Работоспособность приемника сохраняется при снижении напряже¬ ния источника питания до 5,5...6 В. Всего в приемнике работает восемь транзисторов, один из которых (VT1) полевой. Транзисторы VT1 и VT2 рабо¬ тают в преобразователе частоты с от¬ дельным гетеродином, транзисторы VT3 и VT4 — в двухкаскадном усилите¬ ле ПЧ, транзисторы VT5—VT8 — в трехкаскадном бестрансформаторном усилителе 34. Коммутация входных цепей и цепей гетеродина осуществля¬ ется пятисекционным переключателем SA1. Верхнее (по схеме) положение за¬ мыкающих контактов секций пере¬ ключателя соответствует включению диапазона КВ, среднее — диапазону СВ, нижнее — диапазону ДВ. Полевой транзистор VT1 включен по схеме ОС, что обеспечивает ему большое входное сопротивление, бипо¬ лярные транзисторы VT3— VT6 — по схеме ОЭ, a VT7 и VT8 — по схеме ОК, т.е. эмиттерными повторителями. От¬ рицательное напряжение на сток поле¬ вого транзистора (он с каналом п-типа) подается через общий «заземленный» Рис. 237. Принципиальная схема трехдиапа¬ зонного супергетеродина
Беседа тринадцатая 285 проводник и катушку L10 в стоковой цепи. Указанные на схеме напряжения на электродах транзисторов измерены вольтметром с относительным вход¬ ным сопротивлением 10 кОм/ В. Входные настраиваемые контуры приемника образуют соединенные по¬ следовательно катушки LI—L3, нахо¬ дящиеся на одном общем ферритовом стержне магнитной антенны W1, и конденсатор переменной емкости С7. Подстроечные конденсаторы С2—С4 и постоянные С5, Сб обеспечивают не¬ обходимое сопряжение настроек вход¬ ных и гетеродинных контуров. В участ¬ ке диапазона КВ во входной контур включается только катушка L1, в диа¬ пазоне СВ — катушки L1 и L2, а в диа¬ пазоне ДВ — все три последовательно соединенные катушки LI—L3. Сигнал радиостанции, на волну ко¬ торой настроен входной контур, посту¬ пает через резистор R1 на затвор поле¬ вого транзистора, работающего в сме¬ сителе преобразователя частоты. На¬ пряжение смещения на этом электроде транзистора создается истоковым ре¬ зистором R3. Резистор R2 — вспомога¬ тельный элемент; он необходим на слу¬ чай обрыва в одной из контурных кату¬ шек. Через конденсатор С1 (и гнездо XI) ко входу приемника может быть подключена внешняя антенна, улучша¬ ющая прием сигналов наиболее отда¬ ленных радиовещательных станций. Гетеродин преобразователя час¬ тоты супергетеродина выполнен на транзисторе VT2 по схеме индуктив¬ ной обратной связи между базовой и эмиттерной цепями. Колебательный контур диапазона КВ гетеродина обра¬ зуют катушка L4 и конденсаторы С8, С9 и С12, диапазона СВ — катушка L6 и конденсаторы С8, СЮ и С13, диапазо¬ на ДВ — катушка L8 и конденсаторы С8, СИ, С14. Конденсатор переменной емкости С8, входящий во все контуры гетеродина, совместно с конденсато¬ ром переменной емкости С1 входных контуров образует блок КПЕ настрой¬ ки приемника. Отрицательное напряжение пита¬ ния на коллектор транзистора гетеро¬ дина подается через ту из контурных катушек L4, L6, L8, которая контактами секций SA1.2, SA1.3 переключателя ди¬ апазонов SA1 включена в контур гете¬ родина. Секции SA1.4 и SA1.5 этого пе¬ реключателя включают в соответству¬ ющие контуры сопрягающие конден¬ саторы С9—СИ. Так, например, при включении диапазона СВ напряжение на коллектор гетеродинного транзис¬ тора подается через катушку L6, кон¬ такты секции SA1.3 переключателя и резистор R4, а контакты секции SA1.4 включают в контур L6C13 сопрягаю¬ щий конденсатор СЮ. Катушки L5, L7 и L9, индуктивно связанные с соответствующими им ка¬ тушками колебательных контуров, являются катушками положительной обратной связи, благодаря которой ка¬ скад возбуждается и генерирует элект¬ рические колебания. Частота их пре¬ вышает частоту входного сигнала на 465 кГц. Через конденсатор С17 высо¬ кочастотное напряжение гетеродина подается в истоковую цепь полевого транзистора VT1 и, смешиваясь с на¬ пряжением входного сигнала, создает в его стоковой цепи колебания промежу¬ точной частоты. Режим работы транзистора гетеро¬ дина по постоянному току обеспечива¬ ется резисторами R6, R7 и R9. Резисторы R4 и R5 улучшают форму генерируемых колебаний. Конденсатор С15, шунтиру¬ ющий катушки L7 и L9 по переменному току, содействует устойчивости работы гетеродина в диапазоне КВ. Контуры L10C18 и L11C20, настро¬ енные на промежуточную частоту 465 кГц и связанные между собой че¬ рез конденсатор С19, образуют поло¬ совой фильтр ПЧ, обеспечивающий приемнику необходимую селектив¬ ность по соседнему частотному каналу. Через катушку связи L12 колебания промежуточной частоты поступают на вход усилителя ПЧ. Его первый каскад на транзисторе VT3 — резонансный.
286 Беседа тринадцатая Нагрузкой транзистора служит контур L13C23, настроенный, как и контуры L10C18 и L11C20, на промежуточную частоту. Шунтирующий его резистор R12 обеспечивает необходимую полосу частот, пропускаемую этим каскадом. Далее сигнал ПЧ через катушку связи L14 поступает на базу транзисто¬ ра VT4 второго каскада, а с его нагру¬ зочного резистора R14 через конденса¬ тор С27 — на вход детекторного каска¬ да, диоды VD 1 и VD2 которого включе¬ ны по схеме умножения выходного напряжения. Нагрузкой детекторного каскада служит переменный резистор R17, выполняющий одновременно и функцию регулятора громкости. Кон¬ денсаторы С28, С29 и резистор R15 об¬ разуют фильтр, «очищающий» сигнал звуковой частоты от радиочастотной составляющей продетектированного сигнала. Смещение на базы обоих транзис¬ торов усилителя ПЧ подается через один общий резистор R10, образую¬ щий с резисторами R16 и R17 делитель напряжения источника питания, и со¬ ответствующие им катушки связи L12 и L14. Одновременно в базовые цепи этих транзисторов подается и напря¬ жение АРУ, снимаемое с нагрузочного резистора R17 детектора и фильтруе¬ мое ячейкой R16C24. Действует систе¬ ма АРУ следующим образом. При по¬ вышении уровня сигнала радиостан¬ ции, на которую приемник настроен, положительное напряжение постоян¬ ной составляющей продетектирован¬ ного сигнала, создающееся на верхнем (по схеме) выводе резистора R17, воз¬ растает. Это изменившееся напряже¬ ние на выходе детектора, в свою оче¬ редь, уменьшает отрицательное сме¬ щение на базах транзисторов усилите¬ ля ПЧ и тем самым снижает его коэффициент усиления. При уменьше¬ нии уровня входного сигнала происхо¬ дят обратные процессы, в результате чего исходнйй режим работы транзис¬ торов усилителя ПЧ автоматически восстанавливается. Замечу: в этом при¬ емнике система АРУ охватывает оба каскада усилителя ПЧ, а не один, как часто бывает в подобных любитель¬ ских супергетеродинах. Резисторы R11 и R13, зашунтиро- ванные по переменному току конден¬ саторами С21 и С25, являются элемен¬ тами термостабилизации режимов ра¬ боты транзисторов усилителя ПЧ. С движка переменного резистора R17 сигнал звуковой частоты, выделен¬ ный детектором, подается через кон¬ денсатор С32 на вход трехкаскадного усилителя 34 с двухтактным бестранс- форматорным выходом. Динамическая головка ВА1, подключенная через кон¬ денсатор СЗб к выходу усилителя, пре¬ образует колебания звуковой частоты в звук. Эта часть приемника тебе уже знакома, поэтому не стану останавли¬ ваться на ее деталях. Резистор R21 и конденсаторы СЗО, С31 образуют развязывающий фильтр, предотвращающий возбуждение при¬ емника из-за возможных паразитных связей между его каскадами через об¬ щий источник питания. Все детали приемника, кроме дина¬ мической головки и батареи питания, смонтированы на печатной плате, вы¬ полненной из фольгированного стекло¬ текстолита толщиной 1,5 мм. Плату мож¬ но разместить в корпусе промышленно¬ го приемника «Селга-402». Конденсатор С26, показанный на схеме штриховыми линиями, включают в том случае, если усилитель ПЧ станет самовозбуждаться. Его устанавливают со стороны печатных проводников монтажной платы. Дина¬ мическая головка 0,25ГД-2 (такая же, как в приемнике «Селга-402») укрепле¬ на на лицевой стенке корпуса. Настрой¬ ка приемника осуществляется с помо¬ щью верньерного механизма, связанно¬ го с осью блока КПЕ. Вид на монтажную плату приемни¬ ка со стороны установки деталей пока¬ зан на рис. 238, а разметка печатной платы и соединения деталей на ней — на рис. 239. Все постоянные резисто¬ ры — МЛТ-0,125 (или УЛМ), перемен¬
Беседа тринадцатая 287 ный резистор R17 с выключателем пи¬ тания SA2 — СПЗ-ЗВ. Конденсаторы Cl, С5 и С6, С8—С19 — КТ-la, С18, С20 и С23 — ПМ-1; остальные конденсато¬ ры постоянной емкости — С10-7 В и оксидные К50-6. В приемнике использован блок КПЕ типа КПТМ-4. На его корпусе на¬ ходятся четыре подстроечных конден¬ сатора, роторы которых попарно со¬ единены между собой. Из них три кон¬ денсатора (С2—С4) включены во вход¬ ные контуры приемника. У некоторых блоков КПЕ этого типа роторы всех че¬ тырех подстроечных конденсаторов соединены между собой и с общей осью конденсаторов через контактную пружинящую пластину. Такой блок КПЕ перед установкой следует дорабо¬ тать: разрезать на две части общую пружинящую пластину и подпаять вы¬ вод из монтажного провода к той части пластины, которая соединена только с одной парой роторов подстроечных конденсаторов. При установке его в приемник надо следить, чтобы вывод той части пружинящей пластины, ко¬ торая соединена с осью конденсаторов блока, был припаян не к общему «за¬ земленному», а к минусовому провод¬ нику источника питания. Добавленный вывод припаивают к точке соединения подстроечных конденсаторов С2 и СЗ. Переключатель диапазонов SA1 продольно-движкового типа от прием¬ ника «Сокол» (о переключателе этого Рис. 238. Размещение деталей на плате типа я рассказывал в восьмой беседе, такой переключатель использовался в электрофоне). Но он доработан: неис¬ пользуемые контактные группы удале¬ ны, а новый движок переключателя из¬ готовлен из гетинакса толщиной 1 мм по чертежу, приведенному на рис. 240. Вставленные в отверстия движка замы¬ кающие контакты должны соответст¬ вовать коммутации цепей гетеродина. К движку приклеена ручка управления в виде кнопки. Для установки движка переключателя в третье положение прямоугольное отверстие в задней крышке корпуса удлинено по размеру этой ручки. Для магнитной антенны использо¬ ван стержень из феррита марки 150ВЧ диаметром 10 и длиной 130 мм. Боко¬ вые поверхности сточены до толщины стержня 7 мм (стержень 150ВЧ диамет¬ ром 8 мм доработки не требует). Ка¬ тушки LI—L3 намотаны на бумажных гильзах, склеенных с таким расчетом, чтобы при налаживании приемника их можно было перемещать по стержню. Катушка L1 содержит 5,5 витка прово¬ да ПЭВ-2 0,2 (шаг намотки 2 мм), L2 — 80 витков такого же провода, L3 — 250 витков провода ПЭВ-2 0,12, намотан¬ ных четырьмя секциями. Стержень удерживается на плате кронштейном, изготовленным из листового органиче¬ ского стекла толщиной 0,8 мм. Заготов¬ ка, нагретая в кипящей воде, изогнута на оправке, имеющей форму стержня.
288 Беседа тринадцатая а) Рис. 239. Печатная плата (а) трехдиапазонного супергетеродина и соединения деталей на ней (б)
Беседа тринадцатая 289 К печатной плате кронштейн прикреп¬ лен двумя винтами М2 с гайками, после чего его стенки стянуты винтом М2 с потайной головкой. Рис. 240. Движок переключателя диапазонов Для гетеродинных катушек пригод¬ ны каркасы с ферритовыми наконеч¬ никами от любого транзисторного про¬ мышленного супергетеродина. В ка¬ тушке L4 должно быть 13 витков прово¬ да ПЭВ-2 0,2, L5 — 2 витка такого же провода. Остальные гетеродинные ка¬ тушки намотаны проводом ПЭВ-2 0,12 и содержат: L6 — 110+15 витков, L8 — 190 + 25 витков, L7 и L9 — по 4 витка. Катушки фильтров ПЧ, намотан¬ ные проводом ПЭВ-2 0,12, помещены в ферритовые чашки диаметром б, 1 мм с арматурой (от приемника «Этюд» или подобного ему). Контурные катушки L10, L11 и L13 содержат по 90 витков, а катушки связи L12 и L14, намотанные в верхних секциях их каркасов (со сто¬ роны подстроечников), соответствен¬ но 90 и 30 витков. Нумерация выводов всех катушек, соответствующая помеченной на прин¬ ципиальной схеме приемника, указана на рис. 241. Вид на верньерное устройство со стороны печатных проводников мон¬ тажной платы и чертежи его деталей по¬ казаны на рис. 242 и рис. 243. Для визи¬ ра д можно использовать листовой алю¬ миний или латунь толщиной 0,2...0,3 мм. Подшкальную планку г можно сделать из органического стекла или другого термопластичного листового материа¬ ла, нагревая заготовку по линии сгиба ребром горячего утюга. Малый шкив а и большой шкив в желательно выточить на токарном станке из любой пластмас¬ сы. Ручку настройки е и малый шкив ус¬ танавливают на стальных осях б, укреп¬ ляемых на плате гайками М2. Для за¬ крепления большого шкива ось блока КПЕ следует подпилить надфилем, при¬ дав ей форму поперечного сечения, ана¬ логичную форме центрального отвер¬ стия шкива. Рис. 242. Верньерное устройство В приемнике вместо транзисторов ГТ310Б можно использовать транзисто¬ ры серии ГТ309 или другие высокочас¬ тотные структуры р-п-р со статическим коэффициентом передачи тока не ме¬ нее 50. Полевой транзистор КПЗОЗВ можно заменить на любой другой этой серии. Подойдет также транзистор се¬ рии КП302, но в этом случае сопротив¬ ление резистора R3 в истоковой цепи должно быть 10...20 кОм. В усилителе ВЧ также могут быть использованы другие транзисторы соответствующих структур: МП39—МП42 и МП35— МП38. Тщательно проверив монтаж, вклю¬ чи питание и установи режимы работы 10 Зак 261 Рис. 241. Катушки супергетеродина
290 Беседа тринадцатая Рис.243. Чертежи деталей верньерного устройства транзисторов по постоянному току (на¬ пряжения на электродах транзисторов указаны на принципиальной схеме). За¬ тем резистор R23 временно замени соединенными последовательно посто¬ янным резистором сопротивлением 510 Ом и переменным 1 кОм, а резис¬ тор R22 — постоянным 10 кОм и пере¬ менным 100 кОм и подай от генератора колебаний звуковой частоты на резис¬ тор R17, выполняющий функцию регу¬ лятора громкости, сигнал частотой 1000 Гц напряжением 10... 15 мВ. Подбо¬ ром сопротивлений переменных резис¬ торов цепочек, заменивших резисторы R23 и R22, добейся максимально неис¬ каженного выходного сигнала. Посто¬ янное напряжение на эмиттерных вы¬ водах транзисторов VT7 и VT8 при этом должно составлять примерно половину напряжения источника питания. Для контроля амплитуды и формы выходного сигнала желательно исполь¬ зовать осциллограф, подключив его вход Y параллельно звуковой катушке динамической головки. Для динамической головки со звуко¬ вой катушкой сопротивлением 8... 10 Ом номинал резистора R23 1 кОм не являет¬ ся оптимальным. Максимальная неиска¬ женная выходная мощность может быть при сопротивлении этого резистора около 500 Ом. Но в этом случае коллек¬ торный ток транзистора VT6 увеличит¬ ся, что несколько снизит экономичность усилителя в режиме покоя. Усилитель 34 можно считать нала¬ женным нормально, если при напря¬ жении источника питания 9 В и напря¬ жении входного сигнала 10... 15 мВ пе¬ ременное напряжение на звуковой ка¬ тушке динамической головки будет не менее 1,4 В. Настраивать контуры ПЧ и гетеро¬ дина можно по сигналам радиовеща¬ тельных станций — так же, как ты это делал при налаживании радиочастот¬ ного тракта первого супергетеродина. Но при таком методе не всегда удается добиться хорошей работы приемника повышенной сложности, особенно трехдиапазонного. Для быстрой и каче¬ ственной настройки радиочастотного тракта такого супергетеродина нужен ГСС — генератор стандартных сигна¬ лов, т.е. измерительный прибор, ими¬ тирующий сигналы радиовещательных станций. Такие приборы есть в каби¬
Беседа тринадцатая 291 нетах физики общеобразовательных школ, в радиолабораториях внешколь¬ ных учреждений, в спортивно-техни- ческих школах и клубах, куда ты мо¬ жешь обратиться за помощью. С помощью ГСС радиочастотный тракт приемника настраивай в такой последовательности. Первыми настра¬ ивай контуры усилителя ПЧ. Предва¬ рительно движок переключателя диа¬ пазонов SA1 удали из основания, чтобы сорвать колебания гетеродина. Блок КПЕ установи в положение максималь¬ ной емкости. На гнездо XI и общий «заземленный» провод подай от ГСС модулированный сигнал промежуточ¬ ной частоты 465 кГц такого уровня, при котором в динамической головке про¬ слушивается частота модуляции. Вра¬ щением подстроечников катушек L10, L11 и L13 добейся максимального на¬ пряжения на выходе приемника (по мере настройки контуров ПЧ входное напряжение уменьшай). Затем подбо¬ ром резистора R10 добейся максималь¬ но устойчивой работы усилителя ПЧ. Если при этом усилитель будет само- возбуждаться, то включи конденсатор С26, показанный на схеме штриховы¬ ми линиями. Далее при вставленном движке пе¬ реключателя диапазонов настраивай преобразователь частоты, начиная с ге¬ теродина. Прежде всего убедись в на¬ личии колебаний гетеродина на всех диапазонах при ввернутых подстроеч- никах контурных катушек. Чтобы про¬ верить, генерирует ли он, к крайним точкам катушек L5, L7 и L9 подключи последовательно соединенные любой высокочастотный диод и вольтметр по¬ стоянного тока. На всех диапазонах по¬ казания вольтметра должны быть в пределах 0,3...0,5 В. Приступая к настройке контуров гетеродина, блок КПЕ приемника уста¬ нови в положение максимальной емко¬ сти конденсаторов, а на гнездо XI по¬ дай от ГСС модулированный сигнал на¬ пряжением 50...200 мкВ, соответствую¬ щий наименьшей частоте каждого из диапазонов. Для диапазона ДВ частота ' этого сигнала должна быть 145 кГц, для диапазона СВ — 515 кГц, для участка диапазона КВ — 9,2 МГц. Вращением подстроечника гетеродинной катушки соответствующего диапазона добейся максимального сигнала модулирую¬ щей частоты на выходе приемника. В диапазоне КВ максимальный выходной сигнал может быть при двух положени¬ ях подстроечника. Установи его в поло¬ жение, при котором индуктивность ка¬ тушки L4 наименьшая. После этого подбором резистора R7 добейся устой¬ чивой генерации гетеродина во всех диапазонах при снижении напряже¬ ния источника питания до 5 В. После настройки гетеродинных контуров уровень сигналов ГСС надо предельно уменьшить и на наимень¬ шей частоте каждого из диапазонов пу¬ тем перемещения их входных катушек по ферритовому стержню магнитной антенны добиться максимального сиг¬ нала на выходе приемника. На этом настройку приемника мо¬ жешь считать законченной. Остается разместить монтажную плату и бата¬ рею питания в готовом подходящем или самодельном корпусе. А теперь, юный друг, хочу познако¬ мить тебя со схемотехникой, работой и особенностями промышленных прием¬ ников прошлых лет, которых еще не¬ мало сохранилось у бабушек и дедушек. СУПЕРГЕТЕРОДИН «КВАРЦ РП-209» Характерным представителем «се¬ мейства» таких супергетеродинов мо¬ жет служить «Кварц РП-209», внешний вид которого показан на рис. 244. Бук¬ вы РП в его названии — начальные слов «радиовещательный приемник», цифра 2 — второй группы сложности, цифра 9 — порядковый номер модифи¬ кации. Он двухдиапазонный — СВ и КВ. В диапазоне СВ перекрывает ра¬ диоволны длиной от 186,7 до 569,8 м ю*
292 Беседа тринадцатая (1606,5...526,5 кГц), в диапазоне КВ — от 24,6 до 50,4 м (12,2...595 МГц). Рис. 244. Радиовещательный приемник «Кварц РП-209» Принципиальная схема приемника приведена на рис. 245*. В его преобра¬ зователе частоты с отдельным гетеро¬ дином работают транзисторы VT1 и VT2, в усилителе ПЧ — транзисторы VT3— VT5, в усилителе 34 — транзис¬ торы VT6—VT9. Промежуточная час¬ тота — 465 кГц, выходная мощность — 100 мВт. Все транзисторы кремниевые, ма¬ ломощные. Из них VT1—VT7 — высо¬ кочастотные п-р-п транзисторы К315Б, a VT8 и VT7 — среднечастотные р-п-р транзисторы КТ209В. Источником пи¬ тания служит батарея GB1 из четырех элементов 316. Время непрерывной ра¬ боты радиоприемника от одного ком¬ плекта элементов питания при средней громкости — около 5 часов. Прием сигналов радиостанции диа¬ пазона СВ ведется на внутреннюю маг¬ нитную антенну W2, в диапазоне КВ — на выдвижную телескопическую ан¬ тенну W1. Для улучшения приема наи¬ более отдаленных станций предусмот¬ рено гнездо XI для подключения внеш¬ ней комнатной или наружной антенны. Многое в супергетеродине «Кварц РП-209» тебе уже знакомо по этой и не¬ которым предыдущим беседам, поэто¬ му назначение деталей и его работу рассмотрим обзорно, останавливаясь более подробно лишь на характерных особенностях. Показанное на схеме положение контактов секций SA1.1—SA1.6 пере¬ ключателя SA1 соответствует включе¬ нию супергетеродина на прием радио¬ станций диапазона КВ. В этом случае его входной контур образуют катушка L2, секция С2.1 блока КПЕ С2, постоян¬ ный конденсатор С5 и подстроечный СЗ, а контур гетеродина — катушка L6, секция С2.2 блока КПЕ, конденсатор СЮ, подстроечный С9 и сопрягающий С7. Конденсатор С8, емкость которого при вращении ручки изменяется в пре¬ делах 1,5...3 пФ, служит для дополни¬ тельной подстройки частоты гетероди¬ на во время приема станций наиболее «заселенных» участков диапазона КВ. Катушка L1, индуктивно связанная с катушкой L2, — связующая между штыревой антенной W1 и входным контуром этого диапазона. Транзистор VT2 гетеродина вклю¬ чен по схеме с «заземленной» по пере¬ менному напряжению базой. Постоян¬ ное напряжение источника питания на его коллектор подается через катушку L6, контакты SA1.5 переключателя и резистор R3. Нижняя (по схеме) секция катушки L6, выполняющая функцию катушки обратной связи гетеродина, через разделительный конденсатор С15 (и секцию SA1.6 переключателя диапазонов) включена в эмиттерную цепь транзистора VT2. При этом гете¬ родин возбуждается и его сигнал, пре¬ вышающий несущую частоту прини- * Для удобства чтения, некоторые участки схемы, прилагаемой заводом-изготовителем к приемнику, пере¬ строены, в связи с чем несколько изменена нумерация позиционных обозначений деталей.
Беседа тринадцатая 293 Рис. 245. Принципиальная схема приемника «Кварц РП-209» маемой станции на 465 кГц, через ка¬ тушки L7 и L3, связанные индуктивно с контурными L6 и L2, и конденсатор С13 поступает на базу транзистора VT1 смесительного каскада преобразовате¬ ля частоты. При включении диапазона СВ, ког¬ да подвижные контакты всех секций переключателя SA1 находятся в ниж¬ нем (по схеме) положении, входной и гетеродинный контуры диапазона КВ оказываются отключенными. Теперь первейшим чувствительным элемен¬ том приемника становится контур L4C6 магнитной антенны W2, настраи¬ ваемый конденсатором переменной емкости С2.1. Через катушку L5 и кон¬ денсатор С13 входной контур этого ди¬ апазона связан с тем же транзистором VT1 смесительного каскада. Гетеродинный контур диапазона СВ образуют: катушка L8, связанная индуктивно с ее катушкой связи L9, подстроечный конденсатор С12, сопря¬ гающий СИ и секция С2.2 блока КПЕ С2. Напряжение питания на коллектор транзистора VT2 подается через верх¬ ний (по схеме) отвод контурной катуш¬ ки L8 (и резистор R3), а нижняя ее сек¬ ция включена (через резистор R6 и конденсатор С17) в эмиттерную цепь того же транзистора VT2. В результате гетеродин диапазона СВ возбуждается и его сигнал через катушки связи L9, L5 и конденсатор С13 поступает к транзи¬ стору VT1 смесительного каскада. Сопряжение настроек гетеродин¬ ного и входного контуров приемника достигается: в диапазоне КВ — подст- роечником катушки L6 и конденсато¬ ром С9, в диапазоне СВ — перемеще¬ нием катушки L4 по ее ферритовому стержню и конденсатором Сб. Блок КПЕ С2 — общий для обоих диапазо¬ нов супергетеродина. В результате одновременного воз¬ действия на транзистор VT1 модулиро¬ ванных колебаний принятой радио¬
294 Беседа тринадцатая станции и сигнала гетеродина в его коллекторной цепи возникают колеба¬ ния промежуточной частоты 465 кГц. Через катушку L10, включенную в эту цепь, и контуры L11C22, L12C24, L13C26, образующие совместно с кон¬ денсаторами С23 и С25 полосовой фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), и катушку связи L14 колебания промежуточной частоты поступают на базу транзистора VT2 первого каскада усилителя ПЧ. Далее колебания проме¬ жуточной частоты усиливаются тран¬ зисторами VT4 и VT5 второго и третье¬ го каскадов, выделяются контуром L15C26 и через катушку связи L16 по¬ ступают на вход детекторного каскада на диоде VD1. С выхода П-образного фильтра C33R19C34, очищающего про- детектированный сигнал от высокочас¬ тотной составляющей, колебания зву¬ ковой частоты поступают к переменно¬ му резистору R20, выполняющему роль регулятора громкости, а с его движ¬ ка — на вход усилителя 34 с динамиче¬ ской головкой ВА1 на выходе. С принципом построения и рабо¬ той подобного усилителя 34 приемни¬ ка ты уже знаком по одиннадцатой бе¬ седе. Он, как видишь, трехкаскадный. Его первые два каскада на транзисто¬ рах VT6 и VT7 усиливают напряже¬ ние, а третий двухтактный каскад на транзисторах VT8 и VT9 с трансфор¬ маторным выходом повышает мощ¬ ность колебаний звуковой частоты, которые динамическая головка преоб¬ разует в звук. С целью устранения искажений, вносимых в усиливаемый сигнал сами¬ ми транзисторами и связующими трансформаторами, в усилитель 34 введено несколько цепей отрицатель¬ ной обратной связи. Наиболее глубо¬ кую ООС между выходом и эмиттером транзистора VT7, охватывающую два каскада усилителя, создает резистор R31. В первом каскаде частотно-зави- симую ООС образует конденсатор С38. А диод VD3 в базовых цепях тран¬ зисторов VT8 и VT9 двухтактного уси¬ лителя мощности устраняет искаже¬ ния типа «ступенька». На выходе тракта 34 предусмотре¬ но гнездо ХЗ для подключения миниа¬ тюрного ушного телефона, например типа ТМ-4. При введении в гнездо ште¬ кера на конце провода телефона дина¬ мическая головка автоматически от¬ ключается от вторичной обмотки вы¬ ходного трансформатора Т2. Слушать радиопередачи на ушной телефон осо¬ бенно удобно в походных условиях, на рыбалке. Рассмотрим несколько подробнее цепи питания транзисторов приемника «Кварц РП-209». В нем батарея GB1 от¬ рицательным полюсом соединена с «заземленным» проводником, который является общим для всех транзисторов. Относительно этого проводника изме¬ рены и указаны на принципиальной схеме приемника напряжения на кол¬ лекторах транзисторов. Глядя на схему, разберемся в этих цепях приемника. Начнем с усилителя 34. При замыкании контактов выклю¬ чателя SA2 положительное напряже¬ ние батареи питания подается: на эмит¬ теры транзисторов VT8 и VT9 (они, на¬ поминаю, структуры р-п-р) напрямую, на коллектор транзистора VT7 — через цепочку VD3R30 и первичную обмотку трансформатора Т1, на коллектор транзистора VT6 — через его нагрузоч¬ ный резистор R24 и резистор R27, об¬ разующий с конденсатором С37 ячей¬ ку развязывающего фильтра, предот¬ вращающего самовозбуждение усили¬ теля из-за возможных паразитных межкаскадных связей через общий ис¬ точник питания. Начальное напряже¬ ние смещения на базах; транзисторов VT8 и VT9 создает падение напряже¬ ния на диоде VD3, на базе транзистора VT7 — делитель напряжения R25R26, на базе транзистора VT6 — делитель R22R23. По этой же цепи напряжение пита¬ ния подается и на коллекторы транзис¬ торов VT1, VT3— VT5 радиочастотного тракта, но через соответствующие раз¬
Беседа тринадцатая 295 вязывающие фильтры и нагрузочные элементы. Например, на коллектор транзистора VT1 напряжение питания поступает через фильтр R9C21 и ка¬ тушку L10, на коллектор транзистора VT3 — через его нагрузочный резистор R13, на коллектор транзистора VT5— через нижнюю (по схеме) половину ка¬ тушки L15. Связь между транзистора¬ ми VT4 и VT5 непосредственная, по¬ этому их режим работы по постоянно¬ му току определяется не только резис¬ тором R16, но еще и резистором R17, создающим между эмиттером VT5 и базой VT4 отрицательную обратную связь, стабилизирующую работу этой пары транзисторов. С целью повышения стабильности работы транзисторов преобразователя частоты напряжение смещения на базу транзистора VT1 и электроды транзис¬ тора VT2 гетеродина снимается с выхо¬ да параметрического стабилизатора, образованного резистором R28 и ста- бистором VD2. Стабилизатор напряже¬ ния, кроме того, улучшает условия ра¬ боты транзисторов всего радиочастот¬ ного тракта при частично разрядив¬ шейся батареи питания. Принципиальные схемы других транзисторных супергетеродинов этой группы сложности, в том числе моде¬ лей прошлых лет, во многом схожи со схемой приемника «Кварц РП-207». Разница между ними заключается главным образом в используемых транзисторах и построении усилите¬ лей 34. Взять, к примеру, приемник «Сокол-404». В его радиочастотном тракте работают транзисторы серии ГТ309, а в усилителе 34, построенном по бестрансформаторной схеме (он подобен усилителю 34 супергетероди¬ на по схеме на рис. 237), транзисторы серий МП40, КТ315, МП41 и МП38. Схемы приемников «Кварц-408» и «Кварц РП-209» практически анало¬ гичны «Альпинисту-407». В приемнике «Селга-405», схема которого несколь¬ ко отличается от схем «Альпиниста- 407» и «Кварца-408», пять транзисто¬ ров (из семи) кремниевые серии КТ315 и два (в выходном двухтактном каска¬ де усилителя 34) — германиевые се¬ рии МП41. В целом же промышленные супергетеродины этой группы слож¬ ности можно считать приемниками- »близнецами», отличающимися один от другого в основном лишь числом ди¬ апазонов, антеннами, конструктивным оформлением. Детали и узлы «Кварца РП-209» раз¬ мещены и смонтированы в корпусе больших размеров (176 х 112 х 48 мм), чем так называемые «карманные» при¬ емники, поэтому и монтаж его свобод¬ нее, проще разобраться в нем, найти и устранить неисправности. Корпус, из¬ готовленный из ударопрочного поли¬ стирола, состоит из передней лицевой части со шкалой настройки и задней стенки с отсеком для батареи питания (на рис. 246 задняя стенка снята), скрепленных вместе одним винтом. Ди¬ намическая головка ВА1 размещена не¬ посредственно на лицевой стенке. Все другие детали, в том числе магнитная антенна, смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгирован- ного гетинакса и удерживаются в кор¬ пусе на стойках четырьмя самонарез- ными винтами. Штыревая телескопиче¬ ская антенна укреплена на задней стен¬ ке с помощью шарнирного соединения с фиксацией в горизонтальном, наклон¬ ном и вертикальном положениях. Ручки верньерного устройства бло¬ ка конденсаторов переменной емкости С2 (типа КПП-2), конденсатора С8 под¬ стройки частоты гетеродина диапазона КВ и переменного резистора R20, сов¬ мещенного с выключателем питания SA2 (СПЗ-46М), выполненные в виде дисков с накаткой по окружности, вы¬ ступают из корпуса через отверстия в правой боковой стенке, а ручка движ¬ кового переключателя диапазонов SA1 (типа ПД14-2П6Н8) — через отверстие в задней стенке корпуса. Если прием¬ ник взять в руки, то только пальцами правой руки можно быстро включить питание, необходимый диапазон ра¬
296 Беседа тринадцатая Рис. 246. Размещение и монтаж деталей в корпусе диоволн, настроить его по шкале на не¬ сущую частоту принимаемой станции и установить по своему вкусу гром¬ кость звучания динамической головки. За исходный элемент при знаком¬ стве с монтажом можно принять пере¬ ключатель диапазонов, находящийся непосредственно на плате рядом с маг¬ нитной антенной. Если на плату смот¬ реть сверху, то справа от переключате¬ ля сгруппированы все детали тракта 34, а дальше — гнезда для подключе¬ ния ушного телефона и внешней ан¬ тенны. Под переключателем диапазо¬ нов расположены все детали усилителя ПЧ, а слева от него — элементы вход¬ ных и гетеродинных контуров, органы управления приемником. Чтобы на плате разместить более сотни деталей, малогабаритные резисторы, конденса¬ торы постоянной емкости размещены в вертикальном положении. Рассмот¬ реть их номиналы, значащиеся на кор¬ пусах, можно лишь пользуясь лупой с двух-трехкратным увеличением. Знакомые тебе принцип и приемы испытания и проверки работоспособ¬ ности самодельных усилителей 34, приемников прямого усиления и су¬ пергетеродинов приемлемы и для по¬ иска неисправностей в приемнике «Кварц РП-209». Надо только, пользу¬ ясь измерительными приборами или пробниками, определить его неисправ¬ ную часть. Неполадки отыскивай в том каскаде, напряжения в цепях которого не соответствуют указанным на прин¬ ципиальной схеме приемника. К любому промышленному прием¬ нику кроме руководства по его эксплу¬ атации прилагаются также принципи¬ альная и монтажная схемы, пользуясь которыми радиолюбителю несложно изучить приемник и определить пути поиска и устранения неисправностей в нем. На этом я заканчиваю наши беседы, посвящаемые радиовещательным приемникам, раз¬ ным по сложности, по элементной базе. Некоторые из них строили радиолюбители прежних поколений, делая свои первые шаги в Большую технику. Сделай свою попытку и ты! Хочется верить, что некоторые из описанных мною радиоприемных устройств бу¬ дут повторены тобой и принесут тебе творческое удовлетворение.
297 БЕСЕДА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ О МУЛЬТИВИБРАТОРЕ И ЕГО «ПРОФЕССИЯХ» Мультивибраторами называют электронные устройства, генерирующие электричес¬ кие колебания, близкие по форме к прямоугольной. Спектр колебаний, генерируемых муль¬ тивибратором, содержит множество гармоник — тоже электрических колебаний, но кратных колебаниям основной частоты, что и отражено в его названии: «мулъти» — много, «вибро» — колеблю. Именно такой генератор я рекомендовал тебе в седьмой бе¬ седе использовать в качестве источника электрических сигналов при испытании и про¬ верке работоспособности усилителей 34, радиоприемников. В девятой беседе, посвященной первому знакомству с микросхемами, ты уже имел дело с мультивибраторами на логических элементах 2И-НЕ. В их числе были, например, генера¬ тор световых импульсов, простейший ЭМИ. С подобными генераторами ты еще столк¬ нешься неоднократно при конструировании приборов и устройств на цифровых микро¬ схемах. Эту же беседуя решил посвятить транзисторному мультивибратору и возмож¬ ному применению его в различных бытовых и занимательных электронных устройствах. ТРАНЗИСТОРНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР И ЕГО РАБОТА Рассмотрим схему, приведенную на рис. 247, а. Узнаешь? Да, это схема двухкаскадного транзисторного усили¬ теля 34 с выходом на головные телефо¬ ны. Что произойдет, если выход такого усилителя соединить с его входом, как на схеме показано штриховой линией? Между выходом и входом усилителя
298 Беседа четырнадцатая Рис. 247. Двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью, становится мультивибратором возникает положительная обратная связь, благодаря которой он самовоз- буждается — становится генератором колебаний звуковой частоты, и в теле¬ фонах мы слышим звук низкого тона. С таким явлением в приемниках и уси¬ лителях ведут решительную борьбу, а вот для автоматически действующих устройств оно оказывается полезным. Теперь рассмотри рис. 247, б. На нем ты видишь схему того же усилителя, ох¬ ваченного положительной обратной связью, как на рис. 247, а, только начер¬ тание ее несколько изменено. Именно так обычно чертят схемы транзистор¬ ных автоколебательных, т.е. самовоз- буждающихся, мультивибраторов. Опыт — самый лучший, пожалуй, метод познания сущности действия то¬ го или иного электронного устройства. В этом ты убеждался не раз. Вот и сей¬ час, чтобы лучше разобраться в работе этого универсального прибора-автома- та, предлагаю провести опыт с ним. Принципиальную схему автоколе¬ бательного мультивибратора со всеми данными его резисторов и конденсато¬ ров ты видишь на рис. 248. Смонтируй его на макетной панели. Транзисторы должны быть низкочастотными, на¬ пример серий МП39—МП42 (высоко¬ частотные транзисторы применять не следует — могут выйти из строя, так как у них малопробивное напряжение эмиттерного перехода). Оксидные кон¬ денсаторы С1 и С2 — типа К50-6 или К53-1 на номинальное напряжение 10 В. Сопротивления резисторов могут отличаться от указанных на схеме до 50%. Важно лишь, чтобы возможно одинаковыми были номиналы нагру¬ зочных резисторов Rl, R4 и базовых резисторов R2, R3. Для питания исполь¬ зуй две последовательно соединенные батареи 3336 или выпрямитель. Рис. 248. Схема симметричного мультивибра¬ тора В коллекторную цепь любого из транзисторов включи миллиамперметр (РА) на ток 10... 15 мА, а к участку эмит¬ тер—коллектор того же транзистора подключи высокоомный вольтметр по¬ стоянного тока (PU) на напряжение до 10 В. Проверив монтаж и особенно внимательно полярность включения оксидных конденсаторов, подключи к мультивибратору источник питания. Что показывают измерительные при¬ боры? Миллиамперметр — резко уве¬ личивающийся до 8... 10 мА, а затем так¬ же резко уменьшающийся почти до ну¬ ля ток коллекторной цепи транзистора. Вольтметр же, наоборот, то уменьшаю¬ щееся почти до нуля, то увеличиваю¬ щееся до напряжения источника пита¬ ния коллекторное напряжение.
Беседа четырнадцатая 299 О чем говорят эти измерения? О том, что транзистор этого плеча муль¬ тивибратора работает в режиме пере¬ ключения. Наибольший коллекторный ток и одновременно наименьшее на¬ пряжение на коллекторе соответству¬ ют открытому состоянию, а наимень¬ ший ток и наибольшее коллекторное напряжение — закрытому состоянию транзистора. Точно так работает и транзистор второго плеча мультиви¬ братора, но, как говорят, со сдвигом фазы на 180°: когда один из транзисто¬ ров открыт, второй закрыт. В этом не¬ трудно убедиться, включив в коллек¬ торную цепь транзистора второго пле¬ ча мультивибратора такой же милли¬ амперметр; стрелки измерительных приборов будут попеременно откло¬ няться от нулевых отметок шкал. Рис. 249. График электрических импульсов, генерируемых симметричным мультивибрато¬ ром Теперь, воспользовавшись часами с секундной стрелкой, сосчитай, сколько раз в минуту транзисторы переходят из открытого состояния в закрытое. При¬ мерно раз 15...20. Таково число элект¬ рических колебаний, генерируемых мультивибратором в минуту. Следова¬ тельно, период одного колебания равен 3...4 с. Продолжая следить за стрелкой миллиамперметра, попытайся изобра¬ зить эти колебания графически. По го¬ ризонтальной оси ординат откладывай в некотором масштабе отрезки време¬ ни нахождения транзистора в откры¬ том и закрытом состояниях, а по верти¬ кальной — соответствующий этим со¬ стояниям коллекторный ток. У тебя по¬ лучится примерно такой же график, как тот, что изображен на рис. 249. Зна¬ чит, можно считать, что мультивибра¬ тор генерирует электрические колеба¬ ния прямоугольной формы. В сигнале мультивибратора незави¬ симо оттого, с какого выхода он снима¬ ется, можно выделить импульсы тока и паузы между ними. Интервал времени с момента появления одного импульса тока (или напряжения) до момента по¬ явления следующего импульса той же полярности принято называть перио¬ дом следования импульсов Т, а время между импульсами — длительностью паузы tn. Мультивибраторы, генериру¬ ющие импульсы, длительность tH кото¬ рых равна паузам между ними, называ¬ ют симметричными. Следовательно, собранный тобой опытный мультиви¬ братор — симметричный. Замени конденсаторы С1 и С2 дру¬ гими конденсаторами емкостью по 10... 15 мкФ. Мультивибратор остался симметричным, но частота генерируе¬ мых им колебаний увеличилась в 3...4 раза — до 60...80 в 1 мин или, что-то же самое, примерно до частоты 1 Гц. Стрелки измерительных приборов еле успевают следовать за изменения¬ ми токов и напряжений в цепях тран¬ зисторов. А если конденсаторы С1 и С2 заменить бумажными емкостью по 0,01...0,05 мкФ? Как теперь будут вести себя стрелки измерительных прибо¬ ров? Отклонившись от нулевых отме¬ ток шкал, они стоят на месте. Может быть, сорвана генерация? Нет! Просто частота колебаний мультивибратора увеличилась до нескольких сотен герц. Это колебания диапазона звуковой ча¬ стоты, фиксировать которые приборы постоянного тока уже не могут. Обна¬ ружить их можно с помощью частото¬ мера или головных телефонов, подклю¬ ченных через конденсатор емкостью 0,01...0,05 мкФ к любому из выходов
300 Беседа четырнадцатая мультивибратора или включив их не¬ посредственно в коллекторную цепь любого из транзисторов вместо нагру¬ зочного резистора. В телефонах услы¬ шишь звук низкого тона. Каков принцип работы мультиви¬ братора? Вернемся к схеме на рис. 248. В момент включения питания транзис¬ торы обоих плеч мультивибратора от¬ крываются, так как на их базы через соответствующие им резисторы R2 и R3 подаются отрицательные напряже¬ ния смещения. Одновременно начина¬ ют заряжаться конденсаторы связи: С1 — через эмиттерный переход тран¬ зистора VT2 и резистор Rl; С2 — через эмиттерный переход транзистора VT1 и резистор R4. Эти цепи зарядки кон¬ денсаторов, являясь делителями напря¬ жения источника питания, создают на базах транзисторов (относительно эмиттеров) все возрастающие по зна¬ чению отрицательные напряжения, стремящиеся все больше открыть тран¬ зисторы. Открывание транзистора вы¬ зывает снижение отрицательного на¬ пряжения на его коллекторе, что ведет к снижению отрицательного напряже¬ ния на базе другого транзистора, за¬ крывая его. Такой процесс протекает сразу в обоих транзисторах, однако за¬ крывается только один из них, на базе которого более высокое положитель¬ ное напряжение, например, из-за раз¬ ницы коэффициентов передачи токов h210, номиналов резисторов и конден¬ саторов. Второй транзистор остается открытым. Но эти состояния транзис¬ торов неустойчивы, ибо электрические процессы в их цепях продолжаются. Допустим, что через некоторое время после включения питания за¬ крытым оказался транзистор VT2, а от¬ крытым — транзистор VT1. С этого мо¬ мента конденсатор С1 начинает разря¬ жаться через открытый транзистор VT1, сопротивление участка эмиттер— коллектор которого в это время мало, и резистор R2. По мере разрядки конден¬ сатора С1 положительное напряжение на базе закрытого транзистора VT2 уменьшается. Как только конденсатор полностью разрядится и напряжение на базе транзистора VT2 станет близ¬ ким к нулю, в коллекторной цепи этого, теперь уже открывающегося транзис¬ тора появляется ток, который воздей¬ ствует через конденсатор С2 на базу транзистора VT1 и понижает отрица¬ тельное напряжение на ней. В резуль¬ тате ток, текущий через транзистор VT1, начинает уменьшаться, а через транзистор VT2, наоборот, увеличи¬ ваться. Это приводит к тому, что тран¬ зистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 открывается. Теперь начнет разря¬ жаться конденсатор С2, но через от¬ крытый транзистор VT2 и резистор R3, что в конечном итоге приводит к от¬ крыванию первого и закрыванию вто¬ рого транзисторов, и т.д. Транзисторы все время взаимодействуют, в резуль¬ тате чего мультивибратор генерирует электрические колебания. Частота колебаний мультивибрато¬ ра зависит как от емкости конденсато¬ ров связи, что тобой уже проверено, так и от сопротивления базовых резис¬ торов, в чем ты можешь убедиться сей¬ час же. Попробуй, например, базовые резисторы R2 и R3 заменить резистора¬ ми больших сопротивлений. Частота колебаний мультивибратора умень¬ шится. И наоборот, если их сопротив¬ ления будут меньше, частота колеба¬ ний увеличится. Еще один опыт: отключи верхние (по схеме) выводы резисторов R2 и R3 от минусового проводника источника питания, соедини их вместе, а между ними и минусовым проводником вклю¬ чи реостатом переменный резистор со¬ противлением 30—50 кОм. Поворачи¬ вая ось переменного резистора, ты в довольно широких пределах сможешь изменять частоту колебаний мультиви¬ браторов. Примерную частоту колебаний симметричного мультивибратора мож¬ но подсчитать по такой упрощенной формуле: f « 700/ (RC), где f — частота в герцах; R — сопротивления базовых
Беседа четырнадцатая 301 резисторов в килоомах; С — емкости конденсаторов связи в микрофарадах. Пользуясь этой упрощенной фор¬ мулой, подсчитай, колебания каких час¬ тот генерировал твой мультивибратор. Вернемся к исходным данным рези¬ сторов и конденсаторов опытного муль¬ тивибратора (по схеме на рис. 249, а). Конденсатор С2 замени конденсатором емкостью 2—3 мкФ, в коллекторную цепь транзистора VT2 включи миллиам¬ перметр и, следя за его стрелкой, изоб¬ рази графически колебания тока, гене¬ рируемые мультивибратором. Теперь ток в коллекторной цепи транзистора VT2 будет появляться более короткими, чем раньше, импульсами (рис. 249, в). Длительность импульсов Ы будет при¬ мерно во столько же раз меньше пауз между импульсами tn во сколько умень¬ шилась емкость конденсатора С2 по сравнению с его прежней емкостью. А теперь тот же (или такой) милли¬ амперметр включи в коллекторную цепь транзистора VT1. Что показывает измерительный прибор? Тоже импуль¬ сы тока, но их длительность значитель¬ но больше пауз между ними (рис. 249, г). Что же произошло? Уменьшив ем¬ кость конденсатора С2, ты нарушил симметрию плеч мультивибратора — он стал несимметричным. Поэтому и коле¬ бания, генерируемые им, стали несим¬ метричными: в коллекторной цепи транзистора VT1 ток появляется отно¬ сительно длинными импульсами, в кол¬ лекторной цепи транзистора VT2 — ко¬ роткими. С «Выхода 1» такого мульти¬ вибратора можно снимать короткие, а с «Выхода 2» — длинные импульсы на¬ пряжения. Временно поменяй местами конденсаторы С1 и С2. Теперь короткие импульсы напряжения будут на «Выхо¬ де 1», а длинные — на «Выходе 2». Сосчитай (по часам с секундной стрелкой), сколько электрических им¬ пульсов в минуту генерирует такой ва¬ риант мультивибратора. Около 80. Уве¬ личь емкость конденсатора С1, подклю¬ чив параллельно ему второй оксидный конденсатор емкостью 20...30 мкФ. Час¬ тота следования импульсов уменьшит¬ ся. А если, наоборот, емкость этого кон¬ денсатора уменьшать? Частота следо¬ вания импульсов должна увеличиться. Есть, однако, иной способ регули¬ рования частоты следования импуль¬ сов — изменением сопротивления ре¬ зистора R2: с уменьшением сопротив¬ ления этого резистора (но не менее чем до 3...5 кОм, иначе транзистор VT2 бу¬ дет все время открыт и автоколебатель¬ ный процесс нарушится) частота сле¬ дования импульса должна возрастать, а с увеличением его сопротивления, на¬ оборот, уменьшаться. Проверь опыт¬ ным путем — так ли это? Подбери ре¬ зистор такого номинала, чтобы число импульсов в 1 мин составляло точно 60. Стрелка миллиамперметра будет коле¬ баться с частотой 1 Гц, Мультивибра¬ тор в этом случае станет как бы элек¬ тронным механизмом часов, отсчиты¬ вающих секунды времени. Применение симметричных и не¬ симметричных мультивибраторов и их разновидностей очень и очень разно¬ образно. Я не ошибусь, если скажу, что нет такой области радиотехники, элек¬ троники, автоматики, телемеханики или вычислительной техники, где бы они не применялись. Широко приме¬ няют мультивибраторы и в практичес¬ ких делах радиолюбителей. Вот несколько конкретных приме¬ ров. ГЕНЕРАТОРЫ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ Пробник. Если конденсаторы С1 и С2 мультивибратора, собранного по схеме на рис. 249, а, будут емкостью по 0,01 — 0,02 мкФ, то он сможет выпол¬ нять функцию прибора для проверки работоспособности усилителя 34. Для этого надо лишь сигнал мультивибра¬ тора с любого его выхода подать через конденсатор емкостью 0,03...0,05 мкФ (на рис. 250 — СЗ) на вход усилителя. Если усилитель исправный, то в дина¬ мической головке или телефоне на его
302 Беседа четырнадцатая Рис. 250. Варианты использования мультивибратора выходе будет слышен звук, соответст¬ вующий основной частоте мультиви¬ братора. А так как колебания мульти¬ вибратора содержат множество гармо¬ ник, такой пробник, следовательно, можно использовать и для проверки высокочастотных трактов радиовеща¬ тельных приемников. Да, именно такой имитатор электрических сигналов я и рекомендовал в девятой беседе. Такой же генератор колебаний зву¬ ковой частоты можно использовать и для индивидуальной тренировки по приему на слух и передаче знаков теле¬ графной азбуки. Для этого в цепь пита¬ ния надо включить телеграфный ключ (рис. 250, б), а в коллекторную цепь лю¬ бого из транзисторов — головные теле¬ фоны. «Мигалка». К такому же мультиви¬ братору, но с конденсаторами связи ем¬ костью по 30...50 мкФ можно добавить усилитель тока на р-п-р транзисторе средней или большой мощности (серий ГТ402, ГТ403, П213-П215, КТ814) и пе¬ реключатель, с помощью которого в коллекторную цепь этого транзистора можно было бы включать лампочки на¬ каливания (рис. 250, в). Та из лампочек, которая будет включена в коллектор¬ ную цепь транзистора, станет мигать с основной частотой мультивибратора. Такое устройство может стать указате¬ лем поворотов велосипеда, мопеда, мо¬ тоцикла. При напряжении источника питания 9 В лампочки-»мигалки» могут быть типов МНб,3-0,3, МН6,5-0,34, КМб-60. Метроном. На транзисторах разной структуры и мощности можно собрать несимметричный мультивибратор и ис¬ пользовать его как метроном — прибор для выработки такта. Схему такого уст¬ ройства ты видишь на рис. 251. Транзи¬ стор VT1 — маломощный структуры п- p-n, VT2 — большой мощности структу¬ ры р-п-р. В коллекторную цепь транзи¬ стора VT2 включены динамическая головка ВА1 мощностью 0,5... 1 Вт и лам¬ почка накаливания ELI МН2,5-0,15 или МНЗ,5-0,14. В моменты коротких им¬ пульсов, генерируемых мультивибрато¬ ром, лампочка вспыхивает, а головка создает звуки, похожие на щелчки (уда¬ ры). Частоту следования импульсов примерно от 20 до 200 в минуту можно устанавливать переменным резисто¬ ром R1. Резистор R2 ограничивает ток базовой цепи транзистора VT1. Монтируя такое устройство, не ошибитесь в полярности включения оксидного конденсатора С1: его вывод отрицательной обкладки должен со¬ единяться с базой транзистора VT1, по¬ ложительной — с коллектором транзи¬ стора VT2. Электронный звонок. Мультиви¬ братор можно применить в качестве квартирного звонка, заменив им обыч¬ ный электрический. Собрать же его можно по схеме, показанной на рис. 252. Транзисторы VT1 и VT2 рабо¬ тают в симметричном мультивибрато¬ ре, генерирующем колебания частотой около 1000 Гц, а транзистор VT3 — в усилителе мощности этих колебаний.
Беседа четырнадцатая 303 Усиленные колебания преобразуются динамической головкой ВА1 в звуко¬ вые колебания. Рис. 251. Несимметричный мультивибратор на транзисторах разной структуры Рис. 252. Электронный звонок Если для звонка использовать або¬ нентский громкоговоритель, включив первичную обмотку его переходного трансформатора в коллекторную цепь транзистора VT3, в его футляре разме¬ стится вся электроника звонка, смон¬ тированная на плате. Там же размес¬ тится и батарея питания. Электронный звонок установи в коридоре и соедини его двумя провода¬ ми с кнопкой SB1. Нажми кнопку — громкоговоритель звонит, отпусти кнопку — молчит. Так как питание на прибор подается только во время вы¬ зывных сигналов, двух батарей 3336, соединенных последовательно, хватит на несколько месяцев работы звонка. Желательный тон звука устанавли¬ вай заменой конденсаторов С1 и С2 конденсаторами других емкостей. Устройство, собранное по такой же схеме, может быть использовано и для группового изучения и тренировки в приеме на слух телеграфной азбуки. В этом случае надо только кнопку заме¬ нить телеграфным ключом. Электронный коммутатор. Этот прибор, схема которого показана на рис. 253, можно использовать для ком¬ мутации двух елочных гирлянд, питаю¬ щихся от сети переменного тока. Сам же электронный переключатель мож¬ но питать от двух батарей 3336, соеди¬ нив их последовательно, или от выпря¬ мителя, который бы давал на выходе постоянное напряжение 9... 12 В. Рис. 253. Электронный коммутатор Схема переключателя очень схожа со схемой электронного звонка. Но ем¬ кости конденсаторов С1 и С2 переклю¬ чателя во много раз больше емкостей аналогичных конденсаторов звонка. Сам мультивибратор, в котором работа¬ ют транзисторы VT1 и VT2, генерирует колебания частотой около 0,4 Гц, а на¬ грузкой его усилителя мощности (тран¬ зистор VT3) является обмотка электро¬ магнитного реле К1. Реле имеет одну пару контактных пластин, работающих на переключение. Подойдет, например, реле РЭС-10 (паспорт РС4.524.302) или другое электромагнитное реле, надеж¬ но срабатывающее от источника напря¬ жением 6...8 В при токе 20...50 мА. При включении питания транзис¬ торы VT1 и VT2 мультивибратора попе¬ ременно открываются и закрываются, генерируя сигналы прямоугольной формы. Когда транзистор VT2 открыт, отрицательное питающее напряжение
304 Беседа четырнадцатая через резистор R4 и этот: транзистор подается на базу транзистора VT2, вво¬ дя его в насыщение. При этом сопро¬ тивление участка эмиттер—коллектор транзистора VT2 уменьшается до не¬ скольких ом и почти все напряжение источника питания прикладывается к обмотке реле К1 — реле срабатывает и своими контактами подключает к сети одну из гирлянд. Когда транзистор VT2 закрыт, цепь питания базы транзисто¬ ра VT2 разорвана и он также закрыт, через обмотку реле ток не течет. В это время реле отпускает якорь и его кон¬ такты, переключаясь, подключают к сети вторую елочную гирлянду. Если ты захочешь изменить время переключения гирлянд, то заменяй конденсаторы С1 и С2 конденсаторами других емкостей. Данные резисторов R2 и R3 оставь прежними, иначе нару¬ шится режим работы транзисторов по постоянному току. Усилитель мощности, аналогичный усилителю на транзисторе VT3, можно включить и в эмиттерную цепь транзи¬ стора VT1 мультивибратора. В этом случае электромагнитные реле (в том числе — самодельные) могут иметь не переключающие группы контактов, а нормально замкнутые. Контакты реле одного из плеч мультивибратора будут периодически замыкать и размыкать цепь питания одной гирлянды, а кон¬ такты реле другого плеча мультивибра¬ тора — цепь питания второй гирлянды. Электронный переключатель мож¬ но смонтировать на плате из гетинакса или другого изоляционного материала и вместе с батареей питания поместить в коробку из фанеры. Во время работы переключатель потребляет ток не боль¬ ше 30 мА, так что энергии двух батарей 3336 вполне хватит на все новогодние праздники. Аналогичный переключатель мож¬ но использовать и для других целей. Например, для иллюминации масок, аттракционов. Представь себе выпи¬ ленную из фанеры и разрисованную фигурку героя сказки «Кот в сапогах». Позади прозрачных глаз находятся лампочки от карманного фонаря, ком¬ мутируемые электронным переключа¬ телем, а на самой фигурке — кнопка. Стоит нажать кнопку, как кот тут же начнет подмигивать тебе. А разве нельзя использовать пере¬ ключатель для электрификации неко¬ торых моделей, например модели мая¬ ка? В этом случае в коллекторную цепь транзистора усилителя мощности мож¬ но вместо электромагнитного реле включить малогабаритную лампочку накаливания, рассчитанную на неболь¬ шой ток накала, которая станет имити¬ ровать вспышки маяка. МУЛЬТИВИБРАТОР В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИГРУШКАХ И АТТРАКЦИОНАХ Радиолюбители (и не только юные) широко используют мультивибраторы в различных радиотехнических играх и игрушках, аттракционах, сувенирах. Об этом, в частности, красноречиво го¬ ворят многие экспонаты сегодняшних школьников, демонстрирующиеся на различных выставках радиолюбитель¬ ского творчества. Возле них, как пра¬ вило, всегда людно. Хочу рассказать о некоторых из та¬ ких забавных экспонатов, которые ты можешь повторить. «Обиженный щенок». Из фанерно¬ го домика высовывается мордочка щенка. Стоит отобрать у него блюдце с костью, он начинает скулить. Забавно? Электронную «начинку» этого ат¬ тракциона (рис. 254, б) образуют два взаимосвязанных мультивибратора и телефонный капсюль BF1 (ДЭМ-4м). Мультивибратор на транзисторах VT3 и VT4 генерирует колебания звуковой частоты, а мультивибратор на транзис¬ торах VT1 и VT2 периодически включа¬ ет (когда транзистор VT2 закрыт) и вы¬ ключает (когда транзистор VT2 открыт) первый мультивибратор, что необходи¬
Беседа четырнадцатая 305 Рис. 254. Внешний вид (а), принципиальная схема (5), монтажная плата (в) и устройство магнитно¬ го выключателя (г) игры «Обиженный щенок» мо для имитации голоса недовольного щенка. Транзистор VT5 усиливает ко¬ лебания звуковой частоты, которые те¬ лефон преобразует в звук. Нагрузкой транзистора может быть также мало¬ мощная динамическая головка, вклю¬ ченная в коллекторную цепь через ма¬ логабаритный выходной трансформа¬ тор. Источником питания служат одна (4,5 В) или две соединенные последова¬ тельно (9 В) батареи 3336. Для такого аттракциона можно ис¬ пользовать любые маломощные низко¬ частотные транзисторы, в том числе с малым коэффициентом передачи тока h213, а также резисторы и конденсато¬ ры любых типов с номиналами, близ¬ кими к указанным на схеме. Проверку работоспособности уст¬ ройства начинай с правого (по схеме) мультивибратора с усилителем, соеди¬ нив верхний вывод резистора R6 непо¬ средственно с минусовым проводни¬ ком цепи питания и подключив бата¬ рею, минуя выключатель SA1. Если де¬ тали исправны и в монтаже ошибок нет, то в телефоне (или головке) будет слышен непрерывный однотонный звук. Если этого не произойдет, значит, есть ошибка в монтаже мультивибра¬ тора или в нем есть неисправные дета¬ ли. Проверить работу только транзис¬ торов VT3 и VT4 можно, подключив па¬ раллельно резистору R8 высокоомные телефоны. Если они звучат, то неис¬ правность надо искать только в каскаде на транзисторе VT5. Тон звука изменяй по своему вкусу подбором конденсаторов СЗ и С4. Убедившись в работоспособности этого мультивибратора, восстанови со¬ единение резистора R6 с коллекторной цепью транзистора VT2 (на схеме — точ¬ ка б) второго мультивибратора. Этот ре¬ зистор можно подключить и к коллекто¬ ру транзистора VT1 (на схеме — точка а). В этом случае звучание телефона между паузами должно измениться. «Секрет» этого аттракциона — маг¬ нитный выключатель питания SA1. Его
306 Беседа четырнадцатая конструкция показана на рис. 254, г. В жестяной обойме 1 находится пластин¬ ка 2, которая под действием собствен¬ ной массы прижимается к контакту 3 выключателя. Правый конец пластин¬ ки 2 легко поднимается под действием поля постоянного магнита и размыкает цепь питания мультивибраторов. Если магнит убрать, пластинка упадет на контакт, замкнет цепь питания и ще¬ нок начнет скулить. Детали самого выключателя нахо¬ дятся перед носом фигурки щенка и за¬ крыты тонким гетинаксом 4. Магнит замаскирован в блюдце. Левый конец пластинки служит противовесом и об¬ легчает работу магнита. Для уменьше¬ ния трения эта замыкающая пластинка свободно лежит на шпильке обоймы, не имея с ней механической связи. В качестве выключателя питания можно использовать геркон — герме¬ тизированные контакты, замыкающи¬ еся под действием магнитного поля. Он должен быть переключающего типа. С применением геркона «реакция» щен¬ ка несколько возрастет. «Утка с утятами». На подставке, верхняя пластмассовая панель которой имитирует гладь воды, как бы плывут гуськом и перекликаются утка с утята¬ ми (рис. 255). Голос утки грубее, утят — нежнее. Игрушка представляет собой три взаимно связанных мультивибратора. Симметричный мультивибратор на транзисторах VT6 и VT7, генерирую¬ щий колебания частотой 800... 1000 Гц, является основным. А мультивибратор на транзисторах VT4 и VT5 — несимме¬ тричный. Генерируя короткие импуль¬ сы с паузами длительностью 2...2,5 с, он выполняет роль электронного выклю¬ чателя, управляющего работой основ¬ ного мультивибратора. Происходит это следующим образом. Во время пауз, когда транзистор VT5 закрыт и сопро¬ тивление его участка эмиттер—коллек¬ тор большое, верхний (по схеме) вывод резистора R11 в базовой цепи транзис¬ тора VT6 через резистор R8 соединен с минусовым проводом источника пита¬ ния. В эти промежутки времени основ¬ ной мультивибратор генерирует коле¬ бания звуковой частоты, которые уси¬ ливаются транзистором VT8 и преобра¬ зуются телефоном BF1 в звуковые колебания. Во время же коротких им¬ пульсов, когда транзистор VT5 откры¬ вается, резистор R11 через малое со¬ противление открытого транзистора оказывается соединенным с плюсовым проводом источника питания и генера¬ ция основного мультивибратора срыва¬ ется. В результате звук прерывается с частотой следования импульсов второ¬ го мультивибратора. Третий мультивибратор, в котором работают транзисторы VT1 и VT2, гене¬ рирует сравнительно длинные (4...5 с) импульсы с относительно короткими паузами между ними. Во время прихода импульсов электромагнитное реле К1, включенное в коллекторную цепь тран¬ зистора VT3 срабатывает, его контакты К1.1, замыкаясь, подключают парал¬ лельно конденсатору С5 конденсатор Сб. В результате основной мультиви¬ братор становится несимметричным, тон прерывистого звука в телефоне BF1 Рис. 255. Внешний вид и принципиальная схема игрушки «Утка с утятами»
Беседа четырнадцатая 307 (капсюль ДЭМ-4м), включенном в кол¬ лекторную цепь транзистора VT8, из¬ меняется, чем и достигается имитация голосов утки и утят. Источником питания игрушки мо¬ гут быть две батареи 3336, соединенные последовательно, батарея «Корунд» или 7Д-0Д15. Электромагнитное реле К1 — типа РСМ-2 (паспорт Ю. 171.81.31) или другое малогабаритное, срабатываю¬ щее при напряжении 6—8 В. Коэффи¬ циент h213 транзисторов практически не имеет существенного значения и мо¬ жет быть в пределах 15—80. Налаживание игрушки сводится к раздельной проверке работы мультиви¬ браторов. Чтобы проверить основной мультивибратор, временно отключи два других, разорвав, например, плюсо¬ вой проводник цепи питания в точке а (см. схему). При этом звук должен быть непрерывным. А если точку соедине¬ ния резисторов R11 и R8 соединить с общим заземленным проводником, звук должен пропасть. Затем, отключив только третий мультивибратор (разо¬ рви временно общий проводник в точ¬ ке б), проверь совместную работу пер¬ вых двух мультивибраторов. Теперь звук должен стать прерывистым, а по¬ сле включения третьего мультивибра¬ тора — имитирующим кряканье уток. «Кот-лакомка». На небольшой под¬ ставке, слегка наклонив голову, сидит белый, с бантом на шее кот (рис. 256). Если к его носу поднести кусочек варе¬ ного мяса, колбасы или сыра, кот тут же начинает сверкать глазами и, как бы прося лакомый кусочек, мяукать. Электронная часть этой игрушки состоит из трех составляющих: генера¬ тора «Мяу» на транзисторах VT1— VT4, усилителя тока на транзисторах VT5, VT6 и генератора световых им¬ пульсов на транзисторах VT7 и VT8, имитирующего мигание глаз. Генера¬ тор «Мяу», в свою очередь, состоит из мультивибратора на транзисторах VT1 и VT2, генерирующего колебания с пе¬ риодом примерно 3 с, и RC-генератора на транзисторе VT3, генерирующего колебания звуковой частоты около 800 Гц. RC-генератор возбуждается и создает с частотой первого генератора чередующиеся пачки плавно увеличи¬ вающихся по амплитуде и тут же зату¬ хающих колебаний звуковой частоты. Эти колебания усиливаются транзис¬ тором VT4 и преобразуются телефо¬ ном BF1 (капсюль ДЭМ-4м) в звуковые колебания, воспринимаемые как звуки мяукающего кота. Генератор «Мяу» начинает работать при включении пи¬ тания контактами К 1.1 электромагнит¬ ного реле К1. Генератор световых импульсов — знакомый тебе несимметричный муль¬ тивибратор на транзисторах разной структуры (VT8 — n-p-n; VT9 — р-п-р). Он генерирует колебания с периодом Рис. 256. Принципиальная схема и внешний вид аттракциона «Кот-лакомка»
308 Беседа четырнадцатая около 3 с. Через такие4 промежутки времени вспыхивают и гаснут лампоч¬ ки ELI и EL2 (глаза кота), являющиеся нагрузкой транзистора VT9. Включает¬ ся генератор при замыкании контактов К1.2 того же реле К1. «Секрет» игрушки кроется в кон¬ тактах 1 и 2 на входе усилителя тока, в котором работают транзисторы VT5 и VT6. Эти контакты — отрезки тонкой неизолированной проволоки, тщатель¬ но замаскированные на мордочке кота. При замыкании их кусочком мяса (можно, разумеется, просто ваткой, смоченной подсоленной водой) сопро¬ тивление этого «лакомства» шунтирует резистор R9, резко повышая отрица¬ тельное напряжение на базе транзис¬ тора VT5. Увеличивающийся при этом ток базы усиливается транзисторами VT5 и VT6, в результате чего срабаты¬ вает реле К1, которое контактами К 1.1 замыкает цепь питания генератора «Мяу», а контактами К 1.2 — цепь пита¬ ния генератора световых импульсов. Резистор R10 ограничивает токи базо¬ вых цепей транзисторов VT5 и VT6 при случайном замыкании контактов 1 и 2. Блоки игрушки смонтированы в фанерном ящике-подставке. Капсюль ДЭМ-4м (BF1) находится напротив за¬ драпированных отверстий в передней стенке подставки. Лампочки ELI и EL2 (глаза) рассчитаны на напряжение 1 В и ток накала 75 мА; контакты 1 и 2 «раз- личителя запаха» вмонтированы в го¬ лову кота и соединены с генератором световых импульсов и входом усилите¬ ля тока отрезками многожильного изо¬ лированного провода. Трансформатор Т1 генератора «Мяу» — межкаскадный трансформа¬ тор транзисторного приемника. Реле К1 —типаРС-13 (паспорт РС4.523.017), пружинные контакты которого ослаб¬ лены, чтобы реле срабатывало при на¬ пряжении источника питания 6...8 В. Коэффициент h213 транзисторов мо¬ жет быть 30—60. Блок питания игрушки образуют две соединенные последовательно ба¬ тареи GB1 и GB2 (3336). Генератор све¬ товых импульсов питается от одной ба¬ тареи GB2. Нарастание и спад звука генерато¬ ра «Мяу» определяются сопротивлени¬ ями резисторов R5, R6 и емкостью кон¬ денсатора СЗ, а высота и тембр зву¬ ка — емкостями конденсаторов С4, Сб и сопротивлениями резисторов R7 и R8. Частоту миганий глаз, соответству¬ ющую частоте звуковых сигналов иг¬ рушки, можно установить подбором резистора R13 и конденсатора С7. Сопротивление резистора R9 в ба¬ зовой цепи транзистора VT5 должно быть таким, чтобы при разомкнутых контактах 1 и 2 коллекторный ток по¬ коя транзистора VT6 был немного меньше тока отпускания реле К1. Вооб¬ ще же этого резистора может и не быть. В генераторе световых импульсов можно также применить лампочки на¬ каливания от карманного фонаря (МНЗ,5-0,26) и питать его, как и генера¬ тор «Мяу», от всей батареи 9 В. В этом случае реле К1 может быть с одной группой нормально разомкнутых кон¬ тактов (например, РЭС-10), которые включали бы одновременно оба гене¬ ратора. Тогда во втором каскаде усили¬ теля целесообразно использовать тран¬ зистор МП42, а в генераторе световых импульсов — транзистор ГТ402 (или любой другой средней или большой мощности структуры р-п-р). Электронные качели. Внешний вид этой забавной игрушки-сувенира, со¬ зданной московским радиолюбителем Б. Федотовым, и схематичный рисунок, дающий представление о ее действии, ты видишь на рис. 257. Принцип рабо¬ ты качелей основан на взаимодействии полей постоянных магнитов и электро¬ магнитов. Постоянные магниты укреп¬ лены на подвижной части игрушки — перекладине качелей, а электромагни¬ ты Y1 и Y2, питающиеся пульсирую¬ щим током, — снизу игрушки, напро¬ тив постоянных магнитов. Когда в об¬ мотке электромагнита появляется ток,
Беседа четырнадцатая 309 вокруг ее магнитопровода возникает магнитное поле, которое в зависимос¬ ти от направления тока в обмотке или притягивает к себе постоянный маг¬ нит, а вместе с ним и подвижную часть игрушки, или, наоборот, отталкивает. В результате игрушка «оживает» — фи¬ гурки человечков, сидящие на перекла¬ дине, качаются. Рис. 257. Электронные качели Схему электронной «начинки» иг¬ рушки иллюстрирует рис. 258, а. Элект¬ ромагниты Y1 и Y2, приводящие игруш¬ ку в действие, питаются импульсами тока, генерируемыми симметричным мультивибратором, собранном на тран¬ зисторах VT1 и VT2. Частоту следова¬ ния импульсов тока можно изменять с помощью переменного резистора R3, включенного в базовую цепь транзисто- pa VT1 последовательно с резистором R4. Когда движок этого резистора нахо¬ дится в крайнем верхнем (по схеме) по¬ ложении, частота следования импуль¬ сов наименьшая — около 20 в минуту, а в крайнем нижнем положении — наи¬ большая, примерно 60 в минуту. Гене¬ рируемые импульсы тока усиливаются транзистором VT3, база которого непо¬ средственно соединена с эмиттером транзистора VT2 мультивибратора, сни¬ маются с нагрузочного резистора R6 и через резисторы R7 и R9 поступают на базы транзисторов VT4 и VT5, работаю¬ щие как усилители тока. В моменты вре¬ мени, когда транзистор VT3 открыт и сопротивление его участка эмиттер— коллектор мало, транзисторы VT4 и VT5 почти закрыты и их коллекторные токи незначительны. В промежутке же меж¬ ду импульсами транзистор VT3 закры¬ вается, а транзисторы VT4 и VT5, наобо¬ рот, открываются. В эти моменты вре¬ мени коллекторные токи транзисторов VT4 и VT5 резко увеличиваются, вокруг обмоток электромагнитов Y1 и Y2, включенных в эти цепи, возбуждаются магнитные поля, которые вступают во взаимодействие с постоянными магни¬ тами, находящимися на концах пере¬ кладины качелей. В электронном устройстве игруш¬ ки можно использовать любые мало¬ мощные низкочастотные транзисторы со статическим коэффициентом пере¬ дачи тока от 20 и больше. Диоды VD1 и VD2, шунтирующие обмотки электро- Рис. 258. Принципиальная схема электронных качелей {а) и устройство электромагнита (6)
310 Беседа четырнадцатая магнитов (они выполняет/ту же функ¬ цию, что и диод VD1 в электронном пе¬ реключателе елочных гирлянд), могут быть любыми плоскостными. Резисто¬ ры на мощность рассеяния не менее 0,125 Вт. Оксидные конденсаторы — К50-3, К50-6. Все эти детали можно смонтировать на плате размерами при¬ мерно 50 х 100 мм. Монтажную плату вместе с батареей питания GB1, состав¬ ленной из двух батарей 3336, размещай в фанерной или дощатой подставке. Электромагниты самодельные (рис. 258, б]. Для их сердечников ис¬ пользуй прутки малоуглеродистой ста¬ ли диаметром 12... 13 и длиной 43...45 мм или сердечники негодных электромаг¬ нитных реле типа РКН. Щечки обмоток с внешним диаметром 28...30 мм вы- режь из картона, тонкой фанеры или гетинакса. На сердечник между щечка¬ ми каждого электромагнита намотай 2600...2800 витков провода ПЭВ-1 0,24...0,25. Сопротивление обмотки по¬ стоянному току должно быть около 65 Ом. Постоянные магниты квадратного или прямоугольного сечения длиной по 25...30 мм или пластинчатого вида, на¬ пример от магнитных защелок, укрепи в канавках на концах пластмассовой или деревянной перекладины, сделан¬ ной в виде бруска длиной 130... 150, ши¬ риной 15...20 и толщиной 10... 12 мм. Сверху к концам перекладины при¬ клей легкие (по 10... 12 г) одинаковые по массе куклы или фигурки животных. Электромагниты размещай под пло¬ щадкой основания, выпиленной из ли¬ стового гетинакса или органического стекла толщиной 2...3 мм, так, чтобы их сердечники оказались против одно¬ именных полюсов постоянных магни¬ тов, обращенных к концам переклади¬ ны. Изменить полярность электромаг¬ нитов можно, поменяв местами вклю¬ чения выводы обмоток. Перекладина качелей с фигурками на ней должна быть уравновешена и без заметного трения качаться на проволочной стой¬ ке, расположенной на расстоянии 30...35 мм от поверхности основания игрушки. ' ' Длительность импульсов в обмот¬ ках электромагнитов игрушки, опреде¬ ляемая номиналами конденсаторов и резисторов мультивибратора, выбрана такой, чтобы качели уже при первом же импульсе приходили в движение. Каждый последующий импульс тока заканчивается до перехода переклади¬ ны качелей из одного крайнего поло¬ жения в другое. Обратное движение перекладины начинается от следующе¬ го импульса тока мультивибратора. Готовую игрушку раскрась, поза¬ бавься немного, а затем подари млад¬ шему брату или сестренке. Проведи — не задень! Основой та¬ кого аттракциона служат металличес¬ кий стержень длиной 60...80 см и про¬ волочное колечко с внутренним диаме¬ тром чуть больше толщины стержня. Играющий должен, пропуская стер¬ жень через колечко, провести колечко вдоль всей длины стержня и обратно, не коснувшись его. Задача играющего усложнится, если стержень согнуть кольцом или сделать волнообразным. Роль сигнализатора касания дета¬ лей аттракциона может выполнять эле¬ ктронное устройство, схема которого приведена на рис. 259. На ней металли¬ ческие стержень и колечко самого ат¬ тракциона выделены штриховыми ли¬ ниями. При касании колечком стержня на конденсатор С1 и1 базу составного транзистора VT1VT2 (через резистор R1) подается положительное напряже¬ ние источника питания GB1. Состав¬ ной транзистор при этом открывается и загорается лампочка L1 в его коллек¬ торной цепи. Эта часть устройства — световой сигнализатор, который, в свою очередь, управляет звуковым сиг¬ нализатором касания. Звуковую часть сигнализатора об¬ разуют несимметричный мультивибра¬ тор на транзисторах VT3 и VT4 (он по¬ добен мультивибратору по схеме на рис. 251), генерирующий электричес¬ кие импульсы с частотой следования
Беседа четырнадцатая 311 около 1000 Гц, и динамическая головка ВА1, преобразующая эти импульсы в звук. Но мультивибратор подключен к источнику питания не непосредствен¬ но, а через транзистор VT2. Это значит, что звуковая часть сигнализатора вклю¬ чается лишь тогда, когда сопротивле¬ ние участка коллектор—эмиттер тран¬ зистора VT2 близко к нулю, т.е. когда он открыт. Таким образом при касании обеих частей аттракциона одновремен¬ но появляются световой и звуковой сигналы электронного устройства. Каково назначение конденсатора С1 на входе сигнализатора? Он увели¬ чивает длительность реакции устрой¬ ства на время касания элементов ат¬ тракциона. Происходит это так. Даже при кратковременном касании стерж¬ ня колечком конденсатор успевает за¬ рядиться до напряжения батареи пита¬ ния, а составной транзистор VT1VT2 — открыться. Затем, когда контакта меж¬ ду стержнем и колечком уже не будет, конденсатор начинает разряжаться че¬ рез резистор R1 и эмиттерные перехо¬ ды составного транзистора. Как только напряжение на нем снизится до напря¬ жения около 1 В, составной транзистор закроется, лампочка ELI погаснет и прекратится звуковой сигнал. Длитель¬ ность реакции входной части сигна¬ лизатора на сигнал аттракциона тем больше, чем больше емкость конденса¬ тора. При емкости конденсатора 100...200 мкФ она будет менее секунды, что вполне достаточно для фиксирова¬ ния касания деталей аттракциона. А если конденсатора не будет или его емкость окажется небольшой? Тог¬ да при кратковременном сигнале ат¬ тракциона нить лампочки не успеет на¬ калиться, а звуковой сигнал будет еле уловимым. Все транзисторы сигнализатора могут быть с небольшим коэффициен¬ том h213, но не менее 20...30. Можно, разумеется, использовать и другие транзисторы соответствующих струк¬ тур и мощностей. Лампочка ELI — МНб,3-0,3 или КМб-60. Подбором рези¬ стора R1 устанавливают яркость свече¬ ния сигнальной лампочки при соеди¬ ненных между собой стержне и колеч¬ ке аттракциона. ЭЛЕКТРОННЫЙ «СОЛОВЕЙ» На одной из выставок техническо¬ го творчества радиолюбителей, прово¬ дившейся в Москве, интерес и одобри¬ тельные улыбки посетителей вызывала электронная игрушка радиокружка Тейковской городской станции юных техников Ивановской области, имити¬ рующая голоса поющих соловьев. Правда, звуки больше напоминали тре¬ ли канареек, но это нисколько не ох¬ лаждало любопытство посетителей вы¬ ставки. Многие интересовались уст¬ ройством игрушки, спрашивали, где можно найти его описание. Чтобы удовлетворить любопытство юных радиолюбителей, я рассказал об устройстве и работе этого интересного звукового автомата в журнале «Радио». После этого в редакцию журнала при¬ шло несколько десятков писем, авторы которых делились опытом конструиро¬ Рис. 259. Аттракцион «Проведи — не задень»
312 Беседа четырнадцатая Рис. 260. Принципиальная схема электронного «Соловья» вания электронных «соловьев». С тех¬ нической точки зрения наибольший интерес, на мой взгляд, представляет «соловей», усовершенствованный ра¬ диолюбителем А. Ануфриевым из под¬ московного города Чехова. Принципиальную схему этого элек¬ тромузыкального устройства, имитиру¬ ющего трели соловья, ты видишь на рис. 260. На первый взгляд игрушка мо¬ жет показаться очень сложной — 16 транзисторов. Но при внимательном рассмотрении схемы это впечатление рассеется, потому что все здесь тебе уже знакомо. Да и многие транзисторы, используемые в игрушке, могут быть с коэффициентом h213 всего 15...20. Она к тому же проста в налаживании и при компактном монтаже умещается в кор¬ пусе «карманного» приемника. Основа игрушки — четыре взаимо¬ связанных однотипных мультивибра¬ тора и усилитель 34 с выходной мощ¬ ностью около 150 мВт. Питать ее мож¬ но от батареи напряжением 9 В («Ко¬ рунд», 7Д-0Д15, две батареи 3336, соединенные последовательно) или вы¬ прямителя. Средний ток, потребляе¬ мый от источника тока при наиболь¬ шей громкости звучания, не превыша¬ ет 50 мА. Характерной особенностью этого электронного устройства, отличающей его от аттракционов «Утка с утятами» или «Кот-лакомка», является включе¬ ние и переключение мультивибрато¬ ров не электромагнитными реле, а транзисторами. Кроме того, в мульти¬ вибраторах работают три транзистор¬ ные сборки 2НТ172 (217НТ2). В метал¬ лостеклянном корпусе такой микро¬ схемы находятся четыре кремниевых п-р-п транзистора, каждый из которых имеет отдельные выводы и может ра¬ ботать как самостоятельный активный элемент. На принципиальной схеме транзисторы каждой сборки различа¬ ются только нумерацией их выводов. Рассказ о работе электронного со¬ ловья начну с усилителя 34, обеспечи¬ вающего достаточно громкое звучание его «трелей». Он, как видишь, подобен знакомым тебе усилителям 34 с бес- трансформаторным выходом. Сигнал «соловья», снимаемый с переменного резистора R19, поступает через кон¬ денсатор СЮ на базу транзистора VT6 каскада предварительного усиления напряжения, а с его нагрузочного ре¬ зистора R25 — непосредственно на ба¬ зу транзистора VT7 фазоинверсного каскада. Далее сигнал усиливается по мощности двухтактным каскадом на транзисторах VT7 и VT8 и головкой ВА1 преобразуется в звуковые колеба¬ ния, имитирующие голос соловья. Мультивибратор на транзисторах VT3.1 и VT3.2 сборки VT3, который бу¬ дем называть первым, генерирует ко¬ лебания частотой около 5 кГц, соответ¬ ствующие звуку высокого тона. После усиления транзистором VT3.3 той же сборки и трехкаскадным усилителем 34 они определяют тембровую окрас¬ ку трели соловья. Работой первого мультивибратора управляет второй мультивибратор на транзисторах VT2.3 и VT2.4 сборки
Беседа четырнадцатая 313 VT2, генерирующий колебания часто¬ той 5 Гц. Когда транзистор VT2.4 за¬ крыт, работает первый мультивибра¬ тор. В те же моменты, когда транзистор VT2.4 открывается и через его малое со¬ противление и резистор R15 база тран¬ зистора VT3.2 оказывается соединен¬ ной с общим проводом цепи питания, первый мультивибратор не работает. В результате динамическая головка вос¬ производит сигнал, напоминающий ча¬ стое «щелканье», присущее трели соло¬ вья. Работой второго мультивибратора управляет третий мультивибратор, со¬ бранный на транзисторах VT1.4 и VT2.1, входящих в сборки VT1 и VT2. Генерируя колебания частотой около 1 Гц, он с такой же частотой прерывает генерацию второго мультивибратора. Когда транзистор VT2.1 закрыт, ток ба¬ зы транзистора VT2.2 незначительный, поэтому этот транзистор тоже закрыт и не оказывает влияния на работу второ¬ го мультивибратора. В свою очередь, третий мультиви¬ братор управляется четвертым мульти¬ вибратором на транзисторах VT1.1 и VT1.2, который генерирует импульсы тока с периодом следования 6...8 с. Транзисторы VT1.3 и VT2.2 усиливают импульсы тока управляющих мульти¬ вибраторов. Таким образом, мультиви¬ браторы формируют полную трель со¬ ловья, начинающуюся одиночным по¬ щелкивающим свистом, переходящим в более частый, и заканчивающуюся быстрым переливом. Напряжение питания, подаваемое на транзисторы мультивибраторов, стабилизируется стабилитроном VT4 и транзистором VT5. Без стабилизации напряжения соловьиные трели будут изменяться с уменьшением напряже¬ ния источника питания. Внешний вид монтажной платы ав¬ томата и порядок расположения выво¬ дов транзисторов сборки 2НТ172 по¬ казаны на рис. 261, а сама печатная плата, выполненная из фольгирован- ного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, и схема соединения деталей на ней — на рис. 262. Размеры платы вы¬ браны с таким расчетом, чтобы она вместе с батареей питания размести¬ лась в корпусе «карманного» прием¬ ника. Круглое отверстие в средней ча¬ сти платы предназначено для магнит¬ ной системы малогабаритной динами¬ ческой головки мощностью 0,1-0,2 Вт (ОДГД-6, ОДГД-12, 0,2ГД-1), укреплен¬ ной на лицевой панели корпуса, четыре овальных отверстия — для винтов креп¬ ления платы в корпусе. Все резисторы типа МАТ-ОД25 (можно МЛТ-0,25), ок¬ сидные конденсаторы типа К50-6, пе¬ ременный резистор R19 с выключате¬ лем питания SA1 — СПЗ-ЗВ. Резисторы R6, R8 и R9, R10 смонтированы в верти¬ кальном положении. Один из транзис¬ торов сборки VT3 (выводы 9—11) не используется. В усилителе 34 и стабилизаторе на¬ пряжения можно применить транзис¬ торы серий МП39— МП42 (VT6, VT9, VT5), МП37 или МП38 (VT7, VT8) и ста¬ билитрон Д814А (VT4). Транзисторные сборки 2НТ172 можно без каких-либо изменений в схеме или конструкции
314 Беседа четырнадцатая Рис. 261. Вид на монтажную плату «Соловей» и транзисторную сборку 2НТ172 заменить на 217НТ1 иди 217НТЗ. Вооб¬ ще же вместо транзисторных сборок можно использовать кремниевые п-р-п транзисторы серий КТ315, КТ312 с лю¬ бым буквенным индексом. Но тогда размеры монтажной платы придется увеличить и, кроме того, соответствен¬ но ‘доработать участки токонесущих печатных проводников, относящихся к мультивибраторам «соловья». Монтаж же может быть навесным (если нет фольгированного материала и хлорно¬ го железа для травления платы), да и конструкция в целом иной — все зави¬ сит от имеющихся деталей и того, как ты намерен использовать эту музы¬ кальную игрушку. В таком случае и ди¬ намическая головка может быть мощ¬ нее, например 1ГД-40Р, чтобы повы¬ сить громкость звучания «соловья». Налаживание усилителя 34 тебе знакомо по ранее конструируемым бестрансформаторным усилителям с двухтактным выходным каскадом. Оно сводится к подбору резистора R28 та¬ ким образом, чтобы на эмиттерах тран¬ зисторов VT8 и VT9 выходного каскада было напряжение, равное половине на¬ пряжения источника питания. Прове¬ рить качество работы усилителя в це¬ лом можно путем воспроизведения грамзаписи, подключив звукоснима¬ тель параллельно резистору R22. Налаживание основы «соловья» за¬ ключается в проверке работы мульти¬ вибраторов и корректировании его тре¬ лей. Оно осуществляется изменением частот генерируемых мультивибрато¬ рами импульсов путем подбора входя¬ щих в них конденсаторов, а в мульти¬ вибраторе на транзисторах VT1.1 и VT1.2 — подбором резисторов R2 и R3 в их базовых цепях. Для контроля работы мультивибраторов используй вольт¬ метр постоянного тока с относитель¬ ным входным сопротивлением не ме¬ нее 10 кОм/В, например вольтметр тво¬ его миллиампервольтомметра или тран-
Беседа четырнадцатая 315 Рис. 262. Печатная плата (вид со стороны токонесущих проводников) и схема соединения деталей на ней
316 Беседа четырнадцатая зисторный вольтметр (о нем я расскажу в следующей беседе). По отклонению стрелки вольтметра от нулевой отметки можно ориентировочно судить о пери¬ оде и длительности импульсов, генери¬ руемых мультивибраторами. Перед включением питания на монтажной плате тремя временными проволочными перемычками соедини базу и эмиттер транзистора VT2.4, эмиттеры транзисторов VT1.4 и VT2.1, а также эмиттеры транзисторов VT1.1 и VT1.2. Если мультивибратор на тран¬ зисторах VT3.1 и VT3.2 исправен, дина¬ мическая головка ВА1 должна воспро¬ изводить звуковой сигнал высокого то¬ на, соответствующий частоте 4...5 кГц. После этого удали первую прово¬ лочную перемычку, соединяющую вы¬ воды 9 и 11 сборки VT2 и проверь муль¬ тивибратор на транзисторах VT2.3, VT2.4. Если он исправен, то звук основ¬ ного тона становится прерывистым с частотой около 5 Гц При этом стрелка вольтметра, подключенного к коллек¬ тору транзистора VT2.4 (вывод 10 сбор¬ ки VT2), должна пять раз в секунду от¬ клониться от нулевой отметки шкалы. Затем удали вторую проволочную перемычку (соединяющую вывод 11 сборки VT1 с выводом 2 сборки VT2) и проверь работоспособность мультиви¬ братора на транзисторах VT 1.4 и VT2.1. Вольтметр подключи к коллектору транзистора VT1.4 (вывод 10 сборки VT1) и подбором конденсаторов СЗ, С4 добивайся периода следования поло¬ жительных импульсов около 1 с и дли¬ тельности импульса 0,3 с. При этом ди¬ намическая головка в течение каждой секунды должна издавать звук, похо¬ жий на кудахтанье курицы «куд-куд- куда-а», «куд-куд-куда-а» и т.д. Далее проверяй мультивибратор на транзисторах VT1.1 и VT1.2, для чего вольтметр подключи к коллектору тран¬ зистора VT1.1 (вывод 1 сборки VT1). Здесь подбором сопротивлений резис¬ торов R2, R3 и емкостей конденсаторов Cl, С2 добивайся периода следования положительных импульсов 6...3 с при длительности импульса 2,5...3 с После этого удали третью проволочную пере¬ мычку (соединяющую выводы 2 и 5 сборки VT1) и, если необходимо, окон¬ чательно скорректируй основной тон трели подбором конденсаторов С7 и С8. Сопротивление резистора R2 должно составлять 120... 130 кОм, а резистора R3 — 91...100 кОм. Резистор R20, образующий с пере¬ менным резистором R19 нагрузку транзистора VT3.3, подбирай в зависи¬ мости от примененной динамической головки. Его сопротивление должно быть таким, чтобы при наибольшей громкости звучания головки, когда движок резистора R19 находится в нижнем (по схеме) положении, усили¬ тель 34 не перегружался и выходные транзисторы VT8 и VT9 не грелись. Какие изменения можно внести в этот электронный автомат? Кроме за¬ мены транзисторных сборок (о чем я уже говорил) его можно упростить, ис¬ ключив усилитель 34. Для этого в кол¬ лекторную цепь транзистора VT3.3 на¬ до вместо резисторов R19 и R20 вклю¬ чить телефонный капсюль ДЭМ-4м или один из излучателей головного телефо¬ на. Но, разумеется, громкость трелей при этом значительно снизится. Если такую музыкальную игрушку предполагаешь подарить сестре, брату или школьному товарищу, то придется подумать и о ее внешнем оформлении. Вариантов может быть много. Напри¬ мер, ее можно оформить в виде музы¬ кальной шкатулки, из которой при от¬ крывании крышки (в этот момент за¬ мыкаются замаскированные контакты выключателя питания) начинают зву¬ чать трели «соловья». В заключение беседы хочу позна¬ комить тебя еще с одной «профессией» мультивибратора. ОДНОВИБРАТОР Мультивибратор такой разновид¬ ности генерирует одиночные импуль¬ сы тока (или напряжения) при подаче
Беседа четырнадцатая 317 на его вход запускающих сигналов от другого источника, например от авто¬ колебательного мультивибратора. Рис. 263. Схема опытного ждущего однови- братора Чтобы автоколебательный мульти¬ вибратор, опыты с которым ты прово¬ дил в начале этой беседы (по схеме на рис. 248), превратить в одновибратор, надо сделать следующее: конденсатор С2 удалить, а вместо него между кол¬ лектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1 включить резистор (на рис. 263 — R3) сопротивлением 10... 15 кОм, между базой транзистора VT1 и заземленным проводником включить последовательно соединен¬ ные элемент 332 (G1) и резистор сопро¬ тивлением 4,7...5,1 кОм (R5), но так, чтобы с базой соединялся (через R5) положительный полюс элемента, к ба¬ зовой цепи транзистора VT1 подклю¬ чить конденсатор (на рис. 263 — С2) емкостью 1...5 тыс. пФ, второй вывод которого будет выполнять роль контак¬ та входного управляющего сигнала. Исходное состояние транзистора VT1 такого одновибратора — закры¬ тое, транзистора VT2 — открытое. Проверь — так ли это? Напряжение на коллекторе закрытого транзистора должно быть близким к напряжению источника питания, а на коллекторе от¬ крытого транзистора — не превышать 0,2...0,3 В. Затем в коллекторную цепь транзистора VT1 включи миллиампер¬ метр на ток 10... 15 мА и, наблюдая за его стрелкой, включи между контактом UBX и заземленным проводником, бук¬ вально на мгновение, один-два элемен¬ та 332, соединенные последовательно (на схеме GB), или батарею 3336. Толь¬ ко не перепутай, отрицательный полюс этого внешнего электрического сигна¬ ла должен подключаться к контакту UBX. При этом стрелка миллиампермет¬ ра должна тут же отклониться до зна¬ чения наибольшего тока коллекторной цепи транзистора, застыть на некото¬ рое время, а затем вернуться в исход¬ ное положение, чтобы «ждать» следую¬ щего сигнала. Повтори этот опыт несколько раз. Миллиамперметр при каждом входном сигнале будет показывать мгновенно возрастающий ток до 8... 10 мА и спустя некоторое время — так же мгновенно убывающий почти до нуля коллектор¬ ный ток транзистора VT1. Это одиноч¬ ные импульсы тока, генерируемые од- новибратором. А если батарею GB подольше дер¬ жать подключенной к зажиму UBX? Произойдет то же, что и в предыдущих опытах, — на выходе устройства по¬ явится только один импульс. Попробуй! И еще один эксперимент: коснись вывода базы транзистора VT1 каким- либо металлическим предметом, взя¬ тым в руку. Возможно, и в этом случае одновибратор сработает — от электро¬ статического заряда твоего тела. По¬ втори такие же опыты, но включив миллиамперметр в коллекторную цепь транзистора VT2. При подаче управля¬ ющего сигнала коллекторный ток этого транзистора должен резко уменьшить¬ ся почти до нуля, а затем так же резко увеличиться до значения тока открыто¬ го транзистора. Это тоже импульс тока, но отрицательной полярности. Каков же принцип действия одно¬ вибратора? В таком варианте мультивибратора связь между коллектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1 не емко¬ стная, как в автоколебательном, а рези¬ стивная — через резистор R3. На базу
318 Беседа четырнадцатая транзистора VT2 через резистор R2 по¬ дается открывающее его отрицатель¬ ное напряжение смещения. Транзис¬ тор же VT1 надежно закрыт положи¬ тельным напряжением элемента G1 на его базе. Такое состояние транзисто¬ ров весьма устойчиво. В этом состоя¬ нии они могут находиться сколько угодно времени. Но вот на базе транзистора VT1 по¬ явился импульс напряжения отрица¬ тельной полярности. С этого момента транзисторы переходят в режим неус¬ тойчивого состояния. Под действием входного сигнала транзистор VT1 от¬ крывается, а изменяющееся при этом напряжение на его коллекторе через конденсатор С1 закрывает транзистор VT2. В таком состоянии транзисторы находятся до тех пор, пока не разрядит¬ ся конденсатор С1 (через резистор R2 и открытый транзистор VT1, сопротив¬ ление которого в это время мало). Как только конденсатор разрядится, тран¬ зистор VT2 тут же откроется, а транзи¬ стор VT1 закроется. С этого момента устройство вновь оказывается в исход¬ ном, устойчивом ждущем режиме. Таким образом, одновибратор име¬ ет одно устойчивое и одно неустойчи¬ вое состояние. Во время неустойчивого состояния он генерирует один прямо¬ угольный импульс тока (напряжения), длительность которого зависит от емко¬ сти конденсатора С1. Чем больше ем¬ кость этого конденсатора, тем больше длительность импульса. Так, например, при емкости конденсатора 50 мкФ одно- вибратор генерирует импульс тока дли¬ тельностью около 1,5 с, а с конденсато¬ ром емкостью 150 мкФ — раза в три больше. Через дополнительные конден¬ саторы положительные импульсы на¬ пряжения можно снимать с «Выхода 1», а отрицательные — с «Выхода 2». Только ли импульсом отрицательно¬ го напряжения, поданным на базу тран¬ зистора VT1, можно вывести однови¬ братор из ждущего режима? Нет, не только. Это можно сделать и подачей импульса напряжения положительной полярности, но на базу транзистора VT2. Итак, тебе остается эксперимен¬ тально проверить, как влияет емкость конденсатора С1 на длительность им¬ пульсов и возможность управления од- новибратором импульсами положи¬ тельного напряжения. Как практически можно использо¬ вать одновибратор? По-разному. На¬ пример, для преобразования синусои¬ дального напряжения в импульсы на¬ пряжения (или тока) прямоугольной формы такой же частоты или включе¬ ния на какое-то время другого прибора путем подачи на его вход кратковре¬ менного электрического сигнала. А как еще? Подумай! В этой беседе ты познакомился лишь с принципом работы и некоторыми видами исполь¬ зования транзисторных мультивибраторов. Что же касается компоновки и монтажа деталей, размеров и внешнего оформления конструкции, то с этими задачами, полагаю, ты справишься и без моей помощи. Были задачи и посложнее. Но с мультивибраторами, в том числе и на логических элементах цифровых микросхем, тебе еще придется иметь дело в следующих беседах.
319 БЕСЕДА ПЯТНАДЦАТАЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ О технической культуре радиолюбителя судят не только по тем приемникам или усили¬ телям, которые он конструирует, но и по измерительной лаборатории, приборами ко- торой он пользуется в процессе подбора деталей, при монтаже и налаживании аппара¬ туры. Да, юный друг, это такI Потому что без измерительных приборов невозможно до¬ биться хорошей и длительной бесперебойной работы радиотехнического устройства. В этом, надеюсь, ты уже убедился на собственном опыте и неоднократно будешь убеж¬ даться в будущем. Основа электроизмерительной лаборатории была тобой уже заложе¬ на в седьмой беседе. Но ее приборы были в основном лишь пробниками. Только миллиам- первольтомметр позволял производить необходимые измерения, без чего вообще нельзя заставить работать даже сравнительно несложный приемник, усилитель, электронную игрушку. У тебя не было приборов для измерения емкости конденсаторов, малых и боль¬ ших сопротивлений резисторов, генератора колебаний звуковой частоты дли налажива¬ ния и оценки качества работы усилителей при воспроизведении грамзаписи, вольтмет¬ ра постоянного тока, которым можно было бы измерить напряжения непосредственно на базах транзисторов. Вот о пополнении твоей измерительной лаборатории подобны¬ ми приборами и пойдет разговор в этой беседе.
320 Беседа пятнадцатая МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ Такой прибор позволит с достаточ¬ но высокой точностью измерять сопро¬ тивления резисторов, емкости конден¬ саторов, индуктивности катушек, наи¬ более часто применяемых в колеба¬ тельных контурах, высокочастотных дросселей. Его основой служит изме¬ рительный мост, в одну из диагоналей которого включают источник тока, а в другую — индикатор тока, по которому оценивают электрические параметры этих радиодеталей. Рис. 264. Мосты для измерения сопротивле¬ ний (я, 6) и емкостей (в) Схему такого моста при измерении сопротивлений ты видишь на рис. 264, а. Измерительный мост состо¬ ит из четырех резисторов, образую¬ щих его четыре плеча: — резистор, сопротивление которого измеряем; R0 — образцовый (т.е. как бы эталон¬ ный) резистор, сопротивление которо¬ го известно, a R1 и R2 — резисторы, со¬ противления которых подбирают при измерении. Индикатором И, включен¬ ным в диагональ моста, может служить микроамперметр с нулевой отметкой в середине шкалы. Когда отношение со¬ противлений резисторов Rx и R0 равно отношению сопротивлений резисто¬ ров R1 и R2, через индикатор ток не идет, и его стрелка находится против нулевой отметки шкалы. В таком слу¬ чае говорят, что измерительный мост сбалансирован, т.е. электрически урав¬ новешен. Но стоит изменить сопротив¬ ление одного из плеч моста, заменив, например, резистор Rx резистором другого номинала, как произойдет пе¬ рераспределение токов в плечах моста и он окажется разбалансированным — стрелка индикатора отклонится в ту или иную сторону от нулевой отметки на шкале в зависимости от нового соот¬ ношения сопротивлений плеч моста. Чтобы мост снова сбалансировать, на¬ до соответственно изменить сопротив¬ ления одного из трех других плеч. Поскольку сопротивления образ¬ цового R0 и подбираемых резисторов R1 и R2 известны, сопротивление про¬ веряемого резистора Rx нетрудно под¬ считать по такой формуле: Rx= R0R1/R2. Допустим, что Rx = 10 кОм, R1 = 2 кОм, a R2 = 1 кОм. В этом случае со¬ противление измеряемого резистора Rx будет Rx = 10 х 2/1 = 20 кОм. Резисторы R1 и R2 можно заменить одним переменным резистором, как это показано на рис. 264, б. В этом слу¬ чае соотношение сопротивлений плеч моста, а значит, и его балансировка до¬ стигаются перемещением движка пе¬ ременного резистора. А если против ручки этого резистора будет заранее размеченная шкала, отпадет необходи¬ мость в расчете сопротивления изме¬ ряемого резистора Rx. Переменный резистор в этом случае называют рео¬ хордом, а измерительный мост — рео- хордным мостом. Теперь рассмотрим рис. 264, в, на котором изображена схема такого же моста, но предназначенного для изме¬ рения емкости конденсаторов. Здесь С0 — образцовый конденсатор; Сх — измеряемый конденсатор, а перемен¬ ный резистор (Rl + R2) — реохорд, ко¬ торым балансируют мост. Источником питания моста служит генератор пере¬ менного тока G, обозначенный на схе¬ ме знаком синусоиды в кружке. На этот ток должен реагировать и индика¬ тор моста. Емкости конденсаторов из¬ меряют так же, как и сопротивления резисторов — путем балансировки моста и определения емкости по шкале реохорда. Такой мост можно использовать и для измерения индуктивности катушек
Беседа пятнадцатая 321 Рис. 265. Схема измерителя RCL колебательных контуров или дроссе¬ лей высокой частоты, если в нем образ¬ цовый конденсатор заменить образцо¬ вой катушкой L0, а вместо конденсато¬ ра С включить в мост измеряемую ка¬ тушку индуктивности Lx. Как видишь, принцип измерения сопротивлений, емкостей и индуктив¬ ностей деталей одинаков. Разница лишь в источнике питания и индикато¬ ре моста. А нельзя ли, спросишь ты, при лю¬ бых измерениях питать мост перемен¬ ным током. Можно! Например, током звуковой частоты. В этом случае роль индикатора могут выполнять головные телефоны: баланс моста фиксируют по наименьшему звуку или пропаданию его. Такой прибор я и предлагаю для твоей лаборатории. Принципиальная схема измерите¬ ля RCL показана на рис. 265. Транзис¬ торы VT1, VT2 и относящиеся к ним ре¬ зисторы Rl—R4 и конденсаторы С1, С2 образуют знакомый тебе симметрич¬ ный мультивибратор, генерирующий колебания звуковой частоты. Транзис¬ тор VT3 является усилителем мощнос¬ ти, а его нагрузочный резистор R6 — реохордом измерительного моста, пи¬ тающегося переменным током генера¬ тора. Резистор R5 ограничивает ток коллекторной цепи транзистора VT3, возрастающий при измерении индук¬ тивностей, и тем самым предотвращает тепловой пробой этого транзистора. Конденсаторы СЗ—С5Г резисторы R7—R9 и катушка LI — образцовые элементы моста, от точности номина¬ лов которых зависит точность произво¬ димых измерений. Резисторы Rx и ка¬ тушки Lx электрические параметры ко¬ торых надо измерить, подключают к зажимам XI и Х2, а измеряемые кон¬ денсаторы Сх — к зажимам Х2 и ХЗ. Го- ловные телефоны BF1, являющиеся ин¬ дикатором балансировки измеритель¬ ного моста, подключают к разъему Х4. Советую ту часть схемы, которая относится к измерительному мосту прибора, начертить в таком же виде, как на рис. 264, в. Это поможет подроб¬ нее разобраться в плечах моста и его работе в целом. В приборе несколько образцовых конденсаторов и резисторов, которые расширяют пределы измерений. Дости¬ гается это включением в мост образцо¬ вых конденсаторов и резисторов, номи¬ налы которых различаются в число раз, кратное 10. Показанное на схеме поло¬ жение переключателя SA2, когда в мост включен образцовый конденсатор СЗ (100 пФ), соответствует поддиапазону измерения емкости конденсаторов примерно от 10 до 1000 пФ. Во втором положении переключателя (включен конденсатор С4) можно измерить ем¬ кость конденсаторов от 1000 пФ до 0,1 мкФ, в третьем (включен конденса¬ тор С5) — от 0,1 до 10 мкФ. Аналогично обстоит дело и при измерении сопро¬
322 Беседа пятнадцатая тивлений резисторов: включение в мост образцового резистора R9 (100 Ом) соответствует поддиапазону измерения сопротивлений от 10 Ом до 1 кОм, включение резистора R8 (10 кОм) — поддиапазону измерений от 1 до 100 кОм, резистора R7 (1 МОм) — поддиапазону от 100 кОм до 10 МОм. С помощью только одного образцового конденсатора и одного образцового ре¬ зистора перекрыть такой широкий диа¬ пазон измеряемых емкостей и сопро¬ тивлений невозможно. Диапазон измерения индуктивнос¬ тей катушек контуров и дросселей вы¬ сокой частоты один — примерно от 10 до 1000 мкГн. Это тебя вполне устроит, так как индуктивность подавляющего большинства таких радиодеталей не превышает 1000 мкГн О чем говорят обозначения «х 100 пФ», «х 0,01 мкФ», «х 1 мкФ» и т.д., сделанные возле контактов пере¬ ключателя вида измерений SA2? Это коэффициенты, на которые надо умно¬ жить численные значения делений шкалы реохорда R6 измерительного моста. Шкала прибора (рис. 266) — об¬ щая для любых измерений. Ее деления обозначены цифрами от 0,1 до 10. И чтобы узнать, какова емкость или со¬ противление детали, надо численное значение деления шкалы реохорда ум¬ ножить на коэффициент, соответству¬ ющий положению переключателя мос¬ та. Например, при измерении сопро¬ тивления резистора мост твоего прибо¬ ра оказался сбалансированным при положении переключателя SA2 на от¬ метке «х 100 Ом», а указатель ручки ре¬ охорда — против деления 2,2 шкалы. Умножив 2,2 на 100 Ом, ты узнаешь со¬ противление измеряемого резисто¬ ра — 220 Ом. Номиналы конденсаторов и резис¬ торов, кроме сопротивления реохорда R6, указаны на принципиальной схеме прибора. В качестве реохорда исполь¬ зуй проволочный переменный резис¬ тор, сопротивление которого может быть от 300...400 Ом до 8... 10 кОм. В крайнем случае, если не окажется про¬ волочного, можно поставить мастич¬ ный переменный резистор, например типа СП, но обязательно группы А, т.е. резистор, у которого сопротивление между движком и любым из крайних выводов изменяется пропорционально углу поворота оси. Переключатель под¬ диапазонов измерений одноплатный, на семь положений. Телефоны высоко¬ омные, с низкоомными телефонами прибор будет обладать существенно меньшей чувствительностью и не поз¬ волит проводить измерения на поддиа¬ пазонах «х 100 пФ и «х 1 МОм». Рис. 266. Шкала измерителя RCL Катушка L1 — индуктивностью 100 мкГн. Для нее можешь использо¬ вать унифицированный или подобный ему самодельный каркас с ферритовы¬ ми кольцами и подстроечником, намо¬ тав на каркас 65...70 витков провода ПЭВ-1 0,15...0,2. Окончательно индук¬ тивность катушки подгоняй с помощью подстроечного сердечника по завод¬ скому прибору. Конструкция прибора может быть двухпанельной, как показана на рис. 267. Верхняя панель, на которой находятся зажимы типа «крокодил» для подключения измеряемых деталей, разъем телефонов, переключатель ви¬ дов измерений, реохорд со шкалой моста и выключатель питания, являет¬ ся лицевой панелью футляра прибора. Остальные детали смонтированы на
Беседа пятнадцатая 323 второй, внутренней, несколько мень¬ шей панели, удерживающейся на стой¬ ках переключателя. На оси реохорда и переключателя засажены ручки с клю¬ виками-указателями. Для питания при¬ бора использованы три элемента 332, которые соединены последовательно контактными пластинами из листовой меди. Рис. 267. Конструкция прибора Образцовые резисторы R7—R9 и конденсаторы СЗ—С5, прежде чем их вмонтировать, надо обязательно прове¬ рить по точному измерительному при¬ бору. Точность их номиналов должна быть возможно более высокой, во вся¬ ком случае, не хуже 5%. Измерь номи¬ налы нескольких резисторов и конден¬ саторов для каждого поддиапазона и отбери те из них, которые имеют наи¬ меньшие отклонения от номиналов. Генератор прибора никакой налад¬ ки не требует. А чтобы убедиться, рабо¬ тает ли он, достаточно подключить к его выходу, например, параллельно реохор¬ ду телефоны — в них услышишь звук средней тональности. Генератор может не работать только из-за ошибок в мон¬ таже или негодности каких-то деталей. Единственно, что тебе, возможно, при¬ дется сделать — это добиться желаемо¬ го тона звука подбором конденсаторов С1 и С2 мультивибратора. А вот с граду¬ ировкой шкалы тебе придется пово¬ зиться порядочно — ведь от того, на¬ сколько точно ты ее разметишь, зависят и результаты будущих измерений. Шкала реохорда — общая для всех видов измерений. Значит, градуиро¬ вать (размечать) ее можно только для одного поддиапазона измерений. Де¬ лать это целесообразно для поддиапа¬ зона сопротивлений 10 Ом ... 1 кОм или 1...100 кОм. И вот почему: во-первых, резисторы таких сопротивлений наи¬ более ходовые, а во-вторых, к резисто¬ рам вообще при конструировании ап¬ паратуры предъявляются более жест¬ кие требования, чем к подавляющему большинству конденсаторов той же ап¬ паратуры. Хорошо, если для градуировки шкалы ты используешь так называе¬ мый магазин сопротивлений — набор эталонных резисторов, изготовленных из высокоомной проволоки. Он, воз¬ можно, есть и в физическом кабинете твоей школы. Но можно воспользо¬ ваться и набором резисторов соответ¬ ствующего номинала, но обязательно с допуском отклонений от их номиналов не более 5%. Делай это так. Сначала, установив переключатель SA2 на выбранный под¬ диапазон измерений, подключи к за¬ жимам Rx резистор такого же номина¬ ла, как и образцовый резистор этого под диапазона. Для поддиапазона 1... 100 кОм это резистор сопротивлени¬ ем 10 кОм (R8), а для поддиапазона 10 Ом ... 1 кОм—100 Ом (R9). Поворачи¬ вая ручку реохорда в обе стороны, до¬ бейся минимального звука в телефонах и против «носика» ручки сделай отмет¬ ку на дуге будущей шкалы. Это отметка множителя «х 1», соответствующая для нашего примера сопротивлению 10 кОм (1 х 10 кОм = 10 кОм). Она
324 Беседа пятнадцатая должна находиться в середине дуги шкалы и делить ее на две равные части. После этого подключай к зажимам Rx другие резисторы убывающих или, на¬ оборот, увеличивающихся номиналов и делай на шкале соответствующие от¬ метки. В конечном итоге у тебя полу¬ чится примерно такая же шкала, как изображено на рис. 266. ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА В описаниях конструкций, публи¬ куемых в радиотехнической литерату¬ ре, обычно указывают относительное входное сопротивление вольтметра по¬ стоянного тока, которым измерены на¬ пряжения в цепях конструкции. Делал это и я, рассказывая о рекомендуемых усилителях, приемниках. Случайно ли это? Нет! Потому что напряжения в це¬ пях конструкции, измеренные вольт¬ метром с другим входным сопротивле¬ нием, могут быть иными. Объясняется это тем, что вольтметр своим входным (внутренним) сопротивлением шунти¬ рует измеряемую цепь и тем самым из¬ меняет ток и напряжение в ней. Чем меньше его входное сопротивление, тем он сильнее шунтирует измеряемый участок цепи, тем больше погрешность в результатах измерения. Относительное входное сопротив¬ ление вольтметра постоянного тока комбинированного прибора, о котором я рассказал в седьмой беседе, 10 кОм/В. Оно достаточно высокое и во многих случаях вносит незначительные по¬ грешности в измерения. Подчеркиваю: во многих, но не во всех. В тех же случа¬ ях, когда измеряемая цепь высокоом¬ ная, погрешность измерения становит¬ ся ощутимой. Таким вольтметром уже нельзя достаточно точно измерить, на¬ пример, напряжение непосредственно на базе или коллекторе транзистора, ес¬ ли нагрузочный резистор в его цепи об¬ ладает большим сопротивлением. И сов¬ сем нельзя измерить напряжение сме¬ щения на затворе полевого транзисто¬ ра, входное сопротивление которого во много раз больше входного сопротивле¬ ния вольтметра. А если в комбинированном изме¬ рительном приборе будет использован микроамперметр на больший ток 1нчем 100 мкА? Например, на ток 500 мкА? В этом случае относительное входное со¬ противление вольтметра уменьшится до 2 кОм/В. Измерять им напряжения в цепях твоих конструкций еще можно, но погрешности измерений будут боль¬ ше. И наоборот, относительное вход¬ ное сопротивление можно увеличить вдвое, до 20 кОм/В, если для него ис¬ пользовать микроамперметр на ток 50 мкА. Но такой микроамперметр, да еще с большой шкалой, тебе, вероятно, не удастся достать. Есть, однако, другой путь значи¬ тельного увеличения входного сопро¬ тивления вольтметра — введение в не¬ го транзисторов. В связи с этим предла¬ гаю опыт, который поможет тебе разо¬ браться в принципе работы такого прибора. Рис. 268. Опытный вольтметр Принципиальная схема опытного вольтметра изображена на рис. 268. Это, как и в измерителе RCL, измери¬ тельный мост, в диагональ которого включен микроамперметр РА. Плечи моста образуют: участок эмиттер— коллектор транзистора VT1, резистор R1 и участки а и б переменного резис¬ тора R2. Мост питает элемент G1 на¬ пряжением 1,5 В (332, 316). Измеряе¬ мое постоянное напряжение подается на эмиттерный переход транзистора через входные гнезда XI и Х2 и доба¬ вочный резистор Кд, гасящий избыточ¬
Беседа пятнадцатая 325 ное измеряемое напряжение. Микро¬ амперметр РА, являющийся индикато¬ ром баланса моста, может быть на ток 300...500 мкА и даже больше. Транзис¬ тор — с коэффициентом h213 = 50—60. Сопротивление добавочного резистора Кд зависит от используемого микроам¬ перметра и определяет в основном входное сопротивление вольтметра. Оно должно быть не менее 30...50 кОм. Движок резистора R2 установи в верхнее (по схеме) положение. Затем замкни накоротко входные гнезда XI и Х2, включи питание и резистором R2, медленно вращая его ось, установи стрелку микроамперметра на нулевую отметку шкалы. Через 3...5 мин, необ¬ ходимые для прогрева транзистора, по¬ втори корректировку нуля вольтметра. После этого разомкни входные зажи¬ мы, подай на них постоянное напряже¬ ние 1 В, например часть напряжения одного элемента 332 (через делитель напряжения), и подбором добавочного резистора Кд добейся отклонения стрелки индикатора до конечной от¬ метки шкалы. Это будет соответство¬ вать 1 В измеряемого напряжения. Каково входное сопротивление та¬ кого вольтметра? Во много раз (пример¬ но в численное значение коэффициен¬ та h213 используемого транзистора) больше входного сопротивления вольт¬ метра комбинированного прибора. Каков принцип действия такого вольтметра? Его транзистор выполняет функцию усилителя тока и, кроме того, является элементом измерительного моста постоянного тока. Перед измере¬ нием мост был сбалансирован — дви¬ жок резистора установлен в положе¬ ние, при котором напряжение на мик¬ роамперметре и ток через него равны нулю. Но вот на входные гнезда вольт¬ метра, а значит, и на эмиттерный пере¬ ход транзистора ты, соблюдая поляр¬ ность, подал измеряемое постоянное напряжение. Коллекторный ток от это¬ го увеличивается, сопротивление уча¬ стка эмиттер—коллектор уменьшает¬ ся, в результате чего баланс моста на¬ рушается, и через микроамперметр те¬ чет ток, пропорциональный напряже¬ нию, поданному на вход вольтметра. Таким прибором, а он, разумеется, может быть многопредельным, уже можно пользоваться как высокоомным вольтметром. Однако его все же надо рассматривать как опытный измери¬ тель напряжения. Рис. 269. Схема транзисторного вольтметра постоянного тока. Для твоей измерительной лабора¬ тории рекомендую построить транзис¬ торный вольтметр по схеме, показан¬ ной на рис. 269. Он пятипредельный и рассчитан для измерений в цепях тран¬ зисторной аппаратуры, где напряже¬ ние в большинстве случаев не превы¬ шает 20...30 В. Плечи измерительного моста такого прибора образуют участ¬ ки эмиттер—коллектор транзисторов VT1 и VT2, резистор R9 с верхней (по схеме) от движка частью подстроечно- го резистора R10 и резистор Rl 1 с ниж¬ ней частью резистора R10. В одну диа¬ гональ моста (между эмиттерами тран¬ зисторов) включен микроамперметр РА1, в другую (между коллекторами транзисторов и движком подстроечно- го резистора R10) — источник питания G1. Чтобы шкала вольтметра была рав¬ номерной, на базы транзисторов через резисторы R6—R8 подаются отрица¬ тельные напряжения смещения, от¬ крывающие оба транзистора. Измерительный мост балансируют резистором R10 (при замкнутых между собой базах транзисторов), уравнивая им коллекторные токи транзисторов, и резистором R7, устанавливая им соот-
326 Беседа пятнадцатая ветствующие токи баз, несколько раз¬ личающиеся между собой из-за неиден- тичности параметров транзисторов. Измеряемое напряжение подают на базы транзисторов через один из доба¬ вочных резисторов Rl—R5. При этом транзистор VT1, база которого оказы¬ вается под отрицательным напряжени¬ ем, еще больше открывается, а транзис¬ тор VT2, база которого оказывается под положительным напряжением, наобо¬ рот, закрывается. В результате сопро¬ тивление участка эмиттер—коллектор транзистора VT1 уменьшается, транзи¬ стора VT2 — увеличивается, отчего ба¬ ланс моста нарушается и через микро¬ амперметр РА1 течет ток, пропорцио¬ нальный измеряемому напряжению. Для вольтметра подбери транзисто¬ ры с коэффициентом передачи тока h213 около 50 и по возможности с малы¬ ми, а главное, близкими по значению обратными токами 1КБСГ Чем меньше эти токи и разница между ними, тем стабильнее будет работать прибор. Рис. 270. Конструкция вольтметра Конструкция вольтметра может быть такой, как показана на рис. 270. Микроамперметр, выключатель пита¬ ния SA1, элемент G1 (332), подстроеч¬ ный резистор R10 и входные гнезда XI—Хб установлены на гетинаксовой панели, размеры которой определяются в основном размерами микроампермет¬ ра (в описываемом вольтметре исполь¬ зован микроамперметр М592). Осталь¬ ные детали смонтированы на другой ге¬ тинаксовой панели, которая закреплена непосредственно на зажимах микроам¬ перметра. Опорными монтажными точ¬ ками этих деталей могут быть пустоте¬ лые заклепки или отрезки облуженного медного провода толщиной 1...1,5 мм, запрессованные в отверстия в панели. Для соединения микроамперметра с де¬ талями прибора под гайки, навинчен¬ ные на его шпильки-зажимы, подложе¬ ны монтажные лепестки. Роль подстроечных резисторов R7 и R10 могут выполнять переменные ре¬ зисторы таких же или близких номина¬ лов. Сопротивления резисторов R6 и R8 могут быть от 15 до 30 кОм, резисто¬ ров R9 и Rl 1 — от 220 до 510 Ом. Закончив монтаж вольтметра, сверь его с принципиальной схемой — нет ли ошибок? Движки подстроечных резисторов поставь в среднее положе¬ ние относительно крайних выводов. Включи питание — стрелка микроам¬ перметра тут же отклонится от нуля, быть может, даже в противоположную сторону. Медленно вращая ось резис¬ тора R7, установи стрелку на нулевую отметку шкалы. Затем проволочной пе¬ ремычкой соедини временно между собой базы транзисторов и дополни¬ тельно сбалансируй мост резистором R10. И так несколько раз, пока стрелка микроамперметра перестанет реагиро¬ вать на соединение баз транзисторов. После этого приступай к подгонке добавочных резисторов пределов из¬ мерений. Делай это точно так же, как при налаживании вольтметра комби¬ нированного измерительного прибора. На схеме вольтметра сопротивле¬ ния добавочных резисторов Rl—R5 указаны применительно к микроам¬ перметру на ток 1и = 200 мкА и транзи¬
Беседа пятнадцатая 327 сторам со статическим коэффициен¬ том передачи тока около 50. Для микро¬ амперметра и транзисторов с другими параметрами сопротивления добавоч¬ ных резисторов будут иными. В таком случае целесообразно сначала подо¬ брать добавочный резистор R2 предела измерений 1 В, а затем по нему рассчи¬ тать сопротивления остальных доба¬ вочных резисторов. Так, например, ес¬ ли сопротивление добавочного резис¬ тора этого предела оказалось 50 кОм (примерно соответствует микроампер¬ метру на ток 1и = 400 мкА), то для пре¬ дела 3 В добавочный резистор R3 дол¬ жен быть сопротивлением около 150 кОм, для предела 0,3 В — около 15 кОм. Окончательно подбирай резис¬ торы опытным путем, контролируя об¬ разцовым прибором напряжения, по¬ даваемые на вход вольтметра. Можно ли выбрать иные пределы измерений? Конечно, и продиктовать их может оцифрованная шкала микро¬ амперметра. Так, например, если мик¬ роамперметр на ток 1и = 500 мкА, пре¬ делы измерений могут быть 0,5, 1; 5; 10 и 50 В или 0,5, 2,5; 10 и 50 В. Пользуясь транзисторным вольт¬ метром, помни: начинать измерения надо спустя 5...6 мин после включения питания. За это время стабилизируется тепловой режим работы транзисторов и стрелка прибора устанавливается на нулевую отметку шкалы. Время от вре¬ мени надо подстроечным резистором R10 корректировать нуль вольтметра. Как часто придется заменять эле¬ мент питания свежим? Ток, потребляе¬ мый вольтметром, не превышает 3...5 мА. Это значит, что элемент рабо¬ тает почти вхолостую и может служить не менее года. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ Мультивибратор, используемый в качестве источника сигналов, хорош лишь как пробник. Но он совсем не¬ пригоден для налаживания усилителей 34, аппаратуры телеуправления моде¬ лями, многих электронных автоматов, для которых выходной сигнал измери¬ тельных генераторов должен быть си¬ нусоидальным. Расскажу о двух генераторах: на одну фиксированную частоту 1000 Гц и с плавным изменением частоты выход¬ ного сигнала примерно от 200 до 3000 Гц. Первый из них проще, второй сложнее. Но чтобы сигналы генерато¬ ров были синусоидальной формы, для настройки их потребуется электронно¬ лучевой осциллограф. Схему измерительного генератора первого варианта ты видишь на рис. 271. Сам генератор прибора пред¬ ставляет собой обычный однокаскад¬ ный усилитель на транзисторе VT1, ох¬ ваченный положительной обратной связью. Напряжение положительной обратной связи с нагрузочного резис¬ тора R5 подается на базу транзистора VT1 через трехзвенную фазосдвигаю¬ щую цепочку, состоящую из конденса¬ торов Cl—СЗ, резисторов Rl — R4 и входного сопротивления транзистора. В результате усилитель возбуждается и генерирует электрические колебания, частота которых определяется данны¬ ми деталей фазосдвигающей цепочки. Такие измерительные генераторы на¬ зывают генераторами типа RC. Рис. 271. Схема генератора колебаний фикси¬ рованной частоты Напряжение смещения, обеспечи¬ вающее транзистору режим генера¬ ции, подается на его базу с делителя R3,
328 Беседа пятнадцатая R4. Подбором резистора R3, входящего в этот делитель напряжения, добива¬ ются синусоидальной формы выходно¬ го напряжения генератора. С резистора R5 сигнал генератора поступает на вход второго каскада, транзистор VT2 которого включен эмиттерным повторителем, а с движка его нагрузочного резистора R7 — через конденсатор С5 на вход проверяемого или налаживаемого усилителя 34. Пе¬ ременным резистором R7 напряжение выходного сигнала генератора можно плавно регулировать от нуля до 2,5...3 В. В принципе второго каскада может не быть. Нагрузочный резистор можно за¬ менить переменным резистором такого же номинала и с его движка снимать сигнал генератора. Но тогда в зависимо¬ сти от входного сопротивления налажи¬ ваемого усилителя, которое будет шун¬ тировать сравнительно высокоомный выход генератора, напряжение и часто¬ та сигнала генератора будут несколько изменяться. Эмиттерный повторитель с его низкоомным выходом исключает эти нежелательные изменения. Конструкция генератора произ¬ вольная. Важно лишь, чтобы она была не громоздкой и удобной в работе. Же¬ лательно, чтобы заземленный провод¬ ник выхода генератора был с зажимом типа «крокодил». Питать генератор можно от любой батареи с напряжени¬ ем 9 В или сетевого блока питания. По¬ требляемый ток не превышает 5 мА. Если детали предварительно прове¬ рены и нет ошибок в монтаже, все на¬ лаживание генератора заключается лишь в подборе оптимальных сопро¬ тивлений резисторов R3 и R6. Чтобы убедиться в работоспособности гене¬ ратора, подключи высокоомные голо¬ вные телефоны параллельно резистору R5 — в телефонах услышишь звук средней тональности. После этого те¬ лефоны подключи к выходу генерато¬ ра. Теперь громкость звука в телефо¬ нах должна изменяться при вращении ручки переменного резистора R7, а его тональность оставаться неизменной. Затем сигнал с выхода генератора подай на вход Y усилителя вертикаль¬ ного отклонения луча осциллографа. Регуляторы усиления и частоты раз¬ вертки осциллографа установи в такие положения, чтобы на экране хорошо просматривались два-три колебания генератора. После этого подбором со¬ противления резистора R3 добивайся синусоидальной формы колебаний, а подбором сопротивления резистора R6 устраняй односторонние ограничения амплитуды сигнала. На это время рези¬ сторы R3 и R6 целесообразно заменить переменными, с их помощью добиться неискаженной формы сигнала, затем заменить их постоянными резистора¬ ми соответствующих номиналов и еще раз по изображению на экране трубки осциллографа проверить форму сигна¬ ла генератора. Почему частота генератора выбра¬ на 1000 Гц? Потому что это одна из ос¬ новных измерительных частот, исполь¬ зуемых для проверки качества работы усилителей 34. Не исключено, что частота колеба¬ ний смонтированного генератора бу¬ дет несколько отличаться от 1000 Гц, что можно проверить по частотомеру. Но это не должно тебя волновать, пото¬ му что, во-первых, это вполне допусти¬ мо для любительской аппаратуры, а во- вторых, в твоей измерительной лабора¬ тории должен быть еще и генератор с плавным изменением частоты. Генератор колебаний 34 с плавным изменением частоты можно собрать по схеме, показанной на рис. 272. Он представляет собой двухкаскадный усилитель, охваченный двумя цепями обратной связи: положительной, благо¬ даря которой усилитель становится ге¬ нератором электрических колебаний, и отрицательной, улучшающей форму генерируемых колебаний. Транзисто¬ ры VT1 и VT2 первого каскада включе¬ ны по схеме составного транзистора, что повышает усиление и входное со¬ противление каскада, а транзистор VT3 второго каскада — по схеме ОЭ.
Беседа пятнадцатая 329 Рис. 272. Схема генератора с плавным изменением частоты Непосредственная связь между тран¬ зисторами улучшает работу генерато¬ ра на наиболее низких частотах гене¬ рируемых колебаний. Цепь положительной обратной свя¬ зи состоит из последовательной и па¬ раллельной RC-ячеек. В последователь¬ ную ячейку входят конденсатор С1 и резисторы Rl, R2, а в параллельную — конденсатор С2 и резисторы R3, R4. Эти RC-ячейки образуют два плеча де¬ лителя переменного напряжения, сни¬ маемого с нагрузочного резистора R8 транзистора VT3 второго (выходного) каскада и поступающего в цепь базы составного транзистора VT1 VT2 пер¬ вого каскада. Напряжение отрицательной обрат¬ ной связи, благодаря которой выход¬ ной сигнал генератора приобретает форму синусоиды, снимается с нагру¬ зочного резистора R8 второго каскада и через конденсатор С4, развязываю¬ щий резистор R10 и движок подстроеч- ного резистора R7 подается в эмиттер- ную цепь транзистора первого каскада. Частоту колебаний генератора плавно регулируют сдвоенным блоком переменных резисторов R2 и R3, входя¬ щих в плечи делителя выходного на¬ пряжения. Резисторы R5 и R4 образу¬ ют делитель напряжения источника питания, с которого на базу составного транзистора VT1VT2 снимается напря¬ жение смещения, а резистор R7 термо- стабилизирует режим его работы. На¬ пряжение смещения на базу транзис¬ тора VT3 снимается непосредственно с коллектора составного транзистора. Оксидный конденсатор СЗ большой емкости, шунтирующий резистор R9 в эмиттерной цепи транзистора VT3, улучшает условия самовозбуждения генератора на низших частотах. С нагрузочного резистора R8 вы¬ ходного каскада напряжение генерато¬ ра через конденсатор С4 подается на переменный резистор R11, а с его движка — на гнезда XI, Х4 с делителем напряжения (так называемым аттеню¬ атором), составленным из резисторов R13—R15, включенных между собой последовательно. Сопротивления ре¬ зисторов этого делителя, указанные на схеме, подобраны с таким расчетом, чтобы напряжение на гнезде Х2 со¬ ставляло 1/10, а на гнезде ХЗ — 1/100 часть всего напряжения, поданного на делитель. Так, например, если от пере¬ менного резистора Rl 1 «Амплитуда» на делитель подано напряжение 1 В, меж¬ ду гнездами Х4 и Х2 будет 0,1 В (100 мВ), а между Х4 и Х9 — 0,01 В (ЮмВ). Одновременно напряжение с движка резистора R11 подается и на
330 Беседа пятнадцатая двухполупериодный выпрямитель на точечных диодах VD1—VD4. В диаго¬ наль выпрямительного моста включен (через гасящий резистор R12) микро¬ амперметр РА1, по которому контроли¬ руют напряжение на делителе выход¬ ного напряжения. Транзисторы МП41А можно заме¬ нить другими низкочастотными р-п-р транзисторами, но их статический ко¬ эффициент передачи тока должен быть не менее 60. Диоды VD1—VD4 — любые из серий Д9 или Д2. Микроам¬ перметр РА1 на ток полного отклоне¬ ния стрелки не более 300 мА. Сдвоен¬ ный блок переменных резисторов R2, R3 — типа СП-Ш. Сопротивление рези¬ сторов блока может быть меньше, на¬ пример 10 кОм, но тогда частота гене¬ рируемых колебаний сдвинется в сто¬ рону более высоких частот звукового диапазона. Оксидные конденсаторы СЗ, С4 и выключатель питания SB1 мо¬ гут быть любых типов. Сопротивление резистора R12 зависит от используемо¬ го микроамперметра. Рис. 273. Конструкция генератора Сопротивления резисторов Rl, R4 и емкости конденсаторов С1, С2 долж¬ ны быть возможно более одинаковы¬ ми, во всяком случае, не должны отли¬ чаться более чем на 5%. Отбирай их на измерителе RCL. Внешний вид возможной кон¬ струкции генератора показан на рис. 273. Ориентировочные ее размеры 200 х 150 х 100 мм. Лицевую панель же¬ лательно сделать из листового гетинак¬ са, текстолита или цветного органичес¬ кого стекла толщиной 2—3 мм. На ней размещены блок переменных резисто¬ ров с визирной пластинкой и шкалой, выключатель питания (П2К), микроам¬ перметр, переменный резистор R11 «Амплитуда» и выходные гнезда гене¬ ратора. Резисторы R13—R15 делителя выходного напряжения монтируй не¬ посредственно на гнездах XI—Х4, дио¬ ды VD1—VD4 и резистор R12 — на за¬ жимах микроамперметра. Остальные детали можно смонтировать на плате подходящих размеров. Боковые стенки футляра могут быть как металлически¬ ми, так и фанерными — безразлично. Надо только постараться, чтобы внеш¬ ний вид генератора был опрятным, а конструкция прочной — ведь пользо¬ ваться этим измерительным прибором будешь, вероятно, не только ты, но и твои товарищи-радиолюбители. До окончательной сборки генера¬ тора тщательно проверь его монтаж по принципиальной схеме. К выходным гнездам подключи головные телефоны, движок переменного резистора R11 «Амплитуда» поставь в верхнее (по схе¬ ме) положение, а движок подстроечно- го резистора R7 — в нижнее положе¬ ние. Если теперь включить питание, то в телефонах услышишь звук, который при вращении ручки блока перемен¬ ных резисторов должен плавно изме¬ няться от очень низкого до высокого тона. Если звука нет, добивайся его подбором резистора R5 (заменив его временно переменным резистором 20...30 кОм). Затем сигнал с выхода ге¬ нератора подай на вход Y осциллогра¬ фа и, наблюдая изображение на экране его электронно-лучевой трубки, очень медленно перемещай движок подстро- ечного резистора R7 вверх (по схеме). При этом в цепь эмиттера транзистора VT2 будет подаваться все большее на¬ пряжение отрицательной обратной связи, отчего сигнал генератора будет приобретать синусоидальную форму. При чрезмерно глубокой отрицатель¬ ной обратной связи генерация будет сорвана. Движок подстроечного резис¬ тора установи в такое положение, ког¬
Беседа пятнадцатая 331 да сигнал имеет синусоидальную фор¬ му и генерация не срывается при изме¬ нении частоты. После этого подбором резистора R5 добейся наибольшей амп¬ литуды колебаний и еще раз подстро- ечным резистором попытайся улуч¬ шить синусоиду сигнала. Градуировать (размечать) шкалу блока переменных резисторов можно по частотомеру, подавая на его вход на¬ пряжение генератора, или с помощью осциллографа и заводского генератора колебаний звуковой частоты, например типа ЗГ-10 или ЗГ-11. Во втором случае на вход Y вертикального отклонения лу¬ ча осциллографа подают напряжение от самодельного генератора, на вход «X» горизонтального отклонения луча — на¬ пряжение от заводского ЗГ, а равенство частот генераторов определяют по так называемым фигурам Лиссажу, созда¬ ющимся на экране осциллографа. Отградуированная шкала твоего прибора будет исходным показателем частот генерируемых им колебаний. Остается измерить вольтметром переменного тока комбинированного прибора выходное напряжение генера¬ тора и подобрать добавочный резистор R12 в цепи микроамперметра, соответ¬ ствующий этому напряжению. В зави¬ симости от транзисторов, используе¬ мых в генераторе, и тщательности под¬ гонки режима их работы максималь¬ ное выходное напряжение генератора может составлять 1,2... 1,5 В. Резистор R12 подбери такого номинала, чтобы при максимальном переменном напря¬ жении стрелка микроамперметра от¬ клонялась почти на всю шкалу. Сделай на шкале отметки, соответствующие переменным напряжениям 0,25, 0,5 и 1 В на выходе генератора, пользуясь которыми ты будешь регулировать на¬ пряжения сигналов, подаваемые на вход проверяемого или налаживаемого усилителя 34. Футляр готового генератора по¬ крась нитроэмалью светлого тона или оклей декоративной поливинилхло¬ ридной пленкой. В заключение — один технологиче¬ ский совет. Дело в том, что блоки сдво¬ енных переменных резисторов в мага¬ зинах радиотоваров бывают очень ред¬ ко. А без них нельзя построить генера¬ тор с плавной регулировкой частоты колебаний. Но аналогичный блок мож¬ но сделать самому. Наиболее простая конструкция та¬ кого блока показана на рис. 274. Для его изготовления потребуются два пе¬ ременных резистора, причем один из них должен быть типа ТК (с выключа¬ телем), а второй — типа СП-1. Номи¬ нальные сопротивления резисторов могут быть в пределах 4,7... 15 кОм, но совершенно одинаковыми. Они, кроме того, по функциональным характерис¬ тикам должны быть одной группы, т.е. оба группы Б или оба группы А. Невы¬ полнение этих требований, предъявля¬ емых к подбираемым переменным ре¬ зисторам для блока, ведет к сбоям в ра¬ боте генератора. У резистора типа ТК удали метал¬ лическую крышку с выключателем (они в блоке не пригодятся). Поводок 1 выключателя изогни осторожно так, чтобы его конец стал как бы продолже¬ нием оси резистора. У второго резисто¬ ра укороти ось и на торце пропили но¬ жовкой или надфилем шлиц, в который бы плотно входил конец поводка вы¬ ключателя первого резистора. Оба резистора укрепи на П-образ- ном кронштейне 2 из полоски листо¬ вого металла толщиной 1... 1,5 мм, предварительно просверлив в нем от¬ верстия по диаметру резьбовых вту¬ лок резисторов. Готовый блок крепи Рис. 274. Самодельный блок переменных рези¬ сторов
332 Беседа пятнадцатая на панели генератора гайкой первого резистора. Повторяю: для устойчивой генера¬ ции прибора во всем диапазоне частот оба переменных резистора, подобран¬ ные для блока, должны быть с одинако¬ выми функциональными характеристи¬ ками и номинальными сопротивления¬ ми. В готовом блоке вводимые сопротив¬ ления резисторов должны изменяться при одинаковых углах поворота их осей. Не скрою, дело это кропотливое, тонкое, но без этого не обойтись. ПРОСТОЙ НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ЧАСТОТОМЕР Такой прибор необходим при изме¬ рении частоты синусоидальных пере¬ менных и пульсирующих напряжений и токов в диапазоне 34. Он может быть также полезным прибором, например, при градуировке шкалы измерительно¬ го генератора, при настройке электро¬ музыкальных инструментов, аппарату¬ ры телеуправления моделями. Короче говоря, частотомер желательно иметь в твоей измерительной лаборатории. Многие радиолюбители пользуют¬ ся конденсаторными частотомерами. Так эти приборы называют потому, что их действие основано на измерении среднего значения тока зарядки или разрядки образцового конденсатора, перезаряжаемого от источника напря¬ жения переменного или пульсирующе¬ го тока. Чтобы разобраться в этом вопросе, проведи такой опыт. Соедини по схеме на рис. 275 батарею 3336 (GB), бумаж¬ ный образцовый конденсатор Собр ем¬ костью 0,5... 1 мкФ, микроамперметр РА на ток 100...300 мкА, например мик¬ роамперметр комбинированного изме¬ рительного прибора или транзисторно¬ го вольтметра, и кнопочный переклю¬ чатель SB типа КМ 1-1. Последова¬ тельно с микроамперметром включи ограничительный резистор Rorp, сопро¬ тивление которого рассчитай по фор¬ муле: Rorp = U6/I„ где U6, — наиболь- шее напряжение батареи, используе¬ мой для опыта; 1и — ток полного откло¬ нения стрелки микроамперметра. Рис. 275. Опыт, иллюстрирующий принцип работы конденсаторного частотомера Кнопочный переключатель SB под¬ ключи так, чтобы его контакты находи¬ лись в положении, показанном на схе¬ ме. При этом конденсатор мгновенно зарядится до напряжения батареи. На¬ жми кнопку, чтобы заряженный кон¬ денсатор переключить на микроампер¬ метр. Стрелка прибора отклонится вправо, фиксируя ток разрядки кон¬ денсатора, и тут же вернется на нуле¬ вую отметку. Постарайся ритмично и возможно чаще нажимать и отпускать кнопку переключателя. С такой же ча¬ стотой конденсатор будет заряжаться от батареи и разряжаться через при¬ бор. Чем больше частота этих переклю¬ чений, тем меньше будет колебаться стрелка прибора, показывая среднее значение тока через него (на графике в нижней части рис. 275 среднее значе¬ ние тока 1ср). При том же образцовом конденсаторе с повышением частоты переключений прибор будет фиксиро¬ вать все возрастающий ток. Таким об¬ разом, по отклонению стрелки можно судить о частоте импульсов тока, пода¬ ваемых на прибор. Предлагаю для твоей измеритель¬ ной лаборатории простой частотомер двух вариантов: транзисторный и на ло¬ гических элементах 2И-НЕ. Испытай в работе оба варианта, что можно сделать
Беседа пятнадцатая 333 Рис. 276. Принципиальная схема частотомера за пару вечеров, и остановись на том из них, который больше понравится. Схема первого варианта частото¬ мера приведена на рис. 276. В приборе два транзистора с непосредственной связью между ними, которые работают в режиме переключения. Конденсато¬ ры С2—С4 образцовые. С конденсато¬ ром С2 прибором можно измерять час¬ тоту переменного или пульсирующего тока, подаваемого на входные гнезда XI и Х2, примерно от 20 до 200 Гц, с конденсатором СЗ — от 200 до 2000 Гц и с конденсатором С4 — от 2 до 20 кГц. Таким образом, весь диапазон частот, измеряемый прибором, составляет 20 Гц—20 кГц, т.е. перекрывает весь диапазон звуковых колебаний. Наи¬ меньшее измеряемое напряжение 0,2...0,25 В, наибольшее — 3 В. В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, так как на его базу с дели¬ теля R2, R3 подается недостаточное для его открывания напряжение, а транзи¬ стор VT2, естественно, открыт отрица¬ тельным напряжением, подаваемым на его базу с коллектора транзистора VT1. В это время левая (по схеме) обкладка образцового конденсатора С2 соедине¬ на через контакты переключателя SA1 и малое сопротивление открытого транзистора VT2 с общим проводни¬ ком цепи питания; ток через микроам¬ перметр РА1 не идет. При первом же отрицательном по- лупериоде переменного напряжения, поданного на вход частотомера, тран¬ зистор VT1 открывается, а транзистор VT2, наоборот, закрывается. В это вре¬ мя образцовый конденсатор мгновен¬ но заряжается через микроамперметр РА1 и шунтирующий его резистор R6, диод VD4 и резистор R5 до напряжения источника питания. Одновременно за¬ ряжается и накопительный конденса¬ тор С5. При положительном полупери- оде измеряемого напряжения транзис¬ тор VT1 закрывается, а транзистор VT2 открывается. Теперь образцовый кон¬ денсатор разряжается через малое со¬ противление открытого транзистора VT2 и диод VD3. Конденсатор С5 раз¬ ряжается через микроамперметр, под¬ держивая ток, текущий через него при зарядке образцового конденсатора. Следующий отрицательный полу- период снова открывает транзистор VT1 и закрывает транзистор VT2, а по¬ ложительный полупериод переключа¬ ет их в исходное состояние. И так при каждом периоде измеряемого пере¬ менного напряжения. При этом тран¬ зистор VT2, закрываясь и открываясь, по отношению к образцовому конден¬ сатору выполняет функцию электрон¬ ного переключателя. В результате че¬ рез микроамперметр течет средний ток зарядки образцового конденсато¬ ра, пропорциональный частоте измеря¬ емого переменного напряжения. Подстроечным резистором R6, шунтирующим микроамперметр, уста-
334 Беседа пятнадцатая Рис. 277. Схема проверки и градуировки шкалы частотомера навдивают верхнюю границу частоты поддиапазона. Какова роль диодов VD1 и VD2, шунтирующих резистор R3 и эмиттер¬ ный переход транзистора VT1 ? Они ог¬ раничивают напряжение, подаваемое на эмиттерный переход транзистора VT1, и тем самым предотвращают его тепловой пробой. Эти диоды кремние¬ вые. А кремниевые диоды, как тебе из¬ вестно, открываются при прямом на¬ пряжении 0,6...0,7 В. Пока входной сиг¬ нал не превышает это напряжение, ди¬ оды закрыты и практически никакого влияния на работу транзистора не ока¬ зывают. Когда же входное напряжение становится больше 0,6...0,7 В, диоды от¬ крываются (VD1 — при положитель¬ ных, a VD2 — при отрицательных полу- периодах) и поддерживают на базе транзистора напряжение, не превыша¬ ющее 0,7...0,8 В. Резистор R1 на входе частотомера предотвращает протекание через дио¬ ды VD1 и VD2 опасных для них боль¬ ших токов. Питать частотомер можно от двух батарей 3336 или, что лучше, стабили¬ зированным напряжением сетевого блока питания. Транзисторы должны быть со ста¬ тическим коэффициентом передачи тока h213 не менее 60...80 и с возможно малым обратным током коллекторного перехода 1КБСг Если среди имеющихся у тебя низкочастотных не окажется транзисторов с такими параметрами, то используй для частотомера мало¬ мощные высокочастотные р-п-р тран¬ зисторы, например серий ГТ308, ГТ310, П401, П416. Диоды VD1 и VD2 должны быть кремниевыми, например серий Д101, Д102, Д104, Д223, а диоды VD3 и VD4 — любые из серии Д9 или Д2. Ок¬ сидные конденсаторы С1 и С5 типа К50-3, К50-6 или К52-1. Подстроечный резистор R6 может быть любого типа. Микроамперметр на ток полного от¬ клонения стрелки 50 или 100 мкА. Пе¬ реключатель SA1 — одноплатный га- летного типа, SA2 — тумблер или П2К. Шкала измерителя частотомера ли¬ нейная, общая для всех трех поддиапа¬ зонов. Поэтому емкости образцовых конденсаторов С2—С4 должны быть возможно более точными — от этого зависит точность производимых изме¬ рений. Отобрать конденсаторы необ¬ ходимых емкостей можно с помощью измерителя RCL. Предварительно частотомер смон¬ тируй и испытай на макетной панели. Из образцовых конденсаторов включи пока (без переключателя SA1) только конденсатор С2. Проверь полярность включения всех оксидных конденсато¬ ров, диодов и микроампёрметра. Затем движок подстроечного резистора R6 установи в крайнее нижнее (по схеме) положение, а резистор R1 временно за¬ мени цепочкой из последовательно со¬ единенных переменного резистора со¬ противлением 30...40 кОм и постоянно¬ го сопротивлением 4...5 кОм. Включи питание и на вход частотомера подай переменное напряжение электроосве¬ тительной сети, пониженное транс¬ форматором до нескольких вольт. Можно, например, как показано на рис. 277, а, использовать вторичную обмотку сетевого трансформатора бло¬ ка питания, подключив к ней потенци¬
Беседа пятнадцатая 335 ометром регулировочный переменный резистор Rp, и с его помощью устанав¬ ливать напряжение, подаваемое на вход частотомера. Подбором сопротив¬ ления временной цепочки резисторов нужно добиться устойчивого отклоне¬ ния стрелки микроамперметра при ми¬ нимальном напряжении (0,3 В) на вхо¬ де частотомера. После этого на вход частотомера подай от того же регулировочного ре¬ зистора Rp переменное напряжение, выпрямленное двухполупериодным вы¬ прямителем (рис. 277, б), не сглаживая его пульсаций. В этом случае частота пульсаций напряжения на входе часто¬ томера будет 100 Гц, что соответствует удвоенной частоте переменного напря¬ жения сети. Теперь стрелка микроам¬ перметра должна отклониться на боль¬ ший угол, чем при частоте напряжения 50 Гц. Движок подстроечного резисто¬ ра R5 установи в такое положение, при котором стрелка микроамперметра окажется немного левее середины шка¬ лы. Отметка, сделанная на шкале, будет соответствовать частоте 100 Гц, а вся шкала — частоте 200 Гц. Затем еще раз подай на вход часто¬ томера переменное напряжение с ре¬ гулировочного резистора и отметь на дуге шкалы микроамперметра положе¬ ние ее стрелки. Оно будет соответство¬ вать частоте 50 Гц. Таким образом, у те¬ бя получатся две исходные отметки, не считая нулевой и конечной, по кото¬ рым можно проградуировать шкалу поддиапазона 20...200 Гц. Она же будет и шкалой двух других поддиапазонов. Надо только при включении образцо¬ вого конденсатора СЗ (0,01 мкФ) ре¬ зультат измерения умножать на 10, а при включении образцового конденса¬ тора С4 (1000 пФ) — на 100. Чтобы знать, на каком поддиапазоне включен частотомер, возле ручки переключате¬ ля SA1 сделай пометки «х 1», «х 10» и «х 100». Конструкция частотомера зависит от размеров и того положения микро¬ амперметра (горизонтального или вер¬ тикального), при котором он должен работать. В принципе же она может быть такой, как у транзисторного вольтметра постоянного тока. На лице¬ вой панели будут микроамперметр, входные гнезда, переключатель поддиа¬ пазонов и выключатель питания. Ос¬ тальные детали можно смонтировать на плате размерами примерно 80 х 50 мм (рис. 278) и укрепить ее на зажимах ми¬ кроамперметра. 90 Рис. 278. Монтажная плата частотомера Уточнить градуировку шкалы, осо¬ бенно верхнюю границу частоты (200 Гц), можно по сигналам генерато¬ ра колебаний звуковой частоты. Схема частотомера второго вариан¬ та показана на рис. 279. Переменное на¬ пряжение синусоидальной формы, час¬ тоту которого надо измерить, подают через входные гнезда XI и Х2, резистор R1 и конденсатор С1 на базу транзисто¬ ра VT1 для предварительного усиления. Режим работы транзистора по постоян¬ ному току, соответствующий режиму усиления, устанавливают подбором ре¬ зистора R2. Кремниевый диод VD1 на входе прибора ограничивает отрица¬ тельное напряжение на эмиттерном пе¬ реходе транзистора до 0,7...0,8 В. Резис¬ тор R1 в этой цепи предотвращает про¬ текание через диод опасного для него тока при повышенном входном напря¬ жении. В целом же входная часть этого частотомера подобна такой же части первого его варианта. Логические элементы DD1.1, DD1.2 и резисторы R5—R7 образуют триггер
336 Беседа пятнадцатая Рис. 279. Схема частотомера на микросхеме К155ЛАЗ Шмитта — устройство, преобразую¬ щее переменное напряжение синусои¬ дальной формы, поступающего на его вход от усилителя, в электрические им¬ пульсы такой же частоты. За триггером Шмитта следует формирователь его выходных импульсов положительной полярности, от частоты следования ко¬ торых зависят результаты показания микроамперметра РА1. Без формиро¬ вателя прибор не даст достоверных ре¬ зультатов измерения, потому что дли¬ тельность импульсов на выходе тригге¬ ра Шмитта зависит от частоты. Работает формирователь импуль¬ сов следующим образом. Его элемент DD1.3 включен инвертором, а элемент DD1.4 используется по своему прямому назначению — как логический элемент 2И-НЕ. Как только на входе формиро¬ вателя (выводы 9, 10 элемента DD1.3) появляется напряжение низкого уров¬ ня, элемент DD1.3 переключается в единичное состояние и через него и ре¬ зистор R8 заряжается один из конден¬ саторов СЗ—С5. По мере зарядки кон¬ денсатора положительное напряжение на выводе 13 элемента DD1.4 повыша¬ ется до высокого уровня. Но этот эле¬ мент остается в единичном состоянии, так как на втором его входном выводе 12, как и на выходе триггера Шмитта, низкий уровень напряжения. В таком режиме через микроамперметр проте¬ кает незначительный ток. С появлением на выходе триггера Шмитта напряжения высокого уровня элемент DD1.4 переключается в нуле¬ вое состояние и через микроампер¬ метр начинает протекать значитель¬ ный ток. Одновременно элемент DD1.3 переключается в нулевое состояние, и конденсатор формирователя начинает разряжаться. Когда напряжение на нем снизится до порогового, элемент DD1.4 вновь переключится в единич¬ ное состояние. Таким образом, на вы¬ ходе формирователя появляется им¬ пульс отрицательной полярности, в те¬ чение которого через микроамперметр протекает ток, значительно больший, чем начальный. Угол отклонения стрел¬ ки микроамперметра пропорционален частоте следования импульсов: чем она больше, тем на больший угол отклоня¬ ется стрелка. Длительность импульсов на выходе формирователя определяется продол¬ жительностью разрядки включенного времязадающего конденсатора (СЗ, С4 или С5) до напряжения срабатывания элемента DD1.4. Чем меньше его ем¬ кость, тем короче импульс, тем большую частоту входного сигнала можно изме¬ рить. Так, с времязадающим конденса¬ тором СЗ емкостью 0,2 мкФ прибор спо¬ собен измерять частоту колебаний ори¬ ентировочно от 20 до 200 Гц, с конденса¬ тором С4 емкостью 0,02 мкФ — от 200 до 2000 Гц, с конденсатором С5 емкостью
Беседа пятнадцатая 337 2000 пФ — от 2 до 20 кГц. Подстроенны¬ ми резисторами R9—R10 стрелку мик¬ роамперметра устанавливают на конеч¬ ную отметку шкалы, соответствующую наибольшей измеряемой частоте подди¬ апазона. Минимальный уровень пере¬ менного напряжения, частоту которого можно измерить, около 0,5 В. Постоянные резисторы, используе¬ мые в частотомере, могут быть МЛТ-0,5 или МЛТ-0,125, подстроечные — СПО- 0,15 или СПЗ-16 сопротивлением 2.2...3.3 кОм. Конденсатор Cl — К50-6 или К53-1, СЗ — МБМ или КБ, С4 и С5 — КМ или КСО. Емкости конденса¬ торов СЗ—С5 должны быть возможно близкими к указанным на схеме, при¬ чем каждый из них можно составить из двух-трех конденсаторов. Подобрать же их тебе поможет измеритель RCL. Переключатель поддиапазонов SA1 — галетный ЗПЗН или другой с двумя сек¬ циями на три положения. Микроам¬ перметр РА1 — на ток полного откло¬ нения стрелки 100...200 мкА. Возможная конструкция и монтаж¬ ная плата частотомера показаны на рис. 280. Сверив монтаж с принципиальной схемой, включи питание и подбором резистора R2 установи на коллекторе транзистора VT1 напряжение, равное 2.5...3 В. Затем установи переключатель SA1 в положение «20...200 Гц» и подай от генератора колебаний 34 сигнал ми¬ нимальной частоты или сигнал от об¬ мотки сетевого трансформатора, пони¬ жающей напряжение до нескольких вольт (как на рис. 277, в). При этом стрелка микроамперметра должна от¬ клониться на некоторый угол от нуле¬ вой отметки шкалы. Чем больше часто¬ та входного сигнала, тем на больший угол должна отклоняться стрелка при¬ бора, что будет свидетельствовать о ра¬ ботоспособности частотомера. Если, однако, микроамперметр не реагирует на входные сигналы, придется поточ¬ нее подобрать резистор R6; его сопро¬ тивление может быть в пределах 1,8...5,1 кОм. Шкала частотомера (как и у первого варианта) — общая для всех поддиапа¬ зонов измерения и практически равно¬ мерная. Поэтому надо только опреде¬ лить начальную и конечную границы шкалы применительно к одному из них — к поддиапазону «20...200 Гц», по¬ сле чего подогнать под нее границы час¬ тот двух других поддиапазонов измере¬ ния. В дальнейшем при переключении прибора на поддиапазон «200...2000 Гц» результат измерений, считанный по шкале, будешь умножать на 10, а при из¬ мерении в поддиапазоне «2...20 кГц» — на 100. Техника градуировки такова. Пере¬ ключатель SA1 установи в положение измерения в поддиапазоне «20...200 Гц», движок подстроечного резистора R9 — в положение наибольшего сопротивле¬ ния и подай на вход частотомера от Рис. 280. Монтаж деталей и возможная конструкция частотомера
338 Беседа пятнадцатая звукового генератора сигнал частотой 20 Гц напряжением 0,5... 1 В. Сделай на шкале отметку, соответствующую углу отклонения стрелки микроампермет¬ ра. Затем звуковой генератор перест¬ рой на частоту 200 Гц и подстроечным резистором R9 установи стрелку при¬ бора на конечную отметку шкалы. По¬ сле этого по сигналам звукового гене¬ ратора сделай на шкале отметки, соот¬ ветствующие частотам 30, 40, 50 и т.д. до 190 Гц. Позже эти участки шкалы раздели еще на несколько частей, каж¬ дая из которых будет соответствовать численному значению частоты измеря¬ емого сигнала. Затем частотомер переключи на второй поддиапазон измерений, подай на его вход сигнал частотой 2000 Гц и подстроечным резистором R10 устано¬ ви стрелку микроамперметра на конеч¬ ную отметку шкалы. После этого на вход прибора подай от генератора сиг¬ нал частотой 200 Гц. При этом стрелка микроамперметра должна установить¬ ся против начальной отметки шкалы, соответствующей частоте 20 Гц перво¬ го поддиапазона. Точнее установить ее на эту исходную отметку шкалы можно заменой конденсатора С4 или подклю¬ чением параллельно ему второго кон¬ денсатора, несколько увеличивающего их общую емкость. Аналогично подгоняй под шкалу микроамперметра границы третьего поддиапазона измеряемых частот 2...20 кГц. Возможно, пределы измерения час¬ тоты на поддиапазонах получатся иные или ты захочешь изменить их. Делай это подбором конденсаторов СЗ—С5. Ты, конечно, не мог не заметить, что в частотомерах обоих вариантов ис¬ пользуется микроамперметр на ток полного отклонения стрелки 100 мкА — такой же, как измерительный прибор миллиампервольтомметр, положивший начало твоей измерительной лаборато¬ рии. Невольно напрашивается вопрос: нельзя ли тот микроамперметр исполь¬ зовать и для частотомера? Конечно, можно! Для этого надо лишь сделать в комбинированном приборе отводы от микроамперметра, через которые к не¬ му можно было бы подключать соответ¬ ствующий участок цепи частотомера. Полагаю, что приборов и пробников, описанных в этой и седьмой беседах, вполне доста¬ точно для грамотного подхода к конструированию как той аппаратуры, о которой я рассказывал ранее, так и той, которая тебя ожидает впереди. Но в принципе разговор о радиоизмерительной технике еще будет продолжен. В семнадцатой беседе, например, я расскажу о цифровом частотомере, который, надеюсь, в твоей измерительной лабора¬ тории займет должное место. В будущем надо подумать об электронном осциллографе. Его, видимо, придется приобре¬ сти — наша промышленность выпускает несколько типов малогабаритных осциллогра¬ фов, предназначаемых для радиолюбителей. С его помощью ты сможешь не только про¬ изводить разнообразные электро- и радиотехнические измерения, но и наблюдать и анализировать процессы, происходящие в различных цепях аппаратуры.
БЕСЕДА ШЕСТНАДЦАТАЯ СТЕРЕОФОНИЯ Разговор о технике воспроизведения грамзаписи у нас уже был ранее, например в двенад¬ цатой беседе, посвященной усилителям 34. Но тогда речь шла о монофоническом, т.е. одноканальном, звуковоспроизведении. Сейчас же у любителей музыки все большей попу¬ лярностью пользуется более эффективный двухканальный способ воспроизведения грам¬ записи — стереофонический. Ему-mo и посвящается эта беседа. СТЕРЕОЭФФЕКТ. ЧТО ЭТО ТАКОЕ? Однажды мне довелось послушать хорошую стереофоническую запись, сделанную на автодроме. Помню, где-то справа появляется звук работающего двигателя автомобиля Нарастая, звук прямо передо мной становится рокочу¬ щим и, быстро затухая, уносится влево. Долго, видимо, я не забуду этот звуко¬ вой эффект движущегося с огромной скоростью гоночного автомобиля. Это и есть стереоэффект. Приходилось ли тебе бывать на кон¬ цертах больших симфонических оркес¬ тров? В такие дни концертные залы до предела заполняются любите/\ями му¬ зыки. Оказавшись здесь, ты как бы по¬ гружаешься в море звуков, наполняю¬ щих огромный концертный зал. А если то же музыкальное произве¬ дение, исполняемое тем же оркестром, слушать в записи на монофонической грампластинке, пользуясь электрофо¬ ном или радиолой? Эффект будет не тот. Потеряется объемность звучания. И если как следует прислушаться, то со¬
340 Беседа шестнадцатая здастся впечатление, будто все музы¬ кальные инструменты оркестра не мо¬ гут «втиснуться» в небольшой объем громкоговорителя. Да, при таком спо¬ собе воспроизведения грамзаписи не¬ возможно представить себе простран¬ ственное расположение источников звука. К выходу усилителя электрофо¬ на или радиолы можно подключить не¬ сколько громкоговорителей, разме¬ щенных в разных углах комнаты. Но ощущения объемности звучания музы¬ кального произведения все равно не получится, ибо звуковоспроизведение остается одноканальным. Иное дело — стереофоническое звуковоспроизведение, когда запись музыкального произведения и последу¬ ющее воспроизведение его происходят с помощью двухканальной аппаратуры. На такой способ звуковоспроизведе¬ ния, придающий звуку объемность, и рассчитаны стереофонические грам¬ пластинки. В чем суть стереофонии? При та¬ ком способе звукозаписи перед симфо¬ ническим или эстрадным оркестром устанавливают на некотором расстоя¬ нии два микрофона (или две группы микрофонов), каждый из которых со¬ единен со своим усилителем звукоза¬ писывающей аппаратуры. Тот из мик¬ рофонов, что находится слева (если на оркестр смотреть спереди), принято называть микрофоном левого канала, а правый — микрофоном правого канала звукозаписи. Воспроизведение стереофоничес¬ кой грамзаписи осуществляется с по¬ мощью стереофонического звукосни¬ мателя и двух усилителей 34 с самосто¬ ятельными громкоговорителями, рас¬ положенными перед слушателем на некотором расстоянии один от другого. Левый (от слушателей) громкоговори¬ тель — громкоговоритель левого кана¬ ла звуковоспроизведения, правый — громкоговоритель правого канала. Музыкальные инструменты или со¬ листы, являющиеся источниками зву¬ ковых колебаний, находятся на разных расстояниях от микрофонов, поэтому и сила их звучания в громкоговорителях различная. Звуковые колебания, кроме того, доходят до микрофонов хотя и с небольшой, но все же с разной задерж¬ кой по времени. В результате у слуша¬ теля создается представление не толь¬ ко о пространственном расположении источников звуков, но и их перемеще¬ нии. Так, например, если солист во вре¬ мя исполнения песни передвигается по сцене, приближаясь то к одному, то к другому микрофону, то и сила звуча¬ ния его голоса в громкоговорителях из¬ меняется. А это создает иллюзию пере¬ мещения голоса солиста в пространст¬ ве между громкоговорителями. Когда же солист находится на равных рассто¬ яниях от микрофонов и создаваемые им звуковые колебания с одинаковой силой воздействуют на оба микрофо¬ на, то его голос звучит между громко¬ говорителями. СТЕРЕОФОНИЧЕСКИЙ ЗВУКОСНИМАТЕЛЬ Что, кроме двухканального усили¬ теля 34, надо иметь для воспроизведе¬ ния стереофонической грамзаписи? Электропроигрывающее устройство (ЭПУ) со стереофоническим звукосни¬ мателем, например типа ПЭПУ-52С. Внешний вид звукоснимателя с тонар¬ мом, установленным на таком ЭПУ, по¬ казан на рис. 281, а. Сам звукоснима¬ тель — пьезокерамический. Он нахо¬ дится в передней головке тонарма. То¬ нарм со звукоснимателем опускают на вращающуюся грампластинку с помо¬ щью рычажка, находящегося под ним. Звуковая канавка стереофоничес¬ кой грампластинки «хранит» двухка¬ нальную запись звука: правого и лево¬ го каналов. Звуковые бороздки кана¬ лов нанесены раздельно на стенки ка¬ навки под углом 45° к плоскости грампластинки. Для воспроизведения записи обоих каналов стереофоничес¬ кий звукосниматель имеет два пьезоке¬ рамических элемента с одной общей
Беседа шестнадцатая 341 Рис. 281. Внешний вид (я), условно-графическое обозначение и устройство (б) пьезокерамическо¬ го стереофонического звукоснимателя иглой, вырабатывающие раздельные сигналы обоих каналов. Устройство механизма пьезокера¬ мического стереофонического звуко¬ снимателя в упрощенном виде изобра¬ жено на рис. 281, б. В нем, как видишь, два пьезоэлемента: 6 — элемент право¬ го канала, 7 — элемент левого канала. Задними (по схеме) концами пьезоэле¬ менты неподвижно укреплены на стой¬ ке 8, а передними — в тягах 4 и 9, кото¬ рые могут смещаться относительно оси 5. В свою очередь, эти тяги эластично связаны с тягами 3 и 10, а через них — с рычагом иглодержателя 2 с иглой 1. Во время проигрывания грамплас¬ тинки рычаг иглодержателя колеблет тяги из стороны в сторону вокруг оси 5 и изгибает пьезоэлементы. При этом они создают раздельные для каждого канала низкочастотные сигналы, кото¬ рые усиливаются «своими» усилителя¬ ми 34 и преобразуются в звук их гром¬ коговорителями. Характерная особенность в симво¬ лике графического обозначения звуко¬ снимателя — две взаимно перпендику¬ лярные стрелки и три вывода, средний вывод является общим для сигналов обоих каналов. СТЕРЕОФОНИЯ НА ГОЛОВНЫЕ ТЕЛЕФОНЫ Практическое знакомство с сущно¬ стью и способами воспроизведения стереофонической грамзаписи можно начать с конструирования сравнитель¬ но простого устройства, выполненного по структурной схеме, приведенной на рис. 282. Устройство состоит из двух усилителей 34 (У34-1, У34-2), на входы которых поступают сигналы от звуко¬ снимателя BS1, и двух телефонов, под¬ ключенных к выходам усилителей. У34-1 и телефон BF1 образуют левый канал, а У34-2 и телефон BF2 — правый канал стереофонического устройства. Рис. 282. Структурная схема усилителя для воспроизведения стереофонических грамза¬ писей на головные телефоны Принципиальную схему возмож¬ ного варианта такого устройства, рас¬ считанного на совместную работу с пьезокерамическим звукоснимателем и низкоомными головными или само¬ дельными стереотелефонами, ты ви¬ дишь на рис. 283. Общий «заземлен¬ ный» проводник цепей питания делит ее на две симметричные части. Детали верхней части схемы образуют левый канал, а детали нижней части — пра¬ вый канал стереофонического устрой¬
342 Беседа шестнадцатая Рис. 283. Принципиальная схема стереоусилителя ства. Таким образом, его основу со¬ ставляют два идентичных усилителя с самостоятельными входами и выхода¬ ми. Общими являются только звуко¬ сниматель BS1, батарея питания GB1 и конденсатор С9, шунтирующий бата¬ рею по переменному току. Поскольку оба канала стереоусили¬ теля совершенно одинаковы, то разбе¬ рем работу лишь одного из них, напри¬ мер левого. Сигнал от звукоснимателя через разъем XI поступает на перемен¬ ный резистор R1, выполняющий функ¬ цию регулятора громкости, а от него че¬ рез конденсатор С1 на базу транзисто¬ ра VT1 первого каскада усилителя. Уси¬ литель трехкаскадный на транзисторах разной структуры: VT1—VT3 — п-р-п, VT4 — р-п-р. Все транзисторы, в том числе и транзисторы двухтактного вы¬ ходного каскада, включены по схеме ОК, т.е. работают эмиттерными повто¬ рителями. В целом, таким образом, он является усилителем мощности. С резистора R3, являющегося на¬ грузкой транзистора VT1 первого кас¬ када, сигнал через конденсатор СЗ по¬ ступает на базу транзистора VT2 вто¬ рого каскада, а с его нагрузочного ре¬ зистора R7 — непосредственно на базы транзисторов VT3 и VT4 третьего, двухтактного каскада. Усиленный по мощности сигнал через конденсатор С4 подается к телефону BF1 и преобра¬ зуется им в звук. Режим работы тран¬ зистора первого каскада устанавлива¬ ют подбором резистора R2, режимы транзисторов двух других каскадов — подбором резистора R5. Подбором ре¬ зистора R6, являющегося частью на¬ грузки транзистора VT2, устраняют ис¬ кажения типа «ступенька». Резистор R4 и конденсатор С2 образуют ячейку развязывающего фильтра, предотвра¬ щающую возбуждение усилителя. Напряжение сигнала, развиваемо¬ го на низкоомном телефоне (8... 10 Ом), не превышает напряжения, поступаю¬ щего на вход усилителя от звукоснима¬ теля. Но сигнал в тысячи раз усилен по мощности, поэтому телефон звучит до¬ статочно громко.
Беседа шестнадцатая 343 Рис. 284. Монтажная плата стереоусилителя (а) и размещение его деталей в корпусе (б) Точно так работает и правый канал этого в общем-то простого стереоуси¬ лителя. Резисторы R1 и R8 на входе усили¬ теля являются не только регуляторами громкости. С их помощью, кроме того, устанавливают одинаковые уровни сигналов на выходах каналов, т.е., как говорят, осуществляют стереобаланс. Без стереобаланса эффект объемности звучания стереозаписи пропадает. Источником питания устройства служат две батареи 3336, соединенные последовательно. Ток, потребляемый от них обоими каналами усилителя, не превышает 25...30 мА. Работоспособ¬ ность усилителя сохраняется при сни¬ жении напряжения батареи до б В. Все детали и узлы усилителя, вклю¬ чая и батарею питания, можно размес¬ тить в корпусе из двух дюралюминие¬ вых пластин, согнутых наподобие буквы П (рис. 284, б). П-образная крышка, скрепленная двумя винтами с основани¬ ем такой же формы, образует коробку с внешними размерами 150 х 110 х 50 мм. Переменные резисторы Rl, R8 и гнез¬ довая часть входного разъема XI нахо¬ дятся на передней стенке, а гнездовая часть выходного разъема Х2 и выклю¬ чатель питания SA1 — на задней стенке основания. Монтажная плата усилите¬ ля (рис. 284, а) и батарея питания ук¬ реплены на горизонтальной площадке основания, снизу которой прикрепле¬ ны резиновые ножки. Монтаж деталей на плате может быть навесным или пе¬ чатным — все зависит от твоего жела¬ ния и наличия деталей. Переменные резисторы R1 и R8 ти¬ па СП-1 группы А или В (должны быть одинаковыми), постоянные резисто¬ ры — МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. Оксид¬ ные конденсаторы типа К50-6, выклю¬ чатель питания SA1 — тумблер ТВ2-1. Стереотелефоны BF1 и BF2 типа ТДС-1 (телефоны электродинамичес¬ кие стереофонические) или самодель¬ ные, о возможной конструкции кото¬ рых я расскажу чуть позлее. Пары транзисторов VT1 и VT5, VT2 и VT6, а также транзисторы VT3, VT4 и VT7, VT8 желательно отобрать с воз¬ можно близкими параметрами h213. В выходных каскадах германиевые тран¬ зисторы МП38А можно заменить на кремниевые КТ315Б, а МП42 на КТ361Б. Но в этом случае сопротивление резис¬ тора R6, подбираемого при налажива¬ нии, должно быть значительно больше. Каналы усилителя налаживай раз¬ дельно. Предположим, первым будет ле¬ вый канал. В таком случае обесточь транзисторы правого канала усилителя,
344 Беседа шестнадцатая подключи к выходу телефоны, движок резистора R1 поставь в крайнее нижнее (по схеме) положение, а параллельно ра¬ зомкнутым контактам выключателя пи¬ тания SA1 подключи миллиамперметр, чтобы измерить общий ток, потребляе¬ мый левым каналом усилителя. Этот ток не должен быть больше 12... 15 мА. Зна¬ чительно больший ток будет указывать на возможную ошибку в монтаже или чрезмерно большое сопротивление ре¬ зистора R6. Затем, включив питание тумблером SA1, подбором резистора R5 установи на эмиттерах транзисторов VT3 и VT4 (в точке симметрии) напря¬ жение 4,5 В, т.е. равное половине напря¬ жения батареи питания, а подбором ре¬ зистора R6 — ток покоя в коллекторной цепи транзистора VT3, равный 3...4 мА. При замене резистора VT6 источ¬ ник питания выключай, иначе транзис¬ торы VT3 и VT4 могут оказаться по¬ врежденными из-за теплового пробоя р-n переходов. После этого подбором резистора R2 установи на эмиттере транзистора VT1 напряжение, также равное половине напряжения источни¬ ка питания. Если теперь движок пере¬ менного резистора R1 установить в крайнее верхнее (по схеме) положение и пальцем коснуться его вывода, в теле¬ фоне появится значительный звук низ¬ кой тональности. Когда точно так же наладишь пра¬ вый канал усилителя, подключи к его входу звукосниматель и проиграй грам¬ пластинку со стереофонической запи¬ сью музыкального произведения. При вращении ручек переменных резисто¬ ров Rl, R8 в противоположные стороны звук будет появляться и нарастать то в левом, то в правом телефоне. При сте¬ реобалансе резисторами звук воспри¬ нимается как объемный. В этом и за¬ ключается преимущество стереоэф¬ фекта перед монофоническим звуко¬ воспроизведением звука. Корпус готового усилителя можно покрасить серой нитроэмалью или ок¬ леить декоративной поливинилхлорид¬ ной пленкой. Теперь о самодельных головных стереотелефонах. В популярной радио¬ технической литературе, и, в частнос¬ ти, в журнале «Радио», описано немало разных по сложности любительских стереотелефонов, конструируемых на базе малогабаритных широкополос¬ ных динамических головок прямого из¬ лучения или электродинамических ми¬ крофонов. Расскажу тебе о наиболее простой, на мой взгляд, конструкции стереотелефонов, предложенной од¬ ним из читателей «Радио». Внешний вид этих стереотелефо¬ нов показан на рис. 285, а, а детали од¬ ного из излучателей и конструкция оголовья — на рис. 285, б, в, г, д. В каче¬ стве излучателей использованы дина¬ мические головки 1ГД-39Е со звуковы¬ ми катушками сопротивлением 8 Ом. Чтобы улучшить звучание телефонов на низших частотах звукового диапазо¬ на, каждую головку необходимо дора¬ ботать — аккуратно вырезать лезвием безопасной бритвы большую часть го¬ фра, оставив лишь четыре полоски ши¬ риной по 5 мм (рис. 285, в). Эти полоски следует пропитать смазкой ГОИ-54И или вазелином. Для большей гибкости подвески диффузора можно еще под¬ резать центрирующую шайбу головки, сделав в ней скальпелем четыре таких же надреза, как в диффузоре. Затем из головок надо осторожно удалить дер¬ жатели выводов звуковых катушек и отпаять их контактные лепестки. Для каждой головки вырежи из ко¬ жи кольцо 4 с внутренним диаметром 50 мм, наружным 98 мм и заклей им сзади отверстия диффузор оде ржателя 7. В кольце в том месте, где были дер¬ жатели лепестков, проделай два отвер¬ стия под выводы звуковой катушки. Позже к выводам звуковой катушки припаяешь соединительный шнур и вставишь в эти отверстия трубочки 5 из изоляционного материала. Из такой же кожи или кожзамени¬ теля вырежи еще два кружка 6 по диа¬ метру магнитов головок и наклей их на магниты с наружной стороны. После
Беседа шестнадцатая 345 Рис. 285. Самодельные стереофонические головные телефоны этого займись акустическим оформле¬ нием головок, от которого также зави¬ сит качество звучания будущих стерео¬ фонических головных телефонов. Из фанеры толщиной 4...5 мм вырежи ос¬ нование 3 точно по контуру диффузоро- держателя (рис. 285, в), а в центре осно¬ вания выпили лобзиком отверстие диа¬ метром 60 мм. Декоративную решетку 2 диаметром 70 мм сделай из любого пер¬ форированного материала, например из радиоткани или тонкой металличес¬ кой сетки, и приклей ее к основанию. Далее из мягкой пористой резины или поролона толщиной 25 мм вырежи ам¬ бушюры 1. Для лучшего прилегания те¬ лефонов к ушам отверстия в амбушю¬ рах должны иметь форму эллипса. Основание скрепи с диффузородер- жателем 7 шурупами (рис 285, г). Для крепления соединительного проводни¬ ка на корпусе головки сделай из жести держатель 8. Затем к основанию при¬ клей амбушюр. Оголовье 9 (рис. 285, д) сделай из сталистой проволоки толщи¬ ной 2...3 мм. Верхнюю часть оголовья проложи поролоном 10 или войлоком и обшей кожей, предварительно пропус¬ тив внутрь обшивки соединительные проводники. Для подключения стереотелефонов к выходу усилителя на конце соедини¬ тельных проводников телефонов дол¬ жен быть штепсель, соответствующий гнездовой части выходного разъема Х2 усилителя. В таких стереотелефонах вместо головок 1ГД-39Е можно исполь¬ зовать головки 1ГД-50, обладающие бо¬ лее широкой частотной характеристи¬ кой. Качество звучания головных теле¬ фонов при этом улучшится. Впрочем, для самодельных стерео¬ телефонов пригодны многие другие малогабаритные динамические голо¬ вки со звуковыми катушками сопро¬ тивлением 8... 10 Ом, например 0,2ГД-1, 0,5ГД-20. Надо только по возможности смягчить подвески диффузоров голо¬ вок, чтобы улучшить звучание телефо¬ нов на низких частотах, и выполнить акустическое оформление, соответст¬ вующее используемым головкам. Опыт сборки и налаживания аппа¬ ратуры для индивидуального прослу¬ шивания стереофонических грамзапи¬ сей на головные телефоны поможет те¬ бе перейти к конструированию более мощного усилителя для громкого вос¬ произведения стереозаписей. СТЕРЕОФОНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС В принципе, для воспроизведения стереофонической грамзаписи на громкоговорители можно использо¬
346 Беседа шестнадцатая Рис. 286. Схема стереофонического усилителя вать два одинаковых усилителя 34 чув¬ ствительностью 100...200 мВ и выход¬ ной мощностью 1...3 Вт. Целесообраз¬ нее, однако, конструировать двухка¬ нальный усилитель, рассчитанный на совместную работу с пьезокерамичес¬ ким звукоснимателем ЭПУ. Рекомендую тебе сравнительно простой стереофонический усилитель, разработанный радиолюбителем Г. Крыловым из подмосковного города Пущино. Этот усилитель я называю простым потому, что в нем мало тран¬ зисторов и отсутствуют некоторые уз¬ лы и детали, характерные для многих любительских и промышленных сте¬ реофонических усилителей. В нем, на¬ пример, нет специального регулятора стереобаланса (стереобаланс устанав¬ ливают регуляторами громкости кана¬ лов усилителя), нет регуляторов тембра звука, требующих дополнительного усиления стереофонического сигнала и применения дефицитного блока пе¬ ременных резисторов. Все это делает рекомендуемый усилитель более до¬ ступным для повторения. Принципиальная схема усилителя показана на рис. 286. Транзисторы VT1—VT4 и динамические головки ВА1 и ВА2 громкоговорителя образуют левый канал, а транзисторы VT5—VT8 и головки ВАЗ и ВА4 — правый канал усилителя. Каналы, как видишь, совер¬ шенно одинаковые. Общими для обоих каналов являются только разъем XI, через который ко входу усилителя под¬ ключают стереофонический звукосни-
Беседа шестнадцатая 347 Рис. 287. Внешний вид усилителя, размещение деталей в его корпусе {а) и монтажная плата лево¬ го канала усилителя (б) матедь BS1, и сетевой блок питания. При напряжении источника питания 22 В номинальная выходная мощность каждого канала равна 1 Вт, максималь¬ ная — 2 Вт. Чувствительность составля¬ ет около 200 мВ. Рабочий диапазон час¬ тот — от 50 до 15 ООО Гц. Разберем работу лишь одного из каналов усилителя, например левого. Он трехкаскадный, с непосредствен¬ ной связью между транзисторами. Транзистор VT1 первого каскада — по¬ левой, транзистор VT2 второго каска¬ да — маломощный низкочастотный структуры п-р-п, транзисторы третье¬ го, выходного каскада, низкочастотные средней мощности разных структур (VT3 — р-п-р, VT4 — п-р-п). Через гнездовую колодку разъема Х2 к выходу усилителя подключены по¬ следовательно соединенные головки ВА1 и ВА2 громкоговорителя этого ка¬ нала. Ты знаешь, что полевой транзистор обладает очень большим входным со¬ противлением и практически не шун¬ тирует источник усиливаемого сигна¬ ла. Это позволяет пьезокерамический
348 Беседа шестнадцатая звукосниматель, внутреннее сопротив¬ ление которого большое, подключать ко входу усилителя без каких-либо до¬ полнительных каскадов. В описывае¬ мом усилителе сигнал от звукоснима¬ теля подается на затвор полевого тран¬ зистора VT1 через переменный ре¬ зистор R1, выполняющий функцию регулятора громкости. Положительное напряжение смещения на затворе транзистора создается автоматически током истока, текущим через резистор R3. Роль нагрузки стока этого транзис¬ тора выполняет эмиттерный р-n пере¬ ход транзистора VT2 второго каскада. Сигнал, усиленный этим каскадом, по¬ дается непосредственно на базы тран¬ зисторов VT3 и VT4, работающих в двухтактном усилителе мощности. Че¬ рез оксидный конденсатор С2 колеба¬ ния звуковой частоты поступают к го¬ ловкам ВА1, ВА2 и преобразуются ими в звуковые колебания. Чтобы устранить искажения типа «ступенька», возникающие в двухтакт¬ ном усилителе, на базы их транзисто¬ ров относительно эмиттеров необходи¬ мо подавать напряжения смещения, от¬ крывающие транзисторы. В описывае¬ мом усилителе начальные напряжения смещения на базах транзисторов VT3 и VT4 создаются падением напряжения на диоде VD1, включенном в коллек¬ торную цепь транзистора VT2 в пря¬ мом направлении. Всего на диоде пада¬ ет примерно 0,25 В. Следовательно, на базе каждого из транзисторов выход¬ ного каскада относительно его эмитте¬ ра действует напряжение смещения, равное 0,12...0,13 В. Диод VD1 одновременно выполня¬ ет роль элемента, термостабилизирую¬ щего работу транзисторов выходного каскада. Происходит это следующим образом. Диод вмонтирован между транзисторами выходного каскада, ко¬ торые во время работы нагреваются сами и нагревают окружающие их де¬ тали. От этого изменяется и темпера¬ тура корпуса диода. С повышением температуры прямое сопротивление диода, а значит, и падение напряжения на нем уменьшаются, соответственно уменьшаются напряжения смещения на базах и токи коллекторных цепей выходных транзисторов. И наоборот, с понижением температуры, когда пря¬ мое сопротивление диода возрастает, напряжения смещения и коллектор¬ ные токи транзисторов тоже несколько увеличиваются. В результате независи¬ мо от колебаний температуры режим работы транзисторов выходного каска¬ да остается практически неизменным. Коротко о назначении других дета¬ лей усилительного канала. Резистор R5 стабилизирует режим работы транзис¬ тора VT2, а шунтирующий его конден¬ сатор С1 уменьшает местную отрица¬ тельную обратную связь по перемен¬ ному току, снижающую усиление это¬ го каскада. Резистор R4 создает между выходом усилителя и истоком транзис¬ тора первого каскада отрицательную обратную связь, охватывающую уси¬ литель в целом и улучшающую его час¬ тотную характеристику. Блок питания обоих каналов обра¬ зуют сетевой трансформатор Т1 и вы¬ прямительный блок, диоды VD3—VD6 которого включены по мостовой схеме. Пульсации выпрямленного напряже¬ ния сглаживаются конденсатором С5 (соединены параллельно два конденса¬ тора емкостью по 2000 мкФ каждый). Теперь о конструкции и деталях уси¬ лителя. Внешний вид усилителя и разме¬ щение деталей в его корпусе (верхняя стенка снята) показаны на рис. 287, а, а монтажная плата одного из каналов (ле¬ вого) и схема соединения деталей на ней — на рис. 287, б. Корпус, внешние размеры которого 170 х 100 х 75 мм, со¬ стоит из шести пластин листового дюра¬ люминия толщиной 2 мм, соединенных в единую конструкцию винтами, ввин¬ ченными в резьбовые отверстия в ме¬ таллических стойках сечением 10 х 10 и длиной 75 мм. Нижняя, боковые и верх¬ няя стенки имеют вентиляционные от¬ верстия. Снизу привинчены резиновые ножки.
Беседа шестнадцатая 349 Детали каждого из каналов усили¬ теля смонтированы на плате размера¬ ми 75 х 65 мм, вырезанной из листового гетинакса толщиной 1,5 мм. Опорными точками монтажа служат пустотелые заклепки, развальцованные в отвер¬ стиях в плате. Транзисторы выходного каскада установлены на теплоотводах, как показано на рис. 288. Каждый теп¬ лоотвод состоит из двух ребристых дисков, выточенных на токарном стан¬ ке из дюралюминия. Стянутые вместе винтами М3 (в верхнем диске отвер¬ стия диаметром 3,2 мм для винтов не имеют резьбы), плотно зажимают меж¬ ду собой выступающий поясок транзи¬ стора. Рис. 288. Теплоотвод транзисторов выходного каскада Монтажные платы обоих каналов усилителя скреплены наподобие эта¬ жерки с помощью двух стяжек. Сетевой трансформатор Т1 и конденсаторы фильтра выпрямителя С5 жестко укреп¬ лены на нижней стенке корпуса, выпря¬ мительный блок КЦ402Е — на стойке возле трансформатора, выключатель питания (тумблер МТ-1) и переменные резисторы — на передней, а держатель предохранителя типа ДПБ с плавким предохранителем на ток 0,25 А и гнездо¬ вые части входного и выходных разъе¬ мов — на задней стенке корпуса. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,5, переменные резисторы R1 и R7 — СП-1, оксидные конденсаторы — К50-6. Гнездовая часть разъема XI типа СГ-5, разъемов Х2 и ХЗ — СГ-3. Нуме¬ рация выводных контактов разъемов указана на принципиальной схеме. Полевые транзисторы КП103Е можно заменить аналогичными им транзисторами КП103Ж, транзисторы МП37Б — транзисторами МП37А со статическим коэффициентом переда¬ чи тока h213 не менее 25, ГТ402Б и ГТ404Б — соответственно на ГТ402А и ГТ404А или (что лучше) на ГТ402Г и ГТ404Г. В блоке питания выпрямитель¬ ный блок КЦ402Е можно заменить че¬ тырьмя диодами серии Д226 или Д7 с любым буквенным индексом, включив их по мостовой схеме. А смонтировать их можно на гетинаксовой пластинке. Сетевой трансформатор Т1 блока питания самодельный, его можно выпол¬ нить на магнитопроводе ШЛ16 х 20 мм. Первичная обмотка I рассчитана на на¬ пряжение сети 220 В и содержит 2200 витков провода ПЭВ-1 0,2, вторич¬ ная — 180 витков провода ПЭВ-1 0,67. Можно применить унифицированный трансформатор ТН32 127/220-50 или другой трансформатор, понижающая обмотка которого рассчитана на напря¬ жение 18...20 В при токе не менее 0,4 А. Головки ВА1 и ВА2 громкоговори¬ теля левого канала, а также ВАЗ и ВА4 правого канала — типа 1ГД-40Р или по¬ добные им динамические головки мощ¬ ностью 1 Вт. Головки надо смонтиро¬ вать в дощатых или фанерных ящиках (как громкоговоритель переносной радиолы), причем звуковые катушки головок громкоговорителей должны быть включены синфазно. Как это сде¬ лать, я расскажу позже. Длина соеди¬ нительных проводов со штепсельными частями разъемов на концах для под¬ ключения громкоговорителей к усили¬ телю должна быть не менее 2 м. Усилитель в общем-то простой, тем не менее перед включением питания обязательно сверь монтаж его каналов и блока питания с принципиальной схемой, проверь надежность подклю¬ чения громкоговорителей к выходам каналов. Если детали предварительно проверены и нет ошибок в монтаже, то все налаживание сведется только к из¬ мерению напряжения на выходе блока питания и установке режимов работы транзисторов какдого канала.
350 Беседа шестнадцатая Для проверки одного из каналов, например, при неполадках в нем регу¬ лятор громкости второго канала полно¬ стью выведи, но питание и громкогово¬ ритель от него не отключай. Включив питание, сразу же измерь напряжение на выходе выпрямителя (на конденсаторе С5). Оно, в зависимо¬ сти от данных вторичной обмотки трансформатора, может быть несколь¬ ко больше или, наоборот, меньше. За¬ помни это значение, затем подбором резисторов R2 и R8 установи на эмитте¬ рах выходных транзисторов (относи¬ тельно общего заземленного провода) напряжения, равные половине напря¬ жения на выходе выпрямителя. После этого ко входу усилителя подключи стереофонический звуко¬ сниматель и, проигрывая грампластин¬ ку, проверь на слух качество звуковос¬ произведения и плавность регулирова¬ ния громкости в каждом канале. При одинаковых положениях движков пе¬ ременных резисторов R1 и R7 гром¬ кость звука в громкоговорителях обоих каналов должна быть примерно одина¬ ковой и плавно нарастать при враще¬ нии ручек резисторов в направлении движения часовой стрелки. Как я уже сказал, головки в громко¬ говорителе должны быть включены синфазно. Проверить синфазность включения можно следующим спосо¬ бом. Смотря на диффузоры обеих голо¬ вок, кратковременно подключи к штырькам 1 и 2 соединительной вилки разъема батарею 3336. В момент под¬ ключения батареи диффузоры обеих головок громкоговорителя должны пе¬ ремещаться в одну и ту же сторону — вперед или, наоборот, втягиваться в их магнитные системы. Если будет так, значит, они работают синфазно. При перемещении диффузоров в момент подключения батареи в разные сторо¬ ны поменяй местами соединительные проводники одной из головок. Представляет особый интерес сте¬ реофонический усилитель 34, разра¬ ботанный известным радиолюбителем- конструктором В. А. Васильевым. Его основой послужила аналоговая интег¬ ральная микросхема К174УН20 — двухканальный усилитель мощности 34 с устройством защиты от короткого замыкания в нагрузке. Внешне она по¬ хожа на знакомую тебе (по усилителю 34 в одиннадцатой беседе) одноканаль¬ ную микросхему К174УН7, но в корпу¬ се микросхемы К174УН20 два подоб¬ ных усилителя, объединенных лишь по цепи питания. При напряжении источ¬ ника питания 12 В выходная мощность каждого из них достигает 4 Вт. Полоса равномерно усиливаемых частот — от 50 Гц до 16 кГц, что вполне приемлемо для радиолюбительского стереоусили¬ теля 34. Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 289. Горизонтальная линия на поле ус¬ ловного графического обозначения микросхемы К174УН20 (DA1) делит ее на два равнозначных канала стереофо¬ нического усилителя 34. По замыслу автора, описываемый усилитель рассчитан на совместную работу со стереофоническим аудиоп¬ лейером, поэтому в нем не предусмот¬ рены регуляторы громкости, тембра звука — эти функции берет на себя плейер, являющийся источником зву¬ ковой информации. Но источником та¬ кой информации может быть, конечно, и стереофонический звукосниматель, о чем я скажу чуть позже. Соединение входа усилителя с вы¬ ходом плейера осуществляется с помо¬ щью трехконтактного разъема XI. При этом сигнал 34 верхнего (по схеме) ка¬ нала плейера поступает на соответст¬ вующий ему вход 2 микросхемы DA1 через делитель напряжения R1R2 и конденсатор С1, а сигнал нижнего ка¬ нала — на вход 15 DA1 через делитель R3R4 и конденсатор СЗ. Нагрузкой первого канала усилителя служит ди¬ намическая головка ВА1, а второго — динамическая головка ВА2. Источником питания усилителя мо¬ жет быть батарея, составленная из шее-
Беседа шестнадцатая 351 Рис. 289. Принципиальная схема усилителя на микросхеме К174УК7 ти гальванических элементов 372, 343, или сетевой блок питания, обеспечива¬ ющий такое выходное напряжение по¬ стоянного тока. Микросхема работоспо¬ собна и при питающем напряжении 6 В, но при этом выходная мощность каждо¬ го из каналов соответственно снижает¬ ся. Для включения источника питания (выключатель SA1) служит светодиод HL1. Его яркость свечения (в зависимос¬ ти от напряжения питания) можно изме¬ нять подборкой резистора R7. Динамические головки ВА1 и ВА2 громкоговорителей обоих каналов уси¬ лителя должны быть широкополосны¬ ми мощностью 4...8 Вт со звуковыми катушками сопротивлением 4...8 Ом. Хорошим звучанием зарекомендовали себя, например, головки 8ГД-Ш2-4. При напряжении источника питания 12 В и использовании динамических го¬ ловок со ззуковыми катушками 4 Ом неискаженная выходная мощность в каждом канале превышает 4 Вт, а со звуковыми катушками сопротивлени¬ ем 8 Ом — снижается до 2,2 Вт. Печатная плата усилителя, выпол¬ ненная из одностороннего фольгиро- Рис. 290. Печатная плата усилителя
352 Беседа шестнадцатая ванного материала, и соединение дета¬ лей на ней показаны на рис. 290. Все постоянные резисторы — МАТ. Оксидные конденсаторы — К50-6, К50-35, К56-6 на номинальное напря¬ жение не менее 16 В. Металлические пластинки микросхемы К174УН20, яв¬ ляющиеся теплоотводами и выходных транзисторов следует снабдить допол¬ нительными, выпускаемыми для них игольчатыми теплоотводами. Заменить их можно пластинами из листового алюминия или меди толщиной 1... 1,5 мм площадью по 9... 10 мм2 каждая. Монтажную плату усилителя раз¬ мещают в подходящем по размерам не¬ металлическом корпусе, а выключа¬ тель питания SA1 (тумблер), разъем XI (розетка СГ-3) и светодиод HL1 — на лицевой стенке корпуса. Для соедине¬ ния платы с головками выносных гром¬ коговорителей используй гибкий мно¬ гожильный провод с надежным изоля¬ ционным покрытием. В боковых и верхних стенках корпуса просверли несколько десятков вентиляционных отверстий. При безошибочном монтаже и ста¬ бильном напряжении источника пита¬ ния усилитель в налаживании не нуж¬ дается. А если усилитель использовать для воспроизведения грамзаписи, под¬ ключив к его входу стереофонический звукосниматель, то в таком случае ре¬ зисторы делителей R1R2 и R3R4 обоих каналов придется заменить перемен¬ ными резисторами сопротивлением по 10 кОм с функциональной характерис¬ тикой группы В, которые позволяют плавно регулировать не только гром¬ кость, но и стереобаланс звучания громкоговорителей усилителя. В то же время громкоговорители обоих каналов должны быть включены синфазно. Это значит, что при одной и той же полярности источника сигнала диффузоры их головок должны пере¬ мещаться в одну сторону. Проверяй это также с помощью батареи 3336. Ес¬ ли при одной и той же полярности под¬ ключения батареи диффузоры головок одного громкоговорителя перемеща¬ ются в одну сторону, а диффузоры го¬ ловок второго громкоговорителя в дру¬ гую, то поменяй местами подключение соединительных проводов на штеп¬ сельной вилке разъема одного из гром¬ коговорителей. Рис. 291. Схема размещения громкоговорите¬ лей Но стереоэффект воспринимается только при вполне определенном рас¬ положении слушателя по отношению к громкоговорителям, что объясняется так называемой бинауральной направ¬ ленностью нашего слуха. Многочисленные опыты и экспери¬ менты показывают, что стереоэффект лучше всего воспринимается на рас¬ стоянии от громкоговорителей, равном их базе, т.е. расстоянию между ними. Установлено также, что зона стереоэф¬ фекта будет максимальной, когда база громкоговорителей равна 1,5...2 м и они повернуты в сторону слушателя примерно на угол 30°. Схематически эти условия изображены на рис. 291. Учитывая их, опытным путем найди в комнате место размещения стереофо¬ нического комплекса. Если комната квадратная, то гром¬ коговорители можно разместить возле любой из стен. В том же случае, если комната прямоугольная, то громкого¬ ворители лучше всего разместить в средней части одной из длинных стен.
Беседа шестнадцатая 353 А каково должно быть расстояние громкоговорителей от пола? Это зави¬ сит от многих обстоятельств, в том чис¬ ле от их внешнего оформления, рабочей полосы частот и мощности усилителя, индивидуальных особенностей слухо¬ вого восприятия. Определи это опыт¬ ным путем. Наилучший эффект будет, видимо, при размещении громкогово¬ рителей на высоте 1,5...2 м от пола. Я убежден: после создания стереофонического комплекса в твоем доме совсем по-иному зазвучит музыка. И не исключено, что у тебя появится желание сделать более мощный усилитель с регуляторами тембра по высшим и низшим частотам звукового диапазона. Основой такого стереокомплекса может стать усилитель мощностью 20 Вт, о котором я рассказал тебе в одиннадцатой беседе. В последнее время все больше появляется зарубежных и отечественных микросхем, ис¬ пользуя которые с минимальным количеством дополнительных деталей можно собирать самые различные моно- и стереофонические усилители звуковой частоты. Несколько ми¬ кросхем для таких устройств приведены в приложении 16. 12 Зак 261
354 БЕСЕДА СЕМНАДЦАТАЯ ОТ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ - К ЦИФРОВОМУ ЧАСТОТОМЕРУ И ЭЛЕКТРОННЫМ ЧАСАМ В девятой беседе я познакомил тебя с работой и несколькими конкретными примерами возможного применения логического элемента 2И-НЕ — характерного представителя цифровых микросхем малой степени интеграции. Теперь начинаем разговор о некоторых микросхемах повышенной степени интеграции, пользующихся у радиолюбителей наи¬ большей популярности. Это прежде всего триггеры, счетчики импульсов, счетчики-де- лители частоты импульсного напряжения, дешифраторы, на базе которых можно стро¬ ить разные по сложности и назначению измерительные приборы, электронные автома¬ ты, бытовые и многие другие устройства цифровой техники. Практическим завершени¬ ем этой беседы будет частотомер с цифровой индикацией результатов измерения, который пополнит твою лабораторию прибором современного поколения. Но прежде чем начать практическое освоение этих микросхем функционального назначения, надо решить вопрос, касающийся их источника питания. Для опытов с логическими элемен¬ тами и питания простейших устройств на них можно было обходиться батареей 3336. Но микросхемы серии К155 рассчитаны на питание от источника напряжением 5В±5%, т.е. на напряжение в пределах 4,75...5,25 В. При меньшем напряжении микросхемы рабо¬ тают недостаточно устойчиво. Для питания микросхем и устройств на них можно, ко¬ нечно, пользоваться сетевым блоком питания с регулируемым выходным напряжением.
Беседа семнадцатая 355 Но для питания цифровых индикаторов частотомера потребуется еще источник по¬ стоянного или пульсирующего тока напряжением 180...200 В. Поэтому считаю целесооб¬ разным, как бы забегая вперед, уже сейчас смонтировать блок питания частотомера (см. схему на рис. 309 и описание на с. 296) и пользоваться им для опытного изучения ми¬ кросхем и питания самого будущего измерительного прибора. Понадобятся также инди¬ каторы уровней напряжений, позволяющие судить о логических состояниях микросхем, и, конечно, генератор испьипательных импульсов переменной частоты. ИНДИКАТОР УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ Чтобы знать, напряжение высокого или низкого уровня действует на входе или выходе опытного логического эле¬ мента, ты пользовался вольтметром постоянного тока. Вольтметр тогда вы¬ полнял функцию индикатора электри¬ ческого состояния элемента. Тебя ин¬ тересовало не само значение напряже¬ ния, фиксируемого вольтметром, а лишь наличие на выходе высокого или низкого уровней напряжения. В прин¬ ципе такой метод определения элект¬ рического состояния микросхемы можно применять и в дальнейшем. Но, на мой взгляд, удобнее пользоваться простыми пробниками-индикаторами, характеризующими световыми сигна¬ лами состояние того или иного логиче¬ ского элемента, микросхемы. Вот два таких индикатора (рис. 292), которые можно смонтировать на одной небольшой плате и пользоваться ими раздельно или одновременно. Первый из них состоит из светодиода HL1 и ре¬ зистора R1, ограничивающего ток, те¬ кущий через светодиод. Общий про¬ водник индикаторов, снабженный за¬ жимом типа «крокодил», подключают к общему проводнику цепи питания мик¬ росхемы, а щупом А касаются ее выход¬ ного вывода (так же, как вольтметр на рис. 161). Если на этом выводе напря¬ жение высокого уровня, то светодиод начинает светиться, а если низкого — не загорается. Вот и вся логика дейст¬ вия этого индикатора: «да» или «нет». Светодиоды, выпускаемые нашей промышленностью, рассчитаны на ра¬ боту от источника постоянного тока напряжением 2...3 В при прямом токе 10...20 мА. При более высоком напря¬ жении может произойти тепловой про¬ бой р-n перехода светодиода. Чтобы этого не случилось, последовательно со светодиодом обязательно включают ог¬ раничительный резистор. В индикаторе можно использовать любой другой светодиод и, конечно, любого цвета свечения. Рис. 292. Пробник логических состояний мик¬ росхемы Второй индикатор образуют тран¬ зистор VT1, миниатюрная лампа нака¬ ливания ELI в его коллекторной цепи и щуп Б с резистором R2 в базовой цепи. Транзистор, питающийся от того же источника, что и микросхема, работает в режиме переключения, т.е. как элек¬ тронный ключ. Когда на выводе микро¬ схемы, к которому подключен щуп ин¬ дикатора, напряжение низкого уровня, транзистор закрыт и лампочка в его коллекторной цепи не горит. Если, од¬ нако, на этом выводе микросхемы на¬ пряжение высокого уровня, то транзи¬ стор открывается и сигнальная лампоч¬ ка загорается и будет светиться, пока уровень напряжения не сменится на низкий. 12*
356 Транзистор должен быть обяза¬ тельно кремниевым, т.е. открываю¬ щимся при напряжении на базе не ме¬ нее 0,5...0,6 В. Германиевый транзистор здесь непригоден, так как он может от¬ крываться и при напряжении низкого уровня. Резистор R2 ограничивает зна¬ чение тока, текущего через эмиттер- ный переход открытого транзистора. Если у тебя не окажется светодио¬ да, то первый пробник может быть та¬ ким же, как второй, — транзисторным. При любых обстоятельствах желатель¬ но иметь два пробника, чтобы можно было индицировать уровни напряже¬ ний одновременно в двух точках. В дальнейшем индикатор, незави¬ симо от того, светодиодный он или транзисторный, я буду обозначать ок¬ ружностью с буквой «И» внутри. ГЕНЕРАТОР ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ Исходным вариантом этого устрой¬ ства (рис. 293) служит генератор на трех логических элементах 2И-НЕ мик¬ росхемы К155ААЗ, знакомый тебе по девятой беседе (см. рис. 162). Но часто¬ та следования импульсов того генера¬ тора постоянная (около 1 кГц), а это¬ го — переменная, примерно от 0,1 Гц (период колебания 10 с) до 100 кГц. Весь диапазон частот разбит на 6 под¬ диапазонов, каждый из которых по ча¬ стоте в 10 раз больше следующего за ним поддиапазона. Включение того или иного поддиапазона осуществляется переключателем SA1, а плавное регули¬ рование периода следования импуль¬ сов — переменным резистором R2. Так, при включении в цепь обратной связи времязадающего конденсатора С1 час¬ тота генератора будет ориентировочно от 0,1 до 1 Гц, с конденсатором С2 — от 1 до 10 Гц, с конденсатором СЗ — от 10 до 100 Гц и т.д. Особый интерес пред¬ ставляют импульсы большой длитель¬ ности, позволяющие наблюдать за ре¬ акцией на них микросхем. Беседа семнадцатая Рис. 293. Схема генератора испытательных импульсов Характерная особенность этого ге¬ нератора — использование в нем тран¬ зистора вместо первого логического элемента 2И-НЕ (по рис. 162 — DD1.1). Работая как транзисторный ключ, он существенно увеличивает сопротивле¬ ние цепи обратной связи, что расширя¬ ет пределы регулирования периода следования импульсов, и одновремен¬ но позволяет уменьшить емкость вре- мязадающих конденсаторов Cl—Сб. Резистор R1 ограничивает базовый ток транзистора. Подбором его номи¬ нала можно подгонять максимальное значение периода колебаний генерато¬ ра. Резистор R3 ограничивает ток через выходной транзистор элемента DD1.1 в моменты, когда на выходе этого эле¬ мента появляется напряжение высоко¬ го уровня. Элемент DD1.3, включенный ин¬ вертором, улучшает форму генерируе¬ мых импульсов. Через щуп А сформи¬ рованные импульсы подают на вход ис¬ следуемой микросхемы. Светодиод, подключенный через резистор R4 к вы¬ ходу устройства, позволяет судить о ча¬ стоте следования и длительности им¬ пульсов двух первых поддиапазонов ге¬ нератора. Внешний вид платы генератора и схема монтажа деталей на ней показа¬ ны на рис. 294. Времязадающие кон¬
Беседа семнадцатая 357 Рис. 294. Монтажная плата генератора денсаторы С1—СЗ типа К50-6, С4— Сб — МБМ. Подбирать конденсаторы точно таких емкостей, что указаны на схеме, необязательно, потому что зави¬ сящая от них частота следования им¬ пульсов не имеет практического значе¬ ния для твоих опытов с микросхемами. Переменный резистор R2, сопротивле¬ ние которого может быть значительно больше 47 кОм, может быть любого ти¬ па, но желательно с функциональной зависимостью группы А. Для упрощения конструкции функ¬ цию подвижного контакта переключа¬ теля поддиапазонов частот выполняет гибкий проводник с отрезком толстой медной проволоки на конце, который вставляют в отверстия гнезд — пусто¬ телых заклепок. Возле этих гнезд долж¬ ны быть надписи порядковых номеров поддиапазонов или соответствующие им пределы частот. На плате можно предусмотреть гнезда для подключения к выходу гене¬ ратора (параллельно светодиодному индикатору) головных телефонов или капсюля ДЭМ-4м для индицирования импульсов звуковой частоты, на кото¬ рые светодиод не реагирует. При безошибочном монтаже и на¬ дежных пайках соединений деталей ге¬ нератор никакой настройки не требует. Единственно, что, возможно, придется сделать, уточнить порядок подключения выводов переменного резистора, чтобы частота следования импульсов нараста¬ ла при вращении его ручки в направле¬ нии движения часовой стрелки. Перехожу к рассказу о микросхе¬ мах, наиболее широко используемых в радиолюбительских устройствах циф¬ ровой техники. ТРИГГЕРЫ Так называют электронные устрой¬ ства, обладающие двумя устойчивыми электрическими состояниями. Подчер¬ киваю: устойчивыми, т.е. состояниями, в которых триггер может находиться сколь угодно времени. Переключение (или переход) триггера из одного ус¬ тойчивого состояния в другое происхо¬ дит под воздействием входных импуль¬ сов. Каждому из двух состояний триг¬ гера соответствует свой фиксирован¬ ный уровень выходного напряжения, что в вычислительной технике исполь¬ зуется для хранения цифровой инфор¬ мации. В свою очередь, триггеры явля¬ ются основой счетчиков импульсов, де¬ лителей частоты, дешифраторов и мно¬ гих других цифровых микросхем функционального назначения. В любительской цифровой технике применяются преимущественно так называемые RS-, D- и JK-триггеры. Рас¬ познать, что представляют собой эти логические устройства функциональ¬ ного назначения, каковы их электриче¬ ские свойства и принципы действия, тебе помогут опыты с ними. Начнем с самого простого из «се¬ мейства» триггеров. RS-триггер. Схему такого триггера ты видишь на рис. 295, а. Его образуют
358 Беседа семнадцатая два элемента 2И-НЕ с перекрестными обратными связями между их входами и выходами. У триггера два независи¬ мых входа и столько же выходов. Пер¬ вый вход — вывод 1 элемента DD1.1, второй — вывод 5 элемента DD1.2, а выходы—выводы 3 и 6 этих элементов. Рис. 295. Опытный RS-триггер Микросхему К155ЛАЗ укрепи на макетной панели (или картонке) с по¬ мощью пластилина выводами вверх. Так будет удобнее различать порядко¬ вые номера выводов, припаивать к ним проводники источника питания, делать нужные соединения между выводами. К выводам 3 и б микросхемы подключи индикаторы, по свечению которых бу¬ дешь судить о состояниях элементов микросхемы. Индицировать состояния элементов можно, конечно, и с помо¬ щью вольтметра постоянного тока, подключая его попеременно к выходам триггера, но это менее удобно. Вместо кнопочных выключателей SB1 и SB2 (без фиксации) можно использовать отрезки монтажного провода, которы¬ ми будешь имитировать подачу на вхо¬ ды триггера напряжения отрицатель¬ ной полярности. Сверив монтаж опытного триггера с его схемой и убедившись в отсутст¬ вии ошибок, в надежности паек, вклю¬ чи питание. Сразу же должен загореть¬ ся один из индикаторов. Предполо¬ жим, это будет индикатор И1. Значит, первым в единичном состоянии ока¬ зался элемент DD1.1 — на его выводе 3 будет напряжение высокого уровня. А на выходе элемента DD1.2 будет напря¬ жение низкого уровня, поэтому инди¬ катор И2 и не горит. Записав показания индикаторов, замкни кратковременно контакты кнопки SB1. Что изменилось? Ничего. По-прежнему горит только индикатор И1. А если кратковременно нажать кнопку SB2? Сразу же погаснет пер¬ вый индикатор и загорится второй. Те¬ перь элемент DD1.1 будет в нулевом со¬ стоянии, a DD1.2 — в единичном. В та¬ ком состоянии элементы могут нахо¬ диться сколько угодно времени — до тех пор, пока не выключат питание. Но стоит еще раз нажать кнопку SB 1 — и элементы переключатся в противопо¬ ложное состояние. Проанализируем действие опытно¬ го RS-триггера. Считаем, что после включения питания первым в нулевом состоянии оказался элемент DD1.2. В этот момент, следовательно, и на вход¬ ном выводе 2 элемента DD1.1, соеди¬ ненном с выводом б элемента DD 1.2, по¬ явилось напряжение низкого уровня, которое установило элемент в единич¬ ное состояние — загорелся индикатор И1. Имитация подачи импульса отрица¬ тельной полярности на входной вывод 1 элемента DD1.1 (кнопкой SB1) не могла изменить его состояние, поскольку в это время на втором его входном выво¬ де уже был низкий уровень напряже¬ ния. Когда же ты кратковременно на¬ жал кнопку SB2, на свободный вывод 5 элемента DD1.2 поступил импульс от¬ рицательной полярности. Переключа¬ ясь в единичное состояние, этот эле¬ мент напряжением высокого уровня,
Беседа семнадцатая 359 появившимся на его выходе, переклю¬ чил элемент DD1.1 в нулевое состояние. Переключение этого элемента в нуле¬ вое состояние оказалось возможным, так как в этот момент вывод 1 был сво¬ бодным, что равнозначно подаче на не¬ го напряжения высокого уровня. Так, поочередно нажимая кнопки входных цепей, можно переключать триггер из одного устойчивого состоя¬ ния в другое и тем самым управлять различными приборами и устройства¬ ми цифровой техники, подключенны¬ ми к его выходам. Логическое состояние любого триггера характеризуют уровнем сиг¬ нала на его так называемом прямом вы¬ ходе, обозначаемом латинской буквой Q. В нашем RS-триггере его Q-выходом является вывод 3 микросхемы. Если здесь высокий уровень напряжения, значит, триггер в целом находится в единичном состоянии, а если низкий уровень — в нулевом. При единичном состоянии тригге¬ ра на его втором выходе будет напря¬ жение низкого уровня, а при нулевом состоянии — высокого. Вот почему этот выход обозначают такой же бук¬ вой, но с черточкой вверху Q, что озна¬ чает инверсный. Входной вывод, через который триггер устанавливают в единичное со¬ стояние, обозначают буквой S (началь¬ ная буква английского Set — установ¬ ка). Другой же входной вывод, через который триггер переключают в нуле¬ вое состояние, обозначают буквой R (от слова Reset — возврат). Следова¬ тельно, в опытном триггере вывод 1 ми¬ кросхемы можно считать S-входом, а вывод 5 — R-входом. Строго говоря, входы S и R опытно¬ го триггера надо бы писать с черточка¬ ми вверху, так как полярность импуль¬ сов, подаваемых на них для переключе¬ ния триггера из одного состояния в другое, отрицательная. Они, следова¬ тельно, инверсные, т.е. S и R. Такой RS- триггер называют асинхронным с уста¬ новочными входами. Состояния RS-триггера, в которых он оказывается под воздействием вход¬ ных сигналов, иллюстрирует таблица, приведенная на рис. 295, б. О чем она может рассказать? Если на оба входа триггера подать напряжения низкого уровня, например, нажав одновремен¬ но обе кнопки, на обоих его выходах будут напряжения высокого уровня. Такое состояние триггера противоре¬ чит логике его действия, поэтому по¬ добное сочетание сигналов принято считать недопустимым. Сочетание напряжений низкого уровня на S-входе и высокого уровня на R-входе приводит триггер в единичное состояние, а противоположное сочета¬ ние уровней напряжения — в нулевое. При появлении же на обоих входах на¬ пряжения высокого уровня (логической 1) состояние триггера не изменяется — на это указывают крестики в таблице. Проверь практически справедли¬ вость таблицы. Подачу на входы им¬ пульсов, соответствующих высокому уровню напряжения, имитируй не за¬ мыканием, а, наоборот, размыканием контактов кнопок SB1 и SB2. D-триггер. Из нескольких разно¬ видностей D-триггеров микросхем се¬ рии К155 наибольшей популярностью у радиолюбителей пользуются триггеры микросхемы К155ТМ2 (рис. 296, а). В этой микросхеме два D-триггера, свя¬ занных между собой общей цепью пи¬ тания, но работающих независимо один от другого. У каждого из них четы¬ ре логических входа и два выхода — прямой и инверсный. Вход D — вход приема цифровой информации, а С — вход тактовых импульсов синхрониза¬ ции, источником которых обычно слу¬ жит генератор прямоугольных импуль¬ сов. По входам R и S D-триггер работает так же, как RS-триггер: при подаче на вход S напряжения низкого уровня он устанавливается в нулевое состояние, на вход R — в единичное. По входам D и С он может функционировать как ячей¬ ка памяти принятой информации или как триггер со счетным входом.
360 Беседа семнадцатая D-триггеры микросхемы К155ТМ2 на принципиальных схемах устройств цифровой техники изображают обыч¬ но не слитно, как на рис. 296, а, а раз¬ дельно в различных участках схемы (рис. 296, б). При этом допускается не показывать выводы, которые в устрой¬ стве не используются. Этих правил бу¬ дем придерживаться и мы. Рис. 296. Условные графические обозначения D-триггеров Предлагаю несколько опытов и экспериментов, которые помогут ос¬ мыслить логику действия D-триггера в разных режимах работы. К выводам прямого и инверсного выходов любого из D-триггеров микро¬ схемы К155ТМ2, например к выводам 5 и 6 (рис. 297, а), подключи индикаторы. За появлением и длительностью такто¬ вых импульсов синхронизации, пода¬ ваемых на вход С триггера, будешь на¬ блюдать по свечению выходного инди¬ катора генератора импульсов. На пане¬ ли смонтируй также кнопочный вы¬ ключатель SB1 и резистор R4, но к вхо¬ ду D (вывод 2) триггера эту цепь пока не подключай. Сразу же после включения пита¬ ния должен загореться один из выход¬ ных индикаторов. Если это индикатор И2, значит, триггер принял единичное состояние, а если И1 — нулевое. Те¬ перь поочередно кратковременно за¬ мкни несколько раз выводы 1 и 4 вхо¬ дов R и S на общую шину питания. Та¬ кой опыт тебя убедит, что по этим вхо¬ дам D-триггер работает так же, как RS-триггер. Далее подключи к выводу 2 инфор¬ мационного входа D резистор R4 с вы¬ ключателем SB1. Запиши начальное со¬ стояние триггера, а затем несколько раз подряд нажми кнопку. Как на это реагирует триггер? Никак — продол¬ жает гореть тот же индикатор. Кратковременным соединением входа R или S с общим проводником пе¬ реключи триггер в другое устойчивое состояние и вновь несколько раз на¬ жми кнопку. И теперь, как видишь, триггер не реагирует на входные сигна¬ лы. Это происходит потому, что на вход С не поступают синхронизирующие импульсы положительной полярности. Для опытной проверки работы D- триггера источником тактовых сигна¬ лов синхронизации будет служить гене¬ ратор импульсов переменной частоты, о котором речь шла ранее (см. рис. 293 и 294). Соедини его выход с выводом 3 входа С триггера, установи наимень¬ Рис. 297. Опыты с D-триггером микросхемы К155ТМ2
Беседа семнадцатая 361 шую частоту следования импульсов и, включив питание, следи за поведением индикаторов. Если до этого триггер на¬ ходится в нулевом состоянии, а контак¬ ты кнопки были разомкнуты, то по фронту первого же импульса на входе С триггер должен переключиться в еди¬ ничное состояние и не реагировать на последующие импульсы. Но стоит на¬ жать на кнопку, чтобы подать на инфор¬ мационный вход напряжение низкого уровня, и триггер по фронту очередного тактового импульса тут же переключит¬ ся в противоположное состояние. Работу D-триггера в таком режиме иллюстрируют графики, приведенные на рис. 297, б. Считаем, что в начале опыта, когда контакты кнопки SB1 бы¬ ли еще не замкнуты и, следовательно, сигнал на D-входе соответствовал на¬ пряжению высокого уровня, триггер был в нулевом состоянии (на выходе Q — низкий, на выходе Q высокий уровни напряжения). Первый же им¬ пульс на входе С своим фронтом пере¬ ключил триггер в единичное состояние. На спад этого импульса и на второй им¬ пульс триггер не реагировал и сохранял принятое устойчивое состояние. Затем ты нажал на кнопку, чтобы изменить уровень входного сигнала. В результате третий тактовый импульс своим фронтом сразу же переключил триггер в нулевое состояние, которое сохранялось до прихода шестого им¬ пульса, когда ты кнопку отпустил и на входе D уже был сигнал высокого уров¬ ня. Далее при изменении уровней входного сигнала триггер переключил¬ ся в нулевое состояние по фронту седь¬ мого импульса, а по фронту восьмо¬ го — вновь в единичное. Эти опыты и графики, характеризу¬ ющие логику действия D-триггера в ре¬ жиме приема информации, позволяют сделать выводы: если на входе D сигнал высокого уровня, триггер по фронту тактового импульса на входе С устанав¬ ливается в единичное состояние, а если низкого, то в нулевое. На спады синхро¬ низирующих импульсов D-триггер не реагирует. Каждое изменившееся со¬ стояние триггера означает запись в его память принятой информации, которая может быть считана или передана для расшифровки другому логическому ус¬ тройству цифровой техники. Следующий опыт — испытание D- триггера в режиме счета импульсов, т.е. как триггера со счетным входом. Для этого от входа D отключи резистор R4 с кнопкой и соедини его с инверсным вы¬ ходом Q, как показано на рис. 298, а. Теперь информационным входом триг¬ гера будет вход С. Подай на него от ге¬ нератора серию импульсов большой длительности. Как ведет себя D-триг¬ гер? По фронту первого же входного импульса он принимает единичное со¬ стояние, по фронту второго — нулевое, по фронту третьего — снова единичное и т.д. Следовательно, в таком режиме работы триггер по фронту каждого входного импульса меняет логическое состояние на противоположное. В ре¬ зультате частота импульсов на каждом выходе триггера оказывается вдвое меньшей частоты входных импульсов. Рис. 298. D-триггер со счетным входом
362 Беседа семнадцатая По проведенному опыту построй графики, иллюстрирующие работу D- триггера в этом режиме. Они должны получиться такими же, что и изобра¬ женные на рис. 298, б. Вывод напраши¬ вается сам — в таком режиме D-триг¬ гер делит частоту входного сигнала на 2, т.е. выполняет функцию двоичного счетчика. JK-триггер. В серии К155 Ж-триг- гером, обладающим, как и D-триггер, расширенной логикой действия, явля¬ ется микросхема К155ТВ1 (рис. 299, а). У такого триггера девять входов, пря¬ мой и инверсный выходы. По входам R и S он работает так же, как RS- и D- триггеры. Входы J и К — управляющие, причем каждый из них имеет по три входных вывода (3—5 и 9—11), объеди¬ ненных по схеме логического элемента ЗИ, о чем свидетельствуют знаки «&« возле них. Вход С по функциональному назначению подобен одноименному входу D-триггера. В режиме приема и хранения информации он служит вхо¬ дом тактовых импульсов, а в счетном режиме — информационным входом. Выводы Ж-триггера, которые в уст¬ ройстве не используются, на схемах обычно не показывают (рис. 299, б). Рис. 299. Условное графическое обозначение Ж-триггера К155ТВ1 Опытную проверку работы JK- триггера веди в таком порядке. Микро¬ схему К155ТВ1 соедини с соответству¬ ющими проводниками источника пита¬ ния, а к выводу 12 входа С и выводам 8 и 6 прямого и инверсного выходов под¬ ключи индикаторы (рис. 300, в). Вклю¬ чи питание. Сразу же должен загореть¬ ся один из выходных индикаторов. За¬ мкни кратковременно на общий про¬ водник вывод 2, затем вывод 13, далее снова вывод 2 и т.д. При этом выходные индикаторы должны поочередно зажи¬ гаться и гаснуть. Так ты проверишь ра¬ ботоспособность Ж-триггера. Далее испытывай триггер в режиме счета входных импульсов Для этого объедини выводы всех входов J и К и через резистор R1, показанный на рис. 300, а штриховыми линиями, со¬ едини их с плюсовым проводником пи¬ тания, чтобы подать на них напряжение высокого уровня. Впрочем, как ты уже знаешь, резистор R1 необязателен — на объединенных входах J и К, если их ос¬ тавить свободными, будет напряжение высокого уровня. На вход С подай от ге¬ нератора серию импульсов наимень¬ шей частоты и по моментам зажигания и длительности свечения индикаторов построй графики работы триггера в та¬ ком режиме. Они должны получиться такими же, что на рис. 300, б. Нетрудно заметить, что они схожи с графиками счетного D-триггера (см. рис. 298, б), только сдвинуты вправо на длитель¬ ность одного импульса. Сдвиг этот объ¬ ясняется тем, что D-триггер изменяет свое состояние на противоположное по фронту, а JK-триггер — по спаду вход¬ ного импульса. Конечный же результат одинаков, триггер делит частоту вход¬ ных импульсов на 2. Запомни основные свойства Ж- триггера. При напряжении высокого уровня на всех входах J и К он работает как триггер со счетным входом, т.е. по спаду каждого положительного им¬ пульса на тактовом входе С меняет свое логическое состояние на противопо¬ ложное. Если хотя бы на одном входе J и на одном входе К одновременно дей¬ ствует напряжение низкого уровня, то при подаче на вход С импульсов состоя¬ ние триггера не меняется. В том же слу¬ чае, если на всех входах J высокий уро¬ вень напряжения, а хотя бы на одном входе К — низкий, то по спаду положи¬ тельного импульса на входе С триггер
Беседа семнадцатая 363 Рис. 300. Опытный JK-триггер устанавливается в единичное состоя¬ ние независимо от своего предыдущего состояния. Если хотя бы на одном входе J низкий уровень напряжения, а на всех входах К — высокий, то по спаду импульса на входе С триггер устанавли¬ вается в нулевое состояние. Защита от помех. Триггеры, как, впрочем, многие другие микросхемы, чувствительны к различным электри¬ ческим помехам. Если, к примеру, кос¬ нуться металлическим предметом мон¬ тажного проводника, в цепях устройст¬ ва могут возникнуть импульсные поме¬ хи, способные изменить состояние триггеров. Один из приемов борьбы с такими помехами — блокирование це¬ пи питания конденсатором. Конденса¬ торы подключают и к выходам блоков питания микросхем. В связи с этим за¬ помни на будущее, для надежной рабо¬ ты устройства цифровой техники на их платах между проводниками цепи пи¬ тания необходимо устанавливать по од¬ ному блокировочному конденсатору емкостью 0,033...0,047 мкФ на каждые две-три микросхемы, располагая их равномерно среди микросхем. Источником помехи может стать и неиспользуемый входной вывод мик¬ росхемы, так как в нем тоже могут на¬ ходиться паразитные электрические импульсы. Такой вход микросхемы це¬ лесообразно вообще ни к чему не под¬ ключать, оставив его свободным, или на плате подпаять к контактной пло¬ щадке минимальных размеров, к кото¬ рой не подключены какие-либо другие проводники. Неиспользуемые J-входы JK-триггера можно подключать к его инверсному выходу, а К-входы — к прямому выходу. Можно также неис¬ пользуемые входы подключить к вы¬ ходному выводу неиспользуемого ло¬ гического элемента И-НЕ, соединив его входы с общим проводом цепи пи¬ тания. Кроме того, неиспользуемые входы микросхем можно объединять и подключать их к плюсовому проводни¬ ку источника питания через резистор сопротивлением 1...ЮкОм. Совершенно недопустимо подклю¬ чать к входу микросхемы длинный про¬ водник, который во время работы уст¬ ройства может оказаться неподклю¬ ченным к выходу источника управляю¬ щего сигнала, например в случае управления устройством с помощью тумблера или кнопочного переключа¬ теля. Чтобы предотвратить помехи, та¬ кие проводники обязательно надо под¬ ключать к плюсовому проводнику цепи питания через резистор сопротивлени¬ ем 1...10 кОм. При конструировании приборов и устройств цифровой техники, напри¬ мер различных по назначению автома¬ тов, коммутаторов электрических це¬ пей, в аппаратуре дистанционного уп¬ равления моделями радиолюбители очень широко используют D- и JK- триггеры, работающие в режиме счета импульсов. Для этого на счетный вход триггера подают импульсы положи¬ тельной полярности, переключающие триггер из одного логического состоя¬
364 Беседа семнадцатая ния в другое, а он, в свою очередь, сво¬ ими выходными сигналами коммутиру¬ ет другие электрические цепи. В принципе управлять таким ком¬ мутатором можно с помощью любого механического переключателя, напри¬ мер кнопочного или тумблера, но обя¬ зательно через дополнительное уст¬ ройство, устраняющее так называе¬ мый «дребезг» контактов, а также пре¬ дусматривая другие меры. Что такое дребезг контактов? Так называют паразитный электрический эффект, проявляющий себя в момент соприкосновения поверхностей кон¬ тактов механического переключателя. Суть этого явления заключается в том, что в этот момент в цепи, в которую контакты включены, возникает серия импульсов длительностью около мил¬ лисекунды. Они-то и приводят к лож¬ ным срабатываниям триггера и, следо¬ вательно, к нарушению его работы. Для устранения дребезга контактов обычно вводят дополнительный RS- триггер, составленный из двух элемен¬ тов 2И-НЕ. На рис. 301 такой триггер образуют элементы DD1.1 и DD1.2 мик¬ росхемы К155ЛАЗ. В исходном состоя¬ нии на его прямом выходе (вывод 3) — напряжение высокого уровня, на ин¬ версном — низкого. Счетный D-триг¬ гер DD2.1 в это время сохраняет состо¬ яние, в котором он оказался в момент включения источника питания. При нажатии на кнопку SB 1 ее подвижный контакт многократно касается другого, неподвижного контакта, вызывая се¬ рию импульсов. Первый же импульс серии переключает RS-триггер в нуле¬ вое состояние, и никакой последую¬ щий дребезг контактов уже не изменит его. В этот момент на его инверсном выходе возникает скачок напряжения положительной полярности, под дей¬ ствием которого счетный D-триггер DD2.1 изменяет свое логическое состо¬ яние на противоположное. При отпус¬ кании кнопки на вход элемента DD1.1 вновь подается низкий уровень напря¬ жения и RS-триггер переключается в исходное состояние. Счетный же D- триггер может вернуться в исходное состояние лишь при повторном нажа¬ тии на кнопку SB 1. Рис. 301. Коммутирующее устройство с RS- триггером на входе Индикаторы И1 и И2 позволяют ви¬ зуально наблюдать за состояниями и работой триггеров и делать соответст¬ вующие выводы. Кнопка SB2 позволя¬ ет устанавливать D-триггер в нулевое состояние, а управляющие сигналы можно снимать с любого из его выхо¬ дов (выводы 5 и 6). В таком устройстве может, конеч¬ но, работать и счетный JK-триггер. Триггеры в сочетании с логически¬ ми элементами и транзисторами ра¬ диолюбители широко используют в конструируемых ими разных по слож¬ ности электронных переключателях, автоматически действующих бытовых устройствах, игровых автоматах, ат¬ тракционах, имитаторах звуков. О не¬ которых таких устройствах я расскажу тебе в следующей беседе. Сейчас же поговорим о счетчиках импульсов и де¬ лителях частоты. СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ и ДЕЛИТЕЛИ ЧАСТОТЫ Я уже говорил, что основу счетчи¬ ков составляют триггеры со счетным входом. По логике же действия и функ¬
Беседа семнадцатая 365 циональному назначению счетчики импульсов подразделяют на цифровые счетчики и счетчики-делители частоты. Первые из них принято называть про¬ сто счетчиками, а вторые — делителя¬ ми. Так будем называть их и мы. С простейшим одноразрядным счетчиком импульсов на JK- или D- триггере, работающим в счетном ре¬ жиме, ты уже знаком (рис. 298, 300). Рис. 302. Трехразрядный двоичный счетчик импульсов Он считает входные импульсы по модулю 2 — каждый импульс переклю¬ чает триггер в противоположное состо¬ яние. Один триггер считает до одного, два последовательно соединенных триг¬ гера считают до трех, а п триггеров до 2n— 1 импульсов. Результат счета фор¬ мируется в заданном коде двоичной си¬ стемы счисления, который может хра¬ ниться в памяти триггеров счетчика или быть считанным другим устройством цифровой техники, например микро- схемой-дешифратором. Предлагаю провести опытную про¬ верку и анализ работы трехразрядного двоичного счетчика, смонтированного по схеме на рис. 302, а. Он, как видишь, образован тремя JK-триггерами, соеди¬ ненными последовательно: прямой вы¬ ход триггера DD1 соединен с входом С триггера DD2, а его прямой выход — с входом С триггера DD3. Вход С (вывод 12) первого триггера является входом счетчика, а прямой выход третьего триггера (вывод 8) — его выходом. При кратковременном нажатии на кнопку SB1 все триггеры счетчика устанавли¬ ваются в нулевое состояние. Индикаторы желательно подклю¬ чить к выходам всех триггеров, чтобы визуально наблюдать за изменением их состояний при счете импульсов. Со¬ стояние третьего триггера, выражен¬ ное логическим 0 или 1 на прямом вы¬ ходе, будет характеризовать цифру старшего разряда, первого триггера — младшего разряда кода счетчика. На вход счетчика подавай от гене¬ ратора импульсы с частотой следова¬ ния 0,5... 1 Гц. Нажми на кнопку, чтобы установить триггеры в нулевое состоя¬ ние. В это время ни один из индикато¬ ров счетчика не должен светиться. За¬ тем отпусти кнопку и, наблюдая за индикаторами счетчика, по вспышкам выходного индикатора генератора на¬ чинай считать импульсы, поступающие на вход счетчика. По спаду первого им¬ пульса (рис. 302, б) триггер DD1 примет единичное состояние (рис. 302, в), а другие будут сохранять нулевое состоя¬ ние. Второй импульс переключит триг¬ гер DD1 в нулевое состояние, а триггер DD2 — в единичное (рис. 302, г). По спа¬ ду третьего импульса триггеры DD1 и DD2 окажутся в единичном состоянии,
366 Беседа семнадцатая а триггер DD3 все еще будет в нулевом. Четвертый импульс переключит пер¬ вые два триггера в нулевое состояние, а третий — в единичное (рис. 302, д). Восьмой импульс переключит все триг¬ геры в нулевое состояние — начнется следующий цикл счета входных им¬ пульсов. Повтори такие наблюдения не¬ сколько раз, а затем по сигналам инди¬ каторов составь таблицу состояний триггеров счетчика, соответствующих порядковым номерам входных импуль¬ сов. Она должна получиться такой, как приведенная на рис. 302, е. В этой таблице нули и единицы каждой строчки образуют двоичный код счетчика. Он соответствует чис¬ ленному значению входных импуль¬ сов, выраженному в десятичной систе¬ ме счисления. Так, код 010, записанный в ячейках счетчика, соответствует двум входным импульсам, 011 — трем, 100 — четырем импульсам и т.д. Если такой счетчик дополнить еще одним триггером, то счетчик стал бы че¬ тырехразрядным и считал бы до 15 им¬ пульсов, т.е. до двоичного числа 1111. Изучая графики, иллюстрирующие действие трехразрядного счетчика, не¬ трудно заметить, что период импульса каждого его старшего разряда отлича¬ ется от соседнего младшего удвоенным числом импульсов счета. Так, период импульсов на выходе первого триггера в 2 раза больше периода входных им¬ пульсов, на выходе второго триггера — в 4 раза, на выходе третьего триггера — в 8 раз. Говоря языком цифровой тех¬ ники, такой счетчик работает в весо¬ вом коде 1-2-4. Здесь под термином «вес» имеется в виду объем информа¬ ции, принятой счетчиком после уста¬ новки его триггеров в единичное со¬ стояние. В устройствах и приборах ци¬ фровой техники наибольшее распрост¬ ранение получили четырехразрядные счетчики импульсов, работающие в ве¬ совом коде 1-2-4-8. Счетчики-делители, или просто де¬ лители, считают входные импульсы до некоторого задаваемого коэффициен¬ том счета состояния, после чего фор¬ мируют сигнал сброса триггеров в ну¬ левое состояние, вновь начинают счет входных импульсов до задаваемого ко¬ эффициента счета и т.д. В этом и за¬ ключается характерная особенность принципа действия делителей частоты. Для примера на рис. 303 показаны схема и графики работы делителя с ко¬ эффициентом счета 5, построенного на трех JK-триггерах. Это уже знакомый тебе трехразрядный двоичный счет¬ чик, дополненный логическим элемен¬ том 2И-НЕ (DD4.1), который и задает коэффициент счета 5. Происходит это так. При первых четырех входных им¬ пульсах (после установки триггеров в нулевое состояние кнопкой SB1 «Уст. 0») устройство работает как обычный двоичный счетчик импульсов. При этом на одном или обоих входах эле¬ мента действует напряжение низкого уровня, поэтому он находится в еди¬ ничном состоянии. По спаду же пятого импульса на прямых выходах первого и третьего триггеров, а значит, и на обо¬ их входах элемента DD4.1 появляется высокий уровень напряжения, пере¬ ключающий его в нулевое состояние. В этот момент на выходе элемента фор¬ мируется короткий импульс, который в отрицательной полярности передается на R-входы триггеров и переключает их в исходное нулевое состояние. С этого момента начинается следующий цикл работы счетчика. Резистор R1 или диод VD1, введен¬ ные в такой вариант счетчика, необхо¬ димы для того, чтобы исключить замы¬ кание выхода элемента DD4.1 на об¬ щий провод источника питания. Чтобы проверить действие такого счетчика-делителя, надо подключить к его выходу (вывод 8 триггера DD3) ин¬ дикатор, а на вход С первого триггера подать от генератора серию импульсов с частотой следования 0,5... 1 Гц. Затем кратковременно нажать на кнопку SB 1, чтобы сбросить триггеры в нулевое со¬ стояние, и сразу же начать, ориентиру¬
Беседа семнадцатая 367 Рис. 303. Схема и графики работы делителя с коэффициентом счета 5 ясь на выходной индикатор генерато¬ ра, считать импульсы. Индикатор на выходе счетчика-делителя будет реаги¬ ровать только на каждый пятый вход¬ ной импульс. Опыты со счетчиками и делителя¬ ми на JK-триггерах, на которые при¬ шлось пожертвовать пару вечеров, по¬ могли тебе, надеюсь, разобраться в принципе построения и работе этих «кирпичиков» цифровой техники. Но на практике в конструируемых устрой¬ ствах и приборах функции счетчиков и делителей выполняют специально раз¬ работанные микросхемы повышенной степени интеграции. В серии К155, например, это счетчики К155ИЕ1, К155ИЕ2, К155ИЕ4 и др. В радиолюби¬ тельских разработках наиболее широ¬ ко используются счетчики К155ИЕ1 и К155ИЕ2. Условные графические изоб¬ ражения этих счетчиков с нумерацией их выводов показаны на рис. 304. Микросхема К155ИЕ1 (рис. 304, а) является декадным счетчиком импуль¬ сов, т.е. счетчиком до 10. Счетчик обра¬ зуют последовательно соединенные четыре триггера. Установку всех триг¬ геров счетчика в нулевое состояние осуществляют подачей напряжения высокого уровня одновременно на оба входа R (выводы 1 и 2), объединенные логическим элементом И (условный символ «&»). Счетные импульсы, кото¬ рые должны быть отрицательной по¬ лярности, можно подавать на соединен¬ ные вместе входы С (выводы 8 и 9), так¬ же объединенные элементом И, или на один из них, если в это время на втором входе будет высокий уровень напряже¬ ния. При каждом десятом импульсе на выходе счетчика формируется равный ему по длительности импульс отрица¬ тельной полярности, характеризую¬ щий объем принятой информации. Рис. 304. Условные графические обозначения счетчиков К155ИЕ1 и К155ИЕ2 Можно ли опытным путем прове¬ рить логику действия этой микросхе¬ мы? Конечно! Для этого соедини вмес¬ те выводы 8 и 9 входа С и подключи к ним выход генератора импульсного на¬ пряжения (рис. 305, а). Соедини вместе выводы 1 и 2 R-входа и подключи их к общему (отрицательному) проводнику источника питания микросхемы. К вы¬ ходу (вывод 5) подключи светодиодный индикатор или вольтметр постоянного тока, используя его в качестве индика¬ тора напряжения. Транзисторный ин¬ дикатор для этой цели непригоден из- за малого перепада выходного напря¬ жения счетчика. Включи питание. Сразу же заго¬ рится светодиодный индикатор, но ме¬
368 Беседа семнадцатая нее ярко, чем в опытах с триггерами. А с приходом десятого импульса он по¬ гаснет на время, равное длительности импульса, снова загорится и вновь по¬ гаснет после десятого входного им¬ пульса. Графики б и в на рис. 305, пост¬ роенные в соответствии с сигналами индикаторов, подтверждают логику ра¬ боты счетчика К155ИЕ1. Рис. 305. Работа счетчика К155ИЕ1 Микросхема К155ИЕ2 (рис. 304, б) представляет собой двоично-десятич- ный четырехразрядный счетчик. В ней также четыре JK-триггера. Но один из них (назовем его первым) имеет отдель¬ ные вход С1 (вывод 14) и прямой выход (вывод 12). Три других триггера соеди¬ нены между собой так, что образуют делитель на 5 (примерно такой же, как делитель по схеме на рис. 303, в). При соединении выхода первого триггера со входом С2 второго триггера (вывод 1) цепочка всех триггеров микросхемы становится делителем на 10, работаю¬ щим в коде 1-2-4-8, что и символизиру¬ ют цифры в правой колонке графичес¬ кого изображения микросхемы. Полярность входных импульсов — положительная. Подавать импульсы можно на любой из выводов входа С (при этом на втором выводе должен быть уровень высокого напряжения) или одновременно на оба вывода. Сброс триггеров в нулевое состояние происходит при подаче на один или оба вывода (2 и 3) входа R0 напряжения вы¬ сокого уровня. Вход R9 (выводы 6 и 7) служит для установки счетчика в со¬ стояние 9, что практически используют в исключительных случаях. Во всех других случаях этот вход микросхемы соединяют с общим проводником ис¬ точника питания. Постоянное напряжение источни¬ ка питания микросхемы подают: + 5 В — на вывод 5, — 5 В — на вывод 10. Этой особенностью она отличается от подачи питания на выводы знако¬ мых тебе микросхем серии К155. За¬ помни это на будущее. Микросхему К155ИЕ2 можно на¬ звать универсальным счетчиком, пото¬ му что ее два объединенных входа и че¬ тыре раздельных выхода позволяют без дополнительных логических элементов строить делители частоты с различны¬ ми коэффициентами деления — от 2 до 10. Так, если соединить между собой выводы 12 и 1, 9 и 2, 8 и 3, то коэффици¬ ент счета будет 6, а при соединении вы¬ водов 12и 1, 11, 2иЗ коэффициент сче¬ та станет 8. Эта особенность микросхе¬ мы позволяет использовать ее и как двоичный счетчик, и как счетчик-дели¬ тель. Поэтому она пользуется у радио¬ любителей особой популярностью. Рис. 306. Работа счетчика К155ИЕ2 Проведи опытную проверку рабо¬ ты микросхемы К155ИЕ2. Сначала как счетчика-делителя на 10, соединив между собой выводы 1 и 12 (рис 306, а). К выходам, желательно ко всем четы¬ рем (выводы 12, 9, 8, 11), подключи ин¬ дикаторы. Вход R0 соедини через кноп¬ ку SB1 (с нормально замкнутыми кон¬ тактами) с общим проводом и через ре¬
Беседа семнадцатая 369 зистор R1 — с источником питания + 5 В. На вход С1 (вывод 14) микросхе¬ мы подавай от генератора импульсы с частотой следования 1...2 Гц. Включи питание и нажми на кноп¬ ку SB 1, чтобы подать на вход R0 на¬ пряжение высокого уровня. При этом все триггеры счетчика установятся в нулевое состояние, что соответствует двоичному коду 0000. Затем отпусти кнопку, чтобы на входе R0 был низкий уровень напряжения, и, наблюдая за индикаторами, начинай считать им¬ пульсы генератора. Логические состоя¬ ния счетчика, в которых он оказывает¬ ся после каждого входного импульса, иллюстрирует таблица, приведенная на рис 306, б. Сверяя записанные в ней логические 0 и 1 с сигналами индикато¬ ров, убеждаешься в том, что двоичный код, формируемый на выходах счетчи¬ ка, соответствует объему записанной им информации, т.е. числу входных импульсов. После девятого импульса (выход¬ ной код 1001) счетчик переключится в состояние 0000 и начнет считать следу¬ ющую пачку импульсов генератора. Аналогично работает микросхема и при других коэффициентах пересчета. Но учти, при меньших, чем 8, коэффи¬ циентах счета индикатор старшего раз¬ ряда кода, т.е. подключенный к выход¬ ному выводу 11 микросхемы, светиться не должен. БЛОК ЦИФРОВОЙ ИНДИКАЦИИ Такой блок является конечным зве¬ ном не только частотомера, к изучению и конструированию которого ты скоро приступишь, но и многих других при¬ боров и устройств с цифровой индика¬ цией результатов электрических изме¬ рений, например индикации текущего времени в электронных часах. В его за¬ дачу входят преобразование двоичного кода информации в код десятичный и высвечивание соответствующей ему цифры. Первую из этих функций бло¬ ка выполняет дешифратор, вторую — индикатор с цифровым представлени¬ ем информации. Вот схема возможного варианта такого блока (рис. 307). Он однораз¬ рядный. Микросхема К155ИД1 (DD1) представляет собой двоичнодесятич¬ ный дешифратор, рассчитанный на совместную работу с высоковольтным цифровым газоразрядным индикато¬ ром серии ИН. У нее четыре адресных входа (выводы 3, 6, 7 и 4), которые под¬ ключают непосредственно к выходам двоичного счетчика, работающего в ве¬ совом коде 1-2-4-8, например счетчика К155ИЕ2, опыты с которым ты только что закончил. Выходов десять — по числу индицируемых цифр от 0 до 9. Всего, таким образом, у микросхемы 16 выводов, два из которых (выводы 5 и 12) предназначены для подключения источника питания. Рис. 307. Одноразрядная ячейка цифровой ин¬ дикации Газоразрядный индикатор ИН-8-2 (или любой другой из серии ИН, на¬ пример ИН-8, ИН-14, ИН-16) — это эле¬ ктронная лампа с одиннадцатью като¬ дами в виде цифр от 0 до 9, запятой и одним общим анодом. Каждый из като¬ дов и анод образуют диод. При подаче на них постоянного или пульсирующе¬ го напряжения цифра — катод начина¬ ет светиться, что и используется для индицирования цифровых знаков.
370 Беседа семнадцатая Выводы катодов индикаторов со¬ единяют с соответствующими им вы¬ водами выходов дешифратора. Дешиф¬ ратор преобразует выходные двоич¬ ные сигналы счетчика в сигналы кода десятичной системы счисления, кото¬ рые зажигают соответствующие като¬ ды — цифры индикатора. Монтаж и опытную проверку бло¬ ка цифровой индикации веди в такой последовательности. Сначала укрепи на макетной панели плашмя только га¬ зоразрядный индикатор ИН 8-2 (или ИН-14, но его цоколевка — иная), пред¬ варительно надев на его проволочные выводы изолирующие трубочки. Если ты блок питания будущего частотомера еще не делал, то рядом с индикатором размести диод VD1, выполняющий функцию однополупериодного выпря¬ мителя, питающего анодную цепь ин¬ дикатора, и резистор R1, ограничиваю¬ щий ток в этой цепи. Источником пере¬ менного напряжения 220 В служит эле¬ ктроосветительная сеть. Один из сетевых проводов соедини с анодным выводом диода. Свободный конец вто¬ рого соединительного провода зачисть от изоляции и касайся им поочередно выводов 11, 1, 2—10 индикатора. При этом должны индицироваться последо¬ вательно цифры 0, 1, 2 и т.д. до 9. При касании вывода 8 вспыхнет неисполь¬ зуемый знак запятой. Такую проверку действия индикатора (а заодно и его цоколевки) проводи с особой осторож¬ ностью, чтобы не попасть под высокое напряжение. Затем на макетной панели смонти¬ руй дешифратор К155ИД1 (DD1) и со¬ едини его выходные выводы с соответ¬ ствующими выводами индикатора. По¬ лучится одноразрядный блок цифро¬ вой индикации. Включив источники питания (постоянного и переменного токов), соедини вместе все четыре входных вывода дешифратора и под¬ ключи их к общему проводнику, чтобы подать на них напряжение низкого уровня. В индикаторе должна загореть¬ ся цифра 0. Далее такой же Сигнал по¬ дай поочередно на соединенные между собой выводы 4, 7 и 6, 4, 7 и 3, 4 и 7, 4, 6 и Зг 4 и 6, 4 и 3, 4, 7, 6 и 3, 7 и 6. Неис¬ пользуемые выводы оставляй свобод¬ ными, что эквивалентно подаче на них напряжения высокого уровня. В это время должны индицироваться после¬ довательно цифры от 1 до 9. Так, имитируя двоичный код счет¬ чика, подаваемый на адресные входы дешифратора, ты испытаешь блок ци¬ фровой индикации. Теперь, продолжая опыты, адрес¬ ные входы дешифратора можно соеди¬ нить с соответствующими выходами испытанного тобой счетчика К155ИЕ2 с коэффициентом пересчета 10 (по рис. 303) и подать на его вход С1 сигнал от генератора импульсов. Частота сле¬ дования импульсов может быть 1...3 Гц и даже больше. Как на это реагирует индикатор? В нем поочередно светятся цифры от 0 до 9. Так и должно быть: од¬ норазрядный счетчик импульсов счи¬ тает до 9, переполняется и тут же начи¬ нает с 0 пересчитывать следующую се¬ рию входных импульсов. Чтобы он стал двухразрядным и, следовательно, мог считать импульсы до 99, последователь¬ но с ним надо включить еще один такой же одноразрядный счетчик с блоком цифровой индикации. Любительские цифровые частото¬ меры содержат обычно трех-, четырех¬ разрядные счетчики, позволяющие при соответствующей коммутации цепей управления индицировать измеряемые частоты до нескольких мегагерц и более. ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР Вот теперь, когда практически ос¬ воена работа триггеров, делителей час¬ тоты, двоичных счетчиков, дешифрато¬ ра и цифрового индикатора, можно приступить к конструированию часто¬ томера с цифровой индикацией ре¬ зультатов измерения. Структурная схема рекомендуемо¬ го частотомера показана на рис. 308. Не считая источника питания, его об¬
Беседа семнадцатая 371 разуют шесть основных узлов-блоков функционального назначения: форми¬ рователь импульсов сигнала измеряе¬ мой частоты, блок образцовых частот, электронный клапан, двоично-десятич- ный счетчик импульсов, блок цифро¬ вой индикации и управляющее устрой¬ ство. Прибор позволяет измерять си¬ нусоидальные гармонические и им¬ пульсные электрические колебания частотой от единиц герц до 10 МГц и амплитудой от 0,15 до 10 В, а также счи¬ тать импульсы входного сигнала. Рис. 308. Структурная схема цифрового часто¬ томера Принцип действия описываемого частотомера основан на измерении числа импульсов в течение строго оп¬ ределенного — образцового интервала времени, например за 1 с, 0,1 с. Этот интервал времени задает блок образ¬ цовых частот. Переменное напряжение синусои¬ дальной формы, частоту которого надо измерить, подают на вход формировате¬ ля импульсного напряжения, являюще¬ гося входом частотомера. В результате преобразования переменного напряже¬ ния на выходе этого устройства прибора формируются импульсы прямоугольной формы, частота следования которых со¬ ответствует частоте входного сигнала. С выхода формирователя импульсы посту¬ пают на один из входов электронного клапана. А на второй его вход через уп¬ равляющее устройство поступают им¬ пульсы образцовой частоты, открываю¬ щие клапан на время, соответствующее периоду этих импульсов. При этом на выходе электронного клапана появля¬ ются пачки импульсов, которые далее следуют к двоично-десятичному счетчи¬ ку. Логическое состояние двоично-деся¬ тичного счетчика, в котором он оказался после закрывания клапана, отображает блок цифровой индикации, работаю¬ щий в течение времени, определяемого управляющим устройством. В режиме счета импульсов управ¬ ляющее устройство блокирует источ¬ ник образцовых частот. В это время двоично-десятичный счетчик ведет не¬ прерывный счет поступивших на его вход импульсов, а блок цифровой ин¬ дикации отображает результат счета. Принципиальная схема частотоме¬ ра приведена на рис. 309. Многие эле¬ менты и узлы в нем тебе уже знакомы. Поэтому более подробно рассмотрим лишь новые для тебя цепи и узлы при¬ бора. Начну с источников питания. Блок питания микросхем и транзи¬ сторов частотомера образуют сетевой трансформатор Т1, двухполупериод- ный выпрямитель VD4—VD7, оксид¬ ный конденсатор С12, сглаживающий пульсации выпрямленного напряже¬ ния, и стабилизатор напряжения на стабилитроне VD3 и транзисторе VT3. Конденсатор С19 на выходе стабилиза¬ тора дополнительно сглаживает пуль¬ сации выпрямленного напряжения. Конденсатор С19 (как и конденсаторы С5—С9, монтируемые на платах при¬ бора) блокирует микросхемы частото¬ мера по цепи питания. Резистор R18 поддерживает режим стабилизатора при отключенной от него нагрузке. Напряжение обмотки III сетевого трансформатора (200...220 В) подается через диод VD8, работающий как одно- полупериодный выпрямитель, в цепи питания анодов цифровых газоразряд¬ ных индикаторов HL1 —HL4. Входная часть частотомера состоит из усилителя на транзисторе VT1 и триггера Шмитта микросхемы К155ТЛ1 (DD1). В этой микросхеме два триггера Шмитта, каждый из которых может работать как самостоятельное элек¬ тронное устройство функционального назначения, но в частотомере исполь¬ зуется только один из них (любой). Принцип же его работы аналогичен
372 Беседа семнадцатая Рис. 309. Принципиальная схема частотомера действию триггера Шмитта на логичес¬ ких элементах 2И-НЕ, использованного тобой в девятой беседе для простейше¬ го частотомера со стрелочным индика¬ тором на выходе (рис. 279). Транзистор VT1 усиливает и одно¬ временно ограничивает по амплитуде синусоидальные колебания входного сигнала, а триггер Шмитта DD1.1 пре¬ образует их в электрические импульсы прямоугольной формы. С выхода триг¬ гера (вывод 6 DD1.1) импульсное на¬ пряжение поступает на входной вывод 2 элемента DD10.1, выполняющего функцию электронного клапана. Даль¬ нейшее прохождение этого сигнала за¬ висит от электрического состояния клапана, что, в свою очередь, определя¬ ется управляющим устройством часто¬ томера. Какова роль кремниевого диода VD1 и резистора R1 на входе прибора? Диод ограничивает отрицательное на¬ пряжение на эмиттерном переходе транзистора. Пока напряжение входно¬ го сигнала не превышает 0,6...0,7 В, диод практически закрыт и не оказывает ни¬ какого влияния на работу транзистора как усилителя. Когда же амплитуда из¬ меряемого сигнала оказывается больше этого порогового напряжения, диод при отрицательных полупериодах открыва¬ ется и таким образом поддерживает на базе транзистора напряжение, не пре¬ вышающее 0,7...0,8 В. А резистор R1 предотвращает протекание через диод опасного для него тока при входном сиг¬ нале повышенного напряжения. Транзисторный усилитель не явля¬ ется обязательным элементом входного устройства прибора — напряжение из¬ меряемой частоты можно подавать не¬ посредственно на вход формирователя импульсного напряжения, т.е. на вход триггера Шмитта, минуя усилитель. Но тогда чувствительность частотомера бу¬ дет определяться порогом срабатыва¬ ния триггера и не превысит 0,7...0,8 В. С усилителем же на входе чувствитель¬ ность прибора будет более чем на поря¬ док лучше — примерно 50 мВ. Блок образцовых частот, являю¬ щийся «сердцем», задающим ритм ра¬ боты измерительного прибора, образу¬ ют генератор на трех логических эле¬ ментах микросхемы К155ЛАЗ (DD2),
Беседа семнадцатая 373 частота следования импульсов которо¬ го стабилизирована кварцевым резо¬ натором Z1, и шестиступенчатый дели¬ тель частоты на микросхемах К155ИЕ1 (DD3-DD8). Частота генератора опреде¬ ляется собственной частотой кварце¬ вого резонатора и в нашем случае рав¬ на 1 МГц. Ты уже знаешь, что микросхемы К155ИЕ1 представляют собой делители частоты с коэффициентом деления 10. Микросхема DD3, на вход С которой поступают импульсы генератора, делит его частоту на 10, следующая за ней ми¬ кросхема DD4 еще на 10, микросхема DD5 — еще на 10 и т д. Таким образом, частота импульсов на выходе микро¬ схемы DD3 (вывод 5) равна 100 кГц, на выходе микросхемы DD4 — 10 кГц, на выходе DD5 — 1 кГц, на выходе DD6 — 100 Гц, на выходе DD7 — 10 Гц и на вы¬ ходе всего шестиступенчатого делите¬ ля блока образцовых частот (вывод 5 микросхемы DD8) — 1 Гц. Необходи¬ мые для измерения периоды импуль¬ сов образцовой частоты, снимаемые с делителя блока переключателем SA1 «Поддиапазон», подают на вход управ¬ ляющего устройства, работу которого разберем чуть позже. Блок цифровой индикации резуль¬ татов измерения, используемый в при¬ боре, четырехразрядный. Счетчик DD11, включенный на пересчет им¬ пульсов до 10 (соединены выводы 1 и 12), дешифратор DD12 и индикатор HL1 образуют младший разряд, а ана¬ логичные им счетчик DD17, дешифра¬ тор DD18 и индикатор HL4 — старший разряд выходного устройства частото¬ мера. Микросхема DD11 считает оди¬ ночные импульсы, поступающие на ее информационный вход С1 (вывод 14), от 0 до 9. Следующая за ней микросхе¬ ма DD13, вход С1 которой подключен к адресному выходу 8 (вывод 11) микро¬ схемы DD11, пересчитывает десятки импульсов, DD15 — сотни, а микросхе¬ ма DD17 старшего разряда — тысячи импульсов. Таким образом четырех¬ разрядный счетчик блока позволяет измерять, а индикаторы высвечивать десятичные цифры частоты следова¬ ния входных импульсов от 0 до 9999 Гц. Это в режиме непрерывного счета или при установке переключателя SA1
374 Беседа семнадцатая «Поддиапазон» в положение «х 1 Гц». При установке переключателя в поло¬ жение «х 10 Гц» блок цифровой инди¬ кации фиксирует частоту импульсов до 100 кГц (99 999 Гц), в положение «х 100 Гц» — до 1 МГц (999 кГц), в поло¬ жение «х 1 кГц» —до 10 МГц (9,999 МГц). Но в любом случае индицируются че¬ тыре цифры. Чтобы точнее знать час¬ тоту сигнала, приходится переключа¬ телем выбирать соответствующий под¬ диапазон измерения, переходя посте¬ пенно от более высокочастотного к низкочастотному. В законченной конструкции часто¬ томера индикатор HL1 младшего раз¬ ряда должен быть крайним правым, а индикатор HL4 старшего разряда — крайним левым. В управляющее устройство часто¬ томера входят: переключатель SA2 «Измерение-Счет», D-триггеры DD9.1 и DD9.2 микросхемы К155ТМ2, транзи¬ стор VT2, элементы DD10.2, DD10.3 и DD10.4, включенные инверторами, кнопка SA3 «Сброс», диод VD2 с оксид¬ ным конденсатором С4, резисторы R8—R14. Работу этого наиболее слож¬ ного устройства прибора иллюстриру¬ ют графики, приведенные на рис. 310. Следи за объяснением внимательно. Считаем, что переключатель SA2 находится в положении «Измерение» и, следовательно, его контакты разомк¬ нуты. На вход С D-триггера DD9.1, ра¬ ботающего в режиме счета на 2 (ин¬ версный выход соединен с входом D), непрерывно поступают импульсы от блока образцовых частот (см. график а на рис. 310). В начальный момент на его прямом выходе (вывод 5) напряжение низкого уровня, закрывающее элек¬ тронный клапан DD10.1, который не пропускает через себя сформирован¬ ное триггером Шмитта DD1.1 импульс¬ ное напряжение. По фронту первого же импульса образцовой частоты, уста¬ новленной переключателем SA1, триг¬ гер DD9.1 переключается в единичное состояние (график б) и напряжением высокого уровня на прямом выходе от¬ крывает электронный клапан. С этого момента импульсы напряжения изме¬ ряемой частоты беспрепятственно проходят через клапан, инвертор DD10.2 и поступают непосредственно на вход С1 (вывод 14) счетчика DD11 младшего разряда выходного блока прибора. Начинается счет входных им¬ пульсов (график ж). Рис. 310. Графики, иллюстрирующие работу управляющего устройства цифрового частото¬ мера По фронту следующего импульса образцовой частоты триггер DD9.1 пе¬ реключается в исходное нулевое состо¬ яние и напряжением высокого уровня на инверсном выходе переключает в единичное состояние D-триггер DD9.2 (график в). В свою очередь, этот триг¬ гер низким уровнем напряжения на инверсном выходе (вывод 8), а значит, и на соединенном с ним входе R тригге¬ ра DD9.1 блокирует вход управляюще¬ го устройства от воздействия на него импульсов образцовой частоты. При этом клапан закрывается напряжени¬ ем низкого уровня на прямом выходе триггера DD9.1. С этого момента начи¬ нается индикация числа импульсов в пачке, поступивших на вход двоично¬ десятичного счетчика. С появлением напряжения высоко¬ го уровня на прямом выходе триггера DD9.2 через резистор R9 начинает за¬ ряжаться оксидный конденсатор С4.
Беседа семнадцатая 375 Рис. 311. Внешний вид частотомера (а) и детали его корпуса (б) По мере его зарядки увеличивается по¬ ложительное напряжение на базе транзистора VT2 (график г). Как только оно достигает примерно 0,6 В, транзис¬ тор открывается, напряжение на кол¬ лекторе уменьшается почти до 0 (гра¬ фик д). Появляющееся при этом на вы¬ ходе элемента DD10.3 напряжение вы¬ сокого уровня воздействует на входы R0 микросхем DD11, DD15 и DD17, в ре¬ зультате чего двоично-десятичный счетчик импульсов сбрасывается в ну¬ левое состояние, отчего результат из¬ мерения прекращается. Одновременно напряжение низкого уровня, появив¬ шееся коротким импульсом на выводе 11 инвертора DD10.4 (график г), пере¬ ключает триггер DD9.2 в исходное со¬ стояние и конденсатор С4 разряжается через диод VD2 и внутреннее сопро¬ тивление этого триггера. С появлением на входе С триггера DD9.1 очередного импульса образцовой частоты начина¬ ется следующий цикл работы прибора в режиме измерения (график ж). Чтобы частотомер перевести на ра¬ боту в режиме непрерывного счета им¬ пульсов, переключатель SA2 устанавли¬ вают в положение «Счет». В этом слу¬ чае триггер DD9.1 по входу S переклю¬ чается в единичное состояние — на его прямом выходе появляется напряже¬ ние высокого уровня. При этом элек¬ тронный клапан оказываете.^ откры¬ тым и через него к двоично-десятично¬ му счетчику непрерывно поступают импульсы входного сигнала. Показания счетчика в этом случае прекращаются при нажатии на кнопку SB1 «Сброс» Конструкция, монтаж и налажива¬ ние. Внешний вид готового частотоме¬ ра показан на рис. 311. Его корпус *с внешними размерами 72 х 165 х 234 мм состоит из двух ГГ-образных частей, согнутых из мягкого листового дюра¬ люминия толщиной 2 мм. Нижняя часть выполняет функцию сборочного шасси. В ее передней стенке, являю¬ щейся лицевой панелью прибора, вы¬ пилено прямоугольное отверстие раз¬ мерами 28 х 70 мм, прикрываемое спе¬ реди пластинкой красного органичес¬ кого стекла, через которое видны газоразрядные индикаторы. Справа от него — отверстия для крепления гнез¬ довой части входного высокочастотно¬ го разъема XI, галетного переключате¬ ля SA1, тумблера SA2 «Измерение- счет» и кнопки SB1 «Сброс». Три от¬ верстия на задней стенке служат для выключателя питания SA3, арматуры плавкого предохранителя UF1 и ввода
376 Беседа семнадцатая сетевого шнура. Верхнюю часть — крышку — привертывают винтами М3 к дюралюминиевым уголкам, прикле¬ панным к шасси вдоль боковых сторон. Снизу к шасси прикреплены резино¬ вые ножки. Хочу предупредить: размеры прямо¬ угольного отверстия рассчитаны на ис¬ пользование в частотомере газоразряд¬ ных индикаторов ИН-8-2. Для индикато¬ ров ИН-14 длина этого отверстия долж¬ на быть на 8... 10 мм больше. В случае же использования индикаторов ИН-16, у которых диаметр баллонов и высота цифр меньше, размеры отверстия в ли¬ цевой панели могут быть 50 х 20 мм. Но имей в виду, цоколевка индикаторов ИН-14 и ИН-16 иная, чем у ИН-8-2. Рис. 312. Размещение блоков и деталей цифро¬ вого частотомера в корпусе Вообще же советую сначала обза¬ вестись необходимыми индикаторами, выключателями и переключателями, которые должны быть на корпусе, за¬ тем с учетом особенностей деталей вы¬ пилить и просверлить все отверстия и только после этого изгибать заготовки частей корпуса. При этом, разумеется, не исключена замена деталей. Напри¬ мер, использование кнопочных пере¬ ключателей П2К вместо галетного для переключения поддиапазонов образ¬ цовых частот. При изгибании заготовок частей корпуса учти практический совет, ко¬ торый я дал в беседе «Радиолюбитель¬ ская мастерская». Детали частотомера смонтированы на четырех печатных платах из фольги- рованного стеклотекстолита толщиной 2 мм, каждая из которых представляет собой функционально законченный блок прибора. Размещение плат в кор¬ пусе показано на рис. 312. Платы вин¬ тами с гайками укреплены на пластине листового пластика, а она — на дне шасси. Соединения между платами и другими деталями прибора выполнены гибкими проводниками в надежной изоляции. Первым монтируй и испытывай блок питания. Его внешний вид и печат¬ ная плата со схекой размещения дета¬ лей показаны на рис. 313. Сетевой трансформатор Т1 самодельный, вы¬ полнен на магнитопроводе ШЛ020 х 32. Обмотка I, рассчитанная на напряже¬ ние сети 220 В, содержит 1650 витков провода ПЭВ-1 0,1, анодная обмотка III — 1500 витков такого же провода, об¬ мотка II — 55 витков провода ПЭВ-1 0,47. Вообще же для блока питания мож¬ но использовать подходящий готовый трансформатор мощностью 8... 10 Вт, обеспечивающий на обмотке II пере¬ менное напряжение 8... 10 В при токе на¬ грузки не менее 0,5 А, на обмотке III — около 200 В при токе не менее 10 мА. Регулирующий транзистор VT3 стабилизатора напряжения укреплен винтами на Г -образной дюралюминие¬ вой пластине размерами 50 х 50 и тол¬ щиной 2 мм, выполняющей функцию теплоотвода. Выводы базы и эмиттера транзистора пропущены через отвер¬ стия в плате и припаяны непосредст¬ венно к соответствующим печатным площадкам-проводникам. Электричес¬ кий контакт коллектора транзистора с выпрямительным блоком VD4—VD7 осуществлен через его теплоотвод, крепежные винты с гайками и фольгу платы. Сверив монтаж со схемой блока и тщательно прочистив прорези в фоль¬ ге, подключи к выходу стабилизатора
Беседа семнадцатая 377 напряжения эквивалент нагрузки— резистор сопротивлением 10—12 Ом на мощность рассеяния 5 Вт. Подключи блок к сети и тут же измерь напряже¬ ние на резисторе — оно должно быть в пределах 4,75...5,25. Более точно это на¬ пряжение можно установить подбором стабилитрона VD3. Оставь блок вклю¬ ченным на 1,5...2 ч. За это время регу¬ лирующий транзистор может нагреть¬ ся до 60...70°С, но напряжение на на¬ грузке должно оставаться практически неизменным. Так ты испытаешь блок питания при работе в условиях, близ¬ ких к реальным. Следующим монтируй четырехраз¬ рядный счетчик импульсов с блоком цифровой индикации на плате разме¬ рами 110 х 80 мм (рис. 314). На ней про¬ водники цепи питания размещены со стороны установки микросхем, что позволило упростить рисунок печат¬ ных проводников и обойтись лишь тре¬ мя дополнительными проволочными перемычками в местах пересечения цепи R0 счетчиков DD11, DD13, DD15 и DD17. К этим же проводникам питания припаяны и блокировочные конденса¬ торы Сб и С7. Индикаторы монтируй в послед¬ нюю очередь. Их проволочные выводы пропусти через отверстия в плате и не¬ которые из них временно припаяй к предназначенным для них опорным площадкам. Проверь, не допущена ли ошибка в правильности разводки вы¬ водов индикаторов. Затем размести на плате индикаторы так, чтобы их балло¬ ны оказались придвинуты один к дру¬ гим и цифры в них хорошо просматри¬ вались через отверстие в лицевой стен¬ ке корпуса. Только после этого выводы индикаторов припаяй к печатным пло¬ щадкам, надень на них изолирующие трубочки и, осторожно изгибая по мес¬ ту, припаяй их к токонесущим площад¬ Рис. 313. Блок питания частотомера
378 Беседа семнадцатая кам соответствующих ры^адов дещиф- раторов DD12, DD14, DD16 и DD18. На рис. 314, б эти соединения не показа¬ ны, чтобы не усложнять его. Некото¬ рые выводы придется нарастить до длины, необходимой для соединения с дешифраторами. Тщательно проверь монтаж и на¬ дежность паек. Прочисть острием но¬ жа участки платы между соседними пайками выводов микросхем. Соедини плату гибкими проводниками в надеж¬ ной изоляции с блоком питания и, со¬ блюдая осторожность, подключи к се¬ ти. Индикаторы при этом должны вы¬ свечивать нули. Если теперь проводник цепи RO-входов счетчиков, который должен соединяться с выводом 8 эле¬ мента DD10.3 устройства управления, замкнуть временно на общий («зазем¬ ленный») проводник и на вход С1 (вы¬ вод 14) счетчика DD11 подать от гене¬ ратора импульсы, следующие с часто¬ той повторения 1—3 Гц, этот узел час¬ тотомера будет работать в режиме счета, индикатор HL1 станет высвечи¬ вать единицы, HL2 — десятки, HL3 — сотни, a HL4 — тысячи импульсов. По- еде 9999 импульсов на индикаторах по¬ явятся нули и начнется счет следующе¬ го цикла импульсов, поступающих на вход счетчика от генератора. В случае неполадок в этом узле про¬ веряй и испытывай каждый разряд блока индикации раздельно с помощью светодиодного или транзисторного ин¬ дикаторов или, что лучше, электронно¬ го осциллографа. Далее монтируй и испытывай блок образцовых частот (рис. 315). В нем, как и в счетчике с блоком цифровой инди¬ кации, проводники цепи питания и бло¬ кировочные конденсаторы размещены на плате со стороны установки микро¬ схем. Никаких дополнительных прово¬ лочных перемычек в монтаже нет. Рис. 314. Плата счетчика импульсов с блоком цифровой информации
Беседа семнадцатая 379 Может случиться, что у тебя не ока¬ жется кварцевого резонатора на часто¬ ту 1 МГц, т.е. такого, как использован¬ ный в описываемом блоке образцовых частот. Можно ли заменить его другим резонатором? Да, можно! Практичес¬ ки подойдет любой другой с резонанс¬ ной частотой от 100 кГц до 10 МГц. В случае использования резонатора на частоту 100 кГц отпадет надобность в микросхеме DD3 первой ступени дели¬ теля частоты и сигнал с выхода генера¬ тора можно будет подавать сразу на вход С микросхемы DD4. Делитель час¬
380 Беседа семнадцатая тоты станет четырехступенным. В том же случае, если резонатор на частоту 10 МГц, то делитель частоты придется дополнить еще одной микросхемой К155ИЕ1, чтобы частота импульсов на его выходе была 1 Гц. А если частота имеющегося резона¬ тора, скажем, 3 или б МГц? В обоих из этих случаев делитель частоты придет¬ ся дополнить микросхемой К155ИЕ2, включив ее на соответствующий коэф¬ фициент деления, чтобы частота пуль¬ саций на ее выходе была 1 МГц. Так, чтобы коэффициент счета микросхемы К155ИЕ2 был 3, надо соединить между собой ее выводы 9 и 2, 8 и 3. При этом входом микросхемы должен быть вы¬ вод 1 (вход С2), а выходом — вывод 8. Для коэффициента счета б надо соеди¬ нить выводы 12 и 1, 9 и 2, 8иЗ, входом же микросхемы будет вывод 14 (вход С1), а выходом, как и в предыдущем случае, вывод 8. Вообще же могут быть и другие варианты использования в ге¬ нераторе блока образцовых частот ре¬ зонаторов на различные частоты. Дополнительную микросхему включай между генератором и микро¬ схемой DD3 первой ступени делителя. Ее вход соединяй с выходом генерато¬ ра (вывод 11 элемента DD2.3), а вы¬ ход — с входом С микросхемы DD3. В любом случае придется внести соответ¬ ствующую корректировку в рисунок печатных проводников монтажной платы. После проверки монтажа подай на проводники питания микросхем на¬ пряжение 5 В от блока питания, а вы¬ ход делителя частоты (вывод 5 микро¬ схемы DD8) соедини непосредственно с входом С1 (вывод 14) счетчика DD11 уже проверенного блока цифровой ин¬ дикации. Работая в режиме счета, он будет с частотой 1 Гц индицировать число импульсов, непрерывно поступа¬ ющих от блока образцовых частот. За¬ тем подобным образом подай на вход счетчика сигнал с выхода предпослед¬ ней ступени блока образцовых частот. Теперь частота смены цифр в индика¬ торах увеличится в 10 раз — глаза уже не смогут уловить смену цифр даже в индикаторе младшего разряда. Если все будет так, значит, можно считать, что генератор и вся цепочка микро¬ схем делителя частоты работают ис¬ правно. Причинами неполадок могут быть только ошибки в монтаже, нена¬ дежные контакты или случайные за¬ мыкания соседних выводов микро¬ схем, например, из-за попадания капе¬ лек припоя между ними. Формирователь импульсного на¬ пряжения с входным однотранзистор¬ ным усилителем и устройство управле¬ ния с электронным клапаном смонти¬ рованы на одной общей плате размера¬ ми 90 х 60 мм (рис. 316). Токонесущие проводники цепи питания микросхем и транзисторов находятся на верхней стороне платы. К ним же припаян и блокировочный конденсатор С5. Здесь же установлена проволочная перемыч¬ ка, соединяющая резистор R11 с базой транзистора VT2. Все резисторы МЛТ- 0,125 или МЛТ-0,25. Номинальное на¬ пряжение оксидных конденсаторов С1 и С4 может быть 6 или 10 В. Диоды VD1 и VD3 обязательно должны быть крем¬ ниевыми. Статический коэффициент передачи тока транзисторов VT1 и VT2 может быть в пределах 60...80. Резистор R11 можно составить из двух резисторов сопротивлением 47...51 кОм и один из них установить на плате вместо проволочной перемычки. Испытание этого узла частотомера начинай с проверки работоспособнос¬ ти формирователя импульсов сигнала измеряемой частоты совместно с дру¬ гими, уже налаженными блоками при¬ бора. Сначала подбором резистора R2 установи на коллекторе транзистора VT1 входного усилителя напряжение, равное 2,5...3 В. Измерь напряжение на коллекторе транзистора VT2 — оно должно быть в таких же пределах. Теперь вход S (вывод 4) D-триггера DD9.1 временно замкни на «заземлен¬ ный» проводник, что равнозначно ус¬ тановке переключателя SA2 в положе-
Беседа семнадцатая 381 ние «Счет», вывод б инвертора DD10.2 соедини с выводом 14 входа С1 счетчи¬ ка DD11 и подай на входное гнездо XI сигнал с выхода микросхемы DD8 блока образцовых частот. Индикаторы долж¬ ны высвечивать последовательно циф¬ ры от 1 до 9999. При частоте импульсов, снимаемых с выхода микросхемы DD7 того же блока, скорость счета импульсов возрастет в 10 раз, снимаемых с выхода микросхемы DD6 — еще в 10 раз и т.д. Затем перемычку, замыкающую вход S триггера DD9.1 на «заземлен¬ ный» проводнйк, удали, что будет соот¬ ветствовать установке переключателя SA2 в положение «Измерение», вывод 8 инвертора DD10.3 соедини с общим проводником входов R0 счетчиков DD11, DD13, DD15 и DD17 (предвари¬ тельно удалив перемычку, которой этот провод ты во время испытания четы¬ рехразрядного счетчика замыкал на «заземленный» проводник), вход С (вы¬ вод 3) триггера DD9.1 — непосредствен¬ но с выходом блока образцовых частот (что равнозначно установке переклю¬ Рис. 316. Плата формирователя импульсного напряжения и устройства управления
382 Беседа семнадцатая чателя SA1, «Поддиап§зрф> в .положе¬ ние «х 1 Гц») и одновременно с вход¬ ным гнездом XI. Теперь индикатор HL1 будет периодически, примерно через 1.5...2 с (в зависимости от длительности зарядки времязадающего конденсатора С4), высвечивать цифру 1 (1 Гц), а ос¬ тальные — нули. При соединении гнез¬ да XI с выходом микросхемы DD7 бло¬ ка образцовых частот индикаторы HL1 и HL2 должны высвечивать число 10 (10 Гц). Если затем входное гнездо со¬ единить с выходом микросхемы DD6, индикаторы станут высвечивать число 100 (100 Гц), с выходом микросхемы DD5 — число 1000 (1 кГц). После этого подай на вход частото¬ мера переменное напряжение сети, по¬ ниженное трансформатором до 1...3 В — индикаторы зафиксируют ча¬ стоту 50 Гц. Закончив испытания блоков часто¬ томера, прикрепи монтажные платы к пластине листового гетинакса, тексто¬ лита или другого изоляционного мате¬ риала в соответствии с рис. 312, а саму пластину размести на дне шасси. Со¬ едини платы между собой и с другими деталями частотомера, установленны¬ ми на лицевой и задней стенках шасси, многожильными монтажными провод¬ никами в поливинилхлоридной изоля¬ ции и окончательно проверь работу прибора в режимах «Счет» и «Измере¬ ние». Источниками сигнала по-преж- нему могут служить импульсы, снимае¬ мые с разных ступеней делителя блока образцовых частот, или генераторы электрических колебаний. А теперь хочу ответить на вопрос, который, уверен, интересует и тебя: можно ли табло цифровой индикации описанного здесь частотомера выпол¬ нить на полупроводниковых индикато¬ рах? Конечно, можно, и даже, добавлю, желательно. Потому что на сегодня га¬ зоразрядные индикаторы — это уже морально и технически устаревшие приборы. Что же для этого надо сделать? Газо¬ разрядные индикаторы заменить полу¬ проводниковыми, например, знакосин¬ тезирующими серии АЛС320, а дешиф¬ раторы DD12, DD14, DD15hDD16 — ми¬ кросхемами К514ИД1. При этом само табло значительно упростится и, кроме того, отпадет надобность в источнике достаточно высокого напряжения для питания анодных цепей удаляемых га¬ зоразрядных индикаторов. В таком случае схема узла индика¬ ции младшего разряда примет вид, по¬ казанный на рис. 317. По такой же схе¬ ме модернизируются соответствую¬ щие узлы всех других разрядов цифро¬ вого частотокера. Рис. 317. Схема узла индикации младшего раз¬ ряда Индикатор АЛС320А, как и анало¬ гичные ему полупроводниковые при¬ боры состоит из семи светодиодов, вы¬ полненных в виде полосок, образую¬ щих стилизованную цифру 8. Выводы катодов всех светодиодов соединены вместе и образуют общий отрицатель¬ ный вывод индикатора. При подаче на аноды светодиодов напряжения раз¬ ных уровней они высвечивают цифры от 0 до 9. Индикаторы, у которых вмес¬ те соединены катодные выводы свето¬ диодов, называют индикаторами с об¬ щим катодом, а те из них, у которых, наоборот, соединены анодные выво¬ ды — индикаторами с общим анодом. Микросхема К514ИД1 предназна¬ чена для совместной работы со счетчи¬ ками импульсов, работающими в весо¬ вом коде 1-2-4-8 и (по выходу) с семи¬ элементным индикатором с общим ка¬ тодом. В нашем случае она является преобразователем кода 1-2-4-8, что не-
Беседа семнадцатая 383 обходимо для семиэлементного инди¬ катора. При появлении на ее входах импульсов высокого уровня, поступаю¬ щих от счетчика DD12, индикатор HG1 высвечивает в цифровой форме логи¬ ческое состояние этого счетчика DD11. Индикатор HG1 может быть с об¬ щим анодом, например АЛС320Г, но тогда микросхема DD12 должна быть К154ИД2, то есть рассчитанный на сов¬ местную работу именно с таким инди¬ катором. Аналогичными (по схеме и работе) должны быть и соответствующие узлы других разрядов блока индикации час¬ тотомера. Приступая к такой доработке часто¬ томера, удали, прежде всего, газораз¬ рядные индикаторы ИН-8-2 и все дру¬ гие детали (диод VD8, резисторы R14- R18), относящиеся к питанию их анод¬ ных цепей, а также дешифраторы DD12, DD14, DD16, DD18. Освободившийся вывод обмотки III сетевого трансформа¬ тора Т1 хорошенько заизолируй. Микросхемы К514ИД1 монтируй на месте удаленных дешифраторов, а индикаторы — рядком на отдельной плате, которая бы закрывала изнутри прямоугольное отверстие в передней стенки корпуса частотомера. Для со¬ единения новых микросхем с соответ¬ ствующими им индикаторами цифро¬ вого табло используй гибкий тонкий провод с надежным изоляционным по¬ крытием. Тщательно проверь монтаж модер¬ низированных узлов. И если ошибок нет, то включай питание частотомера и испытывай его на измерении частот источников переменного или пульси¬ рующих напряжений. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ С БУДИЛЬНИКОМ Нет, пожалуй, радиолюбителя, ко¬ торый, овладев «азами» цифровой тех¬ ники, не принялся бы за конструирова¬ ние электронных часов. Они, полагаю, интересуют и тебя. Электронные часы, завоевываю¬ щие все большую популярность, весь¬ ма разнообразны по внешнему виду и функциональному назначению: наруч¬ ные, настольные, настенные, с кален¬ дарем, сигнальными и другими сервис¬ ными устройствами. Тем не менее сама электронная основа для всех разновид¬ ностей часов принципиально одинако¬ ва, что и иллюстрирует их структурная схема, приведенная на рис. 318. «Сердцем» электронных часов слу¬ жит генератор импульсов, задающий им требуемый ритм работы. Частоту импульсов, формируемых генерато¬ ром, как правило, стабилизируют квар¬ цевым резонатором с собственной ре¬ зонансной частотой 32768 Гц. За ним следует многоступенный делитель, ко¬ торый делит частоту генератора не ме¬ нее чем до 1 Гц. По принципу построе¬ Рис. 318. Структурная схема электронных часов
384 Беседа семнадцатая Рис. 319. Вакуумный люминесцентный индикатор ИВЛ1-7/5 ния и работы этот важнейший узел эле¬ ктронных часов подобен блоку образ¬ цовых частот уже знакомого тебе циф¬ рового частотомера. Импульсы частотой 1 Гц, соответст¬ вующие по длительности секундам времени, поступают на вход счетчиков секундных, минутных и часовых им¬ пульсов. Кодовое состояние этих счет¬ чиков дешифраторы преобразуют в сигналы управления цифровыми инди¬ каторами текущего времени. Такова, повторяю, структурная схема всех электронных часов. Разли¬ чие же между ними заключается глав¬ ным образом в используемых микро¬ схемах и индикаторах. На мой взгляд, для радиолюбителя - конструктора наибольший познаватель¬ ный и практический интерес представ¬ ляют часы на микросхемах К176ИЕ18, К176ИЕ13 и К176ИДЗ, специально раз¬ работанных для электронных часов, с пятиразрядным индикатором типа ИВЛ1-7/5. Знакомство с часами такого варианта начнем с его знакосинтезиру¬ ющего индикатора текущего времени. Прибор ИВЛ1-7/5 (рис. 319, а) — это вакуумный люминесцентный инди¬ катор. В его плоском стеклянном кор¬ пусе размерами 133 х 47 мм, с шестнад¬ цатью пластинчатыми выводами, рас¬ положенными снизу «в строку», че¬ тыре цифровых разряда (два для отображения значения часов и два — минут) и две разделительные точки — пятый разряд. Цифра 7 в обозначении указывает на число элементов в знако¬ месте индикатора, а цифра 5 — число разрядов. Семь элементов знакоместа, индицируемого стилизованными циф¬ рами от 0 до 9, обозначают буквами ла¬ тинского алфавита от а до g (рис. 319, б). Знакоместо каждого разряда инди¬ катора представляет собой электрон¬ ную лампу, состоящую из катода — трех нитей накала, соединенных между собой параллельно, управляющей сетки из тонкой проволоки и анодов — эле¬ мента знака, расположенных в одной плоскости. Раскаленная нить накала ис¬ пускает электроны, которые устремля¬ ются к положительно заряженной сет¬ ке, в большинстве своем пролетают сквозь нее и, бомбардируя аноды — эле¬ менты знаков, заставляют светиться на¬ несенный на них слой люминофона. Как правило, индицирование той или иной цифры происходит путем гашения не нужных для данной цифры элемен¬ тов. Так, например, для индицирования цифры 0 гасят только элемент д, а для цифры 4 — элементы a, d и е. По принципу работы прибор ИВЛ1-7/5 подобен другим семиэле¬ ментным одиночным индикаторам. Но в нем все одноименные элементы зна¬ комест 1-го, 2-го, 4-го и 5-го разрядов соединены между собой в группы, и каждая группа имеет один самостоя¬
Беседа семнадцатая 385 тельный вывод. Сетки всех разрядов и разделительные точки К и Л 3-го разря¬ да также имеют отдельные выводы. Та¬ кая группировка элементов индикато¬ ра значительно упрощает дешифриру¬ ющую часть часов, но несколько ус¬ ложняет сам процесс высвечивания многоразрядного числа. В предлагаемых часах, как впро¬ чем, и во всех электронных часах про¬ мышленного производства, высвечива¬ ние многоразрядного числа значения текущего времени обеспечивается ра¬ ботой микросхем в так называемом ди¬ намическом, или, как еще говорят, мультиплексном режиме. Принципиальная схема часов, предлагаемых тебе для повторения, приведена на рис. 320. На ней индика¬ тор ИВА 1-7/5 изображен в виде табли¬ цы с обозначением принадлежности его выводов к тем или иным группам элементов разрядов. Левые две цифры индицируют значения часов, а две пра¬ вые — значение минут текущего вре¬ мени. Питаются часы от сети перемен¬ ного тока через выпрямительный блок, обеспечивающий на выходе стабиль¬ ное напряжение + 34—36 В, необходи¬ мо для работы индикатора, и + 10 В — для питания микросхем. Микросхема К176ИЕ18 (DD1), пред¬ ставляющая собой генератор G (выводы 12 и 13), рассчитанный на совместную работу с внешним кварцевым резонато¬ ром Z1 на частоту 32768 Гц, и многосту- пенный делитель частоты (СТ2) генера¬ тора, выдает на выходе несколько им¬ пульсных сигналов различной частоты, до одного импульса в минуту (вывод 10 выхода М). Работу этой части микросхе¬ мы DD1 характеризует временная диа¬ грамма, приведенная на рис. 320 слева внизу. С выходов М, S2 и F сигналы со¬ ответствующих им частот 1/60 Гц (один импульс в минуту), 2 Гц и 1024 Гц пода¬ ют на одноименные входы микросхемы DD2, а импульсы частотой 128 Гц с вы¬ ходов Т1—Т4 — на сетки 1-го, 2-го, 4-го и 5-го разрядов, а также через диоды VD1—VD4 и кнопки SB1—SB4 — на вход управления Р (вывод 11) микросхе¬ мы DD2. Импульсы, формируемые на выходах Т1—Т4, сдвинуты между собой на четверть периода, что необходимо для обеспечения динамической индика¬ ции в разрядах индикатора. Сигнал час¬ тотой 1 Гц, формируемый на выходе S1 микросхемы, используется в качестве секундного для зажигания разделитель¬ ных точек индикатора. На частоту 32768 Гц задающий генератор настраи¬ вают грубо — конденсатором СЗ, точ¬ но — конденсатором С1. Кроме генератора с делителем его частоты до 1/60 Гц микросхема К176ИЕ18 содержит еще формирова¬ тель сигнала будильника. При подаче на вход HS (вывод 9) напряжения высо¬ кого уровня на его одноименном выхо¬ де (вывод 7) возникают пачки импуль¬ сов низкого уровня, которые излуча¬ тель НА1 преобразует в звук. Микросхема К176ИЕ13 (DD2) по сложности выполняемых функций не уступает управляемой ею микросхеме К176ИЕ18. Она содержит счетчики ми¬ нутных и часовых импульсов, регистр (запоминатель) памяти будильника, це¬ пи сравнения и включения звукового сигнала, цепи динамической выдачи кодов цифр в двоичном коде для пода¬ чи на соответствующие разряды инди¬ катора. Рассказать здесь о взаимосвязи внутренних цепей и работе этих ее функциональных ячеек не представля¬ ется возможным. Поэтому, не вдаваясь в подробности, скажем лишь глав¬ ное — сигналы на выходах 1-2-4-8 мик¬ росхемы К176ИЕ13 — это коды инди¬ цируемых цифр и тактовые импульсы на выходе С, которые от нее поступают на аналогичные входы следующей мик¬ росхемы часов — DD3. Микросхема К176ИДЗ — это пре¬ образователь сигналов двоично-деся¬ тичного кода, поступающих на ее вхо¬ ды, в сигналы управления семиэле¬ ментными индикаторами. С ее выходов а — g эти сигналы поступают на одно¬ именные входы индикатора HL1 и, вме¬ сте с сигналами частот 128 Гц, приходя-
386 Беседа семнадцатая Рис. 320. Схема электронных часов на специализированных микросхемах серии К176 щими сюда с выходов Т1—Т2 микро¬ схемы DD1, зажигают и гасят цифры разрядов часов и минут текущего вре¬ мени. При такой частоте коммутации мелькание знакомест индикатора неза¬ метно. Блок питания часов образуют трансформатор Т1, понижающий пере¬ менное напряжение сети до 28...30 В (обмотка II) и 2,5...3 В (обмотка III). На¬ пряжение обмотки II выпрямляется мостом VD 11, а его пульсации сглажи¬ ваются конденсатором С8. Цепочка стабилитронов VD7—VD10 стабилизи¬ рует выходное напряжение выпрями¬ теля до 36 В. Напряжение со стабили¬ трона VD7, равное примерно +10 В (относительно общего «заземленного» провода), через диод VD6 поступает на выводы питания микросхем, а со всей цепочки стабилитронов — на элементы знакомест индикатора HL1. Перемен¬ ное напряжение обмотки III сетевого трансформатора питает нить накала индикатора. Батарея GB1 («Корунд», 7Д-0Д15) — резервный источник питания часов. Она нужна на случай пропадания на¬ пряжения в электросети. Пока этого не происходит, батарея через резистор R17 подзаряжается током около 30 мкА, равным примерно ее току саморазряд¬ ки. При пропадании напряжения сети снижающееся напряжение на конден¬ саторе С7 открывает ранее закрытый диод VD5. Теперь микросхемы начина¬ ют питаться от резервной батареи. В та¬ ком состоянии часы могут работать до полной разрядки батареи, но цифры индикатора светиться не будут. В мо¬ мент появления напряжения сети диод VD5 закрывается, вновь загораются
Беседа семнадцатая 387 знаки индикатора и часы продолжают отсчет текущего времени. Без резервного источника питания часы допускают отключение от сети не более чем на 15...20 с — на время раз¬ рядки оксидных конденсаторов С7 и С8. При подаче питания на часы в счет¬ чик часов и минут, а также в регистр па¬ мяти микросхемы DD2 автоматически записываются нули — на индикаторе появляются цифры 00 00. Для введения в счетчик минут начального показания надо одновременно нажать кнопки SB3 «Уст» и SB4 «Буд». При этом показания индикатора начинают изменяться с ча¬ стотой 2 Гц от 00 до 59 и в момент пере¬ хода от 59 к 00 показание счетчика ча¬ сов увеличивается на 1 (01 00). Если те¬ перь кнопку SB3 удерживать в нажа¬ том состоянии и нажать еще кнопку SB2 «Мии», с такой же частотой станут изменяться показания счетчика часов от 00 до 23 и снова 00. Если нажать только кнопку SB4, на индикаторе появляется время включе¬ ния будильника. При одновременном же нажатии кнопок SB4 и SB1 показа¬ тель разрядов минут времени включе¬ ния будильника изменяется от 00 до 59 и снова 00, но переноса в разряды ча¬ сов не происходит. Изменение показа¬ ния разрядов часов времени включе¬ ния будильника происходит при одно¬ временном нажатии кнопок SB2 и SB4, но в этом случае при переходе из состо¬ яния 23 в 00 счетчик разряда минут об¬ нуляется. Кнопкой SB5 «Корр» часы за¬ пускают и корректируют их «ход» в процессе эксплуатации. Если ее на¬ жать и отпустить спустя 1 с после шес¬ того сигнала проверки времени, уста¬ новится правильное показание счетчи¬ ка минут. После этого, нажав кнопки SB3 и SB2, не нарушая ход счетчика ми¬ нут, можно установить показания счет¬ чика часов. Пока показания на индикаторе ча¬ сов и установленного кнопками време¬ ни включения будильника не совпада¬ ют, на выходе HS (вывод 7) микросхе¬ мы DD2 поддерживается напряжение низкого уровня. При их совпадении на этом выходе микросхемы появляются импульсы положительной полярности, следующие с частотой 128 Гц. Первый же импульс, поступив на вход HS (вы¬ вод 9) микросхемы DD1, запускает ее генератор звукового сигнала. В резуль¬ тате на одноименном выходе генерато¬ ра (вывод 7) возникают пачки импуль¬ сов отрицательной полярности с пери¬ одом повторения 1 с. Частота импуль¬ сов в пачках — 2048 Гц. Звуковой сигнал излучателя НА1 длится до окон¬ чания очередного минутного импульса на выходе HS микросхемы DD2. Вы¬ ключить сигнал будильника можно тумблером SA1. Все детали часов, кроме выключате¬ ля SA1 и кнопочных переключателей SB1—SB5, можно смонтировать па од¬ ной общей плате размерами 100 х 130 мм (рис. 321). Коммутационные устройства целе¬ сообразно разместить на верхней или на одной из боковых стенок корпуса. Монтаж произвольный — печат¬ ный или с использованием отрезков гибкого монтажного провода с падеж¬ ным изоляционным покрытием. При монтаже на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита или гетинакса (толщиной 1,5...2 мм) часть проводников, например цепей питания микросхем, придется перенес¬ ти на сторону установки деталей, как это сделано на платах частотомера. Окончательные размеры монтаж¬ ной платы и наиболее оптимальное раз¬ мещение деталей на ней во многом оп¬ ределяются габаритами сетевого транс¬ форматора, конструктивными особен¬ ностями оксидных конденсаторов, звукоизлучателя НА1. Поэтому, счи¬ таю, сначала следует подобрать все де¬ тали, включая трансформатор, размес¬ тить их на листе бумаги примерно в том порядке, как на рис. 320, и только после этого приняться за заготовку платы. Разрабатывая печатную плату, стремись к тому, чтобы токонесущие проводники были возможно коротки-
388 Беседа семнадцатая Рис. 321. Размещение деталей электронных часов на плате ми и меньше было проволочных пере¬ мычек. Процесс этот творческий и дли¬ тельный. В этом деле излишняя по¬ спешность может привести к непред¬ сказуемым последствиям. И еще одно непременное условие. Микросхемы, используемые в часах, могут быть повреждены электростати¬ ческим зарядом на их выводах. Чтобы предотвратить эти неприятности, при монтаже микросхем непременно вы¬ полняй требования, о которых я сказал в конце девятой беседы. Теперь о деталях. Резистор R1, но¬ минальное содротивление которого может быть в ‘пределах 15...22 мега- ом, — КИМ-0,125, остальные — МАТ- 0,125 или МЛТ-0,25. Конденсатор С8 — К50-29 или К50-6 на номинальное на¬ пряжение не менее 50 В, С7 — К52-1; другие постоянные конденсаторы — КМ-5, КМ-б, подстроечные конденса¬ торы С1 и СЗ — КТ4-256. Функцию вы¬ ключателя SA1 может выполнять Лю¬ бой малогабаритный тумблер. Кварце¬ вый резонатор Z1 на частоту 32768 Гц, например, типа РВ-72 (используют в электронных часах), который на плате укрепляют двумя проволочными хому¬ тиками. Звукоизлучатель НА1 — мало¬ габаритный телефон ТМ-2 или другой сопротивлением не менее 50 Ом. К пла¬ те его приклеивают эпоксидной смо¬ лой или клеем «Момент». Сетевой трансформатор Т1 — подходящий го¬ товый, например из набора деталей «Старт 7176 «Часы электронные», или самодельный, обмотка II которого должна быть рассчитана на перемен¬ ное напряжение 28...30 В, а накальная обмотка II — на 2,5...3 В и иметь отвод от середины. Если ошибок в монтаже нет, то сра¬ зу же после подключения часов к сети
Беседа семнадцатая 389 на индикаторе во всех разрядах долж¬ ны засветиться нули. При нажатии на кнопки SB3 и SB4 (одновременно) должны изменяться показания в разря¬ дах часов от 00 до 23, а при нажатии на кнопки SB2 и SB3 — показания в разря¬ дах минут от 00 до 59. Если все будет именно так, значит, часы работоспо¬ собны. Останется только возможно точнее отрегулировать ход часов. Без специальных измерительных приборов точности хода часов добива¬ ются подстройкой частоты задающего генератора микросхемы DD1 по пока¬ занию текущего времени. Делай эго так. Убедившись в нормальной работе часов, установи ротор подстроечного конденсатора С1 в положение средней емкости, а конденсатора СЗ — макси¬ мальной емкости. Через несколько дней по сигналам точного времени оп¬ редели, на сколько секунд часы убежа¬ ли вперед или, наоборот, отстали. Если часы бегут, значит емкость конденса¬ тора С1 надо несколько увеличить, что¬ бы снизить частоту генератора, а если отстают, то уменьшить. И так неодно¬ кратно в течение двух-трех недель. Ес¬ ли часы бегут и при максимальной ем¬ кости конденсатора С1, значит, надо уменьшить емкость подстроечного конденсатора СЗ. Может случиться, что даже при максимальной емкости конденсаторов С1 и СЗ часы все же продолжают спе¬ шить. В таком случае удали конденса¬ тор С2. При правильной настройке за¬ дающего генератора месячная ошибка в ходе часов не должна превышать 5 с. Корпус часов можно склеить из цветного оргалита, полистирола или, в крайнем случае, из оргалита. Вырез в его передней стенке по размерам поля индикатора прикрой с внутренней сто¬ роны пластиной оргстекла синего или зеленого цвета. Цифровой частотомер и электронные часы с будильником, которым посвящена вторая половина этой беседы, относятся к конструкциям повышенной сложности. Но использу¬ емые в них микросхемы серий К155 и К176 радиолюбители широко применяют и в конст¬ руируемых ими более простых приборах и устройствах. О некоторых из них я расскажу в нашей следующей беседе.
390 БЕСЕДА ВОСЕМНАДЦАТАЯ АВТОМАТИКА Однажды, проводя занятия радиокружка, я попросил ребят вспомнить и назвать авто¬ матически действующие устройства и приборы, с которыми им приходится сталки¬ ваться дома. Любые: тепловые, механические, электрические, электронные. Поначалу кое-кто даже растерялся: автоматы на заводах — понятно, а дома? Однако это было временным замешательством. Назвали массу вещей и систем, содержащих элементы ав¬ томатики: авторучка, часы, центральное отопление, водопроводный вентиль, электро¬ холодильник, сливной бачок туалетной комнаты, электросчетчик, электрозвонок, баро¬ метр, регулятор нагрева электроутюга, плавкий предохранитель электросети и многое другое. Да, все это автоматы, своеобразные роботы. Взять хотя бы плавкий предохра¬ нитель. Стоит превысить ток, на который он рассчитан, как он тут же накалится и расплавится — перегорит. А если вспомнить различные детские игрушки-каталки с за¬ водными и электрическими двигателями, игры-аттракционы? В них ведь тоже заложена автоматика. Еще больше автоматики ты можешь увидеть в школе, особенно в мастер¬ ских и физическом учебном кабинете, на улице, в кинотеатре... А какие электромехани¬ ческие и электронные автоматы, полезные для дома, школы, можно сделать своими ру¬ ками? Вот об этом-то и пойдет разговор в этой беседе. Но прежде поговорим об элект¬ рических датчиках, электромагнитных реле и электронных переключателях, являющих¬ ся важнейшими элементами автоматики. Начнем с фотоэлементов—приборов, преобразующих световую энергию в электрическую.
Беседа восемнадцатая 391 ФОТОЭЛЕМЕНТЫ Одним из первых, кто занимался исследованием фотоэлектрических яв¬ лений природы, был русский ученый Александр Григорьевич Столетов. Бу¬ дучи профессором Московского уни¬ верситета, он в 1888 г. провел такой опыт. Неподалеку один от другого рас¬ положил металлический диск и тонкую металлическую сетку, укрепив их на стеклянных стойках. Диск соединил с отрицательным, а сетку — с положи¬ тельным полюсами батареи. Между сеткой и батареей включил гальвано¬ метр — чувствительный электроизме¬ рительный прибор с зеркальцем на по¬ движной рамке вместо стрелки. Про¬ тив гальванометра укрепил фонарик, а под ним полосу бумаги с делениями — шкалу. Пучок света от фонаря напра¬ вил на зеркальце гальванометра, а от¬ раженный от него «зайчик» — на шка¬ лу. Даже при незначительном токе зер¬ кальце гальванометра поворачивалось, заставляя световой зайчик бежать по делениями шкалы. На некотором расстоянии от диска и сетки А. Г. Столетов установил дуго¬ вой фонарь, свет которого, пронизывая сетку, освещал диск. Пока шторка ду¬ гового фонаря была закрыта, световой «зайчик» покоился на нуле шкалы. Но стоило шторку приоткрыть, как «зай¬ чик» тотчас начинал перемещаться по шкале, указывая на наличие тока в, ка¬ залось бы, разорванной цепи. Опыт позволил ученому сделать вывод: свет «рождает» электрический ток. Это явление мы теперь называем фотоэлектрическим эффектом (от гре¬ ческого слова «фото» — свет и латин¬ ского слова «эффект» — действие). А. Г. Столетов, кроме того, экспери¬ ментальным путем доказал, что некото¬ рые материалы под действием света способны испускать электроны. В его опытах свет выбивал из металлическо¬ го диска «рой» электронов, который притягивался положительно заряжен¬ ной сеткой, образуя в цепи электричес¬ кий ток. Этот ток мы сейчас называем фототоком. В опытной установке А. Г. Столето¬ ва использовались два электрода, по¬ добные электродам двухэлектродной лампы: диск — катод и сетка — анод. Когда диск освещался, в цепи возникал электрический ток, потому что в прост¬ ранстве между электродами появлялся поток электронов, выбитых светом из диска — катода. Значение фототока за¬ висело от свойств металла, из которого был сделан катод, напряжения батареи и освещенности катода. Рис. 322. Фотоэлемент ЦГ-3 (а) и схема вклю¬ чения его в электрическую цепь (б) Характерным представителем пер¬ вых светочувствительных приборов в нашей стране был фотоэлемент ЦГ-3, внешний вид и устройство которого показаны на рис. 322, а. Такие фотоэле¬ менты использовались, например, в ки¬ нопроекторах для преобразования све¬ та, направленного на фонограмму лен¬ ты озвученного кинофильма, в элект¬ рический сигнал звуковой частоты. Это небольшая шарообразная стеклян¬ ная колба с двумя металлическими ци¬ линдриками — выводами электродов. На внутреннюю поверхность нанесен тончайший слой серебра, называемый подкладкой, а поверх него — слой це¬ зия (буква Ц в названии прибора).
392 Беседа восемнадцатая Это — катод. Он соединен с выводом меньшего диаметра, обозначенным знаком минус. В центре колбочки на стержне укреплено металлическое кольцо — анод. Он соединен с выводом большего диаметра, который обознача¬ ют знаком плюс. Колба фотоэлемента наполнена нейтральным газом (буква Г в его назва¬ нии), благодаря чему можно получить больший фототок. Объясняется это тем, что электроны, летящие от катода к ано¬ ду, сталкиваются по пути с атомами газа и выбивают из них новые электроны, которые также летят к аноду. Остатки атомов — положительные ионы — дви¬ жутся к катоду. В результате общее ко¬ личество электронов, летящих к аноду, получается большим, чем в вакууме. Возможная схема включения тако¬ го фотоэлектрического датчика в элек¬ трическую цепь показана на рис. 322, б. Здесь V-фотоэлемент, RH — его нагруз¬ ка, UH п — источник высокого постоян¬ ного напряжения. Ток в цепи с фото¬ элементом ЦГ-3 при сильной освещен¬ ности катода и напряжении на аноде 250 В не превышает 200 мкА. Но он поч¬ ти в 200 раз больше тока при полном за¬ темнении фотоэлемента. Это значит, что при перекрывании пучка света, на¬ правленного на фотоэлемент, фототок может измениться примерно от 1 до 200 мкА. Но ведь этот изменяющийся фототок можно усилить до значения, способного управлять другим электри¬ ческим прибором, например электро¬ двигателем, включая его освещением и выключая затемнением фотоэлемента. Получится фотореле. Катоды современных фотоэлемен¬ тов делают из полупроводниковых ма¬ териалов. При этом образование сво¬ бодных электронов, способных выле¬ тать из катодов, идет во много раз ин¬ тенсивнее, чем при использовании катодов из металлов. Это фотоэлемен¬ ты с внешним фотоэффектом. Так их называют потому, что у них электроны под действием света вылетают из като¬ да в окружающее их пространство. Рис 323 Внешний вид (а), обозначение (б), ус¬ тройство и включение (в) фоторезистора Другая группа фотоэлементов — приборы с внутренним фотоэффек¬ том. Это фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и некоторые другие светочувствительные приборы. Фоторезистор (рис. 323) представ¬ ляет собой тонкий слой полупроводни¬ ка, нанесенный на стеклянную или кварцевую пластинку, запрессован¬ ную в пластмассовый корпус неболь¬ ших размеров. Полупроводниковый слой с двух сторон имеет контакты для включения его в электрическую цепь. Электропроводность слоя полупровод¬ ника изменяется в зависимости от его освещенности: чем сильнее он осве¬ щен, тем меньше его сопротивление и больше ток, который через него прохо¬ дит. Таким образом, этот прибор под действием света, падающего на него, также может быть использован для ав¬ томатического включения и выключе¬ ния различных электрических прибо¬ ров, механизмов. Фотодиод, являющийся светочув¬ ствительным элементом с так называе¬ мым запирающим слоем, по своему ус¬ тройству напоминает плоскостной по¬ лупроводниковый диод (рис. 324). На тонкую пластинку кремния, обладаю¬ щую электронной электропроводнос¬ тью, наплавлен тонкий слой бора. Про¬ никая в кремний, атомы бора создают в нем зону с дырочной электропроводно¬ стью. Между ними образуется элек¬
Беседа восемнадцатая 393 тронно-дырочный переход. Снизу на слой типа п нанесен сравнительно тол¬ стый контактный слой металла. По¬ верхность слоя типа р покрыта тончай¬ шей, почти прозрачной пленкой метал¬ ла, являющейся контактом этого слоя. Действует фотодиод так. Пока он не подвергается световому облучению, его запирающий слой препятствует взаимному обмену электронов и ды¬ рок. При облучении свет проникает сквозь прозрачную пленку в слой р и рождает в нем электронно-дырочные пары. Дырки остаются в слое р, а элек¬ троны переходят в слой п. В результате верхний электрод заряжается положи¬ тельно, а нижний — отрицательно. Ес¬ ли к этим электродам присоединить на¬ грузку, то через нее потечет постоян¬ ный ток. Следовательно, фотодиод яв¬ ляется прибором, в котором световая энергия преобразуется непосредствен¬ но в электрическую*. Ты, вероятно, видел, а может быть, и сам имеешь фотоэкспонометр — прибор для определения выдержки при фотосъемке. Важнейшей частью этого прибора является кремниевый фотодиод. К нему подключен чувстви¬ тельный гальванометр, по отклонению стрелки которого и определяют осве¬ щенность снимаемого предмета. Фотодиод, имеющий площадь по¬ верхности светочувствительного слоя около 1 см2, при прямом солнечном ос¬ вещении может дать ток примерно 20—25 мА при напряжении около 0,5 В. Но ведь фотодиоды, как и гальваничес¬ кие элементы, можно соединять в бата¬ реи, чтобы получать большие напряже¬ ния и токи. Примерно так устроены, например, солнечные батареи, уста¬ навливаемые на космических кораблях для питания аппаратуры. Перспективы применения фотоди¬ одов очень и очень заманчивы. И не только в автоматике. В жарких южных районах, например, где обилие солнеч¬ ного света, от фотобатарей с большими площадями можно получать огромное количество электроэнергии. Из фото¬ батарей можно даже делать кровли до¬ мов: днем под действием света они бу¬ дут заряжать аккумуляторные батареи, а по вечерам накопленная электро¬ энергия будет использоваться для осве¬ щения. Рис. 324. Внешний вид (а), обозначение на схемах (5), устройство и схема включения (в) фотодиода Рис. 325. Фототранзистор и схема включения его в электрическую цепь Фототранзисторы — светочувстви¬ тельные приборы, основой которых служат транзисторы. Почти любой би- * Фотодиоды отличаются от фоторезисторов более высоким быстродействием. В современных фотонных системах дистанционного управления, команды которых представляют собой последова¬ тельности коротких инфракрасных импульсов, способность фотодиода реагировать на каждый из этих импульсов, фиксировать его положение по отношению к другим импульсам команды оказыва¬ ется решающей. Вакуумные фотоэлементы и фотоумножители, также обладающие высоким быстродействием, из-за своих габаритов, хрупкости, высокого напряжения питания в современной технике не исполь¬ зуются.
394 Беседа восемнадцатая полярный транзистор может быть пре¬ вращен в фототранзистор. Дело в том, что у транзистора ток коллектора силь¬ но зависит от освещенности коллек¬ торного р-n перехода. Чтобы в этом убедиться, осторожно спили верхнюю часть корпуса германиевого транзис¬ тора, например серии МП39—МП42, включи транзистор в цепь постоянного тока и освети его (рис. 325). Если в кол¬ лекторную цепь включить миллиам¬ перметр, он при сильном освещении кристалла транзистора покажет возра¬ стающий до нескольких миллиампер коллекторный ток. Это свойство тран¬ зисторов, аналогичное свойствам фо¬ тоэлементов с внутренним фотоэф¬ фектом, широко используется радио- любителями-экспериментаторами в са¬ модельных приборах-автоматах. Чем мощнее такие фотоэлементы и сильнее источники света, тем значи¬ тельнее изменения коллекторных то¬ ков, тем эффективнее работа прибо¬ ров. У транзистора серии П213, напри¬ мер, при освещении его кристалла эле¬ ктролампой мощностью 75... 100 Вт коллекторный ток возрастает до 1 А и больше. Такой ток достаточен для пита¬ ния, например, малогабаритного элект¬ родвигателя «Пионер», начинающего автоматически работать при освеще¬ нии фототранзистора. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ Электромагнитное реле — это эле¬ ктромеханический прибор, который может управлять каким-либо другим электрическим устройством (механиз¬ мом), коммутировать электрические цепи. Схематическое устройство и прин¬ цип работы электромагнитного реле иллюстрирует рис. 326, а. Оно пред¬ ставляет собой стержень из мягкого железа — сердечник, на который наса¬ жена катушка, содержащая большое число витков изолированного провода. На Г-образном корпусе, называемом ярмом, удерживается якорь — плас¬ тинка тоже мягкого железа, согнутая под тупым углом. Сердечник, ярмо и якорь образуют магнитопровод реле. На ярме же укреплены пружины с кон¬ тактами, замыкающие и размыкающие питание исполнительной цепи, напри¬ мер цепи питания сигнальной лампы накаливания ELI. Пока ток через об¬ мотку реле не идет, якорь под действи¬ ем контактных пружин находится на некотором расстоянии от сердечника. Как только в обмотке появляется ток, его магнитное поле намагничивает сер¬ дечник и он притягивает якорь. В этот момент другой конец якоря надавлива¬ ет на контактные пружины и замыкает исполнительную цепь. Прекращается ток в обмотке — исчезает магнитное поле, размагничивается сердечник, и контактные пружины, выпрямляясь и разрывая цепь исполнения, возвраща¬ ют якорь реле в исходное положение. Рис. 326. Схематическое устройство, включе¬ ние и обозначение электромагнитного реле и его контактов Различают реле с нормально разо¬ мкнутыми, нормально замкнутыми и перекидными контактами. Нормально разомкнутые контакты при отсутствии тока в обмотке реле разомкнуты (рис. 326, а), а при токе в обмотке они за¬ мыкаются. Нормально замкнутые кон¬ такты, наоборот, при отсутствии тока в обмотке замкнуты (рис. 326, б), а при срабатывании реле они размыкаются. У перекидных контактов (рис. 326, в) средняя пружина, связанная с якорем и при отсутствии тока замкнутая с одной
Беседа восемнадцатая 395 из крайних пружин, при срабатывании реле перекидывается на другую край¬ нюю пружину и замыкается с ней. Мно¬ гие реле имеют не одну, а несколько групп контактных пружин, позволяю¬ щих с помощью импульсов тока, созда¬ ющихся в обмотке реле, управлять на расстоянии несколькими цепями испол¬ нения одновременно, что и использует¬ ся в автоматике. На принципиальных схемах обмот¬ ки электромагнитных реле обозначают прямоугольником и буквой К с цифрой порядкового номера реле в устройстве. Контакты обозначают той же буквой, но с двумя цифрами, разделенными точкой: первая цифра указывает по¬ рядковый номер реле, а вторая — по¬ рядковый номер контактной группы этого реле. Рис. 327. Реле типа РСМ (а) и схема проверки электромагнитного реле (6) Электромагнитные реле имеют разные конструкции корпусов и яко¬ рей, пружинных контактов, различные данные обмоток. Но принцип работы всех реле одинаков: при некотором значении тока, протекающего через обмотку, реле срабатывает и его якорь, притягиваясь к намагниченному сер¬ дечнику, замыкает или размыкает кон¬ такты исполнительной цепи. Для автоматически действующих устройств, описываемых в этой беседе, для аппаратуры телеуправления, кото¬ рой будет посвящена специальная бесе¬ да, желательно использовать малогаба¬ ритные реле постоянного тока, напри¬ мер РЭС-9, РЭС-10, РСМ (рис. 327, а). Основные данные таких реле приведе¬ ны в приложении 14. Важнейшей характеристикой элек¬ тромагнитного реле является его чувст¬ вительность, т.е. мощность тока, по¬ требляемого обмоткой, при которой реле срабатывает. Чем меньше элект¬ рическая мощность, необходимая для срабатывания реле, тем реле чувстви¬ тельнее. Как правило, обмотка более чувствительного реле содержит боль¬ шее число витков и имеет большее со¬ противление. Для наших целей нужны будут ре¬ ле, надежно срабатывающие при токе 6... 10 мА и напряжении источника пи¬ тания 4,5...9 В, что соответствует мощности 27...29 мВт. Сопротивление обмоток таких реле должно быть 120—700 Ом. Этим требованиям могут отвечать, например, реле РЭС-10 с па¬ спортом РС4.524.302 или РС4.524.303. Сопротивление обмотки первого из этих реле 630, второго 120 Ом. Проверить электромагнитное реле, данные которого тебе неизвестны, можно по схеме, приведенной на рис. 327, б Потребуются батареи GB1 напряжением 9... 12 В (две-три батареи 3336) и GB2 напряжением 4,5 В, пере¬ менный резистор R сопротивлением 1... 1,5 кОм, миллиамперметр РА на ток 20...30.мА, сигнальная лампа EL (инди¬ катор) на напряжение 3,5 В. При замы¬ кании контактов К 1.1 лампа EL загора¬ ется, а при размыкании гаснет. Изме¬ няя сопротивление цепи резистором R и следя за показаниями миллиамперме¬ тра, легко определить токи, соответст¬ вующие моментам срабатывания и от¬ пускания реле. Эти сведения облегчат и ускорят работы по налаживанию приборов-автоматов. У большинства реле якорь возвра¬ щается в исходное положение при дав¬ лении на него контактных пружин. Ес¬ ли пружины немного отогнуть, чтобы они слабее давили на якорь, то чувстви¬
396 Беседа восемнадцатая тельность реле несколько улучшится. Таким способом можно подгонять токи срабатывания и отпускания реле. ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ И все же чувствительность элект¬ ромагнитных реле, о которых я здесь рассказал, мала, чтобы реагировать на изменения тока в цепи фотоэлемента, фоторезистора или иного датчика эле¬ ктрических сигналов. Только так назы¬ ваемые поляризованные реле, облада¬ ющие очень высокой чувствительнос¬ тью, могут срабатывать при малых мощностях электрических сигналов. Невольно возникает вопрос: как повысить чувствительность электро¬ магнитного реле? Сделать это можно с помощью транзисторных усилителей электрических сигналов. Такие усили¬ тели в сочетании с электромагнитными реле называют электронными реле. Рис. 328. Электронное реле Схема простейшего электронного реле показана на рис. 328, а. Это обыч¬ ный однотранзисторный усилитель то¬ ка, работающий в режиме переключе¬ ния, в коллекторную цепь которого включено электромагнитное реле. В за¬ висимости от структуры транзистора и полярности управляющего сигнала, по¬ данного на вход усилителя, транзистор закрывается (для транзистора структу¬ ры р-п-р — при положительном напря¬ жении на базе) либо, наоборот, откры¬ вается (при отрицательном напряжении на базе транзистора р-п-р). Когда тран¬ зистор закрыт, сопротивление его уча¬ стка эмиттер—коллектор велико и ток коллектора не превышает 20—25 мкА, чего слишком мало для срабатывания реле. В это время контакты К 1.1 реле К1 разомкнуты и исполнительная цепь не включена. Когда же транзистор от¬ крывается, сопротивление его участка эмиттер—коллектор резко уменьшает¬ ся почти до нуля и ток коллектора воз¬ растает до значения, необходимого для срабатывания реле — включается ис¬ полнительная цепь. Запомни очень важное условие, для четкой работы электронного реле на¬ пряжение его источника питания долж¬ но быть на 20—30% больше напряже¬ ния срабатывания используемого в нем электромагнитного реле. В коллекторную цепь транзистора вместо электромагнитного реле можно включить иной электрический прибор, например маломощный электродвига¬ тель М, как показано на рис. 328, б. По¬ лучится бесконтактное электронное реле. В этом случае ротор электродви¬ гателя станет вращаться всякий раз, когда открывается транзистор. Вполне понятно, что ток, проходящий через транзистор, не должен превышать до¬ пустимого для него значения. Электронное реле — обязательный элемент большей части электронных автоматов, включающих и выключаю¬ щих те или иные исполнительные ме¬ ханизмы. ФОТОРЕЛЕ Ток светочувствительного элемен¬ та, изменяющийся под действием пада¬ ющего на него света, мал. Но если этот ток усилить, а на выход усилителя включить электромагнитное реле, то получится фотореле — устройство, поз¬ воляющее при изменении силы света, падающего на его светочувствительный элемент, управлять различными други¬ ми приборами или механизмами. Структурная схема такого устрой¬ ства изображена на рис. 329. Допустим, что фоторезистор R (на его месте мо¬ жет быть любой другой светочувстви¬ тельный элемент) затемнен, например закрыт рукой. В это время (на графи¬ ках — участки Оа) ток цепи фотоэле¬
Беседа восемнадцатая 397 мента 1фг и ток усилителя 1у малы, а ток в исполнительной цепи 1исп вообще от¬ сутствует, так как контакты К 1.1 реле К1 разомкнуты. Если теперь открыть фотоэлемент или направить на него пу¬ чок света, токи фотоэлемента и усили¬ теля резко увеличатся (на графиках — участки аб), сработает электромагнит¬ ное реле и своими контактами включит цепь питания механизма исполнения. Но стоит снова затемнить фотоэле¬ мент, как тут же разомкнется (или пе¬ реключится) цепь исполнения. влаги на кристалл корпус необходимо закрыть тонкой прозрачной полиэти¬ леновой или лавсановой пленкой. По¬ лучается фототранзистор. Рис. 329. Структурная схема фотореле, в кото¬ ром функцию светочувствительного элемента выполняет фоторезистор Главное в работе фотореле — пере¬ пад тока, заставляющий срабатывать электромагнитное реле. При этом в за¬ висимости от выбранного усилителя электромагнитное реле может сраба¬ тывать не при освещенном, а, наобо¬ рот, при затемненном фотоэлементе. Итог же один — свет, падающий на фо¬ тоэлемент, управляет цепью исполни¬ тельного механизма, которым могут быть электродвигатель, система осве¬ щения, приборы и многое другое. Предлагаю три варианта фотореле с разными светочувствительными дат¬ чиками. Схема первого варианта фотореле приведена на рис. 330, а. В нем в каче¬ стве фотоэлемента используется мало¬ мощный низкочастотный транзистор VT1 из серий МП39—МП42. Отбери транзистор с коэффициентом h213 не менее 50 и с возможно меньшим током 1кбо. Верхнюю часть корпуса транзис¬ тора осторожно спили лобзиком, а за¬ тем поверхность кристалла очисти от попавших на нее металлических опи¬ лок. Во избежание попадания пыли и Рис. 330. Варианты фотореле Как работает такой вариант фото¬ реле? В исходном состоянии, когда све¬ точувствительный элемент затемнен, оба транзистора закрыты. При освеще¬ нии кристалла транзистора VT1 обрат¬ ное сопротивление его коллекторного перехода уменьшается, что ведет к рез¬ кому возрастанию тока коллектора. Этот ток усиливается транзистором VT2. При этом реле К1, являющееся на¬ грузкой транзистора VT2, срабатывает и своими контактами К 1.1 включает цепь управления. Регулировка фотореле сводится к установке режимов работы транзисто¬ ров. Надо подобрать такое сопротивле¬ ние резистора R1, чтобы при затемнен¬ ном фототранзисторе через обмотку
398 Беседа восемнадцатая реле протекал ток 5...8 мА. Резистор R2 в этом автомате выполняет роль огра¬ ничителя тока базовой цепи транзисто¬ ра VT1, a R4 — коллекторной. Электро¬ магнитное реле К1 может быть типа РСМ, РЭС с обмоткой сопротивлением 200...700 Ом или самодельное. Фотореле будет работать значи¬ тельно лучше, если световой поток бу¬ дет попадать на фототранзистор через небольшую линзу, в фокусе которой находится его кристалл. Схема второго варианта фотореле показана на рис 330, б Оно отличается от первого варианта фотореле в основ¬ ном лишь тем, что в нем светочувстви¬ тельным датчиком служит фоторезис¬ тор R1. Включен он в цепь базы транзи¬ стора VT1 последовательно с резисто¬ ром R2, ограничивающим ток в этой цепи. Темновое сопротивление фото¬ резистора велико. Коллекторный ток транзистора в это время мал. При осве¬ щении фоторезистора его сопротивле¬ ние уменьшается, что приводит к уве¬ личению тока базовой цепи. Возрос¬ ший и усиленный двумя транзистора¬ ми фототок течет через обмотку электромагнитного реле К1 и заставля¬ ет его срабатывать — контакты К 1.1 включают цепь управления. Для такого варианта фотореле можно использовать фоторезисторы типов ФСК-1, ФСК-2. Электромагнит¬ ное реле должно быть рассчитано на ток срабатывания 10... 12 мА (сопротив¬ ление обмотки 200...400 Ом). В третьем варианте фотореле, схе¬ ма которого изображена на рис 330, в, роль датчика выполняет фотодиод VD1 типа ФД1 или ФД2. Электромагнитное реле К1 такое же, как в первых вариан¬ тах фотореле. Здесь фотоэлемент и ре¬ зистор R1 образуют делитель напряже¬ ния источника питания, с которого на базу транзистора VT1 подается отрица¬ тельное напряжение смещения. Пока фотодиод не освещен, его обратное со¬ противление (а включен он в цепь де¬ лителя в обратном направлении) очень большое. В это время напряжение сме¬ щения на базе транзистора определя¬ ется в основном только сопротивлени¬ ем резистора R1. Транзистор VT1 при этом открыт, а транзистор VT2 закрыт. Контакты К11 реле К1 разомкнуты. Но стоит осветить фотодиод, как тут же его обратное сопротивление и падение напряжения на нем уменьшатся, отче¬ го транзистор VT1 почти закроется, а транзистор VT2, наоборот, откроется. При этом реле К1 сработает и его кон¬ такты К1.1, замыкаясь, включат испол¬ нительную цепь. При затемнении фо¬ тодиода его обратное сопротивление вновь увеличится, транзистор VT1 от¬ кроется, транзистор VT2 закроется, а реле К1, отпуская, своими контактами разорвет исполнительную цепь. Какова в этих фотореле роль дио¬ дов, шунтирующих обмотки электро¬ магнитных реле? В те моменты време¬ ни, когда транзистор усилителя пере¬ ходит из открытого состояния в закры¬ тое и ток коллекторной цепи резко уменьшается, в обмотке реле возника¬ ет электродвижущая сила самоиндук¬ ции, поддерживающая убывающий ток в коллекторной цепи. При этом мгно¬ венное суммарное напряжение ЭДС самоиндукции и источника питания электронного реле значительно превы¬ шает максимально допустимое напря¬ жение на коллекторе и р-n переходы транзистора могут быть пробиты. По отношению к источнику питания авто¬ мата диод включен в обратном направ¬ лении, а по отношению к ЭДС самоин¬ дукции — в прямом и, следовательно, гасит ее, предотвращая тем самым пор¬ чу транзисторов. Диод может быть как точечным, так и плоскостным, с обратным напря¬ жением не менее 30 В. Питать фотореле и освещающую его лампу можно как от батарей, так и от вы¬ прямителя с выходным напряжением 9... 12 В. Выпрямитель можно смонтиро¬ вать в том же светонепроницаемом ящичке (рис. 331), где будет само фото¬ реле. Прямой посторонний яркий свет не должен попадать на датчик фотореле.
Беседа восемнадцатая 399 Четкость срабатывания любого из фотореле, о которых я здесь тебе рас¬ сказал, в значительной степени зави¬ сит от его осветителя. Наиболее эф¬ фективно фотореле будет работать, ес¬ ли осветитель дает узкий и яркий пу¬ чок света в направлении точно на фотоэлектронный датчик. Осветитель можно сделать в виде металлической или картонной трубки длиной 120...220 и диаметром 28—30 мм. Внутри трубки на одном конце укрепи малогабарит¬ ную лампу накаливания, рассчитанную на напряжение 9... 12 В (например, ав¬ томобильную), а на другом — собира¬ тельную линзу (например, круглое оч¬ ковое стекло) с фокусным расстоянием 100... 120 мм. Взаимное расположение линзы и лампы в осветителе подбери опытным путем так, чтобы свет выхо¬ дил из осветителя узким пучком. цепи Рис. 331. Конструкция фотореле и осветителя Как можно использовать фоторе¬ ле? По-разному. Можно, например, фо¬ тореле установить у входа в школу, что¬ бы оно включало световое табло «Доб¬ ро пожаловать». Или смонтировать его перед стенной газетой, чтобы автомати¬ чески включалась подсветка газеты, когда к ней подходят ребята. Его можно установить на модели конвейера, ими¬ тирующего погрузку ящиков с готовой продукцией. Всякий раз, когда «ящик» пересекает луч света, срабатывает эле¬ ктромеханический счетчик, включен¬ ный в исполнительную цепь, или вспы¬ хивает сигнальная лампа. Фотореле — полезнейшее учебно¬ наглядное пособие для физического кабинета школы. Большим успехом оно будет пользоваться на вечерах, по¬ священных радиоэлектронике. АВТОМАТ ВКЛЮЧЕНИЯ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ Светочувствительный датчик фо¬ тореле можно разместить и на улице, защитив его от прямого попадания ис¬ кусственного света. Тогда реле будет срабатывать с наступлением ночного времени суток и автоматически вклю¬ чать питание лампы уличного освеще¬ ния или лестничной клетки, а утром выключать ее. Принципиальную схему возмож¬ ного варианта такого автомата ты ви¬ дишь на рис. 332. Он аналогичен фото¬ реле по схеме на рис 330, б, но более чувствителен, так как для его питания используется более высокое напряже¬ ние постоянного тока — около 18 В. Контакты К 1.1 электромагнитного ре¬ ле К1, используемого в автомате, нор¬ мально замкнутые. В вечернее и ночное время суток фоторезистор R1 (ФСК-1) освещен очень слабо и его сопротивление со¬ ставляет сотни килоом. При этом кол¬ лекторные токи транзистора VT1, в базовую цепь которого включен фото¬ резистор, и транзистора VT2, база ко¬ торого соединена непосредственно с эмиттером первого транзистора, не превышает тока опускания электро¬ магнитного реле К1. В это время осве¬ тительная лампа ELI, подключенная к электроосветительной сети через нор¬ мально замкнутые контакты К1.1 реле, горит. С наступлением рассвета фоторе¬ зистор освещается все сильнее и его сопротивление уменьшается до 80... 100 кОм. При этом коллекторные токи транзисторов усилителя увеличи¬ ваются. При токе 20...25 мА реле сраба¬ тывает и его контакты, размыкаясь, разрывают цепь питания осветитель¬ ной лампы. А вечером, когда сопротив¬ ление фоторезистора снова начнет
400 Беседа восемнадцатая увеличиваться, а коллекторные токи соответственно будут уменьшаться, ре¬ ле отпустит и замыкающимися контак¬ тами включит освещение. Выпрямитель автомата двухполупе- риодный. Он выполнен на диодах VD4—VD7 Д226Б, включенных по мос¬ товой схеме. Выпрямленное напряже¬ ние сглаживается фильтрующим кон¬ денсатором С1 и стабилизируется дву¬ мя стабилитронами VD2 и VD3 серии Д809 (можно Д814Б), соединенными по¬ следовательно. Номинальное напряже¬ ние конденсатора С1 не должно быть меньше 25 В. Конденсатор С2, роль ко¬ торого аналогична резистору, гасит из¬ быточное напряжение переменного то¬ ка, подаваемое от сети к выпрямителю. Конденсатор должен быть бумажным, на номинальное напряжение не менее 300 В. Для сети напряжением 127 В ем¬ кость его должна быть 1 мкФ. В автомате используются транзис¬ торы серии МП26 (можно МП20, МП21, МП25 с любым буквенным ин¬ дексом, МП40А), рассчитанные на бо¬ лее высокое, чем аналогичные им мало¬ мощные транзисторы, коллекторное напряжение. Реле К1 типа РЭС-22 (пас¬ порт РФ4.500.131), РСМ-1 (паспорт Ю. 171.81.37) или другое с обмоткой со¬ противлением 650—750 Ом и нормаль¬ но замкнутыми контактами. Если автомат смонтирован из заве¬ домо исправных деталей, то единст¬ венно, что, возможно, придется сде¬ лать дополнительно, это подобрать момент выключения осветительной лампы ELI, соответствующий опреде¬ ленной освещенности фоторезистора. Для увеличения задержки времени выключения осветительной лампы пи¬ тающее напряжение автомата надо уменьшить на 3...4 В, а для уменьше¬ ния, т.е. более раннего выключения, наоборот, увеличить на 3...4 В. Это можно сделать при использовании в блоке питания стабилитронов с други¬ ми напряжениями стабилизации: в первом случае — стабилитронов Д808 или одного (вместо двух) стабилитро¬ на Д813, во втором — трех стабилитро¬ нов Д808 или двух стабилитронов Д811 или Д814Г. Чувствительность автомата можно также регулировать подбором резистора R3. РЕЛЕ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ Если ты увлекаешься фотографи¬ ей, то можешь сделать прибор, кото¬ рый бы автоматически включал лампу фотоувеличителя на время выдержки для печати. Такую автоматизацию включения и выключения того или иного устройства ты можешь сделать с помощью электронного реле выдерж¬ ки времени. Автомат выдержки времени можно собрать по схеме, изображенной на рис. 333. Оба транзистора автомата ра¬ ботают в режиме переключения, обес¬ печивая надежное срабатывание реле Рис. 332. Схема автомата включения освещения
Беседа восемнадцатая 401 Рис. 333. Схема реле выдержки времени К1 при подаче на вход транзистора VT1 напряжения около 2 В. Время срабаты¬ вания реле определяется временем разрядки конденсатора С1 через рези¬ сторы R2, R3, эмиттерный переход транзистора VT1 и резистор R4. Изме¬ няя сопротивление переменного рези¬ стора R3, можно устанавливать время выдержки примерно от 0,1 до 5 с. Работает реле времени следующим образом. В исходном состоянии, когда контакты кнопочного выключателя SB1 разомкнуты, напряжение на кон¬ денсаторе С1 равно нулю. В это время оба транзистора закрыты, ток через об¬ мотку электромагнитного реле К1 практически не течет и его контакты К1.1, включающие питание лампы уве¬ личителя ELI, разомкнуты. При крат¬ ковременном нажатии кнопки SB1 конденсатор С1 заряжается и тут же начинает разряжаться через уже зна¬ комые тебе цепи. С момента нажатия кнопки до момента, когда конденсатор С1 разрядится до напряжения 2 В, реле К1 остается включенным, замыкая сво¬ ими контактами цепь питания лампы фотоувеличителя. Лампа выключится, как только напряжение на обкладках конденсатора С1 станет меньше 2 В. Чтобы снова включить лампу фотоуве¬ личителя, надо опять нажать на кнопку SB 1 пуска автомата. Время нажатия пу¬ сковой кнопки автомата входит в об¬ щее время выдержки. Питается автомат от сети перемен¬ ного тока через трансформатор Т1, по¬ нижающий напряжение сети до 10... 12 В, и однополупериодный выпря¬ митель на диоде VD1 серии Д226 с лю¬ бым буквенным индексом. Конденса¬ тор С2 сглаживает пульсации выпрям¬ ленного напряжения. Сетевой трансформатор Т1 нама¬ тывай на магнитопроводе из пластин Ш-16, толщина набора пластин 18 мм. Обмотка I, рассчитанная на напряже¬ ние сети 220 В, должна содержать 2800 витков провода ПЭВ-1 0,12 (для сети напряжением 127 В — 1600 витков), об¬ мотка II — 100 витков провода ПЭВ-1 0,3. На выходе выпрямителя должно быть напряжение не менее 10 В. Электромагнитное реле типа РЭС- 10 (паспорт РС4.525.302, РС4.524.303) или самодельное. Данные остальных деталей автомата указаны на его схеме. После того как реле времеии смон¬ тируешь и убедишься в его работоспо¬ собности, откалибруй переменный ре¬ зистор R3. Калибровка резистора сво¬ дится к тому, что для положений его движка через каждые 10... 15° по хроно¬ метру определяется время включения реле. Полученные данные нанеси в ви¬ де шкалы вокруг ручки резистора, снабженной стрелкой-указателем. Только ли для фотопечати приго¬ ден такой прибор-автомат? Нет, ко¬ нечно, его можно приспособить для включения на заданное время других приборов, например электродвигате¬ лей моделей на выставке работ юных техников.
402 Беседа восемнадцатая Рис. 334. Схема акустического реле АКУСТИЧЕСКОЕ РЕЛЕ Основой акустического иди, что-то же самое, звукового реле также слу¬ жит электронное реле, а датчиком уп¬ равляющих сигналов — микрофон или какой-либо другой преобразователь звуковых колебаний воздуха в элект¬ рические колебания звуковой частоты. Схема наиболее простого варианта такого электронного автомата приве¬ дена на рис. 334. Рассмотри ее внима¬ тельно. Здесь многое, если не все, тебе должно быть знакомо. Микрофон ВМ1 выполняет функцию датчика управля¬ ющих сигналов. Транзисторы VT1 и VT2 образуют двухкаскадный усили¬ тель колебаний 34, создаваемых мик¬ рофоном, а диоды VD1 и VD2, включен¬ ные по схеме удвоения напряжения, — выпрямитель этих колебаний. Каскад на транзисторе VT3 с электромагнит¬ ным реле К1 в коллекторной цепи и на¬ копительным конденсатором С4 в ба¬ зовой цепи — это электронное реле. Дампа накаливания ELI, подключаемая к источнику питания контактами К 1.1 реле К1, символизирует исполнитель¬ ную (управляющую) цепь автомата. В целом автомат работает так. Пока в помещении, где установлен микро¬ фон, сравнительно тихо, транзистор VT3 электронного реле практически закрыт, контакты К 1.1 реле К1 разомк¬ нуты и, следовательно, лампа исполни¬ тельной цепи не светится. Это исход¬ ный (дежурный) режим работы авто¬ мата. При появлении звукового сигна¬ ла, например шума или громкого разго¬ вора, колебания звуковой частоты, со¬ зданные микрофоном, усиливаются транзисторами VT1 и VT2 и далее вы¬ прямляются диодами VD1, VD2. Диоды включены так, что выпрямленное ими напряжение поступает на базу транзи¬ стора VT3 в отрицательной полярности и одновременно заряжает накопитель¬ ный конденсатор С4. Если звуковой сигнал достаточно сильный и накопи¬ тельный конденсатор зарядится до на¬ пряжения 0,25...0,3 В, то коллекторный ток транзистора VT3 увеличится на¬ столько, что реле К1 сработает и его контакты К 1.1 включат исполнитель¬ ную цепь — загорится сигнальная лам¬ па ELI. Исполнительная цепь будет включена все время, пока на накопи¬ тельном конденсаторе и на базе тран¬ зистора VT3 будет поддерживаться та¬ кое же или несколько большее отрица¬ тельное напряжение. Как только шум или разговор перед микрофоном пре¬ кратится, накопительный конденсатор почти полностью разрядится через эмиттерный переход транзистора, кол¬ лекторный ток уменьшится до исход¬ ного состояния, реле К1 отпустит, а его контакты, размыкаясь, обесточат ис¬ полнительную цепь. Подстроечным резистором R1 можно изменять (как регулятором громкости) напряжение сигнала, по¬ ступающего от микрофона на вход уси¬ лителя 34, и тем самым регулировать чувствительность акустического реле.
Беседа восемнадцатая 403 Функцию микрофона может вы¬ полнять абонентский громкоговори¬ тель или телефонный капсюль ДЭМ- 4м. Но, конечно, лучше использовать электретный микрофон с одпокаскад- ным усилителем, о котором я рассказы¬ вал в одиннадцатой беседе (рис. 182). Статический коэффициент передачи тока транзисторов должен быть не ме¬ нее 50. Электромагнитное реле может быть типа РЭС-9, РЭС-10, РКН с током срабатывания до 30...40 мА. Напряже¬ ние источника питания должно быть па 25...30% больше напряжения срабаты¬ вания подобранного электромагнитно¬ го реле. Сопротивление и мощность рассеяния резистора R7, зависящие от используемой сигнальной лампы ELI, рассчитай сам. Приступая к налаживанию и испы¬ танию акустического автомата, движок подстроечного резистора R1 поставь в нижнее (по схеме) положение и подбо¬ ром резистора R6 установи в коллек¬ торной цепи транзистора VT3 ток 2...4 мА. Он должен быть меньше тока отпускания электромагнитного реле. Затем параллельно резистору R6 под¬ ключи другой резистор сопротивлени¬ ем 15...20 кОм. При этом коллекторный ток транзистора долже1г резко увели¬ читься, а реле сработать. Удали этот рё1 зистор — коллекторный ток должен уменьшиться до исходного значения, реле — отпустить якорь, а лампа испол¬ нительной цепи погаснуть. Так ты про¬ веришь работоспособность электрон¬ ного реле автомата. Коллекторные токи транзисторов VT1 и VT2 (1... 1,5 мА) устанавливай подбором резисторов R2 и R4. Затем движок резистора R1 установи в верх¬ нее (по схеме) положение и негромко произнеси перед микрофоном протяж¬ ный звук «а-а-а» — автомат сработает и включит исполнительную цепь. Он должен реагировать даже на негром¬ кий разговор перед микрофоном, на хлопок в ладоши. Проведи такой опыт. Параллельно конденсатору С4 подключи второй оксидный конденсатор емкостью 100...200 мкФ на номинальное напря¬ жение 6... 10 В. В коллекторную цепь транзистора VT3 включи миллиампер¬ метр и, следя за его стрелкой, хлопни в ладоши. Что получилось? Коллектор¬ ный ток возрос, но электромагнитное реле не сработало. Хлопни в ладоши 5—10 раз подряд. С каждым хлопком коллекторный ток увеличивается, и, наконец, реле срабатывает и включает исполнительную цепь. Если звуковые сигналы прекратить, то через некото¬ рое время ток в коллекторной цепи транзистора уменьшится до исходно¬ го, реле отпустит и выключит исполни¬ тельную цепь. О чем говорит этот опыт? Элект¬ ромагнитное реле автомата стало сра¬ батывать и отпускать с задержкой времени. Объясняется это тем, что те¬ перь требуется больше времени как для зарядки накопительного конден¬ сатора, так и для его разрядки. Вывод напрашивается сам собой: подбором емкости накопительного конденсато¬ ра можно регулировать время вклю¬ чения и выключения исполнительной цепи. Где и как можно применить такое акустическое реле? Например, ис¬ пользовать его как автомат «Тише». Для этого сигнальную лампу исполни¬ тельной цепи надо поместить в ящи¬ чек, одна из стенок которого выполне¬ на из матового стекла, и на нем сдела¬ на надпись «Тише». Как только уро¬ вень шума или громкость разговора в комнате превысит некоторый предел, установленный подстроечным резис¬ тором R1, световое табло тут же на не¬ го среагирует. Или, скажем, можно ус¬ тановить автомат вместе с малогаба¬ ритным микрофоном на самоходной модели или игрушке, а ее микроэлект¬ родвигатель включить в исполнитель¬ ную цепь вместо сигнальной лампы на¬ каливания. Несколько хлопков в ладо¬ ши или команда голосом — и модель начинает двигаться вперед. А еще как? Подумай!
404 Беседа восемнадцатая ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР Термостабилизаторами называют электронные устройства, предназначае¬ мые для автоматического поддержания заданной температуры жидкости, на¬ пример воды в аквариуме, проявителя при фотоработах, или воздуха в закры¬ том объеме, например в теплице, домаш¬ нем овощехранилище, устанавливаемом на балконе в холодное время года. Ино¬ гда их называют терморегуляторами, так как они позволяют в некоторых пре¬ делах изменять, т.е. регулировать темпе¬ ратуру жидкости или воздуха. Принцип работы большей части любительских термостабилизаторов основан на скачкообразном изменении мощности нагревательного элемента устройства в соответствии с темпера¬ турой его чувствительного датчика. В термостабилизаторе, работающем по такому принципу, нагревательный эле¬ мент, которым может быть электро¬ плитка или несколько электроламп, питающихся от электроосветительной сети, включается, как только темпера¬ тура датчика достигнет вполне опреде¬ ленного значения, и выключается при понижении температуры до заданного значения. Сам же нагревательный эле¬ мент при этом находится в одном из двух состояний: включен или выклю¬ чен, то есть работающим в релейном режиме. Схема возможного варианта термо¬ стабилизатора, работающего по такому принципу, приведена на рис. 335, а. Он полностью питается от сети переменно¬ го тока напряжением 220 В. Подогрева¬ тельный элемент подключают к разъе¬ му XI. Переменное напряжение сети выпрямляется диодным мостом VD2 и далее стабилизатором VD1R8 стабили¬ зируется до напряжения +8,2 В, необ¬ ходимого для питания микросхемы DD1 и датчика. В описываемом электронном уст¬ ройстве функцию датчика выполняет терморезистор R3 — полупроводнико¬ вый прибор, сопротивление которого по постоянному току изменяется под воздействием температуры окружаю¬ щей среды. Он и резисторы R1 и R2, со¬ единенные последовательно, образуют делитель напряжения, источником ко¬ торого является стабилизатор VD1R8. При этом на самом терморезисторе R3 происходит падение напряжения, за¬ висящее от его поминального сопро¬ тивления и окружающей температуры. Это напряжение pi управляет основой автомата — триггером Шмитта, обра¬ зованным элементами DD1.1, DD1.2 и резисторами R4, R5. Триггер Шмитта обладает двумя ус¬ тойчивыми состояниями, характеризу¬ ющимися уровнями напряжения па его выходе (вывод 4 элемента DD1.2). Пе¬ реключение же его из одного состоя¬ ния в другое происходит изменяю¬ щимся напряжением на входе, то есть напряжением, падающим на датчике. Пока температура среды, в которой датчик находится, соответствует задан¬ ной, на выходе триггера устанавлива¬ ется напряжение низкого уровня. В этом случае транзистор VT1 и тринис- тор VS1 оказываются в закрытом со¬ стоянии, а нагреватель, включенный в анодную цепь тринистора, обесточен¬ ным. Но вот температура датчика стала понижаться, его сопротивление и паде¬ ние напряжения на нем увеличиваться. При пороговом напряжении на входе триггер переключается в состояние, когда на его выходе появляется напря¬ жение высокого уровня. Теперь тран¬ зистор и трипистор открываются и тем самым включают нагреватель. Через некоторое время температу¬ ра датчика поднимется до заданного уровня, а его сопротивление и падение напряжения на нем снижаются до по¬ рога переключения триггера в исход¬ ное состояние. В результате транзис¬ тор и трипистор вновь закрываются и обесточивают нагреватель. Так, пере¬ ключаясь скачкообразно из одного со¬ стояния в другое, триггер Шмитта пе¬ риодически выключает и включает на¬ греватель и таким образом поддержи¬
Беседа восемнадцатая 405 Рис. 335. Схема термостабилизатора (я) и его печатная плата (б) вает заданную температуру воды в ак¬ вариуме или воздуха в теплице. Детали термостабилизатора, кроме резистора R1, разъема XI, выключате¬ ля SA1, которые должны быть па лице¬ вой стенке корпуса, размещай и мон¬ тируй на печатной плате из односто¬ роннего фольгированного стеклотекс¬ толита или гетинакса размерами примерно 60 х 55 мм (рис. 335, б). Три- нистор устанавливай на плате в верти¬ кальном положении, пропустив винто¬ вую часть вывода анода через отвер¬ стие в плате, и крепи гайкой. Учти: между его корпусом и кольцеобразной токонесущей площадкой на плате дол¬ жен быть надежный электрический контакт. Но, разумеется, монтаж может быть и навесным, проволочным. В та¬ ком случае опорной площадкой трини- стора может стать жестяная пластинка с отверстием под анодный вывод. Терморезистор R3 может быть лю¬ бым из серии КМТ, например КМТ-1, КМТ-4, КМТ-24 или ММТ-6. Его можно
406 Беседа восемнадцатая поместить в стеклянную пробирку и герметизировать эпоксидной смолой. Мощность нагревателя не должна превышать 200 Вт. Температуру, при которой триггер Шмитта должен срабатывать, устанав¬ ливай переменным резистором R1. Точность поддержания заданной тем¬ пературы во многом определяется раз¬ ницей между уровнями напряжения переключения триггера из одного со¬ стояния в другое устойчивое состоя¬ ние, т.е. его гистерезиса. Эту разницу между напряжениями переключения триггера можно изменять подбором резистора R4. Но сопротивление этого резистора не должно быть меньше 10 кОм, так как излишне малый гисте¬ резис триггера Шмитта может привес¬ ти к неустойчивой работе термостаби¬ лизатора. Между прочим, этот вариант тер¬ мостабилизатора несложно превратить в автомат уличного освещения. Для этого надо лишь терморезистор заме¬ нить фоторезистором, например ФС- К, или фотодиодом ФД-1, ФД-2 или ФД-3, подключив вывод его катода к точке соединения резисторов R2 и R4. Попробуй! ЭЛЕКТРОННЫЙ СТОРОЖ Простейшее сторожевое устройст¬ во можно смонтировать по схеме, при¬ веденной на рис. 336, а. Это опять-таки знакомое тебе электронное реле на транзисторе VT1, между базой и эмит¬ тером которого (зажимы XI и Х2) вклю¬ чен охранный шлейф. Этот шлейф, обозначенный на схеме волнистой ли¬ нией, представляет собой медный про¬ вод диаметром 0,1...0,12 мм, например ПЭВ-1 0,1, протянутый вдоль границы охраняемого объекта. Его сопротивле¬ ние небольшое — всего 1,5...2 Ом на по¬ гонный метр. Поэтому можно считать, что база транзистора соединена с эмит¬ тером непосредственно. Следователь¬ но, пока шлейф цел, транзистор за¬ крыт. Но вот кто-то, может быть собака, желая попасть на охраняемую террито¬ рию, оборвала шлейф. При этом на базе транзистора оказывается отрицатель¬ ное напряжение (подаваемое через ре¬ зистор R1), транзистор открывается, электромагнитное реле К1 срабатывает и его контакты К1.1, замыкаясь, вклю¬ чают сигнализацию — электрозвонок, сирену или просто электролампу, пита¬ ющуюся от электросети. Вот, собственно, и все, что можно сказать о принципе работы такого сто¬ рожа. Сопротивление резистора R1 за¬ висит от сопротивления шлейфа и ко¬ эффициента передачи тока h213 исполь¬ зуемого транзистора. Его надо подо¬ брать таким, чтобы без подключенного шлейфа надежно срабатывало электро¬ магнитное реле. Рис. 336. Сторожевые устройства С технической точки зрения наи¬ больший интерес представляет сто¬ рожевое устройство, схему которого ты видишь на рис. 336, б. Защитный шлейф этого устройства состоит из двух сложенных вместе тонких изоли¬ рованных проводов (ПЭВ-1 0,1...0,12), оканчивающихся резистором R3. Дру¬ гим концом он через зажимы XI и Х2 включен в эмиттерную цепь транзисто-
Беседа восемнадцатая 407 pa VT1. Этот транзистор совместно со сторожевым шлейфом и другими отно¬ сящимися к нему деталями образуют генератор электрических колебаний частотой около 50 кГц. Эти колебания через конденсатор С 4 поступают на ба¬ зу транзистора VT2, усиливаются им и через конденсатор Сб подаются к вы¬ прямителю на диодах VD 1 и VD2, вклю¬ ченных по схеме умножения выходно¬ го напряжения. Выпрямленное напря¬ жение в отрицательной полярности по¬ ступает через резистор R4 па базу того же транзистора VT2, резко уменьшает отрицательное напряжение смещения и, таким образом, закрывает его. Это дежурный режим работы уст¬ ройства, при котором потребляемый им ток от батареи питания пе превыша¬ ет 2...3 мА. Такое состояние устройства сохраняется, пока шлейф пе повреж¬ ден. При обрыве одного из проводов шлейфа цепь питания транзистора VT1 будет разорвана, а генерация сорвана. При этом резко увеличится отрица¬ тельное напряжение па базе транзис¬ тора VT2, подаваемое па нее через ре¬ зистор R5, транзистор откроется, реле К1 сработает и его контакты К1.1 вклю¬ чат систему сигнализации. То же про¬ изойдет и при замыкании проводов шлейфа. В этом случае эмиттер транзи¬ стора VT1 окажется соединенным с об¬ щим (плюсовым) проводником цепи питания непосредственно, режим его работы нарушится, из-за чего генера¬ ция сорвется и контакты К 1.1 реле включат сигнализацию. В таком сторожевом устройстве на¬ до использовать транзисторы с коэф¬ фициентом h213 не менее 50, причем транзистор ГТ403 можно заменить лю¬ бым другим транзистором средней мощности структуры р-п-р, например ГТ402, П601. Электромагнитное реле К1 — с обмоткой сопротивлением 200...250 Ом, например РСМ-1 (паспорт Ю.171.81.43) или аналогичное другое, срабатывающее при напряжении не более 9 В. Дроссель L1 самодельный. Он состоит из 650...670 витков провода ПЭВ-1 0,1, намотанных па каркасе диа¬ метром 10... 12 мм между щечками, при¬ клеенными к каркасу па расстоянии 20 мм одна от другой. Резистор R5 надо подобрать таким, чтобы при срыве генерации первого каскада устройства реле четко сраба¬ тывало, а во время генерации отпуска¬ ло якорь. КОДОВЫЕ ЗАМКИ Замки с «секретом» в виде закоди¬ рованного набора цифр известны дав¬ но. Механические замки такого типа ты, конечно, видел — они продаются в хозяйственных магазинах. Кодовые замки широко используются для авто¬ матических камер хранения вещей на железнодорожных вокзалах, в аэро¬ портах, в подъездах домов. Вообще же кодовые замки могут быть как электро¬ механическими, так и электронными. Исполнительным механизмом кодово¬ го замка может служить электромаг¬ нит, подвижный сердечник которого механически связан с защелкой двер¬ ного замка. Замок с секретом. Схема наиболее простого электромеханического кодо¬ вого замка показана на рис 337. Здесь Y1 — тяговый электромагнит, SB1 — SB6 — кнопочные переключатели, V7 Рис. 337. Электромеханический кодовый замок
408 Беседа восемнадцатая Рис. 338. Схема кодового замка с емкостной «памятью» SA1—SA5 — тумблеры. Пульт кнопок, с помощью которых можно отвести ри¬ гель дверного замка, находится с на¬ ружной, а тумблеры SA1— SA5 кодиро¬ вания замка — с внутренней стороны двери. Чтобы электромагнит сработал и таким образом позволил открыть дверь, надо знать код замка и с учетом этого шифра одновременно нажать со¬ ответствующие ему кнопки. Набор (установку) кода замка про¬ изводят переводом контактов несколь¬ ких тумблеров из положения а в поло¬ жение б. На рис. 337 в положение б пе¬ реведены тумблеры SA2 и SA5, значит, для этого случая код замка будет 2 и 5. И если ты, зная этот код, нажмешь одно¬ временно кнопки SB2 и SB5, то цепь пи¬ тания электромагнита окажется замкну¬ той, электромагнит сработает и его сер¬ дечник, втягиваясь в обмотку, оттянет ригель замка — дверь можно открывать. А если кроме этих двух кнопок на¬ жать еще какую-то кнопку? Эта третья кнопка разорвет цепь питания замка, и электромагнит не сработает. А если од¬ новременно нажать все кнопки? Если код тот же, то ничего не получится. Трудность подбора нужного кода при попытке угадать его возрастет с увеличением числа кодирующих тумб¬ леров и кнопок замка. Если число тумб¬ леров и кнопок увеличить до десяти, то для расшифровки кода замка надо пе¬ ребрать более тысячи вариантов. Одна¬ ко и при пяти кнопках (32 варианта) код замка не так-то легко расшифровать. А если придет человек, не знающий код замка? Для него есть кнопка SB6 «Вызов». Если ее нажать, в помещении зазвенит звонок НА1. Но тебя как радиолюбителя дол¬ жен, видимо, интересовать электрон¬ ный кодовый замок. Ну что же, предлагаю для повторе¬ ния два варианта такого замка. С емкостной «памятью». Такой ва¬ риант кодового замка (рис. 338) состо¬ ит из трех оксидных конденсаторов С1—СЗ разной емкости, являющихся его «памятью», четырех диодов VD1— VD4, транзистора VT1 с электромаг¬ нитным реле К1 в эмиттерной цепи, се¬ ми кнопок SB1—SB7, шесть из которых входят в пульт управления замком, и тягового электромагнита Y1, сердечник которого механически связан с риге¬ лем дверного замка. Штепсельные разъемы XI—Х6 образуют кодировоч- ный узел замка. Кодирование осуще¬ ствляется изменением порядка под¬ ключения кнопок пульта управления к
Беседа восемнадцатая 409 штепсельным разъемам этого узла. Для питания замка используется двухполу- периодный выпрямитель с выходным напряжением 24 В. Исходное состояние элементов замка: контакты кнопок SB1—SB6 ра¬ зомкнуты, транзистор закрыт, так как его база через нормально замкнутые контакты кнопки SB7 соединена с плю¬ совым проводником источника пита¬ ния, а его коллекторный резистор R1 и резистор R2 в общей минусовой цепи, соединенный через нормально замкну¬ тые контакты К 1.2 реле К1, образуют делитель напряжения. В точке соеди¬ нения резисторов делителя Rl, R2 на¬ пряжение должно быть около 10 В. Код замка трехзначпый. Первая цифра кода соответствует номеру кнопки, подключенной к гнездовой ча¬ сти штепсельного разъема XI, вто¬ рая — номеру кнопки, подключенной к гнездовой части разъема Х2, третья — номеру разъема ХЗ. Показанный на схеме порядок подключения кнопок SB1—SB3 к кодировочпому узлу соот¬ ветствует коду 123. Незадействовап- ные в коде кнопки SB4—SB6 подключе¬ ны (в любом порядке) к гнездовым час¬ тям разъемов Х4—Х6. Чтобы замок от¬ крыть, надо последовательно и только в порядке установленного кода нажать кнопки SB1—SB3, а затем кнопку SB7. Если ошибок пет, то сработает электро¬ магнит и дверь можно будет открыть. При нажатии кнопок, соответству¬ ющих установленному коду, конденса¬ торы С1—СЗ кодового замка заряжа¬ ются напряжением, поступающим па них с делителя Rl, R2. Емкости конден¬ саторов и сопротивления резисторов делителя подобраны так, что при нажа¬ тии первой кнопки кода конденсатор С1 заряжается до 0,85 части этого на¬ пряжения (примерно 8,5 В), при нажа¬ тии второй кнопки кода до такого же напряжения заряжается конденсатор С2, а при нажатии третьей кнопки кода конденсатор СЗ заряжается до полного напряжения, снимаемого с делителя Rl, R2 (около 10В). После правильного набора кода суммарное напряжение на последовательно соединенных конден¬ саторах памяти составит 2,6 части это¬ го напряжения, т.е. примерно 27 В. Ес¬ ли теперь нажать кнопку SB7, то все это напряжение через диод VD4 будет подано в отрицательной полярности на базу транзистора VT1 и откроет его. Одновременно сработает реле К1, его контакты К 1.3 включат питание элект¬ ромагнита, контакты К 1.2 переключат резистор R1 па базу транзистора (что¬ бы поддерживать его в открытом со¬ стоянии), а контакты К1.1, замыкаясь, через себя, диоды VD1—VD3 и резис¬ тор R2 разрядят конденсаторы С1—СЗ. При отпускании кнопки SB7 база тран¬ зистора вновь окажется соединенной с плюсовым проводником цепи питания. Транзистор при этом закроется, элект¬ ромагнитное реле отпустит якорь и ус¬ тройство в целом примет исходное со¬ стояние. Если конденсаторы памяти имеют небольшие токи утечки, то на¬ пряжение на них, достаточное для сра¬ батывания реле, электромагнита и от¬ крывания двери, сохраняется не менее 3 мин. Это позволяет в случае ошибки, допущенной при наборе кода, нажать па одну из кнопок, не участвующих в коде, чтобы разрядить конденсаторы и вновь правильно набрать код. В момент нажатия кнопки SB7 сум¬ марное напряжение на конденсаторах памяти обязательно должно быть боль¬ ше удвоенного напряжения, снимаемо¬ го с делителя Rl, R2, и больше напряже¬ ния срабатывания электромагнитного реле К1. При неполном наборе кода, например при нажатии только первой и третьей закодированных кнопок, это напряжение не превысит удвоенного напряжения делителя, что окажется недостаточным для срабатывания зам¬ ка. Оно будет мало и в том случае, если закодированные кнопки нажимать не в той последовательности. А если при по¬ пытке подбора кода будет нажата хотя бы одна из незакодированпых кнопок, заряженные конденсаторы тут же раз¬ рядятся через диоды VD1 —VD3.
410 Беседа восемнадцатая Рис. 339. Монтаж деталей электронной части (а) и конструкция электромагнита (б) кодового замка Конструкция этого варианта кодо¬ вого замка показана на рис. 339, а. Все детали, кроме кнопок, смонтированы на гнездовой части штепсельного разъ¬ ема, являющейся одновременно и ко- дировочной колодкой замка. Штеп¬ сельная часть этого разъема распилена поперек на части, образующие двухпо¬ люсные штепсельные вилки разъемов XI—Хб. Для замка использованы: транзис¬ тор с коэффициентом h213 не менее 20; электромагнитное реле типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.163); конденсаторы С1 и СЗ — К53-1, СЗ — ЭТО (можно за¬ менить конденсатором К50-6); резисто¬ ры R1 и R2 — МАТ; кнопки — микро¬ выключатели КМ1-1. Транзистор МП26 можно заменить аналогичным ему транзистором МП25, диоды Д220 — диодами Д219 с любым буквен¬ ным индексом. Кнопки могут быть лю¬ бой конструкции, в том числе само¬ дельными. Электромагнит сделан из низкочас¬ тотного дросселя фильтра выпрямителя лампового радиоприемника (или теле¬ визора). Обмотка дросселя должна иметь сопротивление постоянному то¬ ку 20...25 Ом. Конструкция предельного магнитопровода дросселя (без каркаса с обмоткой) показана на рис. 339, б. Па¬
Беседа восемнадцатая 411 кет Ш-образных пластин распилен по штриховым линиям. Его средняя часть используется как якорь 6, а боковые ча¬ сти и набор замыкающих пластин — в качестве магнитопровода 1 тягового электромагнита. Части магнитопровода скреплены вместе с помощью металли¬ ческих накладок и заклепок. Чтобы внутри каркаса с обмоткой, находя¬ щейся в магнитопроводе, якорь мог пе¬ ремещаться без заметного трения, в его наборе на 4-5 пластин меньше, чем в на¬ боре магнитопровода. Якорь электро¬ магнита соединяют с ручкой ригеля 4 дверного замка 3 тягой 5 из двух скле¬ панных вместе полос листовой стали толщиной 0,5... 1 мм. Магнитопровод вместе с обмоткой крепят на стальной пластине 2 толщиной 2...2,5 мм, кото¬ рую подкладывают под дверной замок и вместе с ним укрепляют на двери. Та¬ кой электромагнит при включении по¬ требляет ток около 1 А. На такой ток должны быть рассчитаны и диоды вы¬ прямителя, питающего этот вариант ко¬ дового замка. Налаживание замка сводится к под¬ бору резистора R2. Его сопротивление должно быть таково, чтобы при пра¬ вильно набранном коде создающееся на нем падение напряжения заряжало конденсаторы памяти до напряжения четкого срабатывания электромагнит¬ ного реле. В то же время при нажатии только двух кнопок, соответствующих первой и третьей цифрам установлен¬ ного кода, реле не должно срабатывать. Для выпрямителя потребуется трансформатор мощностью 40...50 Вт, понижающий напряжение электроо¬ светительной сети до 17... 18 В при токе не менее 1 А. После двухполупериодно- го выпрямления напряжения вторич¬ ной обмотки и сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на элек¬ тронной части замка будет 24...25 В. О расчете самодельного сетевого транс¬ форматора блока питания я рассказы¬ вал в десятой беседе. Диоды выпрямителя, включаемые по мостовой схеме, могут быть серий КД202, КД206, Д242, Д243. Можно так¬ же использовать выпрямительный блок средней мощности КЦ402 или КЦ403 с буквенными индексами А—Е, что упро¬ стит монтаж выпрямителя. Оксидный конденсатор, сглаживающий пульса¬ ции выпрямленного напряжения, мо¬ жет быть емкостью 500... 1000 мкФ на номинальное напряжение 50 В. В футляре электронной части, сде¬ ланном из толстой фанеры, обязатель¬ но надо предусмотреть отверстие, при¬ крываемое крышкой или дверцей, не¬ обходимое для доступа к кодировочной колодке при смене кода. Кодовые кнопки могут быть любыми. Важно лишь, чтобы их контакты надежно за¬ мыкались и размыкались без заеданий. Монтировать их желательно на одной общей планке и прикрыть сверху за¬ щитным кожухом с отверстиями про¬ тив нажимных кнопок. Вообще же конструкция этого ва¬ рианта кодового замка может быть иной — все зависит от имеющихся де¬ талей, творческой смекалки конструк¬ тора и, кроме того, от того, где предпо¬ лагается его устанавливать. В любом случае электронную часть замка вмес¬ те с кодировочной колодкой и выпря¬ мителем надо смонтировать на одной общей плате подходящих размеров. Гнездовой частью кодировочной ко¬ лодки могут служить ламповые панель¬ ки, а штырьковыми частями разъе¬ мов — объединенные попарно отрезки медной луженой проволоки. Общее число разъемов и кнопок может быть не шесть, а больше, что значительно ус¬ ложнит попытку подбора кода. Ты правильно поступишь, если сна¬ чала подберешь все необходимые ра¬ диодетали, сделаешь тяговый электро¬ магнит и, если надо, трансформатор выпрямителя, смонтируешь и испыта¬ ешь электронную часть на макетной панели и только после этого присту¬ пишь к окончательной сборке кодового замка. Если подобранный трансформа¬ тор окажется массивным, то блок пита¬ ния в виде самостоятельной конструк¬
412 Беседа восемнадцатая Рис. 340. Кодовый замок на D-триггерах ции нужно укрепить на стене возле дверного проема и соединить его двух¬ проводным гибким кабелем с элек¬ тронной частью и электромагнитом, размещенными на внутренней стороне двери. На цифровой микросхеме. А в этом варианте кодового замка (рис. 340) ра¬ ботают D-триггеры DD1.1 и DD1.2 мик¬ росхемы К155ТМ2, два п-р-п транзис¬ тора VT1, VT2 и тринистор VD2, управ¬ ляющий тяговым электромагнитом Y1. Электромагнит может сработать и втя¬ нуть ригель дверного замка лишь тогда, когда откроется тринистор и через об¬ мотку электромагнита потечет ток, вы¬ прямленный тринистором. Но чтобы тринистор открылся, оба транзистора, соединенные между собой последова¬ тельно, должны быть в открытом состо¬ янии, что может быть лишь тогда, когда на базы транзисторов будут поданы од¬ новременно напряжения высокого уровня. Во всех других случаях транзи¬ сторы будут закрыты, электромагнит обесточен и дверь открыть не удастся. Рассмотрим действие элементов и кодового замка в целом. В исходном состоянии контакты всех кнопок и выключателя SA1 «Сброс» разомкнуты, триггер DD1.1 находится в единичном состоянии (на прямом выходе напряжение высокого уровня, на инверсном — низкого), а триггер DD1.2, наоборот, в нулевом (на прямом выходе напряжение низкого уровня), транзисторы закрыты (хотя на базе транзистора VT2 действует напря¬ жение высокого уровня), тринистор VD2 тоже закрыт и обмотка электро¬ магнита Y1 обесточена. Код замка трехзначный, например 123. Это зна¬ чит, что первой надо нажать закодиро¬ ванную кнопку SB1, второй — кнопку SB2, третьей — кнопку SB3. При другом порядке или нажатии на любую из не- закодированных кнопок (SB7—SB 10) замок не сработает. Нажатием на кнопку SB1, соответ¬ ствующую первой цифре кода, триггер DD1.1 переключается в единичное со¬ стояние. При этом уровень напряже¬ ния на базе транзистора VT1 становит¬ ся низким, а на входе D-триггера DD1.2 — высоким. Триггер же DD1.2 сохраняет нулевое состояние. При нажатии на кнопку SB2 (вто¬ рая цифра кода) триггер DD1.2 пере¬ ключается в единичное состояние, в результате чего на базе транзистора VT2 появляется напряжение высокого уровня. Но транзисторы не открыва¬ ются, потому что на базе транзистора VT2 в это время низкое напряжение При нажатии на кнопку SB3 (третья цифра кода) триггер DD1.2 сохраняет
Беседа восемнадцатая 413 единичное состояние, а триггер DD1.1 переключается в первоначальное, т.е. нулевое состояние. Теперь на базах обоих транзисторов напряжение высо¬ кого уровня, вследствие чего они от¬ крываются сами и коллекторным то¬ ком открывают тринистор VD4. Элект¬ ромагнит при этом срабатывает и че¬ рез якорь отодвигает ригель дверного замка — дверь можно открывать. Выключатель SA1 «Сброс» пред¬ ставляет собой два контакта, которые в нормально разомкнутом состоянии смонтированы на двери. Когда дверь открывается, они замыкаются, на вхо¬ де R триггера DD1.2 появляется напря¬ жение низкого уровня, которое пере¬ ключает этот триггер в пулевое состоя¬ ние. При закрывании двери контакты SA1 вновь размыкаются и электронная часть кодового замка оказывается в ис¬ ходном, ждущем режиме работы. А если ошибочно или не зная кода будет нажата иезакодировапная кноп¬ ка? Попробуй разобраться, как па это среагирует замок. Предположим, по¬ сле закодированной кнопки SB1 будет нажата любая из незакодированных (SB4—SB 10). При этом напряжение низкого уровня будет подано через ди¬ од VD1 на вход R триггера DD1.1 и он переключится в исходное (нулевое) со¬ стояние. Если же и вторая цифра кода будет набрана правильно, а за ней не¬ правильная, то напряжение низкого уровня будет подано непосредственно на вход R второго триггера и он вернет¬ ся в нулевое состояние. Как видишь, открыть дверь удастся только при пра¬ вильном последовательном нажатии закодированных кнопок замка. Для смены кода замка надо лишь изменить порядок подключения к кнопкам проводников, идущих к ним от входов триггеров и соответствую¬ щих им резисторов Rl—R3. Питать электронную часть замка можно от любого двухполупериодного выпрямителя с выходным напряжени¬ ем 5 В. Тяговый электромагнит должен быть рассчитан на работу при сетевом напряжении 127 В, т.е. почти вдвое меньшем, чем 220 В. Объясняется это тем, что через тринистор, работающий в открытом состоянии как диод, и об¬ мотку электромагнита ток протекает только во время одного полупериода сетевого напряжения. Подойдет такой же электромагнит, как в кодовом замке первого варианта, если последователь¬ но с его обмоткой включить резистор, ограничивающий ток в ней до 1 А. Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми из серий МП35—МП37, КТ315, тринистор VD2 серии КУ201 или КУ202 с буквенными индексами Л —Н. Пульт кнопок (SB1—SB 10) любой конструкции размещай с наружной сто¬ роны двери, а электронную часть замка, смонтированную па плате небольших размеров, на внутренней стороне про¬ тив пульта кнопок управления замком, Контактные пластинки выключате¬ ля SA1 вырежь из топкой листовой бронзы. Чтобы они лучше пружинили, отгортуй их ударами молотка па нако¬ вальне. При подключении устройства к се¬ ти необходимо проследить, чтобы нуле¬ вой ее провод соединялся с общим «за¬ земленным» проводником цепи пита¬ ния электронной части кодового замка. Где наиболее целесообразно уста¬ новить кодовый замок? Лучше всего, пожалуй, иа двери комнаты, где зани¬ мается технический кружок. Это, во- первых, интересно и, во-вторых, удоб¬ но — каждый кружковец, зная код на день занятия, входит в комнату, не от¬ влекая от дела других. АВТОМАТЫ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ С подобными устройствами, созда¬ ющими световые эффекты, тебе уже приходилось иметь дело. Когда? На¬ пример, в девятой беседе, когда ты экс¬ периментировал с генератором свето¬ вых импульсов (рис. 162, б), или в пят¬ надцатой, когда знакомился с практи-
414 Беседа восемнадцатая Рпс. 341. Автомат, создающий эффект «бегу¬ щая тень», и графики, поясняющие работу ус¬ тройства кой использования мультивибратора для имитации мигания глаз «Кота-ла- комки» (рис. 256). Да, это тоже автома¬ ты световых эффектов. Такие или аналогичные им устрой¬ ства радиолюбители широко использу¬ ют для иллюминации различных аттрак¬ ционов, декоративных масок, для укра¬ шения елок на новогодних праздниках. Основой таких автоматов часто служат триггеры цифровых микросхем, управ¬ ляемые импульсами тактовых генерато¬ ров. Переключаясь из одного логичес¬ кого состояния в другое, триггеры вы¬ ходными сигналами управляют цепями питания нескольких ламп накаливания (или гирлянд), которые и создают заду¬ манные световые эффекты. Предлагаю для опытной проверки несложный автомат, создающий эф¬ фект «бегущая тень» (рис. 341, а). Он состоит из генератора импульсов на элементах DD1.1 и DD1.2, счетных D- триггеров DD2.1 и DD2.2, логических элементов 2И-НЕ микросхемы DD3 и транзисторов VT1 — VT4 с лампами на¬ каливания ELI — EL4 в коллекторных цепях. Подстроечным (или перемен¬ ным) резистором R1 можно плавно из¬ менять частоту тактового генератора в пределах 1...2 Гц. D-триггеры микросхемы К155ТМ2 (DD2), соединенные между собой по¬ следовательно, образуют двоичный счетчик импульсов, поступающих на его вход от генератора. В итоге на вы¬ ходе первого триггера частота импуль¬ сов оказывается меньшей вдвое, а на выходе второго — вчетверо. Элементы 2И-НЕ микросхемы DD3, работающие как дешифраторы логических состоя¬ ний триггеров счетчика, формируют сигналы, включающие в определенном порядке лампы накаливания. Лампа ELI, например, загорается лишь тогда, когда на выходе элемента DD3.1 (вы¬
Беседа восемнадцатая 415 вод 3) появляется напряжение высоко¬ го уровня, которое открывает транзис¬ тор VT1. В таком состоянии этот логи¬ ческий элемент может оказаться толь¬ ко при низком уровне напряжения на одном из его входов, т.е. в те промежут¬ ки времени, когда один из триггеров находится в нулевом состоянии. Когда же оба триггера находятся в единич¬ ном состоянии, на выходе элемента DD3.1 будет напряжение низкого уров¬ ня, транзистор VT1 окажется закры¬ тым, а лампа ELI — погашенной. Работу автомата в целом проанали¬ зируем по графикам, приведенным на рис. 341, б. Считаем, что в начальный момент после включения питания D- триггеры счетчика оказались в нуле¬ вом состоянии. Следовательно, загора¬ лись лампы ELI — 3, потому что в это время на выходных выводах 3, 6 и 8 эле¬ ментов микросхемы DD3 появились на¬ пряжения высокого уровня, которые открыли транзисторы VT1—VT3. Первый импульс генератора своим фронтом переключил триггер DD2.1 в единичное состояние. Сразу же пере¬ ключился в аналогичное состояние и триггер DD2.2. Поэтому лампа ELI по¬ гасла (на выводе 3 элемента DD3.1 по¬ явился низкий уровень напряжения) и загорелась лампа EL4 (на выводе 11 эле¬ мента DD3.4 — высокий уровень на¬ пряжения). Второй импульс переклю¬ чил триггер DD2.1 в пулевое состояние (триггер DD2.2 остался в единичном). Теперь гаснет лампа EL2, а остальные горят. Третий импульс переключает первый триггер в единичное состоя¬ ние, а второй — в пулевое. Значит, гас¬ нет лампа EL3, а остальные горят. При четвертом импульсе оба триггера счет¬ чика оказываются в нулевом состоя¬ нии и гаснет лампа EL4. Начиная с пятого (затем с девятого, тринадцатого и т д.) импульса, появля¬ ющегося на входе двоичного счетчика, описанный цикл работы автомата по¬ вторяется. И если лампы расположены гирляндой, гаснущие лампы будут со¬ здавать эффект «бегущей тени». С таким автоматом можно полу¬ чить и эффект «бегущего огня», если между выходами элементов DD3.1 — DD3.4 и соответствующими им ограни¬ чительными резисторами R2 — R5 включить инверторами элементы еще одной микросхемы К155ЛАЗ (подобно элементу DD1.3). Тогда при каждом цикле работы автомата станет вспыхи¬ вать лишь одна лампа, и свет будет «бе¬ жать» по цепочке ламп. Скорость пере¬ мещения света тем больше, чем выше частота тактового генератора. Небольшую елочку на празднич¬ ном столе можно украсить нескольки¬ ми гирляндами из разноцветных свето¬ диодов, коммутировать (переключать) Рис. 342. Светодиоды на новогодней елке
416 Беседа восемнадцатая которые будет автомат, собранный по схеме на рис. 342. В нем функцию ком¬ мутатора выполняет микросхема К155ИЕ7 (DD2), представляющая собой реверсивный двоичный счетчик, то есть способный считать входные им пульсы как при прямом, так и обратном счете. В этом автомате микросхема ра¬ ботает в режиме прямого счета. Тактовый генератор, управляющий счетчиком DD2, собран на логических элементах DD1.1—DD1.3 микросхемы К155ЛАЗ. Частота следования генериру¬ емых им импульсов зависит от емкости конденсатора С1 и сопротивления рези¬ стора R1 При указанных на схеме номи¬ налах этих деталей частота следования импульсов генератора близка к 5 Гц. С вывода 8 микросхемы, являюще¬ гося выходом тактового генератора, импульсы поступают на счетный вход +1 (вывод 5) счетчика DD2. При этом на выходах 1, 2, 4 и 8 (выводы 3, 2, 6 и 7 соответственно) возникают сигналы низкого и высокого уровня, которые заставляют светодиодные гирлянды за¬ гораться и гаснуть в соответствии с по¬ следовательностью двоичного кода. В принципе микросхема К155ИЕ7 автомата в режиме прямого счета рабо¬ тает так же, как счетчик К155ИЕ2, зна¬ комый тебе по предыдущей беседе (см. рис. 306), а светодиоды гирлянд, загора¬ ясь и погасая при каждом входном им¬ пульсе, индицируют логическое состоя¬ ние счетчика DD2. Так, например, когда на его выходе 1 (вывод 3) напряжение высокого уровня, горит гирлянда, обра¬ зованная светодиодами HL1 и HL2, а гирлянда из светодиодов HL9 и HL10, подключенная (через резистор R2) к то¬ му же выходу счетчика, не горит. И на¬ оборот, когда на этом выходе счетчика сигнал низкого уровня, то загорается вторая из этих гирлянд, а первая гаснет. Аналогично работают остальные пары гирлянд. В результате создается впечат¬ ляющая картина хаотического мерца¬ ния на елке разноцветных огоньков. Микросхемы автомата и подключа¬ емые к нему гирлянды питаются от об¬ щего источника постоянного тока на¬ пряжением 4,5...5 В. Таким источником может быть батарея, составленная из трех гальванических элементов 373 или 343, но лучше, с экономической точки зрения — сетевой блок питания с соот¬ ветствующим выходным напряжением при токе нагрузки не менее 100 мА (од¬ новременно могут зажигаться две, три и даже все четыре гирлянды). Возможен иной подбор светодио¬ дов, чем указанный на схеме автомата. Но оба светодиода каждой гирлянды должны быть на прямой ток одного значения. Соответственно используе¬ мым светодиодам подбирают токоогра- пичительные резисторы R2—R5. При безошибочном монтаже авто¬ мат налаживания не требует. Для иллюминации новогодней елки даже средних размеров желателен ав¬ томат, коммутирующий несколько гир¬ лянд, к тому же более мощных, чем со¬ ставленные из миниатюрных ламп на¬ каливания или светодиодов. Схему воз¬ можного варианта такого автомата световых эффектов можно построить по схеме, показанной на рис. 343. Здесь ELI и EL2 символизируют две гирлян¬ ды ламп, рассчитанные на работу от электроосветительной сети напряже¬ нием 220 В. Они могут быть готовыми (продают в магазинах культтоваров) или самодельными мощностью до 500 Вт каждая. Автомат образуют два генератора импульсного напряжения, узел совпа¬ дения сигналов генераторов, тринис- торные выключатели и блок питания. Блок питания гирлянд представляет со¬ бой бестрансформаторный двухполу- периодный выпрямитель на мощных диодах, рассчитанный на ток, потреб¬ ляемый гирляндами, до 3 А. Автомат работает в двух режимах: как периодический переключатель гир¬ лянд и переключатель с одновремен¬ ным прерыванием («миганием») свече¬ ния гирлянд. Тактовый генератор, задающий час¬ тоту переключения гирлянд, собран по
Беседа восемнадцатая 417 Рис. 343. Коммутатор елочных гирлянд схеме симметричного мультивибратора на логических элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы К155ЛАЗ (DD1). Длитель¬ ность периода генерируемых им коле¬ баний около 4 с. Частоту следования им¬ пульсов можно изменять в небольших пределах переменным резистором R3. Сигналы генератора, снимаемые с его выходов (выводы 3 и 6 элементов), по¬ ступают на входы узла совпадения, об¬ разованного элементами DD2.1 и DD2.2 микросхемы К155ЛИ5 (DD2). Что представляет собой микросхе¬ ма К155ЛИ5 ? В ней два логических эле¬ мента 2И с открытым коллекторным выходом, т.е. без нагрузочных элемен¬ тов в коллекторных цепях выходных транзисторов. В описываемом автома¬ те функцию их нагрузок выполняют резисторы: для элемента DD2.1 — рези¬ стор R7, для элемента DD2.2 — резис¬ тор R8. Логика же действия элемента 2И такова: напряжение высокого уров¬ ня на его выходе появляется лишь тог¬ да, когда сигналы такого же уровня бу¬ дут поданы на оба его входа. При работе автомата в первом ре¬ жиме второй его генератор, собранный на элементах DD1.3 и DD1.4, не работа¬ ет (контакты выключателя замкнуты). В это время на выводе 11 элемента DD1.4, а значит, и на выводе 2 элемента DD2.1 и выводе 12 элемента DD2.2 узла совпадения действует напряжение вы¬ сокого уровня. В это же время на вто¬ рые входные выводы элементов узла совпадения поочередно поступают им¬ пульсы от первого генератора и изме¬ няют их электрическое состояние. Ког¬ да импульс генератора оказывается на выводе 1 элемента DD2.1 (в это время па выводе 13 элемента DD2.2 напряже¬ ние низкого уровня), на его выходном выводе 5 появляется напряжение высо¬ кого уровня, которое подается на уп¬ равляющий электрод тринистора VD1 и открывает его — загорается гирлянда ELI. При следующем периоде колеба¬ ний тактового генератора гирлянда ELI гаснет, а гирлянда EL2 горит. При размыкании контактов вы¬ ключателя SA1 начинает работать и второй генератор. Генерируемые им импульсы с частотой следования около 1 Гц поступают на вторые входы эле¬ ментов узла совпадения, в результате чего с такой же частотой начинает ми¬ гать включенная в это время гирлянда. Частоту мигания ламп гирлянд можно регулировать переменным резистором R7 второго генератора автомата. Тринисторы могут быть серии КУ202 с буквенными индексами К, Л, М, Н (обратное напряжение не менее 300 В). В крайнем случае — КУ201К или КУ201Л, но тогда максимальный ток, по¬ требляемый каждой из гирлянд, не дол¬ жен превышать 2 А. В выпрямителе мо¬ гут работать диоды серий Д245, Д246 с буквенными индексами А, Б; КД202И, а 14 >дк >1
418 Беседа восемнадцатая Рис. 344. Игровой автомат «Кто быстрее» также выпрямительные блоки КЦ409В, КЦ409Г. Для питания микросхем желательно использовать стабилизированный ис¬ точник с выходным напряжением 5 В. Для елочных гирлянд можно исполь¬ зовать миниатюрные лампы накалива¬ ния КМ12-90, МН13,5-0,16, МН26-0,12, соединяя их последовательно. В гирлян¬ де, рассчитанной на работу от сети на¬ пряжением 220 В, должно быть 18—20 ламп КМ 12-90, 13—15 ламп МН13,5-0,16 или 8—10 ламп МН26-0Д2. Мощность первой из них будет около 20 Вт, вто¬ рой — 35, третьей — 25 Вт, что значи¬ тельно меньше мощности, на которую рассчитан автомат. Следовательно, в анодную цепь каждого из его тринисто- ров можно включать не одну, а несколь¬ ко таких гирлянд, соединив их между со¬ бой параллельно. Если суммарная мощность гирлянд превысит 500 Вт, тринисторы придется установить на теплоотводящие радиа¬ торы. Считаю необходимым напомнить, что этот автомат световых эффектов имеет непосредственный контакт с электросетью. Поэтому при испытании и установке его на елке будь осторож¬ ным и внимательным! Особенно тща¬ тельно должны быть изолированы все соединения в гирляндах и проводни¬ ках, подключающих автомат к электро¬ осветительной сети. ИГРОВЫЕ АВТОМАТЫ Конструирование разнообразных электронных автоматов для игр, техни¬ ческих развлечений пользуется у ра¬ диолюбителей особой популярностью. Дело это не только интересное, но и чрезвычайно полезное, потому что рас¬ ширяет круг познания радиоэлектро¬ ники. Игровые автоматы полезны и всем тем, кто ими пользуется, так как развивают реакцию, логическое мыш¬ ление, в какой-то степени приобщают к радиотехнике, электронике. Расскажу о трех игровых автома¬ тах, которые могут «прижиться» в тво¬ ем доме, стать подарком другу, попол¬ нить игротеку твоей школы. Схему первого автомата ты видишь на рис. 344. Он, по существу, состоит из двух игровых автоматов, пользоваться которыми можно как раздельно, так и совместно. Первый из них с условным названием «Красный или зеленый?» образуют генератор импульсов на логи¬ ческих элементах DD 1.1 и DD 1.2 микро¬ схемы К155ЛАЗ, JK-триггер К155ТВ1 и транзисторы VT1 и VT2 с миниатюрны¬ ми лампами накаливания ELI и EL2 в коллекторных цепях. Баллон одной из ламп покрыт светлым лаком красного цвета, баллон второй — зеленого цвета. Кнопка SB1 — пульт управления игрой. Работа этой части игрового автома¬ та и задача играющих заключается в
Беседа восемнадцатая 419 SB1 SB2 SB3 SB 4 следующем. При нажатии на кнопку SB 1, контакты которой блокируют кон¬ денсатор С1, генератор на элементах DD1.1, DD1.2 возбуждается. Частота следования импульсов, генерируемых им, определяется в основном емкостью конденсатора С1. Импульсы с выхода генератора поступают на вход С (вывод 12) триггера DD2 и своими спадами из¬ меняют его электрическое состояние на противоположное. Триггер работает в режиме счета входных импульсов, поэтому частота изменения уровней напряжения на его прямом (вывод 6) и инверсном (вывод 8) выходах меньше частоты генератора. В промежутки времени, когда на прямом выходе триггера появляется на¬ пряжение высокого уровня, открывает¬ ся транзистор VT1 и загорается лампа ELI. Транзистор VT2 в это время закрыт, поскольку на его базе низкий уровень напряжения. При напряжении высоко¬ го уровня на инверсном выходе тригге¬ ра открывается транзистор VT2 и заго¬ рается лампа EL2 в его коллекторной це¬ пи. Транзистор же VT1 в это время за¬ крывается, и лампа ELI гаснет. И так при каждом периоде импульсов генератора. При указанной на схеме емкости конденсатора С1 частота открывания транзисторов равна 12... 14 Гц. Поэтому нити накала обеих ламп, как бы мигая, светятся тускло. Но стоит отпустить кнопку SB1 и тем самым замкнуть на¬ коротко конденсатор С1, как генера¬ ция импульсов прекратится. При этом одна из ламп накаливания совсем гас¬ нет, а другая, наоборот, светится ярче. А вот какая из них — красная или зеле¬ ная — будет гореть после отпускания кнопки, заранее сказать нельзя, ведь это зависит от логического состояния, в котором окажется триггер в момент срыва генерации. Можно только га¬ дать, что, собственно, и должны делать играющие перед каждым нажатием на кнопку управления генератором. Победителем считается тот, кто большее число раз угадает цвета горя¬ щих ламп после остановки генератора автомата. Во вторую часть этого электронно¬ го устройства входят транзисторы VT3, VT4 с лампами EL3 и EL4 в коллектор¬ ных цепях и кнопочные выключатели SB2 и SB3. Они образуют простейший игровой автомат «Кто быстрее», позво¬ ляющий сравнивать скорость реакции двух играющих. Стартом соревнования может слу¬ жить заранее обусловленный корот¬ кий звуковой или световой сигнал, ко¬ торый подает судья игры. Услышав или увидев эту команду, каждый из играю¬ щих старается возможно быстрее на¬ жать кнопку на своем пульте и зажечь соответствующую лампу. Выигрывает тот, кто сделает это первым. При по¬ пытке нажать на свою кнопку второго играющего после того, как это сделал первый, его лампа не загорается. Как работает эта часть автомата? Предположим, что первой нажата кнопка SB2 в руках играющего под но¬ мером «1». При этом на базу транзис- Рис. 345. Игровой автомат «Электронный отгадчик»
420 Беседа восемнадцатая тора VT3 через замкнутые контакты этой кнопки, резистор R5 и нить накала лампы EL4 оказалось поданным поло¬ жительное напряжение батареи пита¬ ния GB1, которое открыло транзистор VT3, в результате чего загорелась лам¬ па EL3 «1». Может ли после этого вто¬ рой играющий нажать на своем пульте кнопку SB3? В принципе может, но со¬ ответствующая ему лампа EL4 не заго¬ рится. И вот почему. Напряжение на коллекторе открытого транзистора, в данном случае транзистора VT3, близ¬ ко к нулю. И если в это время нажать кнопку SB3, этого напряжения окажет¬ ся недостаточным для открывания транзистора VT4 и, конечно, лампа EL4 в его коллекторной цепи не загорится. При совместной работе с первой частью автомата стартовыми сигнала¬ ми служат цвета горящих ламп ELI и EL2. Ведущий игру называет цвет лам¬ пы, соответствующий старту соревно¬ вания, нажимает на кнопку SB 1 и через несколько секунд отпускает ее. В этом случае условие игры усложняется, по¬ тому что требуется скорость реакции на сигнал только обусловленного цве¬ та. Если кто-то из играющих нажмет свою кнопку при сигнале иного цвета, ему начисляются штрафные очки. Для питания автомата можно ис¬ пользовать выпрямитель с выходным напряжением 5 В, батарею 3336 или три элемента 373, соединив их последова¬ тельно. Сигнальные лампы ELI — EL4 — МН2,5-0,068. Можно, конечно, исполь¬ зовать лампы МН2,5-0,15, МН2,5-0,29 или МНЗ,5-0,14, но тогда транзисторы должны быть средней или большой мощности, например серий КТ602, КТ815. Следующий игровой автомат — «Электронный отгадчик». На его лице¬ вой панели наклеена таблица с четырь¬ мя колонками цифр (рис. 345, а). Под колонками находятся относящиеся к ним кнопки SB1—SB4. Играющим предлагается задумать любую цифру от 0 до 9, посмотреть, в каких колонках таблицы она встречается, затем нажать на соответствующие им кнопки и еще на кнопку ответа SB5 (рис. 345, б]. При этом в индикаторе автомата появляется задуманная играющим цифра. Основой автомата служит дешиф¬ ратор К155ИД1 (DD1) с цифровым ин¬ дикатором ИН-8-2 (HL1). Работают они так же, как аналогичные им узлы одно¬ разрядных счетчиков цифрового часто¬ томера (см. предыдущую беседу). Но в игровом автомате функцию двоичного счетчика импульсов имитируют кон¬ такты кнопок SB1—SB4. Замыкая их, играющий сам, не подозревая того, по¬ дает на входы дешифратора сигналы двоичного кода, соответствующего за¬ думанной цифре. Дешифратор преоб¬ разует его в код десятичный, который и высвечивает цифровой индикатор HL1. В чем «секрет» отгадывающего ав¬ томата? В порядке подачи на входы де¬ шифратора напряжений низкого уров¬ ня кнопками SB1—SB4. Сущность это¬ го заключается в том, что любое при¬ вычное нам десятичное число может быть представлено в двоичной фор¬ ме — в виде суммы степеней числа 2. Например: число 9 = 23 + 2°, число 7 = 22 + 21 + 2°, число 5 = 22 + 2°. В отга¬ дывающем автомате кнопке SB1 соот¬ ветствует число 8 (т.е. 23), кнопке SB2 — число 4 (22), кнопке SB3 — 2 (т.е. 21), кнопке SB4 — 1 (т.е. 2°). Таким об¬ разом, чтобы зажечь цифру 9, напря¬ жение низкого уровня надо подать на входы 4 (вывод 7) и 2 (вывод 6) дешиф¬ ратора, что достигается одновремен¬ ным замыканием контактов кнопок SB1 и SB4. Цифра 8 зажигается при на¬ жатии на одну кнопку SB 1, а цифра 5 — на кнопки SB2 и SB4. Дешифратор автомата питается от любого источника постоянного тока на¬ пряжением 4,5...5 В, а анодная цепь ци¬ фрового индикатора — от электроосве¬ тительной сети через одно-полупериод- ный выпрямитель (диод VD 1) и ограни¬ чительный резистор R5. Индикатор может быть любым другим из серии ИН, например ИН-12, ИН-14, но учти: у них цоколевка иная, чем у индикатора
Беседа восемнадцатая 421 Рис. 346. Игровой автомат «Угадай число» ИН-8-2. Но можно поступить иначе: га¬ зоразрядный индикатор заменить семи- эдементным светодиодом с общим като¬ дом, например индикатором 2АЛ304Г, АЛС320А или АЛС324Б, а дешифратор K155HA1(DD1) микросхемой К514ИД1. Получится одноразрядный цифровой индикатор, подобный рекомендованно¬ му мною в предыдущей беседе. Третий игровой автомат с условным названием «Угадай число» (рис. 346) представляет собой одноразрядный дво¬ ично-десятичный счетчик импульсов на микросхеме К176ИЕ4, совмещающей в себе десятичный счетчик с дешифрато¬ ром для вывода информации на низко¬ вольтный семисегментный индикатор (в серии К155 подобной микросхемы нет). Он считает импульсы, поступающие иа вход С (вывод 4) микросхемы DD2 от ге¬ нератора, собранного на элементах DD1.1, DD 1.2 микросхемы К176ЛА7 (она подобна знакомой тебе микросхеме К155ЛАЗ). Элемент DD1.3 этой микро¬ схемы, стоящий между выходом генера¬ тора и входом счетчика, выполняет функцию электронного клапана, управ¬ ляемого кнопочным выключателем SB 1. Пока контакты выключателя разомкну¬ ты, на входном выводе 9 элемента DD1.3 действует напряжение высокого уровня и импульсы генератора беспрепятствен¬ но проходят к счетчику. При нажатии на кнопку SB 1 на этом выводе будет напря¬ жение низкого уровня, которое закроет клапан и тем самым перекроет путь им¬ пульсам к счетчику. Индикатор при этом высветит случайную цифру, угадать ко¬ торую и предлагается участникам. Порядок игры таков. Ведущий про¬ сит играющих назвать ожидаемые ими цифры от 0 до 9, после чего нажимает иа кнопку SB1. Выигрывает тот, кто при равном числе попыток, например десяти, угадает больше цифр, высвечи¬ ваемых индикатором после остановки счетчика. Микросхемы серии К176, исполь¬ зуемые в этом игровом автомате, рас¬ считаны на напряжение источника пи¬ тания 9 В. Поэтому питать их и индика¬ тор можно от двух соединенных после¬ довательно батарей 3336. А для питания нити накала индикатора потребуется один элемент 316 или 332. Вакуумный люминесцентный индикатор серии ИН, работающий в этом игровом авто¬ мате, полезно заменить на более совре¬ менный семиэлементный светодиод¬ ный с общим катодом, например, АЛС320А. Входы которого а...д хорошо согласуются с одноименными выхода¬ ми микросхемы К174ИЕ4. При этом от¬ падает надобность в гальваническом элементе G1, упрощается монтаж и са¬ ма конструкция игрового автомата. Те приборы и устройства, о которых я рассказал тебе в этой беседе, всего лишь неболь¬ шая часть примеров обширнейшей области техники — автоматики. И разговор о ней, ее принципах и элементах не окончен — он будет продолжен в следующей беседе, посвя¬ щенной телеуправлению моделями.
БЕСЕДА ДЕВЯТНАДЦАТАЯ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЕ МОДЕЛЯМИ Этот вид радиолюбительского творчества имеет непосредственное отношение к обла¬ сти радиоэлектроники, носящей название «телемеханика». Первая часть этого слова — греческое «теле» означает по-русски «далеко». Значит, «телемеханика» — управление механизмами на расстоянии. Наиболее знакомая тебе телемеханическая система — эле¬ ктрический звонок. Нажимая кнопку, являющуюся своеобразным датчиком, ты на рас¬ стоянии управляешь электрическим звонком. А как работает автоматическая телефон¬ ная станция — АТС? Набирая диском или кнопками аппарата цифры нужного номера, ты посылаешь по проводам на станцию серии электрических импульсов, с помощью которых аппаратура АТС соединяет тебя с телефонным аппаратом собеседника. Здесь автома¬ тика сочетается с телемеханикой, а каналом связи служат провода. Надеюсь, ты видел, как работает машинист подъемного крана. Передним — пульт управления с кнопками и приборами. Нажимая кнопки, он включает электродвигатели, которые приводят в дей¬ ствие различные механизмы. Ив этом телемеханическом сооружении каналом связи слу¬ жат провода. А что было каналом связи в фотореле, знакомом тебе по предыдущей бесе¬ де? Совершенно верно: луч света, направленный на фотоэлемент или фоторезистор ав¬ томата. Но каналом связи может быть звук, ультразвук. Да, юный друг, с помощью звука тоже можно управлять механизмами, но на небольшом расстоянии. На большом расстоянии лучше всего действует радиоканал. С помощью радиоволн можно управлять, например, трактором, автомобилем, самолетом. Космические корабли без космонавтов на борту управляются только по радио. Эту область радиоэлектроники называют радиотелеме¬
Беседа девятнадцатая 423 ханикой. Сущность ее заключается в том, что передатчик командного пункта посыла¬ ет сигналы, содержащие зашифрованную информацию, которые с помощью приемника и реле, имеющихся на управляемом объекте, расшифровываются и автоматически вклю¬ чают и выключают различные его механизмы. Предлагаю тебе ознакомиться с тремя системами телеуправления моделями: светом, звуком, по радио и, конечно, проверить их в работе. Начну с управления моделью светом. МОДЕЛЬ ИДЕТ НА СВЕТ Вспомни фотореле. Его исполни¬ тельным механизмом было электромаг¬ нитное реле (см. рис. 330). А если вместо реле в коллекторную цепь транзистора второго каскада включить электродви¬ гатель, установленный на какой-либо модели, например автомобиля? Тогда при подаче светового сигнала модель будет двигаться вперед, а когда такого сигнала нет — стоять на месте. Модель станет светоуправляемой. В магазинах культтоваров есть мо¬ дели танков с дистанционным управле¬ нием. Внутри танка — два микроэлект¬ родвигателя — раздельно на каждую гу¬ сеницу и питающая их батарея. Управ¬ ление происходит путем нажатия кнопок на пульте, соединенном с моде¬ лью проводами, включающими элект¬ родвигатели. Вот такую модель я и пред¬ лагаю тебе сделать светоуправляемой. Принципиальная схема электрон¬ ной «начинки» такого танка и схема размещения в нем узлов телеуправле¬ ния показаны на рис. 347. Приемная и исполнительная части аппаратуры, ус¬ танавливаемые на модели, состоят из двух фотореле с двухкаскадными уси¬ лителями фототока. Связь между тран¬ зисторами непосредственная. В кол¬ лекторные цепи выходных транзисто¬ ров обоих блоков включены микроэле¬ ктродвигатели Ml и М2, являющиеся исполнительными механизмами моде¬ ли. Роль передатчика команд такой си¬ стемы телеуправления выполняет круглый электрический фонарь с фо¬ кусирующимся лучом света. Для питания аппаратуры использу¬ ются две батареи 3336. Батарея GB1 пи¬ тает фотореле и транзисторы VT1— VT4 первых каскадов усилителей, бата¬ рея GB2 — транзисторы выходных транзисторов VT5 и VT6 с электродви¬ гателями в их коллекторных цепях. Вы¬ ключатель SA1 — общий для цепей пи¬ тания. Рис. 347. Принципиальная схема (а) и разме¬ щение узлов аппаратуры светоуправления на модели танка (б) Каждый фотодиод и относящийся к нему усилитель фототока, обозначен¬ ные на рис. 347, б сокращенно УФ1 и
424 Беседа девятнадцатая УФ2, управляют только своим электро¬ двигателем. А именно: фотодиод VD1 — электродвигателем Ml, фотодиод VD2 — электродвигателем М2. Между фотоди¬ одами установлена светонепроницаемая перегородка, позволяющая освещать фотодиоды раздельно. Пока фотодиоды не освещены, вы¬ ходные транзисторы VT5 и VT6 закры¬ ты, электродвигатели обесточены и мо¬ дель, следовательно, стоит на месте. При освещении обоих фотодиодов, когда свет падает на модель спереди, транзисторы VT5 и VT6 открываются, начинают работать оба электродвига¬ теля и модель движется вперед на свет. Если теперь источник света сместить в сторону, чтобы освещался лишь один из фотодиодов, работать будет один электродвигатель и модель, остановив¬ шись, станет поворачиваться в сторону света. Чтобы повернуть ее в другую сторону, надо в ту же сторону перемес¬ тить источник света. Транзисторы каждого блока фото¬ реле целесообразно смонтировать на отдельных платах — для удобства раз¬ мещения в корпусе модели. Транзисто¬ ры VT1—VT4 могут быть любыми ма¬ ломощными низкочастотными или вы¬ сокочастотными, a VT5 и VT6 — любы¬ ми р-п-р транзисторами средней или большой мощности. Чем больше йх ко¬ эффициент h213, тем чувствительнее будет фотореле. Фотодиоды — ФД-1 или ФД-2. Роль фотодиода может вы¬ полнять один из р-n переходов мало¬ мощного транзистора структуры р-п-р со спиленной «шляпкой» корпуса (как у самодельного фототранзистора). Вы¬ вод базы фотодиода соединяют с плю¬ совым проводником цепи питания, а вывод эмиттера или коллектора (опре¬ дели опытным путем, добиваясь наи¬ лучшей чувствительности) — с базой транзистора фотореле. Блоки фотореле налаживай раз¬ дельно. Вначале фотодиод VD1 (в дру¬ гом блоке — VD2) замкни накоротко проволочной перемычкой, чтобы за¬ крыть транзистор VT3, а резистор R3 замени двумя соединенными последо¬ вательно постоянным резистором на 15...20 и переменным на 30...50 кОм. Плавно уменьшая общее сопротивле¬ ние этой цепочки резисторов, улови момент, когда дальнейшее уменьшение их сопротивления перестает сказы¬ ваться на частоте вращения ротора электродвигателя. Номинал резистора R3 должен быть примерно на 10% боль¬ ше сопротивления, при котором элект¬ родвигатель только-только начинает работать. Точно так же налаживай другой блок фотореле светоуправляемой мо¬ дели. ДЕШИФРАТОР Приемник светоуправляемой моде¬ ли не обладает селективными, т.е. из¬ бирательными свойствами. Он реаги¬ рует только на один командный сигнал: свет! Принял этот сигнал — модель движется, нет его — модель стоит на месте. Иное дело приемники звуко- и ра¬ диоуправляемых моделей, о которых пойдет разговор в этой беседе. Они должны реагировать на несколько раз¬ ных по частоте сигналов и четко разли¬ чать их. Эту функцию в дешифраторах приемников будут выполнять селек¬ тивные электронные реле. Что представляют собой селектив¬ ные электронные реле, которые я буду называть сокращенно СЭР? Как они работают? Рассмотри внимательно схему, по¬ казанную на рис. 348, а. Она должна напомнить тебе электронное реле, зна¬ комое по приборам-автоматам. Селек¬ тивное электронное реле, подобно при¬ емнику с фиксированной настройкой, выделяет сигнал только той частоты, на которую он настроен. Избирательные свойства СЭР оп¬ ределяются входным резистором RBX и колебательным контуром LKCK, настро¬ енным на сигнал одной из исполни¬ тельных команд. Эти элементы СЭР,
Беседа девятнадцатая 425 Рис. 348. Селективное электронное реле (а) и управление моделью звуком (б) взятые вместе, напоминают перевер¬ нутую букву Г, где резистор RBX — по¬ перечная черточка, а контур LKCK — вертикальная часть буквы. Поэтому эту группу деталей называют обычно Г - образным RCL-фильтром. Контур LKCK, как и любой колеба¬ тельный контур, на всех частотах, кро¬ ме резонансной, на которую он настро¬ ен, представляет собой малое сопро¬ тивление. Для колебаний резонансной частоты его сопротивление велико. По¬ этому если частота командного сигнала на входе Г-образного фильтра не равна резонансной частоте контура LKCK, то на выходе этого фильтра, являющемся входом транзистора VT1 (нижняя точ¬ ка контура через диод VD1 соединена с эмиттером транзистора), напряжение практически отсутствует. В этом слу¬ чае все напряжение командного сигна¬ ла падает на резисторе R6. В это время коллекторный ток транзистора мал, так как на базу через резистор R6 пода¬ ется малое напряжение смещения и транзистор почти закрыт. Когда же ча¬ стота командного сигнала становится равной резонансной частоте контура LKCK, на нем создается сравнительно большое переменное напряжение зву¬ ковой частоты, которое практически без потерь подается на базу транзисто¬ ра. Усиленное транзистором, оно вы¬ прямляется диодом VD 1 и через катуш¬ ку 1к подается на его базу в отрицатель¬ ной полярности. При этом транзистор открывается, его коллекторный ток резко возрастает, отчего реле К сраба¬ тывает, а его контакты замыкают цепь питания исполнительного механизма. Число СЭР дешифратора прием¬ ника определяется числом команд, на которое рассчитаны исполнительные механизмы. Собственные частоты контуров, соответствующие частотам командных сигналов, подбирают ин¬ дуктивностями их катушек и емкостя¬ ми конденсаторов во время настрой¬ ки приемника. Перехожу к описанию приемника звукоуправляемой модели. МОДЕЛЬ, УПРАВЛЯЕМАЯ ЗВУКОМ Не удивляйся: передатчиком, сиг¬ налы которого управляют этой моде¬ лью, может быть детская дудочка (рис. 348, б). Такая игрушка, как ты зна¬ ешь, имеет отверстия. Закрывая паль¬ цами одни отверстия и открывая дру¬ гие, дудочкой можно создать звуки разных частот. Звук одной частоты — команда, другой частоты — вторая команда, третьей частоты — третья команда. Передатчиком могут быть и свистки с разной тональностью звуков. На телеуправляемой модели уста¬ новлен микрофон ВМ, преобразую¬ щий командные сигналы в колебания звуковой частоты. После усиления ко¬ лебания звуковой частоты поступают на входы селективных электронных реле СЭР1—СЭРЗ, на выходы которых
426 Беседа девятнадцатая включены электромагнитные реле К1—КЗ. Если частота командного сиг¬ нала близка к частоте фильтра одного из СЭР, например СЭР1, настроенного на эту частоту, сигнал проходит без по¬ терь только через фильтр этого СЭР, вызывая срабатывание реле К1, а кон¬ такты реле включают цепь питания исполнительного механизма. Через фильтры других СЭР этот сигнал не проходит, и их реле не срабатывают. Если частота командного сигнала дру¬ гая, близкая, например, к собственной частоте фильтра СЭРЗ, то срабатывает реле КЗ. Таким образом, звуковыми сигналами разных частот можно заста¬ вить срабатывать одно из трех СЭР, а они включат соответствующие им ис¬ полнительные механизмы модели. Радиус действия такого передатчи¬ ка (дудочки или свистков) ограничива¬ ется обычно 5... 10 м, но этого вполне до¬ статочно для управления простыми мо¬ делями автомобилей, тракторов или ко¬ раблей. Однако если воспользоваться генератором звуковых частот с усили¬ телем, к выходу которого можно под¬ ключить динамическую головку, то та¬ кой передатчик будет излучать сигналы большей интенсивности, что значи¬ тельно увеличит радиус действия аппа¬ ратуры. Генератор, кроме того, излуча¬ ет более стабильные звуковые колеба¬ ния, что повышает надежность работы аппаратуры в целом. Число команд может быть больше трех. Для этого надо лишь добавить в дешифратор приемника соответствую¬ щее число СЭР. Но я советую сделать сначала двухкомандный приемник, ис¬ пытать его на модели, а затем, если по¬ надобится, добавить еще несколько фильтров для дополнительных команд. Но прежде всего реши вопрос: ду¬ дочку или свистки использовать для по¬ дачи команд? Дудочка, конечно, инте¬ реснее, но во время управления можно ошибиться: зажмешь не то отверстие, и модель не выполнит нужной команды. Свистки в этом отношении надежнее: свистишь в свисток в правой руке — модель движется вперед, то же в ле¬ вой — модель делает поворот. До того как строить приемник, оп¬ редели звуковые частоты, которые из¬ лучают твои свистки, чтобы знать, на какие частоты придется настраивать фильтры СЭР приемника. Подойдут любые свистки, лишь бы их звуки за¬ метно различались по частоте. Опреде¬ лить частоту можно с помощью звуко¬ вого генератора. Подключи к его входу динамическую головку и подай на нее такое напряжение, чтобы звуки в голо¬ вке и одного из свистков были одина¬ ковыми по силе. Попроси товарища не¬ прерывно свистеть, а ты, сличая звуки свистка и генератора, изменяй частоту генератора до тех пор, пока не будут прослушиваться звуковые биения — звук очень низкого тона или полное пропадание звука. Положение указате¬ ля шкалы генератора будет соответст¬ вовать частоте звука свистка. Точно так же определяй звуковую частоту второго свистка (или звуковые частоты дудочки). Для управления моделью нужны источники звуков, соседние частоты которых отличаются не менее чем на 250...300 Гц, например 1200 и 1500, 1300 и 2000 Гц, но не выходят за пределы ди¬ апазона 1000...3000 Гц и не различают¬ ся в целое число раз. Свистки, которы¬ ми располагали ребята, строившие описываемый здесь приемник, излуча¬ ли звуковые колебания частотами 1150 и 1550 Гц. Принципиальная схема приемника звукоуправляемой модели показана на рис. 349. Это трехкаскадный транзис¬ торный усилитель 34, ко входу которо¬ го подключен микрофон ВМ, а к выхо¬ ду — селективные электронные реле СЭР1 и СЭР2 (обведены штрих-пунк- тирными линиями). Для питания при¬ емника нужна батарея напряжением 9 В, например «Крона» или составлен¬ ная из двух батарей 3336. Для питания цепей исполнительных механизмов ис¬ пользуются самостоятельные источни¬ ки постоянного тока.
Беседа девятнадцатая 427 Рис. 349. Схема двухкомандного приемника звукоуправляемой модели При приеме микрофоном звуковых команд на его выходе возникает элект¬ рический сигнал, напряжение которого уменьшается с увеличением расстояния до источника звука. Уже на расстоянии 10... 15 м оно равно примерно 100 мкВ. А чтобы надежно срабатывали СЭР, на их входы нужно подавать сигнал напряже¬ нием около 3 В. Следовательно, входной сигнал должен быть усилен примерно в 30 ООО раз (3 В : 0,0001 В = 30 000). Пер¬ вые три каскада приемника, в которых работают транзисторы VT1—VT3, впол¬ не обеспечивают такое напряжение, так как каждый из них дает примерно 30—35-кратное усиление. В третий каскад усилителя введен диод VD1 (может быть любой точеч¬ ный), ограничивающий наибольшее выходное напряжение этого каскада. Дело в том, что по мере уменьшения расстояния от модели до источника зву¬ ка напряжение на выходе усилителя быстро увеличивается и может соста¬ вить 50... 100 мВ. Казалось бы, что при таком напряжении на входе усилителя СЭР дешифраторы должны работать более надежно. На самом же деле этого не происходит. При более высоком вы¬ ходном напряжении усилителя могут срабатывать сразу все СЭР. Кроме того, при ложных срабатываниях исполни¬ тельных механизмов будут обгорать контакты электромагнитных реле. Чтобы этого избежать, иа третий каскад, собранный на транзисторе VT3, возложена задача не только обес¬ печить усиление сигнала, когда он сла¬ бый, но и ограничить его усиление по максимуму. Это и достигается с помо¬ щью диода VD1, работающего как де¬ тектор, автоматически снижающего усиление каскада при сильных сигна¬ лах. В целом же данные деталей каска¬ да подобраны таким образом, чтобы, начиная с напряжения 100 мВ на его входе, которое развивают первые два каскада усилителя, амплитудное значе¬ ние напряжения на его выходе (на схе¬ ме — точка а) не превышало 4 В. С выхода ограничительного каска¬ да усиленный сигнал через конденса¬ тор С4 подается одновременно на вхо¬ ды обоих СЭР. Срабатывает же элект¬ ромагнитное реле лишь того СЭР, фильтр которого настроен в резонанс с частотой командного сигнала. Приемник монтируй на гетинаксо- вой или текстолитовой плате толщиной 2...2,5 мм. Чертеж платы с разметкой от¬ верстий на ней приведен на рис. 350, а Отверстия диаметром 4 мм предназна-
428 Беседа девятнадцатая 10 Рис. 350. Монтажная плата двухкомандного приемника звукоуправляемой модели: а — плата, б — вид на монтажную плату сверху, в — вид на монтажную плату снизу
Беседа девятнадцатая 429 чены для крепежных винтов электро¬ магнитных реле, диаметром 3 мм — для крепления платы на модели, отверстия меньшего диаметра — для проволоч¬ ных монтажных стоек-шпилек. Размещение деталей на плате и со¬ единения между ними показаны на рис. 350, бив. Для монтажа используй медный провод диаметром 0,4...0,5 мм в поливинилхлоридной изоляции. 1к,мА Рис. 353. Частотные характеристики фильтров с электромагнитным реле РЭС-10 (паспорт РС4 524.302) Для приемника нужны малогабарит¬ ные детали, иначе они не уместятся на монтажной плате или придется увеличи¬ вать ее размеры. Электромагнитные ре¬ ле типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.302), РЭС-б (паспорт РФО.452.145) или само¬ дельные. Диоды VD1—VD3 серии Д9 или Д2 с любым буквенным индексом. Ста¬ тический коэффициент передачи тока h213 всех транзисторов может быть от 50 до 100. Оксидные конденсаторы К50-3 или К50-1. Их емкости могут быть боль¬ ше, чем указаны на схеме. Если будешь использовать конденсаторы К50-6, раз- метку отверстий для них в плате придет¬ ся изменить. Катушки L1 и L2 фильтров СЭР на¬ мотай на кольцах из феррита марки 1000НМ или 2000НМ с наружным диа¬ метром 10... 13 мм. Всего на каждое кольцо с помощью челнока намотай около 1000 витков провода ПЭВ-1 0,08...0,1. Если кольца из феррита ма¬ рок 400НН или 600НН, тогда для каж¬ дой катушки фильтра придется исполь¬ зовать два кольца, склеив их вместе торцами клеем БФ-2. Катушки фильт¬ ров, намотанные на ферритовых коль¬ цах, крепи на монтажной плате винта¬ ми диаметром 2...2,б мм с гайками, как показано на рис. 351. Микрофон ВМ1 — электромагнит¬ ный типа Ml (от слухового аппарата) Размещай его на амортизаторе, роль которого может выполнять пористая резина или поролон, иначе от сотрясе¬ ний модели могут быть ложные сраба¬ тывания приемника. Роль микрофона может также выполнять телефонный капсюль ДЭМ-4м или ТА-56М. Даже при использовании малога¬ баритных деталей монтаж приемника получается очень плотным. В связи с этим принимай все меры, предупреж¬ дающие случайные соединения между деталями при ударах, которые неиз¬ бежны при испытании модели. На ок¬ сидные конденсаторы надень отрезки изоляционной трубки, чтобы избе¬ жать замыкания их корпусов с сосед¬ ними деталями или монтажными стой¬ ками. На выводы транзисторов надень более короткие отрезки изоляцион¬ Рис. 351. Крепление деталей фильтра СЭР приемника на монтажной плате Рис. 352. Снятие частотной характеристики фильтра СЭР дешифратора
430 Беседа девятнадцатая ной трубки, что исключит замыкание базовых цепей. Налаживание приемника начинай с проверки работы фильтров СЭР де¬ шифратора. Сначала проверь фильтр СЭР первого, затем второго канала уп¬ равления. На вход селективного электронно¬ го реле СЭР1 через оксидный конден¬ сатор С4, предварительно отпаяв его от резистора R7 и поменяв полярность его включения, подай от звукового генера¬ тора сигнал напряжением 3 В, а в кол¬ лекторную цепь транзистора VT4 включи миллиамперметр РА на ток 20...30 мА (рис. 352). Входное напряже¬ ние контролируй вольтметром пере¬ менного напряжения. При отсутствии сигнала на входе СЭР ток коллектора транзистора должен составлять 1.5...2 мА. Если этот ток значительно меньше, то уменьшай сопротивление резистора R10. При подключении па¬ раллельно этому резистору другого со¬ противлением 1...2 кОм коллекторный ток транзистора должен резко возрас¬ ти, а реле сработать. После этого приступай к настройке контура L1C6 на частоту одного из ко¬ мандных сигналов. А для этого придется, пользуясь звуковым генератором, преж¬ де всего снять частотную характеристи¬ ку фильтра. Работа эта кропотливая, требует большого внимания и точности, но без нее не удастся заставить модель быть послушной командным сигналам. Кроме того, это поможет тебе прочно за¬ крепить в памяти сущность работы де¬ шифратора и получить наглядное пред¬ ставление о роли его деталей. Следя за тем, чтобы напряжение сигнала на входе СЭР все время было равно 3 В, плавно изменяй частоту ге¬ нератора примерно от 500 до 5000 Гц. Миллиамперметр в коллекторной цепи транзистора вначале будет показывать ток 1...2 мА. Затем на каком-то участке диапазона звуковых частот ток резко возрастает до 8... 12 мА, а при дальней¬ шем изменении частоты генератора снова уменьшится до 1...2 мА. Вот этот участок возрастания и спадания тока транзистора, который тебе надо изоб¬ разить графически, и есть частотная характеристика фильтра. Тебе надо знать, какой она получится и что надо сделать, чтобы настроить фильтр на ча¬ стоту командного сигнала. Возьми лист миллиметровой или клетчатой бумаги, начерти на ней две взаимно перпендикулярные линии — оси координат — и раздели их на оди¬ наковые участки длиной по 5... 10 мм (рис. 353). По вертикальной оси вверх откладывай значения тока коллектора 1К в миллиамперах, а по горизонталь¬ ной вправо — значения частоты гене¬ ратора в герцах. Допустим, что до час¬ тоты 1350 Гц ток коллектора не изме¬ нялся и был равен 1 мА. С этого момен¬ та, который на кривой 1 отмечен точкой а, ток начал увеличиваться. При частоте 1400 Гц он был равен 1,5 мА (точка б), при частоте 1450 Гц — 5 мА (точка в), а при частоте 1500 Гц — 10 мА (точка г). Если электромагнитное реле типа РЭС-10, с обмоткой сопротивле¬ нием 630 Ом (паспорт РС4.524.302), то при частоте 1550 Гц ток коллектора до¬ стигает наибольшего значения (точка д), а затем начинает уменьшаться. Если значения тока коллектора отмечать точками примерно через каждые 500 Гц, а затем все эти точки соединить сплошной линией, получится график частотной характеристики фильтра. Для нашего случая это будет кривая 1, соответствующая резонансной часто¬ те фильтра 1550 Гц при R9 = 82 кОм и Сб = 0,05 мкФ. Резонансная частота фильтра СЭР твоего приемника может быть иной, но форма кривой его частотной характе¬ ристики должна быть близка к форме кривой 1. Чем острее получится кривая частотной характеристики фильтра, тем выше его селективные свойства, тем, следовательно, выше качество ра¬ боты приемной аппаратуры. Допустим, что у тебя получилась именно такая кривая. Попробуй теперь (уже для эксперимента) сопротивление
Беседа девятнадцатая 431 резистора R9 увеличить до 150...200 кОм и снова снять частотную характеристи¬ ку фильтра. У тебя получится кривая, близкая к кривой 2. Резонансная часто¬ та фильтра останется той же, а макси¬ мальный ток коллектора окажется на¬ столько малым, что реле не сработает. Далее попробуй, наоборот, уменьшить сопротивление этого резистора до 20...27 кОм и еще раз снять частотную характеристику фильтра. Резонансная частота фильтра опять-таки останется прежней, а кривая (3 на рис. 353), не поднявшись выше тока насыщения транзистора, охватит очень широкую полосу частот. Фильтр с такой характе¬ ристикой совершенно непригоден, так как его селективность окажется преск¬ верной: СЭР станет срабатывать при сигналах самых различных частот. Эти эксперименты, которые зай¬ мут не более часа, позволят тебе судить о влиянии резистора R9 на качество де¬ шифратора приемника. Изменяя его сопротивление, тебе надо добиться, чтобы кривая частотной характеристи¬ ки фильтра максимально приблизилась по форме к кривой 1. Теперь увеличь емкость конден¬ сатора Сб, подключив параллельно ему второй конденсатор емкостью 0,05 мкФ, или замени его конденсато¬ ром емкостью 0,1 мкФ и снова сними частотную характеристику фильтра при R9 = 82 кОм. Кривая сдвинется в сторону низших звуковых частот (кри¬ вая 4), так как теперь собственная час¬ тота колебательного контура фильтра уменьшилась. А если емкость конден¬ сатора С6 уменьшить, например, до 0,025 мкФ (R9 = 82, кОм), увеличив та¬ ким образом собственную частоту кон¬ тура, то и кривая частотной характери¬ стики фильтра сдвинется в сторону высших звуковых частот (кривая 5). Итак, изменяя емкость колебатель¬ ного контура фильтра СЭР, можно по¬ добрать такую его резонансную часто¬ ту, которая соответствует частоте зву¬ ковой команды свистка или дудочки. Аналогичные результаты получатся, ес¬ ли изменять индуктивность контурной катушки фильтра. Таким образом, пе¬ ред тобой стоит задача: снимая частот¬ ные характеристики и подбирая опыт¬ ным путем данные контуров фильтров, настроить их на частоты звуковых ко¬ манд. При этом следи, чтобы напряже¬ ние сигнала на выходе звукового гене¬ ратора все время было равно 3 В. Когда резонансные частоты контуров фильт¬ ров обоих СЭР подгонишь под частоты командных сигналов, еще раз сними их частотные характеристики. Кривые не должны перекрывать друг друга, иначе могут происходить ложные срабатыва¬ ния реле. Частотные характеристики фильтров приемника, изготовленного моими юными друзьями, о котором я здесь рассказываю, соответствовали кривым 1 и 5 (см. рис. 353). Усилитель 34 приемника, если в нем нет неисправных деталей и он смонтирован без ошибок, налажива¬ ния не требует. Проверить же его рабо¬ ту можно так. Вместо резистора R7 Рис. 354. Принципиальная схе¬ ма (а) и возможная конструк¬ ция (б) передатчика звуковых команд
432 Беседа девятнадцатая включи в цепь коллектора транзистора VT3 головные телефоны, а на вход уси¬ лителя — микрофон. Перед микрофо¬ ном подай звуковой сигнал свистком — в телефоне должен прослушиваться до¬ статочно громкий звук, а одно из СЭР должно сработать. Громкость звука любой команды не должна меняться по мере удаления его источника от микро¬ фона на расстояние до 10... 12 м. Это подтвердит, что усилитель и каскад ог¬ раничения сигнала работают исправ¬ но. Налаженный таким образом прием¬ ник можно ставить на модель. Если ты захочешь увеличить зону действия приемника управляемой мо¬ дели, тебе придется отказаться от сви¬ стков или дудочки и собрать более на¬ дежный передатчик звуковых команд. Принципиальная схема и возможная конструкция такого передатчика пока¬ заны на рис. 354. Он представляет со¬ бой симметричный мультивибратор с усилителем мощности. Нагрузкой уси¬ лителя служит динамическая головка ВА1, являющаяся источником команд¬ ных сигналов, включенная в коллек¬ торную цепь транзистора VT3 через выходной трансформатор Т1. Передатчик четырехкомандный (с запасом на случай, если потребуется увеличить число команд). Управляется он четырьмя кнопочными выключате¬ лями (или тумблерами) SB1—SB4. Для питания потребуется источник напря¬ жением около 12 В, составленный, на¬ пример, из трех батарей 3336. Частота звукового сигнала опреде¬ ляется сопротивлением того из резисто¬ ров R5—R8, который одной из кнопок SB1—SB4 включается (через резисторы R2 и R4) в базовые цепи транзисторов мультивибратора. Если ни один из этих резисторов не включен в эти цепи, от¬ рицательное напряжение не подается на базы транзисторов VT1 и VT2 и муль¬ тивибратор не возбуждается. Подбирая резисторы R5-R8 и поль¬ зуясь частотомером, генератор пере¬ датчика можно настроить на частоты 1550, 1950, 2350 и 2720 Гц. Если выбе¬ решь иные резонансные частоты филь¬ тров СЭР приемника, соответственно придется подобрать и номиналы этих резисторов. Разумеется, число команд можно уменьшить. Конструкция передатчика произ¬ вольная. Важно лишь, чтобы он был удобен при управлении моделью. Это может быть фанерный ящичек разме¬ рами примерно 120 х 160 мм с ремеш¬ ком, накидывающимся на шею. На пе¬ редней стенке ящичка — динамичес¬ кая головка, на верхней (или задней) — выключатель питания и кнопки управ¬ ления передатчиком, внутри — мон¬ тажная плата и батарея питания. АППАРАТУРА РАДИОУПРАВЛЕНИЯ МОДЕЛЯМИ Для радиоуправления моделями от¬ веден участок любительского диапазо¬ на 28,0...28,2 МГц и частота 27,12 МГц. Разрешенная мощность передатчика не больше 1 Вт. Но для надежного уп¬ равления моделями вполне достаточна мощность передатчика 0,25...0,5 Вт. Лучше будет, если в этой работе ты объединишься с товарищем, увлекаю¬ щимся постройкой автомобильных, до¬ рожно-строительных, плавающих или летающих моделей. Он будет конструк¬ тором модели, а ты — конструктором аппаратуры телеуправления. И на со¬ ревнованиях вы будете выступать вмес¬ те, потому что работа коллективная. Конструкторы радиоуправляемых моделей обычно используют многоко¬ мандную аппаратуру, когда радиочас¬ тотная энергия, излучаемая командным передатчиком, модулируется разными по частоте колебаниями звукового диа¬ пазона. При таком виде кодирования каждой команде соответствует свой звуковой тон модуляции. Канал связи один — радиоволны, а команд, выпол¬ няемых моделью, несколько. Структурная схема аппаратуры та¬ кой системы телеуправления показана на рис. 355. Принцип работы аппарату¬
Беседа девятнадцатая 433 ПУ Рис. 355. Структурная схема многокомандной аппаратуры радиоуправления с кодированием коле¬ баниями звуковой частоты ры сводится к следующему. Передат¬ чик имеет несколько генераторов зву¬ ковых частот FI — F3 и т.д., выполняю¬ щих функцию кодирующего устройст¬ ва. Нажиманием той или иной кнопки на пульте управления можно подклю¬ чить к передатчику любой из звуковых генераторов. В результате излучаемая передатчиком радиочастотная энергия будет модулироваться соответствую¬ щей звуковой частотой. Аппаратура, установленная на ра¬ диоуправляемой модели, представляет собой приемник радиочастотных моду¬ лированных сигналов с селективными электронами реле на выходе — такими же, как и в дешифраторе приемника звукоуправляемой модели. Срабатыва¬ ет электромагнитное реле той ячейки дешифратора, фильтр которой настро¬ ен на соответствующую ему частоту командного сигнала. Предлагаю для повторения сравни¬ тельно простую двухкомандную аппа¬ ратуру, рассчитанную на радиус дейст¬ вия до 10... 12 м Максимальная мощ¬ ность в антенне передатчика, работаю¬ щего на несущей частоте 28,1 МГц, около 3 мВт, чувствительность прием¬ ника не хуже 5 мкВ. Работу по изготовлению аппарату¬ ры целесообразно начать с постройки передатчика, который позже значи¬ тельно облегчит налаживание прием¬ ника радиоуправляемой модели. Передатчик (рис. 356). В задаю¬ щем генераторе передатчика работает п-р-n транзистор серии КТ315 (VT3), включенный по схеме индуктивной трехточки Колебательный контур, об¬ разованный катушкой индуктивности L2 и конденсатором С5, настраивают на частоту 14,05 МГц. Контур же L3C7, включенный в коллекторную цепь транзистора, настраивают да частоту второй гармоники исходной частоты генератора, т.е. на частоту 28,1 МГц, которая и является несущей. Такое по¬ строение задающего генератора поз¬ воляет значительно повысить стабиль¬ ность несущей частоты передатчика, а значит, и четкость командных сигна¬ лов. Через катушку L4, индуктивно связанную с катушкой L3, сигнал пе¬ редатчика подается в антенну W1. Настройка контуров L2C5 и L3C7 на соответствующие им частоты осу¬ ществляется подстроечными сердечни¬ ками катушек L2 и L3. Катушка L5 и конденсатор С8 служат для точной на¬ стройки контура антенной цепи на не¬ сущую частоту передатчика. Напряжение источника питания на задающий генератор подается через транзистор VT2, входящий в симмет¬ ричный мультивибратор модулятора. Частота импульсов, генерируемых мультивибратором, определяется дан¬ ными его резисторов Rl—R4 и конден¬ саторов С1 и С2. С такой же частотой
434 Беседа девятнадцатая Рис. 356. Принципиальная схема двухкомандного передатчика для радиоуправления моделью транзистор VT2 открывается сам и ма¬ лым сопротивлением участка эмиттер— коллектор замыкает цепь питания зада¬ ющего генератора. При этом амплитуда колебаний задающего генератора ста¬ новится не постоянной, а изменяется по закону колебаний мультивибратора. В результате несущая частота передатчи¬ ка оказывается промодулированной ча¬ стотой колебаний мультивибратора. Частота мультивибратора и, следо¬ вательно, частота модулирующего сиг¬ нала зависят от состояния контактов кнопочного выключателя SB1. Пока они не замкнуты, частота этого сигнала составляет 1700 Гц. Это первый ко¬ мандный сигнал передатчика. При за¬ мыкании контактов кнопки, а значит и резистора R3, частота модулирующего сигнала становится равной 3000 Гц, что соответствует второму командному сигналу передатчика. Кнопка SB1, та¬ ким образом, управляет работой пере¬ датчика и установленного на управляе¬ мой модели приемника. Источником питания передатчика служит батарея GB1, составленная из четырех дисковых аккумуляторов Д-0,1. Гнездовая часть разъема XI предназна¬ чена для периодической подзарядки ак¬ кумуляторной батареи от внешнего за¬ рядного устройства. Переключателем SA1 включают питание передатчика или переключают батарею на очередную подзарядку. Дроссель L1 и конденсаторы СЗ, С4 образуют фильтр, предотвращающий проникновение колебаний задающего генератора в цепи модулятора и источ¬ ник питания, что способствует ста¬ бильной работе передатчика. Статический коэффициент переда¬ чи тока всех транзисторов передатчика должен быть не менее 50. Транзисторы VT1 и VT2 мультивибратора могут быть серий МП39—МП42, а транзистор VT3 задающего генератора — серий КТ312, КТ342 с любым буквенным индексом. Постоянные резисторы типа МЛТ, конденсаторы С1 и С2 — КМ, Сб — КЛС, остальные конденсаторы — КД. Переключатель SA1 — микротумблер МТ1, кнопка SB1 — КМ 1-2. Рис. 357. Конструкции катушки и дросселя пе¬ редатчика Катушки L2—L5 намотаны на уни¬ фицированных каркасах диаметром 8 мм с подстроенными сердечниками внутри. Подойдут, например, каркасы контурных катушек телевизора «Ру¬ бин» выпуска прошлых лет. Катушка L2 (рис 357, а) первого контура задаю-
Беседа девятнадцатая 435 щего генератора должна содержать 12 витков провода ПЭВ-1 0,35, намотан¬ ных виток к витку, с отводом от 4-го витка (считая снизу по схеме), a L5 — 10 витков провода ПЭВ-1 0,5. Катушки L3 и L4 намотаны на одном общем кар¬ касе. Катушка L3, которую наматыва¬ ют первой, содержит 12 витков прово¬ да ПЭВ-1 0,5 с отводом от середины, а L4 — 10 витков такого же провода, на¬ мотанных поверх катушки L3. Основой дросселя L1 служит резис¬ тор УЛМ сопротивлением не менее 100 кОм, на корпус которого наматыва¬ ют 225...230 витков провода ПЭВ 1 0,08 (рис 357, б). Детали передатчика, кроме пере¬ ключателя SA1, кнопки SB1, резистора R3 и батареи питания, смонтированы па печатной плате из фольгированного ге- тинакса размерами 48 х 25 мм (рис. 358). Каркасы катушек L2 и L5 устанавлива¬ ют на плате вертикально, а катушек L3 и L4 и дроссель LI — горизонтально. При таком их размещении витки катушек и дросселя оказываются взаимно перпен¬ дикулярными, что практически исклю¬ чает паразитную генерацию в передат¬ чике. Переключатель SA1 и кнопку SB 1 крепят на стенах корпуса передатчика, Резистор R3 припаивают непосредст¬ венно к выводам контактов кнопки SB 1. Для аккумуляторов батареи пита¬ ния сделана специальная кассета, де¬ тали которой показаны на рис. 359. Ее нижняя 1 и верхняя 3 пластинки выпи¬ лены из листового органического стекла толщиной 2 мм, а две средние пластинки 2 с отверстиями под корпу¬ са аккумуляторов Д-0,1 — из текстоли¬ та толщиной 1 мм. К нижней пластин¬ ке приклеивают полоску латунной фольги, которая должна соединять разноименные полюса двух средних аккумуляторов батареи. К верхней пластинке снизу приклеивают токо¬ съемники 4, предварительно припаяв к ним проводники в поливинилхло¬ ридной изоляции. В отверстия в про¬ межуточных пластинках вкладывают аккумуляторы так, чтобы они соеди¬ нялись последовательно, и стягивают все пластинки кассеты винтами (М3 х 20) с потайной головкой. Размещение деталей и узлов в кор¬ пусе передатчика показано на рис. 360. Основой корпуса служат два отрезка двутаврового алюминиевого проката с текстолитовыми вкладками на концах. Функцию переключателя SA1 может выполнять тумблер ТВ2-1, а кнопочно¬ го SB 1 — микропереключатель МП 1-1 или МП9. В качестве штыревой антенны пе¬ редатчика использован металлический пруток диаметром 3 и длиной 490 мм. На конце прутка нарезана резьба М3, а для крепления антенны в корпусе пе¬ Рис. 358. Печатная плата и схема соединений деталей передатчика
436 Беседа девятнадцатая редатчика установлено гнездо с такой же резьбой. Налаживание передатчика начи¬ най с задающего генератора. Вывод дросселя L1 отключи от коллектора транзистора VT2 и соедини его с поло¬ жительным выводом батареи GB1. За¬ мкнув накоротко выводы катушки L2, измерь потребляемый генератором ток. Он должен быть в пределах 3...5 мА. Установить такой ток можно подбором резистора R5. При размыка¬ нии выводов катушки L2 потребляе¬ мый генератором ток должен возрасти до 13... 15 мА. Это признак нормальной работы задающего генератора. Работу мультивибратора проверяй с помощью головных телефонов ТОН-1 или ТОН-2, подключенных через кон¬ денсатор типа МБМ емкостью 1 мкФ параллельно резистору R1 (при этом должно быть восстановлено соедине¬ ние между коллектором транзистора VT2 и дросселем L1). При замыкании контактов выключателя SA1 высота звука должна возрастать. Проверить работу мультивибрато¬ ра можно и с помощью осциллографа, подключенного к резистору R1 вместо головных телефонов. В этом случае подбором резистора R2 и R4 устанавли- Рис. 360. Конструкция передатчика Рис. 359. Устройство кассеты для аккумуляторов 1— пластина нижняя, органическое стекло толщи¬ ной 2 мм, 2 — пластины средние, текстолит толщи¬ ной 1 мм, 2 шт., 3 — пластина верхняя, органическое стекло толщиной 2 мм, 4 — токосъемник, фольга ла¬ тунная, лист толщиной 0,1 мм, 2 шт., 5 — перемыч¬ ка, фольга латунная, лист толщиной 0,1 мм, 6 — винт М3 х 20 с потайной головкой, 2 шт.
Беседа девятнадцатая 437 вай одинаковую длительность импуль¬ са и паузы. Затем настраивай контуры на тре¬ буемую частоту. Для этого потребует¬ ся промышленный волномер или точ¬ но отградуированный самодельный гетеродинный индикатор резонанса (ГИР). Сначала на волномере установи частоту 14,05 МГц и поднеси его ка¬ тушку к катушке L2 задающего генера¬ тора. Вращением сердечника этой ка¬ тушки добейся максимального откло¬ нения стрелки индикатора волномера. Затем на волномере установи частоту 28,1 МГц и поднеси его катушку к ка¬ тушке L3 передатчика. Вращая ее сер¬ дечник, добейся максимума показаний индикатора волномера. Учти: волно¬ мер может влиять на частоту настраи¬ ваемого контура, поэтому по мере уве¬ личения показаний индикатора жела¬ тельно уменьшить связь катушки вол¬ номера с контуром (иначе говоря, нужно удалять катушку волномера). В заключение катушку волномера под¬ неси к средней части антенны передат¬ чика и вращением сердечника катуш¬ ки L5 добейся наибольшего отклоне¬ ния стрелки индикатора волномера. Настраивать контуры передатчика можно также с помощью любительско¬ го приемника, рассчитанного на рабо¬ ту в диапазонах 20 (14...14,35МГц) и 10 м (28...29,7 МГц). Такой приемник наверняка найдется на коллективной радиостанции в ближайшей радиотех¬ нической школе, на станции или в клу¬ бе юных техников, у знакомого радио- любителя-коротковолновика. В этом случае приемник настраива¬ ют сначала на частоту 14,05 МГц, а его антенный вход подключают через кон¬ денсатор емкостью 2...3 пФ к базе (или эмиттеру) транзистора VT3. Вращени¬ ем сердечника катушки L2 добиваются появления в головных телефонах или громкоговорителе приемника звука низкого тона (сигнал модуляции пере¬ датчика) максимальной громкости. Та¬ ким же способом настраивают сначала контур L3C7, а затем катушку L5, под¬ ключив вход приемника к антенне пе¬ редатчика (через тот же конденсатор). Ручку настройки приемника устанав¬ ливают при этом на частоту 28,1 МГц. Приемник радиоуправляемой мо¬ дели (рис. 361) образуют усилитель ра¬ диочастоты, сверхрегенеративный де¬ тектор, усилитель колебаний звуковой частоты и дешифратор, состоящий из двух селективных электронных реле. Принятый антенной W1 модулирован¬ ный сигнал передатчика поступает че¬ рез конденсатор С1 на вход усилителя РЧ, выполненного на транзисторах VT1 и VT2 с непосредственной связью. С высокочастотного дросселя L1, являю¬ щегося нагрузкой усилителя РЧ, сигнал далее через конденсатор СЗ подается на контур L2C4 сверхрегенеративного детектора, обеспечивающего приемни¬ ку необходимую чувствительность. Что представляет собой сверхреге¬ нератор и чем он отличается от обыч¬ ного регенератора — однокаскадного приемника прямого усиления с поло¬ жительной обратной связью между вы¬ ходной и входной цепями? Регенера¬ тор работает в режиме, близком к по¬ рогу возникновения генерации: доста¬ точно немного усилить обратную связь, как он самовозбуждается и ста¬ новится генератором колебаний ра¬ диочастоты. Сверхрегенератор же ра¬ ботает за порогом генерации. Но собст¬ венные колебания в его контуре имеют не постоянный, как в регенераторе, а прерывистый характер — они возника¬ ют «вспышками». Частота этих вспы¬ шек, называемая частотой гашения, определяется режимом транзистора. В остальном сверхрегенератор работает так же, как обычный регенератор, т.е. детектирует модулированные колеба¬ ния радиочастоты и усиливает колеба¬ ния звуковой частоты. Благодаря пре¬ рывистой генерации сверхрегенератор обладает исключительно высокой чув¬ ствительностью, с которой не могут со¬ перничать даже многие супергетероди¬ ны, не говоря уже о приемниках пря¬ мого усиления.
438 Беседа девятнадцатая Рис. 361. Принципиальная схема приемника Характерная особенность в работе сверхрегенератора — шум в телефоне (напоминающий шипение примуса). Но он слышен только тогда, когда нет приема. Когда же в его контуре появля¬ ются модулированные колебания при¬ нятого сигнала, этот шум пропадает. Колебательный контур L2C4, явля¬ ющийся входным контуром сверхреге- неративного детектора приемника, на¬ страивают на частоту 28,1 МГц (сред¬ нюю частоту участка 28,0—28,2 МГц). Частота гашения определяется данны¬ ми цепочки R3, С2 и равна 60... 100 кГц. Наивыгоднейший режим сверхрегене¬ ратора устанавливают подбором рези¬ стора R4, добиваясь от каскада макси¬ мальной чувствительности. Устойчи¬ вость работы сверхрегенеративного каскада достигается подбором емкости конденсатора С8. В результате работы сверхрегене¬ ратора на резисторе R3 выделяется пе¬ ременное напряжение с частотой, рав¬ ной частоте модуляции передатчика, т.е. командного сигнала. Но на этом ре¬ зисторе выделяется еще и напряжение частоты гашения сверхрегенератора (60... 100 кГц), амплитудное значение которого значительно больше напря¬ жения полезного. Поэтому между сверхрегенератором и следующим кас¬ кадом приемника включен фильтр R7C9, пропускающий полезный сигнал и задерживающий (фильтрующий) на¬ пряжение частоты гашения. Без такого фильтра последующие каскады будут перегружены напряжением частоты гашения и приемник не будет реагиро¬ вать на командный сигнал. Через фильтр R7C9 и конденсатор СЮ командный сигнал поступает на вход трехкаскадного усилителя 34. Первые его два каскада на транзисто¬ рах VT4 и VT5 охвачены отрицательной обратной связью по постоянному току, что повышает термостабильность уси¬ лителя. Третий каскад на транзисторе VT6 является дополнительным усилите¬ лем и одновременно ограничителем амплитуды командного сигнала. Огра¬ ничительный каскад был и в приемнике звукоуправляемой модели. Уровень ог¬ раничения сигнала в этом каскаде уста¬ навливают подбором резисторов R15 и R18 при налаживании приемника.
Беседа девятнадцатая 439 С резистора R17 усиленный и огра¬ ниченный по амплитуде сигнал посту¬ пает через конденсатор С13 на вход де¬ шифратора, состоящего из двух селек¬ тивных электронных реле, с принци¬ пом работы которых ты уже знаком. Первое из этих реле, в котором работа¬ ет составной транзистор VT7VT8, рас¬ считано на командный сигнал передат¬ чика частотой 1700 Гц. На эту частоту настроен контур L4C16. Выделенное им напряжение усиливается состав¬ ным транзистором и с нагрузки, роль которой выполняет обмотка реле К1, поступает на диод VD1. В результате детектирования на резисторе R21 появ¬ ляется постоянное напряжение, прило¬ женное минусом к выводу базы тран¬ зистора VT7, а плюсом — к общему проводу (плюс источника питания). Коллекторный ток составного транзис¬ тора возрастает, и электромагнитное реле К1 срабатывает. Своими контак¬ тами К1.1 оно подключает электродви¬ гатель Ml к батарее питания GB2, и мо¬ дель движется вперед. Если же на входе дешифратора бу¬ дет командный сигнал частотой 3000 Гц, сработает реле К2 и его контакты К2.1 также подключат электродвигатель к батарее питания, но уже в другой поляр¬ ности. Модель будет двигаться назад. Детали приемника смонтированы на двух платах из листового гетинакса: на одной размещены детали радиопри¬ емной части с усилителем 34 (рис. 362), на другой — детали дешифратора (рис. 362, бив). Опорами для выводов деталей служат пустотелые заклепки. Соединения между опорами, показан¬ ные цветными линиями, выполнены монтажным проводом в поливинилхло¬ ридной изоляции. Коэффициент h213 всех транзисто¬ ров должен быть не менее 40. Постоян¬ ные резисторы могут быть МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25, подстроечные (R19, R22) — СПЗ-la. Конденсаторы С1, СЗ, С7, С8 — типа КД; С2, С4, Сб — КТ; С5 и С10-С14 — К50-3; С9, С15, С16 и С18 — БМ-2; С17 и С19 — МБМ. Катушка L2 намотана на таком же каркасе, что и катушки передатчика, и содержит 10 витков провода ПЭВ-1 0,5. Катушки L4 и L5 наматывают каждую на трех сложенных вместе кольцах из феррита 2000НН с наружным диамет¬ ром 10, внутренним б и толщиной 5 мм. Катушка L4 должна содержать 2000, а L5 — 1500 витков провода ПЭВ-1 0,1. Основой высокочастотных дросселей L1 и L3 служат резисторы МЛТ-0,5 со¬ противлением не менее 100 кОм. Каж¬ дый дроссель содержит 200 витков про¬ вода ПЭВ-1 0,1. Электромагнитные реле К1 и К2 — РЭС-10 (паспорт РС4.524.302), но у них нужно ослабить возвратные пружины якоря, чтобы добиться срабатывания реле при напряжении б...б,5 В. Эту ра¬ боту нужно проводить осторожно, кон¬ тролируя после каждой регулировки пружины напряжения срабатывания. Источником питания приемника служат шесть последовательно соеди¬ ненных элементов 316. Потребляемый приемником ток составляет 13... 16 мА. Радиоуправляемой моделью может быть любая самоходная игрушка, па- приМер луноход, танк, автомобиль, ка¬ тер с одним' приводным электродвига¬ телем. Соответственно электродвига¬ телю должно быть и напряжение пита¬ ющей его батареи GB2 (обычно 4,5 В). Монтажные платы приемника и источ¬ ники питания размещай в корпусе иг¬ рушки без крепления, но между плата¬ ми сделай прокладку из поролона. Антенну сделай из луженого мед¬ ного провода диаметром 1,5 и длиной 250 мм. Один конец провода изогни в виде петли и винтом М3 прикрепи к корпусу игрушки. Под головку винта крепления антенны подложи металли¬ ческий лепесток и соедини его мон¬ тажным проводом с конденсатором С1 приемника. Налаживание приемника начинай с усилителя 34. Для этого понадобятся генератор колебаний звуковой частоты и осциллограф. Конденсатор СЮ вре¬ менно отключи от конденсатора С9 и
440 Беседа девятнадцатая Рис. 362. Монтажная плата радиоприемной части и усилителя 34 приемника (а), соединения дета¬ лей (б) и внешний вид готовой платы дешифратора (в) на вход усилителя (вывод базы транзи¬ стора VT4) подай (через бумажный конденсатор емкостью 1 мкФ) от гене¬ ратора сигнал частотой 1000 Гц и на¬ пряжением 1 мВ. На выход усилителя (к плюсовому выводу конденсатора С13, временно отключенного от входа дешифратора) подключи осциллограф. Подбором резисторов R10 и R15 добей¬ ся наибольшего размаха колебаний на экране осциллографа, а подбором ре¬ зистора R18 — симметричного, т.е. оди¬ накового сверху и снизу, ограничения сигнала. Амплитудное значение выход¬ ного напряжения должно быть в преде¬ лах 5,3...5,9 В. Затем проверь работу ограничите¬ ля. При увеличении входного сигнала до 15...20 мВ выходной сигнал не дол¬ жен изменяться более чем на 0,1 В. После этого генератор отключи и восстанови соединение конденсаторов СЮ и С9. Теперь подбором резистора R4 добивайся максимальной «размыто¬ сти» линии развертки на экране осцил¬ лографа, т.е. максимальной амплитуды шумов на выходе усилителя. Затем включи передатчик, расположи его на расстоянии 5...6 м от приемника и вра¬ щением сердечника катушки L2 наст¬ рой приемник на частоту передатчика. При точной настройке шумы должны
Беседа девятнадцатая 441 исчезнуть и на экране осциллографа будет виден модулирующий сигнал (колебания мультивибратора). Остает¬ ся подбором резистора R1 добиться его максимальной амплитуды. Дешифратор настраивай в таком порядке К контактам реле К1 подклю¬ чи вместо электродвигателя лампочку накаливания МН6,3-0,26, а параллель¬ но его обмотке — осциллограф. Движ¬ ки подстроечных резисторов R19 и R22 установи в крайнее правое (по схеме) положение и восстанови соединение оксидного конденсатора С13 со входом дешифратора. Включи передатчик, от¬ несенный от приемника на расстояние б—8 м( и подай первый командный сиг¬ нал (контакты выключателя SB2 пере¬ датчика разомкнуты). Подбором кон¬ денсатора С16 добейся максимальной амплитуды сигнала на экране осцилло¬ графа, а затем подстроенным резисто¬ ром R19 — четкого срабатывания реле К1 и загорания сигнальной лампочки. Таким же способом, только подби¬ рая теперь конденсатор С18 и сопро¬ тивление подстроечного резистора R22, налаживай вторую ячейку дешиф¬ ратора при втором командном сигнале передатчика (контакты SB2 замкнуты). Окончательно действие аппарату¬ ры проверяй при подключенном элект¬ родвигателе радиоуправляемой модели или игрушки. Описанный здесь двухкомандный приемник можно установить на модели или игрушке с двумя тяговыми электро¬ двигателями, например самоходном тан¬ ке на гусеничном ходу. В таком случае электродвигатель каждой гусеницы бу¬ дет включаться или выключаться кон¬ тактами реле той ячейки дешифратора, к которым он будет подключен. Надо, скажем, повернуть модель вправо, по команде передатчика обесточивается электродвигатель правой гусеницы, а ес¬ ли в другую сторону — левой гусеницы. В принципе же возможно увеличение числа команд до 5. Для этого придется добавить в дешифратор приемника со¬ ответствующее число селективных эле¬ ктронных реле, а в передатчик — допол¬ нительные резисторы с кнопками, при нажатии которых будет изменяться час¬ тота колебаний мультивибратора. Со¬ противления резисторов выбирай таки¬ ми, чтобы частоты командных сигналов соответствовали 1150, 1700, 2350, 3000, 3500 Гц. На эти же частоты должны быть настроены и колебательные контуры се¬ лективных реле дешифратора. ПЕРЕДАТЧИК С КВАРЦЕВОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ Описанная здесь двухкомандная аппаратура радиоуправления моделя¬ ми повторялась в кружках и клубах те¬ лемеханики многих внешкольных уч¬ реждений страны. Но, как показал опыт ее эксплуатации, несущая частота передатчика не всегда была стабиль¬ ной для четкости срабатывания СЭР приемника радиоуправляемой модели. Для удержания излучения передатчика в более жестких (разрешенных на се¬ годня) частотных пределах его несу¬ щую частоту необходимо стабилизиро¬ вать, используя для этого кварцевый резонатор соответствующей частоты, например, кварцевый резонатор ZQ1 Принципиальная схема такого ва¬ рианта двухкомандного передатчика приведена на рис. 363. Его задающий генератор образуют транзистор VT1 и конденсатор СЗ, С4, включенные по схеме емкостной трехточки и возбуж¬ дается на частоте 27,12 МГц*. Усилитель мощности собран на транзисторе VT2. В его коллекторную цепь включен колебательный контур L1C5, настроенный на ту же частоту (27,12 МГц). Катушку L1, содержащую 14 вит¬ ков с отводом от середины, наматыва- * 27,12 МГц — одна из радиочастот, выделенных сегодня для дистанционного управления моделями.
442 Беседа девятнадцатая Рис. 363. Принципиальная схема двухкомандного передатчика ют проводом ПЭВ-2 0,44 плотным ря¬ дом на каркасе диаметром 5 мм. Катуш¬ ка связи L2 содержит 3 витка провода ПЭЛШО 0,25, намотанных на том же каркасе, и подключена к высокочастот¬ ному разъему XI типа СР-50. Сам кар¬ кас контура имеет осевое отверстие с резьбой М3, в которое ввинчивают карбонильный подстроечник М3х9. Антенной передатчика может быть любая самодельная 50-омная или, что лучше, антенна от портативной Си-Би радиостанции. Транзистор VT3 выполняет функ¬ цию электронного ключа, замыкает или, наоборот, размыкает цепь пита¬ ния транзистора VT2 выходного каска¬ да передатчика. Если ключевой транзи¬ стор закрыт, то цепь питания транзис¬ тора VT2 оборвана, и передатчик не из¬ лучает командный сигнал. Когда же транзистор VT3 открывается до насы¬ щения и тем самым замыкает собой цепь питания транзистора VT2, этот ка¬ скад начинает выполнять функцию вы¬ сокочастотного усилителя мощности. Двухчастотная система управления передатчиком состоит из двух генера¬ торов прямоугольных импульсов, пост¬ роенных на логических элементах НЕ (инверторы) микросхемы К561ЛН2 (DD1) и двух кнопочных выключателях SB1 и SB2. Верхний (по схеме) генера¬ тор образуют элементы DD1.1, DD1.2, конденсатор С1 и резисторы Rl, R2, а , нижний — элементы DD1.3, DD1.4, конденсатор С2 и резисторы R3, R4. Ча¬ стота генерации первого из них Fl»3000 Гц. Пока контакты кнопочных выключателей не замкнуты, на базе транзистора VT3 (соединен с общим проводом резистором R9) действует на¬ пряжение низкого уровня, поэтому он закрыт и обесточен транзистор VT2 выходного каскада передатчика. При нажатии на кнопку SB 1 импульсная по¬ следовательность, формируемая пер¬ вым генератором, инвертируется эле¬ ментами DD1.5 и DD1.6 и сигналами высокого уровня, с такой же частотой открывают транзистор VT3, несущая передатчика модулируется импульс¬ ной последовательностью первого ге¬ нератора. Аналогичный процесс происходит и при нажатии на кнопку SB2. Только теперь несущая передатчика модули¬ руется импульсной последовательнос¬ тью второго генератора — с частотой F2*3000 Гц. Одновременного нажатия на ко¬ мандные кнопки SB1 и SB2 следует из¬ бегать. Конструкция передатчика может быть аналогичной первому его вариан¬ ту. А приемник радиоуправления моде¬
Беседа девятнадцатая 443 лью остается без каких-либо измене¬ ний или дополнений. Надо только по¬ точнее подстроить контуры ячеек де¬ шифратора на соответствующие им ча¬ стоты командных сигналов передатчи¬ ка. В случае необходимости можно также подборкой резисторов R2 и R4, входящих в состав генераторов систе¬ мы управления передатчиком, изме¬ нить в небольших пределах частоту следования формируемых ими прямо¬ угольных импульсов. Зависимость выходной мощности передатчика Рвых и потребляемого им тока 1потр от значения напряжения ис¬ точника питания UH n иллюстрирует следующая таблица: Таблица В ии.п, в Рвых, мВт IriOTDi МА 10 10,5 10 9 8,2 8 8 5,4 6 7 3 4,5 6 1,2 3,6 Аппаратуру радиоуправления, о которой я рассказал в этой беседе, называют аппара¬ турой дискретного действия, т.е. действия по вполне определенным, заранее обуслов¬ ленным командам. С конструирования такой аппаратуры обычно и начинается увлече¬ ние телемеханикой. Значительно же большими возможностями обладает радиоаппара¬ тура пропорционального управления, когда модель реагирует не на отдельные выборные команды, а на непрерывную программу, диктуемую передатчиком. Такая аппаратура сложнее дискретной, но она технически интересней и, конечно, перспективней.
444 БЕСЕДА ДВАДЦАТАЯ ЗНАКОМСТВО С ЭЛЕКТРО- И ЦВЕТОМУЗЫКОЙ По радио, телевидению, с эстрады концертных залов мы все чаще стали слушать музы¬ кальные произведения, исполняемые оркестрами электромузыкальных инструментов. Электромузыка обязана своим появлением терменвоксу, построенному в 1921 г. инжене¬ ром и музыкантом Л. С. Терменом. Терменвокс — бесклавишный и безгрифовый электро¬ музыкальный инструмент. В нем применены методы бесконтактного управления высо¬ той и громкостью звука. Первый грифовый электромузыкальный инструмент появился в нашей стране в 1922 г., а первый клавишный — в 1937 г. Широкое распространение среди радиолюбителей получили так называемые цве-тому- зыкальные установки — устройства цветового сопровождения музыкальных произведе¬ ний. Что же касается самой идеи цветомузыки, то она значительно «старше» электро¬ музыки. Электромузыка и цветомузыка стали увлечением многих радиолюбителей. Не исключе¬ но, что они увлекут и тебя. И если случится именно так, то эта беседа поможет сде¬ лать первые шаги в этой интересной области радиоэлектроники. Начну с элементарной музыкальной грамоты.
Беседа двадцатая 445 О НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВАХ МУЗЫКАЛЬНОГО ЗВУКА Любой звук, в том числе и музы¬ кальный, прежде всего характеризует¬ ся высотой. Высота музыкального зву¬ ка зависит от геометрических разме¬ ров того вибратора, который создает этот звук. Наиболее распространенны¬ ми вибраторами являются струны роя¬ ля, пианино, скрипки, гитары и других струнных музыкальных инструментов. Если тебе приходилось заглядывать внутрь рояля или пианино, то ты не мог не заметить, что их струны, создающие наиболее высокие звуки, значительно короче и тоньше струн, создающих на¬ иболее низкие звуки. Рис. 364. Опыт со струной Проведи такой опыт. Вбей в доску длиной около 1 м два гвоздя и натяни между ними тонкую стальную прово¬ локу, рыболовную леску или прочную нитку (рис. 364). Оттяни слегка струну и отпусти. Она, колеблясь, создаст звук. Запомни высоту этого звука. Те¬ перь найди точно середину струны, подставь под нее в этом месте какой- либо небольшой твердый предмет и за¬ ставь колебаться одну из половинок струны. Что получилось? Звук, создан¬ ный половиной струны, очень похож на звук всей струны, но он более высо¬ кий. Ты вдвое сократил геометричес¬ кие размеры струны. При этом высота звука тоже удвоилась Частотный ин¬ тервал между двумя такими звуками называют октавой. Числом октав оценивают диапазо¬ ны звуковых частот музыкальных ин¬ струментов, голоса людей, певчих птиц. Звуковой спектр пианино, на¬ пример, 7J/2 октавы. Середина клавиа¬ туры такого музыкального инструмен¬ та показана на рис 365. Это первая ок¬ тава. Она начинается со звука «до» и кончается звуком «си». Вверх от этой октавы (на рис. 365 — вправо) идет вто¬ рая октава, за ней третья, четвертая и неполная пятая октавы, а вниз (на рис. 365 — влево) — малая октава, боль¬ шая октава, контроктава и несколько клавишей субконтроктавы. Всего, та¬ ким образом, более семи октав, охва¬ тывающих диапазон звуковых частот примерно от 25 до 4000...4500 Гц. Фак¬ тически же верхний участок диапазона звуковых колебаний, возбуждаемых струнами пианино или рояля, значи¬ тельно больше за счет гармоник звуко¬ вых колебаний основных частот. Рис. 365. Звуки первой октавы и ее частотный диапазон В каждой октаве двенадцать клави¬ шей. Из них семь белых, соответствую¬ щих звукам «до», «ре», «ми», «фа», «соль», «ля» и «си» и пять черных, соот¬ ветствующих звукам «до-диез» («ре¬ бемоль»), «ре-диез» («ми-бемоль»), «фа-диез» («ля-бемоль») и «ля-диез» («си-бемоль»). Струна каждой клави¬ ши настроена на строго определенную частоту колебаний. На рис. 365 частоты колебаний струн первой октавы указа¬ ны на клавишах и возле них. Посмотри на эти цифры. По ним можно судить о частотах звуков любой другой октавы. Ведь частоты звуков каждой октавы в два раза больше или меньше частот звуков соседней. Так, например, часто¬
446 Беседа двадцатая та звука «си» первой октавы в два раза больше частоты звука «си» малой окта¬ вы, а частота звука «до» первой октавы в два раза меньше частоты звука «до» второй октавы. При настройке музыкальных инст¬ рументов за эталон принят звук «ля» первой октавы. Частота колебаний ви¬ браторов, создающих этот звук, равна 440 Гц. Подсчитай, какова должна быть частота «ля» других октав звукового диапазона. Источником звука может быть голо¬ вка громкоговорителя, к которой подво¬ дится переменное напряжение, напри¬ мер, от генератора звуковой частоты. А если частоту колебаний этого генерато¬ ра изменять плавно или скачкообразно? Тогда также плавно или скачкообразно будет изменяться высота звука, созда¬ ваемого головкой громкоговорителя. Этот принцип и лежит в основе работы электромузыкальных инструментов. ТЕРМЕНВОКС Структурная схема этого историче¬ ского электромузыкального инстру¬ мента показана на рис.; 366. Он состоит из двух генераторов, смесителя и уси¬ лителя 34, на выход которого включена головка громкоговорителя. Частота ге¬ нератора Г1 фиксированная, например 100 ООО Гц, частота генератора Г2 может плавно изменяться в некоторых преде¬ лах, например от 100 050 до 105 000 Гц. Колебания обоих генераторов подают на вход смесителя. На выходе смесите¬ ля образуются колебания, частота кото¬ рых зависит от настройки контура ге¬ нератора Г2 и может изменяться в до¬ вольно широких пределах Для нашего примера наивысшая звуковая частота будет 105 000 — 100 000 = 5000 Гц, а на- инизшая 100 050 — 100 000 = 50 Гц, т.е. она может изменяться от 50 Гц до 5 кГц. После усиления головка громкоговори¬ теля преобразует колебания этих час¬ тот в звуки соответствующих им высот. Исполнитель музыкального произ¬ ведения изменением расстояния ладо¬ ни руки относительно антенны-штыря изменяет частоту генератора с плавной настройкой. Антенна подключена к ко¬ лебательному контуру этого генерато¬ ра. Ладонь руки и антенна в данном случае являются не чем иным, как об¬ кладками конденсатора, емкость кото¬ рого изменяется в зависимости от рас¬ стояния между ними. А поскольку этот «конденсатор переменной емкости» вместе с антенной подключен к колеба¬ тельному контуру генератора, частота его изменяется. Это — главное в инст¬ рументе, созданном Л. С. Терменом. Рис. 366. Структурная схема терменвокса Разумеется, что в терменвоксе есть узлы, позволяющие изменять тембр и громкость звука — все то, что заставля¬ ет звук «жить». Вообще же он пред¬ ставляет собой относительно сложное радиотехническое устройство. Но главная сложность заключается не в конструкции, а в технике игры на этом инструменте. Не всякий музыкант мо¬ жет хорошо исполнять на нем произве¬ дения композиторов. И именно поэто¬ му, на мой взгляд, тебе нецелесообраз¬ но только ради интереса браться за конструирование терменвокса, отвеча¬ ющего высоким требованиям музы¬ кального искусства. А вот иметь хотя бы общее представление о принципе построения этого интереснейшего бес- клавишного и безгрифового музыкаль¬ ного инструмента, полагаю, надо. ЭЛЕКТРОННЫЙ РОЯЛЬ С наипростейшим электромузы¬ кальным инструментом (ЭМИ) я од¬ нажды тебя уже знакомил. Да, то было в девятой беседе. Теперь хочу познако¬ мить с работой и предложить для по¬ вторения электронный рояль.
Беседа двадцатая 447 Общее представление об устройст¬ ве и работе этого сравнительно не¬ сложного одноголосного ЭМИ дает его структурная схема, изображенная на рис. 367, а. В нем, как и во многих по¬ добных ему одноголосных инструмен¬ тах, два генератора: генератор тона, ча¬ стота колебаний которого управляется клавиатурой, и генератор вибрато, час¬ тота колебаний которого практически постоянна и не превышает нескольких герц. Колебания генератора вибрато модулируют колебания генератора то¬ на; модулированные колебания усили¬ ваются и преобразуются динамичес¬ кой головкой ВА в звуковые колеба¬ ния. Благодаря генератору вибрато звук инструмента становится вибриру¬ ющим, что делает его более приятным для слуха. Принципиальная схема электрон¬ ной части такого ЭМИ показана на рис. 367, б. Генератор тона, в котором работают транзисторы VT3 и VT4, представляет собой разновидность не¬ симметричного мультивибратора, гене¬ рирующего колебания пилообразной формы. Полный диапазон частот такого генератора может достигать четырех октав. Здесь же частота его колебаний изменяется скачкообразно при замы¬ кании контактов клавишных переклю¬ чателей SB1—SB 17, включающих в цепь эмиттера транзистора VT3 резис¬ торы Rl—R17. Эти резисторы, сопро¬ тивления которых подбирают опытным путем во время настройки инструмен¬ та, образуют частотозадающую цепь ге¬ нератора тона. В частотозадающей цепи семнад¬ цать резисторов, значит, на такое же число фиксированных частот может быть настроен и генератор тона. В на¬ шем случае — от частоты звука «до» первой октавы до частоты звука «ми» второй октавы. Поскольку резисторы соединены между собой последова¬ тельно, фиксированная частота коле¬ баний генератора определяется теми резисторами, кбторые включены в эмиттерную цеп£ транзистора VT3. Ес¬ ли, например, замкнуты контакты SB 16, частота генератора определяется только суммарным сопротивлением резисторов R16, R17 и R28. При этом за¬ мыкание любых других, расположен¬ ных слева (по схеме) от уже замкнутых контактов, не изменяет сопротивления частотозадающей цепи и, следователь¬ но, частоты генератора тона. Колебания генератора тона, снима¬ емые с эмиттера его транзистора VT3, через конденсатор Сб подаются в цепь базы транзистора VT5 усилителя 34. Конденсатор С5 и переменный резис¬ тор R29, соединенные между собой по¬ следовательно и подключенные парал¬ лельно конденсатору С4, образуют цепь, с помощью которой можно осу¬ ществлять общую подстройку всех фиксированных частот генератора в пределах полутона. Чтобы частоты ге¬ нератора тона были устойчивы и не «плавали» с изменениями напряжения источника тока, в цепь питания его транзисторов включен стабилитрон VD1. Он поддерживает постоянное на¬ пряжение питания генератора около 7,2 В (в зависимости от напряжения стабилизации используемого стабили¬ трона), а избыточное напряжение бата¬ реи GB1 гасит резистор R31. В генераторе вибрато работают транзисторы VT1 и VT2. Как и генера¬ тор тона, а их схемы принципиально одинаковы, он также представляет со¬ бой несимметричный мультивибратор, но генерирует колебания частотой 5...7 Гц, определяемой конденсатором С1 и резистором R21. Колебания гене¬ ратора вибрато через корректирую¬ щую цепь C2R23, выключатель SA1 и фильтр R24C3 подаются к генератору тона и модулируют его колебания. Ге¬ нератор вибрато может быть отключен от генератора тона выключателем SA1. В этом случае звуки инструмента будут однотонными, не вибрирующими. Усилитель 34 инструмента однока¬ скадный, на транзисторе VT5. Его вы¬ ходная мощность небольшая — всего 40...50 мВт. Но ее вполне достаточно
448 Беседа двадцатая Рис. 367. Структурная (а), принципиальная (б) схемы и конструкция (в) электронного рояля
Беседа двадцатая 449 для громкого звучания головки 1ГД-18 или подобной ей 1ГД-28. Тембр звука можно изменять при подключении конденсатора С7 тумблером SA2 парал¬ лельно первичной обмотке выходного трансформатора Т1. Инструмент питается от батареи напряжением 9 В. Для более продолжи¬ тельной работы ее целесообразно со¬ ставить из двух батарей 3336, обладаю¬ щих значительно большей емкостью, чем «Крона» или аккумуляторная бата¬ рея 7Д-0Д15. Возможная конструкция инстру¬ мента показана на рис. 367, в. Корпус можно сделать из сухих прямослойных дощечек и фанеры, оргалита. В перед¬ ней части корпуса размещена клавиату¬ ра, внутри — монтажная плата, головка ВА1 с акустической доской, обтянутой декоративной тканью, и батарея пита¬ ния. Рядом с батареей — тумблер SA1 подключения генератора вибрато к ге¬ нератору тона. Переменный резистор R29 общей подстройки фиксированных частот генератора тона и тумблер SA2 изменения тембра звука инструмента размещены на дне корпуса, под клавиа¬ турой. Резисторы частотозадающей це¬ пи припаяны непосредственно к кон¬ тактным группам клавиатуры. Рис. 368. Устройство выключателя питания: 1 — стойка, 2 — винт опоры стойки, 3 — вы¬ ступ стойки, 4 — контактные пружины, 5 — регулировочная пластинка, 6 — опорная скоба стойки Крышка корпуса откидная. При поднятии стойки, удерживающей крышку, замыкаются контакты выклю¬ чателя питания SA3. Устройство этого выключателя показано на рис. 368. Его контактами служат пружинные кон¬ такты от электромагнитных реле. При поднятии стойка, поворачиваясь во¬ круг винта 2 на угол 90°, выступом 3 на ее коротком конце надавливает на кон¬ такты 4 и замыкает их. Поднятая стой¬ ка длинным концом 1 упирается в уг¬ лубление в откидной крышке инстру¬ мента. Зазор между разомкнутыми контактами выключателя регулируют медной пластинкой 5, имеющейся между контактными пружинами. Рис. 369. Конструкция клавиатуры: 1,2 — белая и черная клавиши, 3 — подкла- вишный выступ, 4 — контактные пружины, 5 — прокладка (замша, сукно), 6 — фанерная пластинка, 7 — подклавишная прокладка, 8 — шнурок, 9 — гвоздь Конструкция клавиатуры может быть произвольной. Однако желатель¬ но, чтобы размеры клавиш соответст¬ вовали стандартным, например клавиа¬ туре аккордеона. Свободный ход бе¬ лых клавиш должен составлять 8 мм, ход черных клавиш 6 мм, зазор между клавишами должен быть 0,8... 1 мм. Кла¬ виатура рояля, о котором я здесь рас¬ сказываю, изготовлена из электротех¬ нического картона толщиной 1... 1,5 мм (рис. 369). Можно также использовать для клавиатуры склеенный в два-три слоя более тонкий глянцевый картон (некоторые папки для бумаг). Прорези в картоне, образующие клавиши, делай остро заточенным ножом по металли¬ ческой линейке. Чтобы клавишам при¬ дать жесткость, приклей снизу клеем 15 Зак 261
450 Беседа двадцатая «Момент», БФ-2 вырезанные по ним фанерные пластинки. Суши их под гру¬ зом, например под утюгом, нагретым до температуры 40...50°С. А чтобы дета¬ ли не приклеились к утюгу, проложи между ними два-три слоя писчей бума¬ ги. Готовые клавиши окрась черной и белой нитроэмалью. Рис. 370. Монтажная плата Для удержания клавиш на одном уровне к каждой из них прикрепи снизу шнурок, натяжение которого будешь регулировать отгибанием гвоздя, вбито¬ го в обшую рейку всей клавиатуры. Кон¬ тактные пружины клавиатуры должны быть отрегулированы так, чтобы усилие, необходимое для нажатия клавиш, было одинаковым для всех клавиш, т.е., как говорят, чтобы не было «тугих» и «сла¬ бых» клавиш. Для бесшумной работы клавиатуры в местах соприкосновения нижних выступов белых клавиш при¬ клей полоски из бархата (или сукна), а на фанерные пластинки в местах сопри¬ косновения подвижных контактов — полоски из замши (или сукна). Детали электронной части инстру¬ мента монтируй на плате из листового гетинакса или стеклотекстолита толщи¬ ной 1,5...2 мм. Примерное размещение деталей на плате показано на рис. 370. Сам же монтаж может быть как печат¬ ным, так и проволочным. После наст¬ ройки инструмента плату укрепи с по¬ мощью стоек на дне корпуса или акус¬ тической доске динамической головки. Для соединения монтажной платы с другими деталями инструмента исполь¬ зуй любые монтажные провода с на¬ дежным изоляционным покрытием. Настройка инструмента заключает¬ ся в точном подборе сопротивлений ре¬ зисторов Rl—R17 частотозадающей це¬ пи. Генератор вибрато на это время дол¬ жен быть отключен от генератора тона. Сначала подбери резистор R17. Вместо него временно включи пере¬ менный резистор на 5... 10 кОм, а меж¬ ду его движком и контактами клавиши SB 17 — постоянный резистор сопро¬ тивлением 1... 1,5 кОм. Изменяя со¬ противление переменного резистора, установи на слух по образцовому му¬ зыкальному инструменту (рояль, пиа¬ нино, аккордеон) частоту колебаний задающего генератора, соответствую¬ щую звуку «ми» второй октавы. Совпа¬ дение частот генератора и музыкально¬ го инструмента определяй по отсутст¬ вию биений. Затем омметром измерь сопротивление временно включенной цепочки резисторов и вместо них впа¬ яй в частотозадающую цепь постоян¬ ный резистор такого же сопротивле¬ ния. Если такого номинала резистора нет, то необходимое сопротивление со¬ ставь из двух-трех последовательно или параллельно соединенных резис¬ торов. Точно так же подбирай резистор R16 (клавиша «ре-диез» второй окта¬ вы), а затем последовательно резисто¬ ры R15—R1. Затем приступай к настройке гене¬ ратора вибрато на частоту 5...7 Гц. Это достигается подбором емкости конден¬ сатора С1. Но на колебания такой час¬ тоты наш слух не реагирует. Поэтому,
Беседа двадцатая 451 чтобы настроить генератор, придется воспользоваться цифровым частотоме¬ ром, прибегнуть к осциллографу или делать это по вибрации звуков, издава¬ емых инструментом. Амплитуду вы¬ ходного напряжения генератора ви¬ брато, от которого зависит глубина ви¬ брации звука, устанавливай подбором резистора R23. Если амплитуду вибра¬ ции нужно увеличивать, то сопротив¬ ление этого резистора уменьшай, и наоборот. В генераторе вибрато ампли¬ туда вибрации возрастает с высотой звука. Поэтому настройку его по амп¬ литуде следует производить при нажа¬ тии верхних клавиш инструмента. Многоголосные ЭМИ не входят в содержание нашей беседы. А если они тебя заинтересуют, то придется обра¬ титься к соответствующей литературе. ЭЛЕКТРОГИТАРА К числу электромузыкальных отно¬ сятся и так называемые адаптеризо- ванные музыкальные инструменты. Слушая выступления эстрадного оркестра, ты, вероятно, обращал вни¬ мание на то, что звуки гитары, напри¬ мер, идут не от нее, а от установленно¬ го неподалеку громкоговорителя. Это и есть адаптеризованная гитара. Адапте- ризованными могут быть любые дру¬ гие струнные или клавишные музы¬ кальные инструменты. Но гитара дает наилучший звуковой эффект. Адаптер — это звукосниматель, эле¬ ктрический датчик. С его помощью зву¬ ковые колебания струн или резонатора инструмента преобразуются в электри¬ ческие колебания той же частоты и по¬ сле усиления преобразуются головкой громкоговорителя в звуковые колеба¬ ния воздуха. Адаптеризация не только повышает громкость музыкальных ин¬ струментов, но и придает их звучанию новые музыкальные оттенки. Простейшим датчиком гитары мо¬ жет быть, например, электромагнитная система одного из излучателей голо¬ вного телефона типа ТОН-1 или ТОН-2, если его мембрану скрепить с резони¬ рующей декой гитары (рис. 371). Ко¬ леблясь вместе с декой, мембрана из¬ меняет состояние поля постоянного магнита, что возбуждает в катушке эле¬ ктромагнитной системы телефона пе¬ ременное напряжение звуковой часто¬ ты, которое может быть усилено до не¬ обходимой мощности и преобразовано в звук головкой громкоговорителя. Рис. 371. Телефон в качестве звукоснимателя электрогитары Проверь работу такого звукосни¬ мателя на гитаре. В крышке телефона между отверстиями в ней для прохода звуковых волн сделай лобзиком пропи¬ лы, а края получившегося треугольного отверстия выровняй надфилем. К на¬ ружной стороне крышки клеем БФ-2 или нитролаком приклей три фетровые или суконные прокладки толщиной 2...3 мм. Эти прокладки будут выпол¬ нять роль амортизаторов между декой гитары и корпусом телефона. А чтобы они имели возможно гладкие поверх¬ ности, плотно прилегающие к деке ин¬ струмента, суши их после нанесения клея под теплым утюгом. Теперь точно в центре мембраны телефона припаяй иглу — отрезок про¬ волоки толщиной 1... 1,5 мм и такой дли¬ ны, чтобы его внешний заостренный конец выступал над поверхностью про¬ кладок-амортизаторов на 3...4 мм. Де¬
452 Беседа двадцатая лай это осторожно, чтобы не деформи¬ ровать мембрану. Готовый звукосни¬ матель прикрепи к деке гитары липкой бумагой или изоляционной лентой с та¬ ким расчетом, чтобы острие иглы лишь слегка упиралось в деку. При этом мем¬ брана ни в коем случае не должна силь¬ но прогибаться. Иначе она станет ка¬ саться полюсных наконечников магни¬ та, и звук будет искаженным. Звукосниматель соединяй с входом усилителя 34 экранированным прово¬ дом, а его экран — с общим «заземлен¬ ным» проводником усилителя. Во вре¬ мя игры на гитаре попробуй звукосни¬ матель перемещать по поверхности де¬ ки, чтобы найти такое место, где звучание музыки будет наиболее при¬ ятным. Существенный недостаток такого электромагнитного датчика заключает¬ ся в том, что он преобразует в электри¬ ческий сигнал колебания не самих струнГ^а-резонирующей деки. Стоит /Случайно задеть или слегка ударить по деке, и звукосниматель преобразует создающиеся при этом колебания деки в электрический сигнал-помеху. Этого недостатка нет в электромузыкальных инструментах, у которых на звукосни¬ матель воздействуют непосредственно колебания струны. Схему и возможную конструкцию одного из таких датчиков-звукосни- мателей ты видишь на рис. 372, а. Возле полюсов постоянного магнита, на ко¬ тором намотана катушка, расположена стальная струна. Подчеркиваю: сталь¬ ная, т.е. ферромагнитная, ибо она долж¬ на сгущать силовые линии поля магнита между его полюсами. Колебания стру¬ ны изменяют состояние магнитного по¬ ля датчика, в результате чего в его ка¬ тушке индуцируется ЭДС звуковой час¬ тоты. Если возле полюсов магнита ко¬ леблются все струны гитары, то все они будут наводить в катушке электричес¬ кие сигналы звуковой частоты. Электромагнитная система такого звукоснимателя состоит из Г-образно- го основания 1 и намагниченного сер¬ дечника 2 прямоугольного сечения с насаженной на него катушкой 3. Сер¬ дечник и основание образуют U-образ- ный магнит с полюсами на обращен¬ ных кверху гранях. Звукосниматель, закрытый кожухом 4, с помощью вин¬ тов 5 и планки б крепят под струнами гитары на их нижней подставке. Через выводные контакты катушки электро¬ магнитной системы датчик соединяют с входом усилителя 34 экранирован¬ ным проводом. Размеры звукоснимате¬ ля, его деталей я не указываю, так как они зависят от конкретной конструк¬ ции гитары. Важно лишь, чтобы длина сердечника магнитной системы датчи¬ ка была не меньше расстояния между крайними струнами гитары, а верхние грани магнита находились на расстоя¬ нии 3...4 мм от струны. Для основания и крепежной план¬ ки б используй мягкую листовую сталь толщиной 2...2,5 мм. Сердечник пред¬ ставляет собой брусок из магнитного сплава или твердой углеродистой ста¬ ли. Его можно изготовить из куска пло¬ ского напильника, особо тщательно об¬ рабатывая нижнюю грань, которой он должен плотно прилегать к основанию. Приклей сердечник к основанию кле¬ ем БФ-2, а затем намагнить его, помес¬ тив внутрь катушки, через которую идет постоянный ток. Катушка электромагнитной систе¬ мы датчика должна содержать пример¬ но 3000 витков провода ПЭВ-1 0,08...0,1. Ее надо намотать на подходящей болван¬ ке со съемными щечками, обмотать лен¬ той из лакоткани или эластичной изоля¬ ционной лентой и плотно насадить на сердечник. Для соединения катушки с выходными зажимами (или гнездами) звукоснимателя используй тонкий мно¬ гожильный монтажный провод. Картон¬ ный или сделанный из тонкой пластмас¬ сы кожух оклей изнутри медной или ла¬ тунной фольгой. Она будет электроста¬ тическим экраном катушки, соедини ее с основанием датчика. Звукосниматель готов. Укрепи его на гитаре и испытай в работе.
Беседа двадцатая 453 Рис. 372. Электромагнитный (а) и ферритовый (б) звукосниматели Можешь испытать еще одну конст¬ рукцию электромагнитного звукосни¬ мателя, в котором роль магнитов вы¬ полняют намагниченные струны гита¬ ры (рис. 372, б). Для такого звукоснима¬ теля потребуются семь (по числу струн) колец из феррита марки 1000НН с на¬ ружным диаметром 10 и внутренним б мм. Кольца аккуратно разломи на по¬ ловинки. Закрепи на них проволочные выводы, а затем на полукольца намотай до заполнения провод марки ПЭВ-1. Склей полукольца клеем БФ-2, а намо¬ танные на них катушки соедини после¬ довательно. У тебя получатся звукосни¬ мающие головки. Для катушек головок первой и второй струн гитары надо ис¬ пользовать провод ПЭВ-1 0,12, для голо¬ вок остальных струн ПЭВ-1 0,1. Головки смонтируй на штырьках или пустотелых заклепках, запрессо¬ ванных в гетинаксовую плату, распола¬ гая головки так, как показано на рис. 372, б. Обмотки всех головок со¬ едини последовательно. К гетинаксо- вому основанию приклей два боковых бруска из органического стекла и две боковые щечки, вырезанные из любого изоляционного материала. В отверстия в торцах боковых брусков вверни шпильки, с помощью которых звуко¬ сниматель будешь крепить к стойке струн гитары. Выводами звукоснима¬ теля могут быть штепсельные гнезда, запрессованные в один из боковых брусков, или зажимы. Крепить звукосниматель на гитаре надо с таким расчетом, чтобы он был удален от задней стойки струн на 30 мм (средней продольной линии), а зазоры ферритовых головок — на 1,5...2 мм от струн. Прежде чем играть на такой элект¬ рогитаре, участки ее струн против за¬ зоров ферритовых головок надо намаг¬ нитить, поднося магнит к каждой стру¬ не на расстояние 1,5...2 мм. При этом полюса магнита должны чередоваться от струны к струне. Колеблясь над ра¬ бочими зазорами ферритовых головок, намагниченные струны возбуждают в их обмотках электрические колебания звуковой частоты, которые и подаются на вход усилителя 34. Свободное пространство между бо¬ ковыми брусками и щечками хорошо залить смолой, а еще лучше — эпоксид¬ ным клеем. Это защитит головки от воз¬ можных механических повреждений и придаст звукоснимателю прочность. Остается ответить на вопрос, кото¬ рый ты, вероятно, давно хотел задать:
454 Беседа двадцатая какой усилитель можно использовать для электрогитары. Любой усилитель 34 с входом, рассчитанным на подклю¬ чение к нему звукоснимателя для вос¬ произведения грамзаписи с выходной мощностью не менее 1 Вт. Если, одна¬ ко, усиление окажется недостаточным для громкого звучания, придется доба¬ вить каскад предварительного усиле¬ ния напряжения звуковой частоты, включив его транзистор по схеме ОЭ. Полагаю, что с этой задачей ты спра¬ вишься самостоятельно. Теперь — О ЦВЕТОМУЗЫКЕ Суть этого цветового эффекта, со¬ провождающего музыку, иллюстриру¬ ет схема, показанная на рис. 373. Ко входу усилителя 34 подключен звуко¬ сниматель BS. С выхода усилителя сиг¬ нал звуковой частоты подается на голо¬ вку громкоговорителя ВА и одновре¬ менно к фильтрам высших (ФВ4), сред¬ них (ФС4) и низших (ФН4) частот. Каждый фильтр настроен на сравни¬ тельно узкую полосу частот и пропус¬ кает через себя в основном только колебания этого участка звукового диа¬ пазона. Фильтр высших частот пропус¬ кает к лампе L1 колебания частотой вы¬ ше 2 кГц, ФС4 к лампе L2 — колебания частотой примерно от 200 Гц до 3 кГц, а ФН4 к лампе L3 — колебания частотой до 300 Гц. При этом лампы, накаливаясь в такт с силой электрического сигнала, светятся с переменной яркостью и ос¬ вещают полупрозрачный экран. Баллон лампы L1 канала высших частот — синий (или голубой), лампы L2 канала средних частот — зеленый, лампы L3 канала низших частот — красный. Это три основных цвета, ко¬ торые, смешиваясь, могут составить другие цвета радуги. На экране, следо¬ вательно, создается картина игры цве¬ тов разной окраски и интенсивности, дополняющая восприятие музыки. Предлагаю для начала смонтиро¬ вать простую цветомузыкальную при¬ ставку с небольшим экраном к имею¬ щемуся у тебя усилителю 34. Рис. 373. Схема, иллюстрирующая сущность цветомузыки ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНАЯ ПРИСТАВКА Схема возможного варианта такой приставки изображена на рис. 374, а. Со звуковой катушки динамической го¬ ловки ВА усилителя 34 сигнал звуко¬ вой частоты подается на базы транзис¬ торов VT1—VT3 через соответствую¬ щие им частотные фильтры. Роль филь¬ тра канала высших частот выполняет конденсатор С1: он хорошо пропускает колебания наиболее высоких частот и оказывает значительное сопротивле¬ ние колебаниям средних и низших час¬ тот. Дроссель L1 и конденсатор С2 об¬ разуют фильтр средних частот. Функ¬ цию фильтра низших частот выполняет дроссель L2, индуктивное сопротивле¬ ние которого для средних и высших ча¬ стот большое, а для низших — малое. В коллекторные цепи транзисторов включены лампы накаливания ELI— EL3, цвета баллонов которых соответст¬ вуют принятому частотному делению колебаний звукового диапазона. Исходное состояние транзисто¬ ров — закрытое. В это время токи кол¬ лекторных цепей транзисторов ни¬ чтожно малы и лампы, включенные в эти цепи, не светятся. Но вот заиграла музыка. В это время отрицательные по¬ луволны сигналов, прошедших через
Беседа двадцатая 455 Рис. 374. Принципиальная схема цветомузыкальной приставки (а) и возможная конструкция ее све¬ торассеивающего экрана (б) фильтры, открывают транзисторы, в их коллекторных цепях появляются то¬ ки и лампы начинают светиться. Чем сильнее электрические сигналы, тем больше открываются транзисторы и ярче светятся лампы. Если преоблада¬ ют звуки низких тонов, то ярче других светится лампа красного цвета, а если высоких и средних, то синего и зелено¬ го цветов. В результате на экране, осве¬ щающемся лампами, создаются раз¬ личные цветовые гаммы. Чтобы изменяющиеся токи транзи¬ сторов не влияли на работу усилителя, являющегося источником сигналов зву¬ ковой частоты, приставка питается от самостоятельного однополупериодного выпрямителя на диоде VD 1. Пульсации выпрямленного напряжения сглажи¬ ваются оксидным конденсатором СЗ большей емкости. Транзисторы приставки могут быть как низкочастотными, так и высокочас¬ тотными, но обязательно средней или большой мощности, например П213, П214, ГТ403, П601. Лампы накалива¬ ния — МНЗ,5-0,26. При наиболее гром¬ ких звуках суммарный ток ламп при¬ ставки может достигать 0,7...0,8 А. По¬ этому в выпрямителе блока питания должен работать диод, рассчитанный на выпрямленный ток около 1 А. Если не окажется такого диода, в выпрямитель можно включить четыре диода серии Д226, соединив их по мостовой схеме. В качестве сетевого трансформато¬ ра Т1 можно использовать выходной трансформатор кадровой развертки ТВК-110 или ТВК-90, как это было в эле¬ ктрофоне, или любой другой трансфор¬ матор, понижающий напряжение сети до 5...6 В. Напряжение на выходе выпря¬ мителя должно быть не менее 7...8 В. Дроссель L1 фильтра канала сред¬ них частот намотай на двух сложенных вместе ферритовых кольцах 600НН с внешним диаметром 7 мм, а дроссель L2 канала низших частот — на трех сложенных вместе таких же кольцах. На каждый из таких магнитопроводов надо намотать по 200 витков провода ПЭЛШО или ПЭВ-1 0,1. Конструкция экрана с освещающи¬ ми его лампами может быть такой, как на рис. 374, б. Лампы, баллоны которых окрашены цветными лаками, размеще¬ ны на задней стенке ящика, оклеенно¬ го с внутренней стороны алюминиевой фольгой. Фольга (или жесть) выполня¬ ет роль рефлектора. Экраном, являю¬ щимся передней стенкой ящика, слу¬ жит молочное стекло размерами не бо¬ лее 13 х 18 см. Расстояние между экра¬ ном и лампами может быть 12... 15 см.
456 Беседа двадцатая От ламп идут провода к соответствую¬ щим им транзисторам, смонтирован¬ ным вместе с фильтрами и блоком пи¬ тания в другом ящике. Экраном может также служить прозрачное органическое стекло, пред¬ варительно обработанное тепловым методом. Для этого пластинку органи¬ ческого стекла нужного размера надо нагреть над пламенем газовой горелки или костра, но осторожно, чтобы орга¬ ническое стекло не воспламенилось, а затем остудить его, зажав между плос¬ кими массивными предметами. При та¬ кой обработке органического стекла в его толще образуются газовые пузырь¬ ки, хорошо рассеивающие свет. Советую смонтировать детали при¬ ставки на макетной панели, испытать ее в работе и только после этого решать вопрос о ее конструкции. Какие дополнения можно внести в цветомузыкальную приставку? В кол¬ лекторные цепи транзисторов можно включить не по одной, а по две-три со¬ единенные параллельно лампы. Но тог¬ да в выпрямителе надо будет использо¬ вать диод на ток 3—5 А, например Д242А, а транзисторы, чтобы не пере¬ гревались, установить на теплоотводя¬ щие радиаторы. Между базами и коллекторами транзисторов можно включить пере¬ менные резисторы сопротивлением по 2...3 кОм, которые совместно с посто¬ янными резисторами Rl—R3 образуют делители напряжений, открывающие транзисторы. При налаживании при¬ ставки введенные сопротивления пе¬ ременных резисторов подбери такими, чтобы нити накала ламп чуть свети¬ лись. Этими же резисторами можно также регулировать яркость свечения ламп любого из каналов цветности. СВЕТОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Более сложную и технически более интересную установку для автоматиче¬ ского воспроизведения цветового со¬ провождения музыкальной программы можно построить по структурной схе¬ ме, приведенной на рис. 375. В такой установке четыре частотных канала, каждый из которых настроен на сред¬ нюю частоту соответствующего ему участка звуковых диапазонов: высших- средних — на частоту 7500, средних — на частоту 1500, средних-низких — на частоту 300, низших — на частоту 90 Гц. Первому из этих частотных кана¬ лов условно присвоен синий цвет, вто¬ рому — зеленый, третьему — желтый, четвертому — красный. Рис. 375. Структурная схема светодинамичес¬ кой установки Электрический сигнал музыкаль¬ ной программы, снимаемый с линейно¬ го выхода магнитофона, электропроиг¬ рывателя или другого звуковоспроиз¬ водящего устройства, подают на вход предварительного усилителя А1 свето¬ динамической установки, а с его выхо¬ да — на входы активных полосовых RC-фильтров А2—А5, разделяющих всю полосу частот музыкальной про¬ граммы на четыре основных участка- канала. Далее следуют амплитудные детекторы VD1—VD4, выпрямляющие переменные напряжения звуковых ча¬ стот, выделенные RC-фильтрами. Постоянные составляющие проде- тектированных сигналов усиливаются до необходимой мощности усилителя¬ ми постоянного тока Аб—А9. К их вы¬ ходам подключены группы ламп нака¬ ливания, окрашенные в цвета, соответ¬ ствующие частотным каналам, кото¬ рые образуют выходное оптическое устройство (ВОУ) установки.
Беседа двадцатая 457 Рис. 376. Принципиальная схема светодинамической установки Одновременно сигналы с выходов усилителей Аб—А9 подаются и на вход усилителя постоянного тока А10, на¬ груженного на группу ламп накалива¬ ния, суммарная мощность которых меньше мощности ламп любого канала цвета. Это пятый, вспомогательный ка¬ нал установки — канал фона. Лампы этого канала светятся при этом не очень ярко, только тогда, когда на вхо¬ де установки нет сигнала музыкальной программы. Принципиальная схема светодина¬ мической установки показана на рис. 376. Сигнал с линейного выхода магнитофона подается на гнезда 3 и 2 разъема XI, а от пьезокерамического звукоснимателя — на гнезда 5 и 2 (нуме¬ рация гнезд соответствует общеприня¬ той для пятиконтактной розетки СГ-5).
458 Беседа двадцатая Переменный резистор R3 — регулятор уровня входного сигнала. С его движка сигнал через конденсатор С1 и резис¬ тор R4 поступает на вход двухкаскадно¬ го предварительного усилителя на транзисторах VT1 и VT2. Транзистор VT2 включен эмиттерным повторите¬ лем, что обеспечивает оптимальные ус¬ ловия работы активных полосовых RC- фильтров, стоящих за предваритель¬ ным усилителем входного сигнала. Мо¬ нофонический сигнал можно подавать непосредственно на переменный рези¬ стор R3, минуя развязывающие резис¬ торы R1 и R2 (или совсем исключив их), при этом чувствительность усилителя к слабым сигналам несколько повысится. Переменные резисторы R8—R11, соединенные между собой параллель¬ но и являющиеся нагрузкой транзисто¬ ра VT2, выполняют функцию регулято¬ ров уровня сигналов в каждом из кана¬ лов цвета. С их движков усиленный сигнал поступает к соответствующим полосовым фильтрам. Основные каналы светодинамичес¬ кой установки различаются только но¬ миналами некоторых конденсаторов и резисторов, входящих в цепи активных фильтров. Поэтому расскажу о работе лишь одного из них — канала низших частот, настроенного на среднюю час¬ тоту около 90 Гц. Активный полосовой RC-фильтр этого канала представляет собой двух¬ каскадный усилитель на транзисторах VT3 и VT4, охваченный частотно-зави- симой обратной связью по переменно¬ му току, напряжение которой с эмитте¬ ра транзистора VT4 подается через ре¬ зистор R13 в цепь базы транзистора VT3. Коэффициент усиления каскада на транзисторе VT3 устанавливают подбором эмиттерного резистора R12 с таким расчетом, чтобы фильтр работал на грани возбуждения. При этом поло¬ са частот, пропускаемая фильтром, су¬ жается, а подъем амплитудно-частот¬ ной характеристики фильтра на резо¬ нансной частоте достигает восьми-де- сятикратного увеличения. С резистора R16, являющегося вы¬ ходным элементом фильтра, сигнал через конденсатор С5 и резистор R18 подается к амплитудному детектору, диоды VD1 и VD2 которого включены по схеме умножения выходного на¬ пряжения. В трехкаскадном усилителе посто¬ янного тока работают транзисторы VT5, VT6 и VT12 разных структур, включенные по схеме ОЭ. Связь меж¬ ду ними непосредственная: база тран¬ зистора VT12 соединена с коллекто¬ ром транзистора VT6, а база его — с коллектором транзистора VT5 первого каскада. Пока сигнала на входе уста¬ новки нет, все транзисторы усилителя закрыты и группа ламп EL6—EL9 в кол¬ лекторной цепи выходного транзисто¬ ра VT12 не горит. С появлением сигна¬ ла в этом канале транзистор VT5, а за ним и транзисторы VT6 и VT12 откры¬ ваются, и тем больше, чем больше уп¬ равляющее отрицательное напряже¬ ние на выходе детектора, а значит, и на базе транзистора VT5. Начинает, сле¬ довательно, светиться группа ламп это¬ го канала цвета. Кремниевый диод VD3 в эмиттерной цепи транзистора VT12 термостабилизирует режим работы выходного каскада. Таблица Г Частота настройки канала, Гц С2, СЗ, С4, мкФ R12, Ом R14, кОм R15, кОм 90 0,15 120 6,8 2,7 300 0,033 100 6,8 2,4 1500 0,01 91 6,8 2,0 7500 0,0043 68 4,7 1,5 Аналогично работают и три других основных канала цвета, изображенные на схеме условными прямоугольника¬ ми с цифрами частоты настройки. Предполагается, что данные всех дета¬ лей их каналов, кроме номиналов кон¬ денсаторов С2—С4 и резисторов R14 и R15, определяющих среднюю частоту настройки полосовых фильтров, такие же, как данные деталей канала 90 Гц. Номиналы этих конденсаторов и рези¬ сторов частотозадающих цепей фильт¬
Беседа двадцатая 459 ров, а также ориентировочные сопро¬ тивления резисторов R12 в каждом из четырех каналов цвета указаны в при¬ веденной здесь таблице. Аналогичным образом работает и усилитель постоянного тока канала фо¬ на, выполненный на транзисторах VT7, VT8 и VT13. Управляющие им отрица¬ тельные напряжения снимаются с кол¬ лекторов транзисторов VT9—VT12 и через развязывающие резисторы R25—R28 и делитель R29, R30 подаются в цепь базы транзистора VT7. При от¬ сутствии сигнала на входе цветодина¬ мической установки напряжения на коллекторах транзисторов VT9—VT12 близки к напряжению источника пита¬ ния, а отрицательное напряжение на базе транзистора VT7 оказывается до¬ статочным для поддержания его, а зна¬ чит, и транзисторов VT8, VT13 в откры¬ том состоянии. В это время группа ламп EL2—EL5 канала фона горит. По¬ явление сигнала хотя бы в одном из ка¬ налов цвета приводит к уменьшению отрицательного напряжения на базе транзистора VT7, в результате чего он, а вместе с ним и транзисторы VT8, VT13 частично закрываются и яркость свечения ламп этого канала уменьша¬ ется. При появлении же сигнала во всех каналах цвета отрицательные на¬ пряжения на коллекторах транзисто¬ ров всех выходных каскадов усилите¬ лей тока уменьшаются почти до нуля, транзисторы усилителя тока канала фона закрываются полностью и его лампы гаснут. Светодинамическая установка пи¬ тается от сети переменного тока напря¬ жением 220 В через понижающий трансформатор Т1 и двухполупериод- ный выпрямитель на диодах VD7— VD10, включенных по мостовой схеме. На коллекторы мощных транзисторов VT9—VT13 выходных каскадов усили¬ телей тока напряжение питания (— 28 В) подается с фильтрующего кон¬ денсатора С8 через соответствующие им группы ламп выходного оптическо¬ го устройства, а на все другие транзис¬ торы — с выхода стабилизатора напря¬ жения (-15 В), образованного последо¬ вательно соединенными стабилитрона¬ ми VD5, VD6 и транзистором VT14. Лампа ELI — индикатор включения пи¬ тания. Вот, пожалуй, то основное, что надо знать до осмысленного подхода к кон¬ струированию такого цветомузыкаль¬ ного устройства. Цветодинамическая установка с выходным оптическим устройством в том виде, в каком они выполнены авто¬ ром конструкции, показана на рис. 377, а, а монтаж деталей и узлов в корпусе — на рис. 377, б. Корпус, раз¬ меры которого зависят от габаритов имеющихся деталей, сделан из пластин листового дюралюминия, скрепленных в единую конструкцию с помощью уголков и винтов. Боковые, ниж!няя и верхняя стенки корпуса имеют венти¬ ляционные отверстия, снизу приверну¬ ты резиновые ножки. На лицевой па¬ нели справа — входной резистор R3, под ним — выключатель питания SA1. Слева от него расположены регулято¬ ры уровня сигналов в каналах цвета (R8—R11). Под крайним левым регуля¬ тором виднеется «глазок» индикатора включения сети. Большая часть деталей установки смонтирована на печатной плате раз¬ мерами 160 х 85 мм (рис. 378), выпол¬ ненной из фольгированного стеклотек¬ столита толщиной 1,5 мм. Монтаж, ко¬ нечно, может быть навесным, если в твоем распоряжении не окажется фольгированного материала, но разме¬ щение деталей на плате надо сохранить таким же. Детали канала фона смонти¬ рованы на отдельной плате размерами 40 х 35 мм, которая находится в другом небольшом корпусе. Мощные транзис¬ торы VT9—VT13 выходных каскадов усилителей тока и транзистор VT14 стабилизатора напряжения установле¬ ны на ребристых теплоотводах. Само¬ дельные теплоотводы должны иметь эффективную площадь рассеяния не менее 50 см2.
460 Беседа двадцатая Рис. 377. Светодинамическая установка (я) и вид на ее монтаж (б) при снятой верхней стенке Все постоянные резисторы — лю¬ бые малогабаритные. Оксидные конден¬ саторы, кромё конденсаторов С5, типа К50-6 или К50-ЗБ (конденсатор С8 филь¬ тра выпрямителя составлен из двух конденсаторов емкостью по 500 мкФ). Конденсатор С5 должен быть с возмож¬ но малым током утечки; этому требова¬ нию отвечают конденсаторы К53-1 или К53-4. Переменные резисторы R8— R11 — СП-1 с функциональной зависи¬ мостью вида В или в крайнем случае А. Маломощные низкочастотные р-п-р транзисторы могут быть серий МП39— МП42 со статическим коэффициентом передачи тока не менее 50 (VT1, VT3) и 30 (VT2, VT4, VT5, VT7). Тот из транзи¬ сторов, коэффициент h213 которого больше, устанавливай в активном фильтре канала, настраиваемого на ча¬ стоту 7500 Гц. Предоконечные транзи¬ сторы каналов обязательно должны быть кремниевыми с минимальным об¬ ратным током коллекторного пере¬ хода. Подойдут транзисторы серий КТ312, КТ315 с любым буквенным ин¬ дексом. Мощные транзисторы VT9— VT14 могут быть серий П213—П217 с любым буквенным индексом. Стабили¬ троны Д814Б и КС168А (VD5, VD6) можно заменить двумя другими стаби¬ литронами, суммарное напряжение
Беседа двадцатая 461 Рис. 378. Печатная плата светодинамической установки и размещение деталей на ней
462 Беседа двадцатая стабилизации которых будет 14... 17 В. Диоды VD3, VD4 в эмиттерных цепях транзисторов выходных каскадов ка¬ налов могут быть любыми из серий Д226, Д237. Трансформатор Т1г использован¬ ный в блоке питания описываемой цве¬ тодинамической установки, унифици¬ рованный ТПП267 127/220-50. Но он может быть самодельным, обеспечива¬ ющим ток нагрузки 1,5...2 А при напря¬ жении на вторичной обмотке не менее 18 В. Иначе яркость свечения ламп вы¬ ходного оптического устройства будет зависеть не от уровня входного сигна¬ ла, а от числа каналов, включенных в данный момент, и пропадет динамич¬ ность цветового сопровождения музы¬ кальной программы. Чем больший ток может обеспечить трансформатор бло¬ ка питания, тем более мощные лампы накаливания можно применять в вы¬ ходном оптическом устройстве. Для самодельного трансформатора подойдет магнитопровод, площадь се¬ чения сердечника которого составляет 8... 10 см2. Его первичную обмотку мож¬ но намотать проводом ПЭВ-1 0,25...0,3, вторичную — проводом ПЭВ-1 1,0... 1,2. С расчетом числа витков в каждой из обмоток ты уже знаком. Основой выходного оптического устройства установки (см. рис. 377, а) служит дюралюминиевая трубка диа¬ метром 10 и длиной 300 мм, укреплен¬ ная на подставке из толстого цветного органического стекла. К трубке липкой лентой прикреплены провода в поли¬ винилхлоридной изоляции, к оголен¬ ным концам которых припаяны груп¬ пы ламп накаливания МН6,3-0,13 (на напряжение 6,3 В при токе 0,13 А) кана¬ лов цвета и фона. Окрашенные в соот¬ ветствующие цвета прозрачными лака¬ ми, они расположены на трубке яруса¬ ми: в нижнем — лампы канала фона, в четырех других ярусах — в произволь¬ ном порядке лампы каналов цвета. Цветорассеивающим экраном слу¬ жит цилиндрический плафон светиль¬ ника, изготовленный из гранулирован¬ ного полистирола, позволяющий с лю¬ бой стороны наблюдать игру цветов музыкального сопровождения. Такой плафон можно приобрести в магазине электротоваров. Теперь — о налаживании. Но преж¬ де тщательно проверь весь монтаж по принципиальной схеме установки. По¬ сле включения питания группы ламп ка¬ налов должны кратковременно вспых¬ нуть, плавно погаснуть и тут же должны загореться лампы канала фона. Если бу¬ дет именно так, то это свидетельствует об исправной работе усилителей посто¬ янного тока. Может, однако, случиться, что лампы одного из каналов цвета не погаснут. Это будет признаком возбуж¬ дения активного полосового фильтра RC этого канала на его резонансной ча¬ стоте. Для устранения возбуждения на¬ до несколько увеличить сопротивление резистора R12 в эмиттерной цепи тран¬ зистора VT3 фильтра. После этого входной разъем соеди¬ ни экранированным проводом с линей¬ ным выходом магнитофона или элект¬ ропроигрывателя, проверь действие ре¬ гуляторов уровней сигнала и оставь ус¬ тройство включенным минут на 20...30 для установления теплового режима ра¬ боты. Затем движок переменного рези¬ стора R3 установи в положение, при ко¬ тором уровень входного сигнала будет равен нулю. Теперь причиной свечения ламп какого-либо из каналов цвета мо¬ жет быть проникновение постоянной составляющей с эмиттера транзистора VT4 на вход усилителя постоянного то¬ ка этого канала через конденсатор С5, резистор R18 и диод VD2. В таком слу¬ чае конденсатор С5 надо будет заме¬ нить другим, с меньшим током утечки. Другая причина свечения ламп канала цвета — большой обратный ток коллек¬ торного перехода транзистора VT6. Та¬ кой транзистор придется заменить ана¬ логичным транзистором с меньшим значением параметра 1КБО. Заключительный этап налажива¬ ния цветодинамической установки — подбор желаемой яркости свечения
Беседа двадцатая 463 ламп канала фона при отсутствии вход¬ ного сигнала. Делай это подбором ре¬ зистора R29 в базовой цепи транзисто¬ ра VT7 первого каскада усилителя по¬ стоянного тока. В процессе эксплуатации цветоди¬ намической установки яркость свече¬ ния ламп каналов цвета устанавливай по своему желанию соответствующими им переменными резисторами R8 — Rl 1. Обязательно ли экран выходного оптического устройства цветодинами¬ ческой установки должен иметь такую форму? Нет, конечно. Как правило, конструкторы подобных устройств, со¬ здающих эффект игры цветов, сами, по своему вкусу придумывают для них цветорассеивающие экраны. Но, пожа¬ луй, чаще все же экраны делают в виде плоских ящиков, которые можно ста¬ вить на стол, переносить из одного по¬ мещения в другое, подвешивать на сте¬ не. Их передними стенками-экранами служат матовые стекла, листы полу¬ прозрачного органического стекла, иногда подкрашенного, за которыми размещают лампы каналов цвета. На одной из боковых стенок может быть и динамическая головка для звукового сопровождения светового эффекта. Порядок размещения ламп за экра¬ ном — тоже дело вкуса. Здесь твоим лучшим советчиком может быть экспе¬ римент. В заключение расскажу еще об од¬ ном электронном устройстве, имею¬ щем непосредственное отношение к нашей беседе.
464 Беседа двадцатая ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЙ АВТОМАТ НА МИКРОСХЕМЕ УМС Буквы УМС на корпусе этой мик¬ росхемы, внешне похожей на микро¬ схемы серий К155, К176 — начальные слов «устройство музыкального синте¬ затора». Это значит, что такая микро¬ схема может стать основой устройства, создающего звуки, имитирующие му¬ зыкальные мелодии электромузыкаль¬ ного автомата. Микросхемы серии УМС, выпуск которых начался сравнительно недав¬ но, очень популярны среди радиолюби¬ телей, так как могут использоваться для мелодических квартирных звон¬ ков, будильников, музыкальных суве¬ ниров. Для этого надо лишь дополнить микросхему кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц, транзистором, ди¬ намической головкой и, конечно, ис¬ точником питания. Микросхема серии УМС пред¬ ставляет собой программируемое за¬ поминающее устройство — ПЗУ. Она запрограммирована в процессе изго¬ товления таким образом, чтобы часто¬ та сигналов генератора, встроенного в микросхему, изменялась в соответст¬ вии с той или иной музыкальной фра¬ зой. Продолжительность и «реперту¬ ар» запрограммированных или, как иногда говорят, «зашитых» в ПЗУ ме¬ лодий разных микросхем этой серии различны. Некоторую информацию об этом дают цифры в обозначениях на корпусах УМС. Так, например, микро¬ схемы УМС7 и УМС8 имитируют от¬ рывки мелодий двух вальсов и преры¬ вистый сигнал частотой 1 кГц (будиль¬ ник), УМС7-01 и УМС9-01 — три фраг¬ мента песен военных лет, УМС7-03 — два отрывка детских песен, УМС8-05 и УМС8-08 — восемь музыкальных фраз из разных популярных произве¬ дений. Цоколевка и назначение выводов микросхем УМС7 и УМС8 одинаковые. И если в конструируемом устройстве использовать стандартную панельку для включения микросхемы, это позво¬ лит только сменой микросхем заменять «программы» мелодий, исполняемых автоматом. Схема возможного варианта такого устройства приведена на рис. 379, а. Микросхема DD1 может быть любой из серии УМС. Источником питания слу¬ жат два элемента 316 или 332. Плюсо¬ вой проводник источника питания со¬ единяют с выводом 5 микросхемы, а минусовой — с соединенными вместе выводами 2 и 3. В ждущем режиме ми¬ кросхема потребляет от батареи ток, не превышающий 5...20 мкА, поэтому вы¬ ключатель питания не обязателен. Выводы 7 и 8 предназначены для подключения кварцевого резонатора Z1 на частоту 32768 Гц — любого из резонаторов, используемых в элек¬ тронных часах. Эта частота генерато¬ ра является исходной для всех других, синтезирующих звуки различных ме¬ лодий. Автомат запускают кратковремен¬ ным нажатием на кнопку SB1 «Пуск». Этот сигнал на выводе 12 микросхемы удерживает работу генератора и дели¬ телей его частоты до конца мелодии. Чтобы остановить звучание мелодии, достаточно кратковременно нажать на кнопку SB2 «Стоп», а чтобы мелодию сменить — на кнопку SB3 «Выбор ме¬ лодии». Вывод 14 (или 1) микросхемы — вы¬ ход сигналов звуковой частоты, кото¬ рые далее через резистор R1 поступа¬ ют на базу транзистора Т1 для усиле¬ ния. Динамическая головка ВА1 преоб¬ разует усиленный сигнал звуковой частоты в звук. Резистор R1 ограничивает ток базы транзистора, а конденсатор С1 предот¬ вращает случайный запуск автомата от электрических помех, возникающих в его проводниках. Микросхему, кварцевый резонатор, транзистор, резистор и конденсатор можно смонтировать на печатной плате размерами 20 х 30 мм (рис. 379, б), вы¬
Беседа двадцатая 465 полненной из фольгированного стекло¬ текстолита или гетийакса толщиной 1.5...2 мм. Резистор R1 — МАТ, конден¬ сатор Cl — КМ4. Транзистор может быть любым из серий КТ361, МП25, МП42, КТ814, кнопки SB1-SB3 — КМ1-1 или МПЗ-1, динамическая головка ВА1 — мощностью 0,5—1 Вт со зву¬ ковой катушкой сопротивлением 8... 10 Ом. Если все детали исправны и нет ошибок в монтаже, устройство не требует никаких регулировок и начина¬ ет работать сразу после включения ис¬ точника питания. Микросхемы УМС работоспособ¬ ны и при напряжении источника пита¬ ния 1,5 В — одного элемента 332 или 343, но громкость звучания мелодии в этом случае будет несколько слабее. Конструктивное решение устрой¬ ства зависит от того, где и как ты пред¬ полагаешь его использовать. Если оно должно стать квартирным звонком, то монтажную плату, динамическую голо¬ вку и источник питания размещай в пластмассовом корпусе подходящих размеров, кнопки SB2 и SB3 — на лице¬ вой стенке корпуса, а кнопку SB1 — снаружи входной двери. Для младшего брата или сестренки можешь смастерить музыкальную шкатулку — стоит поднять крышку, и из шкатулки зазвучит мелодия. В таком варианте автомата пусковую кнопку размещай внутри шкатулки с таким расчетом, чтобы ее контакты при от¬ крывании крышки замыкались. Мело¬ дия, повторяясь, будет звучать до тех пор, пока шкатулку не закроют. Шкатулку можно превратить в ко¬ пилку металлических монет разного достоинства. Для этого в верхней стен¬ ке ее корпуса, склеенного из фанеры или оргалита, пропили узкое прямо¬ угольное отверстие. Вдоль длинных сторон отверстия изнутри укрепи две пластинки, вырезанные из тонкого пружинящегося металла (например, бронзы), а под ними, на дне корпуса — отсек для монет. Монета, опущенная в копилку, будет замыкать собой кон¬ тактные пластинки и тем самым запус¬ кать генератор микросхемы электро¬ музыкального автомата. На этом я заканчиваю беседу, посвященную знакомству с основами электро- и цветому¬ зыки. А некоторые из тех устройств, которые, надеюсь, ты повторил или просто опро¬ бовал, помогли закрепить эти сведения на практике.
БЕСЕДА ДВАДЦАТЬ ПЕРВАЯ ПРИГЛАШЕНИЕ В РАДИОСПОРТ Ты, надеюсь, на своем личном опыте убедился в том, что радиолюбительство является многоплановым техническим творчеством. Это конструирование радиовещательных приемников и усилителей 34, измерительных приборов и автоматически действующих устройств, аппаратуры телеуправления, звукозаписи и многого другого, в основе чего ле¬ жит радиоэлектроника. Но в радиолюбительстве есть и особое направление, называе¬ мое радиоспортом. Подчеркиваю: спортом. А спорт, как известно, это систематичес¬ кие тренировки, соревнования, победы и неудачи — в спорте все бывает. Но упорство всегда побеждает. В этой беседе я хочу рассказать тебе о двух видах радиоспорта: об «охоте на лис», на¬ зываемом также спортивной радиопеленгацией, и коротковолновом радиоспорте. Счи¬ тай это приглашением в радиоспорт. Начну с «охоты на лис». ЧТО ТАКОЕ «ЛИСА»? «Лисами» называют маломощные радиопередатчики, которые размеща¬ ют в лесу, в кустарнике, на полянах. Каждую лису маскируют так, чтобы ра- диоспортсмен-»охотник» мог увидеть ее с расстояния не более 3...5 м. Вместе с передатчиками маскируют операто¬ ров лис и судей соревнований. В зави¬ симости от условий соревнования чис¬ ло лис на местности может быть от двух до пяти, а вся трасса поиска лис дости¬ гать нескольких километров.
Беседа двадцать первая 467 Каждой лисе присваивается номер: первый, второй и т.д. Операторы лис поочередно, ровно по минуте ведут пе¬ редачи: «Я лиса первая, я лиса первая»; «Я лиса вторая, я лиса вторая»... Конча¬ ет работать последняя лиса, тут же на¬ чинает передачу первая. Все лисы ра¬ ботают на одном из радиолюбитель¬ ских диапазонов: 80 — (3,5...3,65 МГц), 10 — (28...29,7 МГц) или 2-метровом (144... 146 МГц) диапазонах. Для начи¬ нающих лисоловов наиболее доступен 80-метровый диапазон. «Оружием» лисолова служит ра¬ диоприемник, настраиваемый на рабо¬ чие частоты лис. Пользуясь им как пе¬ ленгатором, охотник должен найти всех лис и, руководствуясь сигналами приводной лисы, вернуться в район старта, являющийся одновременно и финишем. Выигрывает тот охотник, который выполнит эту задачу с наи¬ меньшей затратой времени. Ты уже знаешь, что громкость при¬ ема сигналов радиовещательной стан¬ ции на транзисторный приемник зави¬ сит от положения ферритового стерж¬ ня его магнитной антенны по отноше¬ нию к радиостанции. Поворачивая приемник вокруг вертикальной оси, нетрудно найти два положения стерж¬ ня магнитной антенны, когда гром¬ кость приема будет максимальной, и два положения, когда громкость мини¬ мальна. Объясняется это тем, что маг¬ нитная антенна обладает направленны¬ ми свойствами. Громкость приема бу¬ дет максимальной, когда ось стержня, а значит, и ось намотанной на нем ка¬ тушки входного контура перпендику¬ лярны направлению прихода радио¬ волн (рис. 380, а). Когда же ось магнит¬ ной антенны расположена в направ¬ лении на радиостанцию, громкость приема будет минимальной. Рассмотри хорошенько рис. 380, б. На нем графически изображена диа¬ грамма направленности магнитной ан¬ тенны W с ферритовым стержнем. На¬ правленность такой антенны имеет вид цифры «8». Лепестки «восьмерки» ан¬ тенны соответствуют максимуму, а уча¬ стки между ними — минимуму громко¬ сти приема. Антенна с такой диаграм¬ мой направленности имеет два сим¬ метричных минимума и два, тоже симметричных, максимума. Опреде¬ лять направление на лису лучше по ми¬ нимуму громкости. Делают это так. Приемник, настроенный на лису, пово¬ рачивают вокруг вертикальной оси до получения четко выраженного мини¬ мума громкости. При этом прямая, про¬ ходящая через ось магнитной антенны, укажет направление на лису. Но чтобы охотник знал, с какой стороны от него на этой прямой находится лиса, антен¬ на приемника должна иметь односто¬ роннюю диаграмму направленности. Такую диаграмму можно получить, если применить в приемнике комбина¬ цию из двух антенн, магнитной и шты¬ Рис. 380. Направленные свойства магнитной антенны
468 Беседа двадцать первая ревой (рис. 381). Штыревая антенна W1 имеет круговую диаграмму направ¬ ленности, и если она определенным об¬ разом подключена к магнитной антен¬ не, то результирующая диаграмма на¬ правленности обеих антенн будет иметь резко выраженные один макси¬ мум и один минимум. Диаграмму на¬ правленности, имеющую такой вид, называют кардиоидой. Во время поис¬ ка лисы охотник пользуется обеими ан¬ теннами. По максимуму кардиоиды, когда действуют обе антенны, он нахо¬ дит стороны, где расположена лиса. Точное же направление на лису он оп¬ ределяет по минимуму только магнит¬ ной антенны. Рис. 381. Соединенные вместе магнитная и штыревая антенны обладают односторонней направленностью Для поиска лисы можно также пользоваться рамочной антенной — ка¬ тушкой сравнительно больших разме¬ ров, имеющей форму кольца или пря¬ моугольной рамки. Это тоже магнитная антенна, так как в ней ЭДС радиочас¬ тотного сигнала возбуждается магнит¬ ным полем радиоволны. Она имеет точ¬ но такую же диаграмму направленнос¬ ти, как и магнитная антенна с феррито¬ вым стержнем. Максимум диаграммы направленности такой антенны бывает тогда, когда плоскость рамки находится в вертикальном положении и совпадает с направлением на лису, а минимум — когда плоскость рамки перпендикуляр¬ на направлению на лису. При подклю¬ чении к рамочной антенне штыревой их диаграмма направленности прини¬ мает вид кардиоиды'. У рамочной антенны минимум диа¬ граммы направленности ощущается значительно острее, чем у магнитной антенны с ферритовым стержнем. Она к тому же более чувствительна. Имен¬ но поэтому лисоловы чаще всего при¬ меняют в своих приемниках рамочные антенны. РАДИОКОМПАС Но приемник-пеленгатор в руках лисолова не является гарантией успеха в соревнованиях. Охотник должен еще хорошо ориентироваться на местнос¬ ти, пользоваться компасом, ходить по азимуту и, конечно, быть выносли¬ вым — ведь он должен за короткое вре¬ мя пробежать значительное расстоя¬ ние, преодолевая на пути различные препятствия Нужна тренировка. Мож¬ но ли начать тренировку без лисы? Можно! Для этого нужен радиоком¬ пас — простой приемник с магнитной антенной, с помощью которого можно брать ориентир на местную радиове¬ щательную станцию. Сигналы этой станции будут выполнять роль лисы. Принципиальная схема возможно¬ го варианта такого приемника-пелен- гатора показана на рис. 382. Катушка L1 и ферритовый стержень, на котором она находится, образуют магнитную антенну W1, а совместно с конденсато¬ рами С1 и С2 — входной колебатель¬ ный контур с постоянной настройкой на местную или отдаленную мощную радиовещательную станцию. Грубая настройка колебательного контура на несущую частоту этой станции осуще¬ ствляется подбором емкости конденса¬ тора С1, а точная — подстроечного конденсатора С2. Принятый сигнал че¬ рез катушку связи L2 и разделитель¬ ный конденсатор СЗ поступает на вход двухкаскадного усилителя РЧ, собран¬ ного на транзисторах VT1 и VT2, а по¬ сле усиления детектируется диодами VD1 и VD2, включенными по схеме уд¬ воения напряжения. Колебания звуко¬ вой частоты с резистора R5, являюще¬
Беседа двадцать первая 469 Рис. 382. Принципиальная схема приемника пеленгатора гося нагрузкой детектора, через элект¬ ролитический конденсатор С7 посту¬ пают на вход однокаскадного усилите¬ ля 34 на транзисторе VT3, усиливают¬ ся им и телефонами BF1, включенными через двухгнездную колодку XI в кол¬ лекторную цепь транзистора, и преоб¬ разуются в звуковые колебания. Источником питания приемника служит батарея 3336 или три элемента 332, соединенные последовательно. Потребляемый ток не превышает 3 мА. Для тебя, уже имеющего опыт пост¬ ройки приемников прямого усиления, конструирование и налаживание ра¬ диокомпаса не составят каких-либо трудностей. Конструкция приемника может быть такой, как показана на рис. 383. Держа приемник вертикально в руке, охотник поворачивает его из стороны в сторону, добиваясь наименьшей гром¬ кости звука в телефонах, и по положе¬ нию ферритового стержня магнитной антенны определяет направление на условную лису. Корпус приемника — фанерная или пластмассовая коробка, позволяю¬ щая разместить батарею 3336, выклю¬ чатель питания SB1, монтажную плату с деталями усилителей и детектора, среднюю часть ферритового стержня с катушками, двухгнездную колодку XI для подключения телефона. Стержень магнитной антенны с надетыми на него амортизирующими резиновыми коль¬ цами удерживается в вырезах боковых стенок корпуса крышкой (на рис. 383 крышка снята). В каскадах усиления радиочастоты можно использовать любые маломощ¬ ные высокочастотные транзисторы (ГТ308, ГТ310, П401-П403, П416, П422 и т.д.) со статическим коэффициентом передачи тока не менее 50, а в усилите¬ ле 34 (VT3) — любой маломощный низ¬ кочастотный транзистор (МП39— МП42) с коэффициентом h213 = 60...80. Диоды детекторного каскада —точеч¬ ные типа Д2 или Д9 с любым буквен¬ ным индексом. Головные телефоны — высокоомные, например ТОН-1, ТА-4. Подстроечный конденсатор С2 типа КПК-1, оксидный конденсатор С7 — К50-6 (можно К50-3, К50-1). Остальные конденсаторы могут быть любыми. Плату размерами 65 х 40 мм выпили из листового гетинакса, текстолита или стеклотекстолита толщиной 1... 1,5 мм. Опорными монтажными точками мо¬ гут служить пустотелые заклепки или отрезки медной облуженной проволо¬ ки диаметром 1... 1,5 и длиной 8... 10 мм, запрессованные в отверстия, просвер¬ ленные в заготовленной плате. Плату устанавливай в корпусе на невысоких стойках. Подстроечный конденсатор С2 крепи непосредственно к стенке корпуса и к его выводам припаяй кон¬ денсатор С1 и выводы катушки L1. Для магнитной антенны используй стержень из феррита марки 400НН или
470 Беседа двадцать первая Рис. 383. Внешний вид приемника-пеленгато¬ ра (а), его монтажная плата (б) и схема соеди¬ нения деталей на ней (в) 600НН диаметром 8...9 и длиной 150 мм (можно длиннее). Катушку L1 контура магнитной антенны намотай на цилин¬ дрическом каркасе, склеенном из бу¬ маги. Ее данные зависят от длины вол¬ ны той радиостанции, сигналы которой будешь использовать в качестве лисы. Для радиостанции средневолнового ди¬ апазона эта катушка должна содержать 65...70 витков провода ПЭВ-1 0,12...0,15, намотанных на каркас в один слой (ви¬ ток к витку), для радиостанции длинно¬ волнового диапазона — около 250 вит¬ ков такого же провода, намотанных пя¬ тью секциями (по 50 витков в каждой секции). Катушка связи L2, намотанная таким же проводом поверх катушки L1 в средней ее части, должна содержать соответственно 3...5 или 10... 12 витков. Если приемник смонтирован точно по принципиальной схеме из заведомо исправных деталей, то все налажива¬ ние его сведется к установке режимов работы транзисторов (указаны на схе¬ ме) и настройке входного колебатель¬ ного контура L1С1С2 на волну выбран¬ ной радиостанции. Ток покоя транзис¬ тора VT3 устанавливай подбором рези¬ стора R6, транзистора VT2 — подбором резистора R3, транзистора VT1 — под¬ бором резистора R1. Приступая к настройке входного контура, ротор подстроечного конден¬ сатора С2 установи в положение сред¬ ней емкости, конденсатор С1 временно замени конденсатором переменной ем¬ кости любой конструкции и, изменяя его емкость и медленно вращая прием¬ ник в горизонтальной плоскости, про¬ слушай весь диапазон радиоволн, пере¬ крываемый контуром магнитной ан¬ тенны. Выбрав наиболее четко и без помех принимаемую ' радиовещатель¬ ную станцию, временно включенный конденсатор переменной емкости за¬ мени постоянным конденсатором соот¬ ветствующей емкости и более точно подстрой контур на ту же станцию кон¬ денсатором С2. В крышке корпуса сделай отвер¬ стие, через которое отверткой можно вращать ротор подстроечного конден¬ сатора С2 и таким образом проверять точность настройки контура магнит¬ ной антенны на выбранную станцию. Теперь можно приступить к трени¬ ровкам. Возьми приемник, отвертку и отправляйся в лес. Включи приемник и
Беседа двадцать первая 471 настрои его поточнее на частоту мест¬ ной станции. Вращая приемник вокруг вертикальной оси, ты без труда «нащу¬ паешь» два максимума и два минимума «восьмерки» антенны, причем мини¬ мум будет ощущаться острее: стоит не¬ много изменить положение приемни¬ ка, как громкость приема возрастет. Максимум же будет более расплывча¬ тым. По положению ферритового стержня магнитной антенны ты мо¬ жешь мысленно провести проходящую через него прямую, на которой нахо¬ дится радиостанция (рис. 384, а). Найди на этой прямой какой-либо ориентир — отдаленное от тебя дерево, куст или иной предмет. Заметь любым способом место, где ты сейчас стоишь, и беги к ориентиру. Возле него уточни по при¬ емнику намеченное тобой направле¬ ние, наметь следующий ориентир и то¬ же беги к нему. Повернись здесь на 180° и, засекая по минимуму сигналов стан¬ ции другие ориентиры в обратном на¬ правлении, постарайся прибежать к ис¬ ходной точке — к старту. Чем больше будет расстояние от старта до конечно¬ го ориентира, тем сложнее задача. На рис. 384, б показана схема более сложной трассы поиска лисы. В этом случае для тренировки потребуется кроме приемника-пеленгатора еще и компас. В исходной точке, пользуясь приемником и компасом, определи азимут условной лисы, т.е. угол между направлением на север и направлени¬ ем на лису. Допустим, что азимут 80°. Наметь в этом направлении ориентир и, считая пары шагов, иди к нему. Про¬ верив здесь по приемнику и компасу намеченное направление, засекай сле¬ дующий ориентир и иди к нему, про¬ должая считать пары шагов. Допустим, что до него получилось 320 пар шагов. Отсюда иди в другом направлении, на¬ пример по азимуту 210°. Пройдя в этом направлении несколько сотен пар ша¬ гов, повернись на 180° и опять-таки по Рис. 384. Схема тренировочных трасс
472 Беседа двадцать первая приемнику и компасу иди, считая ша¬ ги, обратно к старту. Очевидно, что те¬ перь азимут на поворот (на рис 384, б — точка 2) составит 60°, а от поворота к старту — 260°. Чем тщательнее будут определены направления и отсчитаны пары шагов, тем точнее можно выйти к исходной точке. Ты можешь сам заранее придумать и начертить схему тренировочной трас¬ сы с несколькими поворотами, задаться какими-то расстояниями между наме¬ ченными точками и идти по ней туда и обратно. Чем сложнее трасса, тем инте¬ реснее задача, тем богаче опыт ориен¬ тации на местности. Опыт этот совер¬ шенно необходим для «охоты на лис». Лучше, конечно, такой трениров¬ кой заниматься компанией в несколько человек. Можно даже устроить сорев¬ нования — кто точнее берет пеленг и ходит по азимуту! Что же касается уча¬ стия в настоящих соревнованиях по «охоте на лис», то для этого нужен со¬ ответствующий приемник-пеленгатор. ПРИЕМНИК «ЛИСОЛОВА» Соревнования «охота на лис» во¬ шли в традицию многих городов, обла¬ стей и краев нашей страны. Их победи¬ телям предоставляется право участво¬ вать в соревнованиях более высокого уровня. Чем выше уровень соревнований, тем выше требования, предъявляемые к «оружию» охотника и его спортивной подготовке. На местных, например го¬ родских или районных, соревнованиях школьников трасса поиска лис может быть всего 2...2,5 км, а лисы могут рабо¬ тать телефоном в режиме амплитудной модуляции. Участвовать в таких сорев¬ нованиях можно с приемником прямо¬ го усиления. На соревнованиях же об¬ ластных и республиканских трасса больше, да и лисы работают телегра¬ фом — сигнализируют о себе знаками телеграфной азбуки. В этом случае опе¬ ратор лисы №1 передает знаками теле¬ графной азбуки буквы МОЕ (МОЕ, МОЕ...МОЕ), оператор лисы №2 — бук¬ вы МОИ (МОИ, МОИ...МОИ), опера¬ тор лисы №3 — буквы МОС (МОС, МОС...МОС), оператор приводной ли¬ сы передает только буквы МО (МО, МО...МО). Для участия в соревновани¬ ях такого уровня нужен более чувстви¬ тельный приемник, способный к тому же реагировать на смодулированные сигналы телеграфной азбуки. Таким приемником-пеленгатором может быть супергетеродин с дополнительным те¬ леграфом гетеродином или приемник прямого преобразования. Но начинать надо с более простого. Поэтому расскажу тебе о двух прием¬ никах разной сложности. Оба они рас¬ считаны для «охоты на лис» в диапазо¬ не 3,5 МГц. Первый из них (рис. 385) представ¬ ляет собой приемник прямого усиления 0-V-3, но у него на входе две антенны — рамочная W2 и штыревая W1. Пере¬ ключатель SA1 служит для подключе¬ ния штыревой антенны к рамочной при определении направления на лису. В этом случае диаграмма направленности антенн имеет вид кардиоиды. Во время поиска лисы только на рамочную ан¬ тенну отключенная от нее штыревая антенна заземляется. Дроссель L3 и ре¬ зистор R1 нужны для согласования ан¬ тенны штыря с рамочной антенной. Во входной контур L1C2, настраи¬ ваемый на частоту лисы конденсато¬ ром С2, включен контур L2C1. Это фильтр-пробка, «запирающая» сигна¬ лы близкой по частоте мешающей ра¬ диовещательной станции. Данные де¬ талей фильтра зависят от длины волны мешающей станции. Если в месте про¬ ведения соревнования такой помехи нет, контур L2C1 можно исключить или замкнуть накоротко проволочной перемычкой. Модулированный по амплитуде сигнал лисы детектируется диодом VD1. Напряжение звуковой частоты, создающееся на его нагрузочном рези¬ сторе R2, через конденсатор С4 подает¬ ся на базу транзистора VT1 первого ка¬
Беседа двадцать первая 473 Рис. 385. Принципиальная схема приемника прямого усиления для «охоты на лис» скада усилителя 34. Этот транзистор включен по схеме ОК( что сделано для лучшего согласования его с детекто¬ ром. Нагрузкой транзистора VT1 слу¬ жит резистор R4. С него сигнал через конденсатор С5 поступает к транзисто¬ ру VT2 второго каскада, а с его нагру¬ зочного резистора R6 — к транзистору VT3 выходного каскада усилителя 34. Резистор R7 и конденсатор Сб об¬ разуют ячейку развязывающего филь¬ тра, предотвращающего самовозбуж¬ дение приемника через общие цепи питания; R3, R5 и R8 — резисторы це¬ пей смещения, С9 — конденсатор, бло¬ кирующий источник питания GB1. Сопротивления постоянных резис¬ торов и емкости конденсаторов могут отличаться от указанных на схеме но¬ миналов до 25...30%. Конденсатор С4 не должен иметь емкость более 0,01 мкФ, иначе будет затруднен поиск лисы в непосредственной близости к ней. Коэффициент h213 транзисторов не менее 50. Дроссель L3 намотан на унифицированном каркасе с ферри¬ товыми кольцами внешним диаметром 8 мм и содержит 70...80 витков прово¬ да ПЭВ-1 0,1...0,12. Резистор R1 — СПО-0,5. Переключатель SA1 и вы¬ ключатель питания SA2 — тумблеры типа ТВ 1-2. Наиболее трудоемкая деталь при¬ емника — это рамочная антенна W2 (рис. 386). Она состоит из шести вит¬ ков одножильного монтажного прово¬ да с токонесущей жилой диаметром 0,5...0,8 мм, уложенных в полость неза¬ мкнутого металлического кольца диа¬ метром 250...280 мм. Для кольца, являю¬ щегося экраном этой антенны, можно использовать медную или алюминие¬ вую трубку диаметром 8... 12 и длиной 940...950 мм, согнув ее на подходящей болванке, например на ведре. В сред¬ ней части проделай напильником овальное отверстие, через которое бу¬ дешь крепить трубку в корпусе прием¬ ника и укладывать в нее провод антен¬ ны. Штыревой антенной может слу¬ жить дюралюминиевая, медная или ла¬ тунная трубка диаметром 5...7 и длиной 600...800 мм. В крайнем случае ее мож¬ но сделать из велосипедных спиц. Рис. 386. Рамочная антенна
474 Беседа двадцать первая Конструкция и внешний вид при¬ емника показаны на рис. 387. Корпус, имеющий вид коробки с крышкой, сде¬ лай из листового дюралюминия, следя за тем, чтобы в нем не было щелей. Трубчатое кольцо рамочной антенны пропусти через отверстия в стенках корпуса, надежно прикрепи его к дну корпуса и только после этого уклады¬ вай в него провод. Щель в кольце на¬ дежно закрой резиновой полоской или изоляционной лентой. Штыревую ан¬ тенну скрепи с рамочной с помощью изолирующей гетинаксовой пластинки с жестяными хомутиками. Монтажную плату с деталями крепи в корпусе на стойках. Корпус рассчитан на использова¬ ние для питания приемника двух бата¬ рей 3336, соединенных последователь¬ но. Приемник можно питать и от бата¬ реи «Крона» или «Корунд», но ее чаще придется менять. Второй приемник-пеленгатор рас¬ считан на прием сигналов лис, работа¬ ющих телеграфом (рис. 388). Он явля¬ ется приемником прямого преобразо¬ вания, т.е. приемником, в котором ра- Рис. 387. Внешний вид и конструкция приемника
Беседа двадцать первая 475 диочастотный сигнал лисы преобразу¬ ется непосредственно в сигнал звуко¬ вой частоты. Прежде чем начать рассказ о таком приемнике лисолова, надо, видимо, от¬ ветить на вопрос: в чем суть принципа работы приемника прямого преобразо¬ вания? В приемнике такого типа, как и в супергетеродине, есть смеситель и ге¬ теродин, т.е. преобразователь частоты принятого сигнала. Но в нем в резуль¬ тате преобразования получаются не колебания относительно высокой про¬ межуточной частоты, а непосредствен¬ но колебания звуковой частоты. Эти колебания поступают на вход усилите¬ ля 34, нагрузкой которого служат голо¬ вные телефоны. В смесителе описываемого здесь приемника работают два встречно-па- раллельно включенных кремниевых диода VD1 и VD2. На них подаются од¬ новременно напряжения двух сигна¬ лов: входного и от гетеродина. Причем сигнал гетеродина по напряжению в тысячи раз превышает входной сиг¬ нал, поэтому диоды смесителя управ¬ ляются практически только сигналом гетеродина. Вольтамперная характеристика кремниевого диода, графически изоб¬ ражающая зависимость тока через диод от приложенного к нему напря¬ жения, имеет вид, показанный на рис. 389. Из нее нетрудно сделать вы¬ вод, что кремниевый диод открывает¬ ся и начинает проводить ток лишь при напряжении, большем некоторого по¬ рогового, равного примерно 0,5 В. Ес¬ ли к диоду приложено напряжение ге¬ теродина 0,6...0,7 В, то он проводит ток в очень короткие промежутки времени — только на пиках напряже¬ ния гетеродина. Так работает и вто¬ рой диод смесителя, но только при от¬ рицательных полупериодах напряже¬ ния гетеродина. Рис. 388. Принципиальная схема приемника прямого преобразования для «охоты на лис» Рис. 389. Принцип действия кремниевого диода
476 Беседа двадцать первая В итоге за один период напряжения гетеродина диоды смесителя открыва¬ ются и проводят ток дважды — на пи¬ ках положительного и отрицательного полупериодов. Соответственно источ¬ ник входного сигнала дважды за пери¬ од подключается к нагрузке преобра¬ зовательного каскада (низкочастотный фильтр R5C12). При такой частоте ком¬ мутации цепи сигнала в нагрузке выде¬ ляются биения со звуковой частотой, равной fCHr-2fr0T. Графически процесс возникнове¬ ния колебаний звуковой частоты в при¬ емнике прямого преобразования пока¬ зан на рис. 390. Закрашенные участки на рис. 390, а соответствуют интерва¬ лам времени, когда один из диодов сме¬ сителя открыт и ток сигнала поступает в нагрузку. График на рис. 390, б изоб¬ ражает напряжение входного сигнала, причем частота его колебаний несколь¬ ко превышает удвоенную частоту гете¬ родина. График на рис. 390, в иллюст¬ рирует ток, поступающий в нагрузку. Этот ток пропорционален мгновенному напряжению сигнала, когда один из ди¬ одов открыт. Графики показывают, что в начале процесса, когда напряжения входного сигнала и гетеродина синфаз- ны, в нагрузку поступают положитель¬ ные импульсы тока. Когда же колеба¬ ния становятся противофазными — от¬ рицательные. Фильтр 34 на выходе преобразовательного каскада сглажи¬ вает импульсы тока и пропускает к уси¬ лителю 34 приемника лишь медленно меняющуюся составляющую тока, по¬ казанную на рис. 390, в штриховой ли¬ нией. Эта составляющая представляет собой колебания звуковой частоты, равной fcnr—2freT которые после усиле¬ ния преобразуются телефонами в звук. Чувствительность предлагаемого приемника прямого преобразования для охоты на лис в диапазоне 3,5 МГц, измеренная по напряженности поля электромагнитной волны, составляет 13 мкВ/м. Питается приемник от одной батареи 3336 и потребляет ток 6...7 мА. Отдельного выключателя в приемнике нет — питание подается одновременно с подключением головных телефонов, на которые ведется прием. На входе приемника две антенны: рамочная W1 и штыревая W2. При их одновременном использовании общая диаграмма направленности принимает форму кардиоиды — с резко выражен¬ ным максимумом в одну сторону и ми¬ нимумом в противоположную, что и необходимо для определения точного направления на лису. Катушка L1 ра¬ мочной антенны и конденсатор С1 об¬ разуют входной колебательный кон¬ тур, настроенный на частоту 3,6 МГц — среднюю частоту диапазона, в котором работают все лисы. Штыревую антен¬ ну подключают к контуру кнопочным выключателем SB 1. Выделенный контуром телеграф¬ ный сигнал лисы поступает через раз¬ делительный конденсатор С2 на затвор полевого транзистора VT1 однокаскад¬ ного усилителя РЧ. Большое входное сопротивление полевого транзистора практически не шунтирует входной контур и, следовательно, не ухудшает его добротность. Роль нагрузки усили¬ теля выполняет контур L2C4, включен¬ ный в истоковую цепь транзистора и настроенный, как и входной контур, на среднюю частоту диапазона. С нее уси¬ ленный сигнал поступает через кон¬ денсатор С5 в цепь смесителя. Чтобы во время ближнего поиска сигнал лисы не перегружал усилитель¬ ный тракт, чувствительность приемни¬ ка уменьшают (загрубляют). Чаще все¬ го это делают с помощью переменного резистора, выполняющего роль регуля¬ тора усиления (громкости). В описыва¬ емом же приемнике чувствительность уменьшают скачкообразно с помощью кнопочного выключателя SB2 «Ближ¬ ний поиск». Пока его контакты замкну¬ ты и на затвор транзистора VT1 подает¬ ся напряжение смещения, соответст¬ вующее падению напряжения только на резисторе R3, чувствительность приемника максимальная. При нажа¬ тии кнопки ее контакты размыкаются
Беседа двадцать первая 477 и в цепь истока включается еще резис¬ тор R4, сопротивление которого во много раз больше сопротивления рези¬ стора R3. В результате падения напря¬ жения на них практически закрывает транзистор VT1 и усиление каскада снижается примерно в десять раз, что вполне приемлемо для ближнего поис¬ ка лис. В гетеродине работает полевой транзистор VT7. Его колебательный контур состоит из катушки L3 и кон¬ денсаторов Сб—С8. Нижняя (по схеме) секция контурной катушки, включен¬ ная в истоковую цепь транзистора, вы¬ полняет роль катушки положительной обратной связи, благодаря которой ка¬ скад возбуждается и генерирует коле¬ бания радиочастоты. Частота колеба¬ ний гетеродина должна быть вдвое меньше частоты входного сигнала; она изменяется конденсатором перемен¬ ной емкости С8 от 1,75 до 1,825 МГц. При этом приемник будет перекрывать всю полосу частот диапазона 3,5 МГц. Рис. 390. Графики, иллюстрирующие процесс возникновения колебаний звуковой частоты в приемнике прямого преобразования Колебания гетеродина с истока транзистора подаются на встречно-па¬ раллельно включенные диоды VD1, VD2 смесителя преобразовательного каскада. Возникающие в результате прямого преобразования сигнала коле¬ бания звуковой частоты попадают че¬ рез фильтр R5C12 на вход усилителя 34 для усиления до необходимого уровня. Усилитель 34 приемника четы¬ рехкаскадный, на кремниевых транзи¬ сторах. Связь между транзисторами первых двух каскадов непосредствен¬ ная — база транзистора VT3 второго каскада соединена с коллектором тран¬ зистора VT2 первого каскада. Напря¬ жение смещения на базу транзистора VT2 снимается с эмиттерного резисто¬ ра R12 транзистора VT3. Конденсатор С14, шунтирующий резистор R12 по переменному току, устраняет отрица¬ тельную обратную связь, снижающую усиление этих каскадов. С нагрузочного резистора R11 уси¬ ленный сигнал подается через конден¬ сатор С16 на базу транзистора VT4 тре¬ тьего каскада, а с его нагрузки, состоя¬ щей из резисторов R13 и R14, на базы транзисторов VT5 и VT6 четвертого, выходного каскада. Транзисторы вы¬ ходного каскада — разных структур, они включены эмиттерными повтори¬ телями и работают в режиме двухтакт¬ ного усиления мощности. Транзистор VT5 (структуры п-р-n) усиливает поло¬ жительные, а транзистор VT6 (р-п-р) отрицательные полуволны колебаний звуковой частоты. Головные телефоны BF1, подключенные к выходу усилите¬ ля через разъем ХЗ и конденсатор С18, преобразуют колебания звуковой час¬ тоты в звук. Резистор R15 создает между выхо¬ дом усилителя и базой транзистора VT4 предоконечного каскада отрица¬ тельную обратную связь по постоянно¬ му и переменному току, что улучшает частотную характеристику усилителя. Резистор R14, входящий в нагрузку транзистора VT4, устраняет искаже¬ ния типа «ступенька», наиболее ощути¬ мые при слабых сигналах. Конденсато¬ ры С15 и С17 замыкают на общий (за¬ земленный) проводник наивысшие ча¬ стоты звукового диапазона и тем самым предотвращают самовозбужде¬
478 Беседа двадцать первая ние усилителя 34. Резисторы R7, R8, R16 и конденсаторы СЮ, СИ и С19 об¬ разуют три развязывающих фильтра, устраняющих паразитные связи между блоками приемника через общий ис¬ точник питания. Оксидный конденса¬ тор С20 шунтирует батарею питания по переменному току. Его роль особо сказывается при частичной разрядке батареи питания, когда ее внутреннее сопротивление переменному току уве¬ личивается. большим пальцем (или левой рукой) вращать ручку настройки контура гете¬ родина. Рис. 391. Внешний вид приемника Внешний вид приемника показан на рис. 391, а его конструкция на рис. 392. Он смонтирован в корпусе с внутренни¬ ми размерами 210 х 65 х 32 мм, изготов¬ ленном из листового алюминия толщи¬ ной 2 мм. Съемную крышку Г-образной формы привинчивают винтами М3 к дюралюминиевым уголкам, приклепан¬ ным к коротким стенкам корпуса. Если приемник взять в правую руку, то ука¬ зательным и средним пальцами можно будет нажимать кнопки SB1 и SB2, а Рис. 392. Конструкция приемника Конструктивно антенны этого при¬ емника (рис. 393) аналогичны антеннам приемника первого варианта. Катушка L1 рамочной антенны состоит из шести витков монтажного провода с токоне¬ сущей жилой толщиной 0,5...0,8 мм, уложенного в полость незамкнутого металлического кольца 1 диаметром около 280 мм. Через овальное отвер¬ стие в средней части кольцо винтом 5
Беседа двадцать первая 479 закреплено в корпусе 6. Через это же отверстие в полость трубки уложен провод катушки. Кромки отверстий в боковых стенках корпуса вокруг коль¬ ца рамочной антенны необходимо уп¬ лотнить кернером, постукивая по нему молотком. Штыревая антенна 2 представляет собой отрезок латунной или дюралю¬ миниевой трубки диаметром 5...7 и длиной 550...600 мм. Однополюсной вилкой 8, впрессованной в трубку, штырь вставляют в предназначенное для него гнездо 7 (XI), изолированное от корпуса. В верхней части штырь по¬ лоской органического стекла, изогну¬ той наподобие буквы П, скрепляют с торцами кольца рамочной антенны скобой 3 из органического стекла. Что¬ бы предотвратить попадание внутрь трубки влаги, открытая рабочая часть катушки рамочной антенны закрыта прокладкой — отрезком поливинилх¬ лоридной или резиновой трубки 4. Большая часть деталей приемника смонтирована печатным методом на плате из фольгированного стеклотекс¬ толита размерами 115 х 85 мм (рис. 394). Токонесущие площадки и проводники на плате, имеющие различную конфи¬ гурацию, образуют продольные и попе¬ речные прорези фольги шириной 1... 1,5 мм, сделанные острием ножа или резаком. Катушки L2 и L3 намотаны прово¬ дом ПЭВ-1 0,12 на пластмассовых уни¬ фицированных четырехсекционных каркасах с подстроечниками из ферри¬ та 600НН диаметром 2,8 и длиной 12 мм. Такие каркасы используют для катушек гетеродинных контуров ра¬ диовещательных приемников. Катуш¬ ка L2 содержит 45 витков с отводом от 15-го витка, L3 — 40 витков с отводом от 5-го витка, считая от «заземленного» вывода (нижний по схеме). Кнопки SB 1 и SB2 — типа КМ-1. Все резисторы могут быть МЛТ-0,25, МЛТ- 0,125. Конденсатор переменной емкос¬ ти С8 — КП-180, он укреплен непо¬ средственно на монтажной плате. Ось конденсатора удлинена, чтобы ручка со шкалой настройки, укрепленная на ней, была снаружи крышки корпуса. Подстроечный конденсатор С1 — КПК-МН с максимальной емкостью 20...30 пФ, оксидные конденсаторы С14, С19 и С20 — К50-6. Остальные конденсаторы могут быть типов К10, КД, КМО, КЛС, БМ. Выход усилителя 34 приемника низкоомный, поэтому подключаемые к нему головные телефоны могут быть как низкоомными (например, ТА-56м), так и высокоомными (ТОН-1, ТА-4). Рис. 393. Детали антенны приемника Закончив монтаж, сверь его с прин¬ ципиальной схемой приемника, про¬ верь надежность всех контактов, со¬ единений, крепление антенн, батареи питания. Все должно быть механичес¬ ки прочным, иначе приемник может подвести лисолова на соревнованиях. Прочисти все прорези монтажной пла¬ ты резаком или острием ножа, а учас¬ ток с деталями цепи затвора полевого транзистора VT1, кроме того, протри тряпочкой, смоченной спиртом или ацетоном. Включив питание, сразу же измерь ток, потребляемый приемником от ба¬ тареи (миллиамперметр можно вклю¬ чить между гнездами 1 и 2 разъема ХЗ вместо вилки головных телефонов), — он не должен превышать 12 мА. Значи¬ тельно больший ток может быть только
480 Беседа двадцать первая из-за ошибки в монтаже, неисправнос¬ ти выходных транзисторов иди оксид¬ ных конденсаторов. Режимы работы транзисторов уси¬ лителя 34 устанавливай подбором рези¬ сторов R9, R14 и R15. На это время кон¬ денсатор С13 на входе усилителя можно отключить от фильтра R5C12. Ориенти¬ ровочные напряжения на электродах транзисторов, указанные на принципи¬ альной схеме, измерены вольтметром постоянного тока с относительным входным сопротивлением 10 кОм/В. Сначала подбором резистора R15 установи на эмиттерах транзисторов VT5 и VT6 напряжение, равное полови¬ не напряжения батареи питания, а за¬ тем подбором R14 — ток в коллектор¬ ной цепи транзистора VT5, равный 0,5...0,6 мА. На время замены резистора R14 питание выключай, иначе выход¬ ные транзисторы могут выйти из строя. После этого подбором резистора R9 установи режимы транзисторов VT2 и VT3. Признаком работы усилите¬ ля служит фон переменного тока, появ¬ ляющийся в телефонах при касании базы транзистора VT2. Далее проверь, работает ли гетеро¬ дин. Параллельно конденсатору СЮ подключи вольтметр постоянного тока, а затем замкни конденсатор Сб кратко¬ Рис. 394. Монтажная плата приемника и соединения деталей на ней
Беседа двадцать первая 481 временно пинцетом или отрезком про¬ вода. Если гетеродин работает, то на¬ пряжение на конденсаторе СЮ долж¬ но изменяться. Теперь, пользуясь генератором ко¬ лебаний радиочастоты, надо устано¬ вить границы полосы частот, перекры¬ ваемой конденсатором С8 гетеродин¬ ного контура, и настроить контур L2C4 усилителя РЧ и контур L1C1 рамочной антенны на частоту 3,6 МГц. Делай это в такой последовательности. Восстанови соединение конденсатора С13 с фильт¬ ром R5C12. Ротор конденсатора С8 «Настройка» поставь в положение средней емкости, а смодулированный сигнал генератора, настроенного на ча¬ стоту 3,6 МГц, подай на левый (по схе¬ ме) вывод конденсатора С2. Напряже¬ ние сигнала генератора не должно быть больше 1 мВ. Вращая подстроечник катушки L3 контура гетеродина, добей¬ ся появления в телефонах звука сред¬ ней тональности. Чем меньше уровень входного сигнала, тем четче будет про¬ слушиваться в телефонах этот момент. Рис. 395. Схема измерения чувствительности приемника по напряженности поля Может случиться, что добиться требуемой настройки только подстро- ечником катушки не удастся. Причи¬ ной может быть недостаточная или слишком большая индуктивность гете¬ родинной катушки. В таком случае пе¬ рестройкой частоты генератора можно добиться появления звука в телефонах, по его шкале узнать удвоенную частоту гетеродина и таким образом опреде¬ лить, в какую сторону нужно изменять емкость конденсатора С6 для достиже¬ ния заданной настройки гетеродина. Границы полосы частот гетеродина определяй по сигналам генератора. Сигнал частотой 3,5 МГц (низкочастот¬ ная граница диапазона) должен про¬ слушиваться при наибольшей емкости конденсатора С8, а сигнал частотой 3,65 МГц (высокочастотная граница) — при его наименьшей емкости. Чтобы полосу частот расширить (если это не¬ обходимо), емкость конденсатора С7 увеличивай, а чтобы, наоборот, сделать ее более узкой, емкость этого конден¬ сатора уменьшай. Затем переходи к настройке нагру¬ зочного контура усилителя РЧ и конту¬ ра рамочной антенны. Сигнал от гене¬ ратора частотой 3,6 МГц и амплитудой 100...200 мкВ подай на вход приемника, обернув провод от генератора вокруг кольца рамочной антенны два-три раза (связь теперь будет индуктивной). Кон¬ тур L2C4 настраивай подстроечным сердечником катушки L2, а контур ра¬ мочной антенны — подстроечным кон¬ денсатором С1. По мере настройки контуров на частоту 3,6 МГц чувстви¬ тельность приемника и, следовательно, громкость звука в телефонах возраста¬ ет. Чтобы возможно точнее уловить момент резонанса, амплитуду сигнала уменьшай постепенно. Настройку этих контуров на среднюю частоту диапазо¬ на можно считать законченной, если любое изменение подстроечного сер¬ дечника катушки L2 или емкости кон¬ денсатора С1 контура рамочной антен¬ ны сопровождается снижением гром¬ кости звучания телефонов. Если наибольшая емкость конден¬ сатора С1 окажется недостаточной для точной настройки рамочной антенны на частоту 3,6 МГц, тогда параллельно ему подключи керамический или слю¬ дяной конденсатор емкостью 30...47 пФ и настройку повтори. Завершающий этап — настройка штыревой антенны W2 для получения диаграммы направленности в форме кардиоиды. Делать это надо по немоду-
482 Беседа двадцать первая лированным сигналам передатчика-ли- сы с вертикальной антенной на откры¬ том месте и на расстоянии от передат¬ чика 100... 150 м. Вблизи не должно быть зданий, железобетонных соору¬ жений и линий электропередачи, по¬ глощающих или рассеивающих энер¬ гию радиоволн. На это время согласую¬ щий резистор R1 замени переменным или подстроечным резистором с номи¬ нальным сопротивлением 5...7,5 кОм. Включи питание, настрой приемник на сигнал передатчика и, поворачивая его вокруг вертикальной оси, убедись, что диаграмма направленности одной ра¬ мочной антенны имеет форму восьмер¬ ки — достаточно четко выражены ост¬ рые углы симметричных минимумов. После этого приемник плоскостью ра¬ мочной антенны возможно точнее на¬ правь на лису, включи (кнопкой SB1) штыревую антенну, а затем поверни приемник на 180°, чтобы сравнить громкость приема лисы с двух направ¬ лений. Направь приемник на лису ми¬ нимумом кардиоиды и переменным ре¬ зистором добейся минимальной гром¬ кости приема. Остается измерить полу¬ чившееся сопротивление переменного резистора и заменить его постоянным такого же сопротивления. После этого, пользуясь тем же высокочастотным ге¬ нератором, проградуируй шкалу наст¬ ройки приемника. Чувствительность приемника по на¬ пряженности поля можно измерить по схеме, показанной на рис. 395. Для этого кроме генератора РЧ потребуются еще милливольтметр переменного тока и квадратная рамка со стороной 380 мм, согнутая из медной проволоки диамет¬ ром 3...5 мм. Основой рамки может быть крестовина из сухих древесных планок. Через согласующий резистор R, кото¬ рый должен быть безиндукционным (непроволочным), рамку подключи к вы¬ ходу генератора РЧ. Сначала надо изме¬ рить напряжение шума на выходе при¬ емника. Для этого параллельно голо¬ вным телефонам подключи милливольт¬ метр переменного тока, включи питание и конденсатором настройки С8 найди в рабочем диапазоне (3,5...3,65 МГц) учас¬ ток, в котором не прослушиваются рабо¬ тающие радиостанции и внешние поме¬ хи. Милливольтметр покажет напряже¬ ние шума. Нормальным можно считать напряжение шума, равное 0,125...0,15 В для высокоомных телефонов или 0,025...0,05 В — для низкоомных. Затем, не изменяя настройки, раз¬ мести приемник относительно рамки так, чтобы плоскости рамки и рамоч¬ ной антенны были параллельны, а рас¬ стояние между их геометрическими центрами равнялось 1 м. Настрой гене¬ ратор на частоту приемника по макси¬ мальному напряжению на головных те¬ лефонах и установи аттенюатором ге¬ нератора такое напряжение сигнала, при котором на телефонах приемника будет напряжение в 10 раз больше на¬ пряжения шума. Это напряжение гене¬ ратора и будет характеризовать чувст¬ вительность приемника по напряжен¬ ности поля. К примеру, если выходное напряжение генератора оказалось рав¬ ным 20 мкВ, чувствительность прием¬ ника составит 20 мкВ/м. Какие изменения можно внести в приемник и его детали? Прежде всего — о диодах смеси¬ тельного каскада, от которых во многом зависит качество приемника. Главное требование, предъявляемое к ним, — возможно малая их емкость. Этому тре¬ бованию отвечают, например, кремни¬ евые высокочастотные диоды КД509А, КД514А, КДС523А-КДС523Г. Они и мо¬ гут заменить диоды серии КД503. По¬ дойдут также диоды серий Д104—Д106, Д223, но с ними чувствительность при¬ емника несколько ухудшится. В крайнем случае в смесителе мож¬ но использовать германиевые диоды серий Д2, Д9, Д18, Д20, Д311, Д312, ГД507 с любым буквенным индексом. Но тогда смеситель следует дополнить С-цепочками, как показано на рис. 396, повышающими эффективность рабо¬ ты диодов. Конденсаторы С' и С» долж¬ ны быть слюдяные или керамические.
Беседа двадцать первая 483 Рис. 397. Схема плавной регулировки громко¬ сти Вместо транзисторов КТ315Б мож¬ но использовать другие транзисторы этой же серии, а также серий КТ301, КТ312, КТ201 со статическим коэффи¬ циентом передачи тока не менее 100. Транзистор КТ361Б можно заменить на любой другой из этой серии или КТ351 с любым буквенным индексом. Полевые транзисторы КПЗОЗА, ра¬ ботающие в усилителе РЧ (VT1) и гете¬ родине (VT7), можно заменить любыми другими этой серии. Замена их бипо¬ лярными транзисторами нецелесооб¬ разна из-за возможного ухудшения се¬ лективности и стабильности работы приемника. Регулировка громкости может быть не ступенчатой, а плавной. Эту задачу нетрудно решить включением перемен¬ ного резистора (R' на рис. 397) во вход¬ ную цепь транзистора VT4 предоконеч¬ ного каскада. Резистор может быть типа СПО-0,15 или СПО-0,5 с номинальным сопротивлением 15...20 кОм. Для питания приемника можно также использовать «Корунд» или ак¬ кумуляторную батарею 7Д-0Д15. Но тогда придется подобрать режим рабо¬ ты транзисторов фазоинверсного и вы¬ ходного каскадов. Напряжение на эмиттерах выходного каскада устанав¬ ливай подбором резистора R15, а ток покоя (2...3 мА) — подбором R14. При использовании нового источ¬ ника питания выходной разъем ХЗ луч¬ ше разместить на нижней торцовой стенке корпуса — удобнее будет поль¬ зоваться приемником. НА СОРЕВНОВАНИЯХ Успех в соревнованиях по «охоте на лис» зависит не только от пеленга- ционных качеств приемника, но и от того, как охотник освоил это свое «ору¬ жие» и пользуется им. Поэтому дать го¬ товый рецепт, как искать и обнаружи¬ вать лис, нельзя. Можно лишь, опира¬ ясь на опыт, дать некоторые советы. Прежде всего перед соревнования¬ ми ты должен тщательно проверить свой приемник, подстроить антенну, если в этом появится необходимость. Питающая батарея должна быть све¬ жей, иначе приемник может тебя под¬ вести. Рис. 398. Схема возможного размещения и по¬ иска лис на трассе 16*
484 Беседа двадцать первая На старте тебе вручат карту или план местности с пометкой старта и контрольный билет, на котором судьи при лисах будут отмечать время их на¬ хождения тобой. Контрольный би¬ лет — это основной документ охотни¬ ка. Потеряешь его — тебе не засчитают прохождение трассы, даже если ты бы¬ стрее других пробежал ее. Приемник ты включишь только после того, как пробежишь стартовый коридор — иду¬ щую от старта в лес или кустарник дорожку, обозначенную флажками. Раньше нельзя — так установлено в «Положении о соревнованиях». Число лис на трассе и порядок поиска их тебе известны.* Значит, остановившись в конце стартового коридора, ты должен внимательно послушать всех лис и оп¬ ределить их азимуты (рис. 398). Эти данные полезно нанести на карту. Осо¬ бенно тщательно надо определить на¬ правление на ту лису, которую ты бу¬ дешь искать первой. Определять направление на лису начинай с нахождения прямой, на ко¬ торой она находится. Это делают обычно по минимуму диаграммы на¬ правленности рамочной антенны, т.е. по минимальной громкости приема. Затем, повернувшись лицом в сторону одного из возможных направлений, включи штыревую антенну и тут же направь максимум кардиоиды попере¬ менно вперед и назад. Сравнивая уровни громкости сигналов лисы, ты тем самым определишь направление, в котором надо бежать, — туда, куда «смотрит» максимум кардиоиды. И все это надо успеть за минуту, пока рабо¬ тает лиса. Заметив время окончания работы лисы, отключи штыревую антенну и беги в сторону лисы. Как только она снова начнет работать, проверь на¬ правление на нее по минимуму рамоч¬ ной антенны. Штыревую антенну включай всякий раз, когда надо уточ¬ нить направление на лису, например когда пробежал ее и направление на нее изменилось. По мере приближения к лисе на¬ правление на нее как бы «размазывает¬ ся», становится менее ощутимым на слух. В это время надо снизить чувст¬ вительность приемника или убавить громкость и быть особенно вниматель¬ ным и наблюдательным — ведь лиса может быть совсем рядом! Иногда по¬ лезно бывает пробежать лису, чтобы затем, уточнив обратное направление, быстро обнаружить ее. Судья при лисе сделает на твоем контрольном билете соответствующую отметку. Теперь ты снова должен решать все те задачи, о которых я тебе рассказал здесь, но уже в направлении на следующую лису. В зависимости от общей протяжен¬ ности трассы и числа лис на ней для участников соревнований устанавли¬ вают контрольное время. Это макси¬ мальное время, в течение которого уча¬ стник может искать лис и прибыть на финиш. Если охотник где-то допустил ошибку и сбился с правильного на¬ правления, а контрольное время еще не вышло, он имеет право вернуться на старт и снова начать поиск лис. Все эти и многие другие тонкости тактики и техники поиска лис ты узна¬ ешь уже в ходе первых соревнований по этому увлекательному виду радиоспорта. РАДИОСПОРТСМЕНЫ- КОРОТКОВОЛНОВИКИ В диапазонах КВ и УКВ есть участ¬ ки волн, где идут оживленные разгово¬ ры между радиолюбителями разных городов и сел, стран, континентов. Бы¬ вают дни, когда в эфире между ними идет дружеская борьба за право счи¬ таться сильнейшим, получить спортив- * На соревнованиях опытных спортсменов порядок поиска лис произвольный, что усложняет поиск их и прохождение всей трассы. На соревнованиях школьников порядок поиска лис обычно сообщают перед стартом или на старте.
Беседа двадцать первая 485 ный разряд, диплом, звание мастера этого вида радиоспорта. Соревнуются люди разных возрастов и профессий. Среди них есть и твои сверстники. По¬ беждает тот, кто лучше знает радиоэле¬ ктронику, кто хорошо владеет техни¬ кой радиопередачи и радиоприема. Путь в этот вид радиоспорта от¬ крыт и для тебя. Для двусторонней любительской ра¬ диосвязи надо иметь радиостанцию — передатчик и приемник, настраиваемые на одни и те же частоты. Антенна — об¬ щая для передатчика и приемника. Во время передачи радиоспортсмен под¬ ключает ее к выходу передатчика, а во время приема — к входу приемника. Та¬ ким образом, когда спортсмен работает на своей радиостанции, его слушает то¬ варищ по эфиру. Закончив сообщение, он переключает антенну на вход прием¬ ника — переходит на прием. Его же кор¬ респондент в это время переключает ан¬ тенну своей станции с приемника на пе¬ редатчик. Теперь он передает какие-то сведения, адресуемые первому спортс¬ мену. Так между ними устанавливается двусторонняя любительская радиосвязь телефоном, т.е. разговорной речью. Связь может быть телеграфом, ког¬ да вызов корреспондента и обмен с ним сообщениями происходит знаками телеграфной азбуки. В таких случаях содержание кодируется телеграфным ключом. В результате в эфир излучают¬ ся импульсы немодулированных элект¬ ромагнитных колебаний, соответству¬ ющие звучанию точек и тире. Любительские радиостанции могут быть как коллективными, например спортивно-технических клубов, школ, станций юных техников, так и инди¬ видуальными. Каждой радиостанции присваивается позывной — своеобраз¬ ный адрес, состоящий из несколько букв латинского алфавита и цифр меж¬ ду ними. Например, UY5AG (телефо¬ ном звучит так: Ульяна, игрек, пятерка, Анна, Георгий). Первые две буквы ха¬ рактеризуют принадлежность станции к той или иной стране, цифра — район внутри страны, последние две буквы — закодированная «фамилия» данной станции. Но путь в этот увлекательный вид радиоспорта можно начинать с наблю¬ дения за работой других радиоспортс¬ менов. Для этого надо иметь только приемник. Его владельцу тоже присва¬ ивается позывной наблюдателя, и он обменивается QSL-карточками с теми спортсменами, разговор которых он слушал в эфире. В радиочастотном диапазоне КВ ра¬ диоспортсменам выделено несколько сравнительно узких (по частоте) участ¬ ников— любительских диапазонов: 10- метровый (28—29,7 МГц), 14-метровый (21—21,45 МГц), 20-метровый (14— 14,35 МГц), 40-метровый (7—7,1 МГц) и 80-метровый (3,5—3,65 МГц). А в 1979 г. специально для начинающих радио¬ спортсменов в возрасте от 14 лет выде¬ лен еще один любительский диапазон радиочастот — 160-метровый (1850— 1950 кГц). Его так и называют: диапа¬ зон начинающих. Но он популярен и среди опытных коротковолновиков. В этом диапазоне радиочастот можно ра¬ ботать телефоном с амплитудной моду¬ ляцией, телеграфом и телефоном с од¬ нополосной модуляцией. Первый из этих видов излучения называют сокра¬ щенно AM, второй CW (си-даблью), третий — SSB (эс-эс-би). С освоения этого диапазона обычно и начинает свой путь в эфир радиоспортсмен-ко¬ ротковолновик. Первый этап на этом пути — накоп¬ ление опыта наблюдения за ведением любительских связей других радио¬ спортсменов, освоение техники при¬ ема и передачи телеграфной азбуки. Позывной коротковолновика тебе вы¬ даст спортивно-технический клуб или радиотехническая школа по месту жи¬ тельства. А позже, когда наблюдения за эфиром, ведение аппаратного журнала и обмен QSL-карточками станут для те¬ бя привычным делом, можно будет по¬ думать и о постройке передатчика для работы в эфире.
486 Беседа двадцать первая Каким может быть первый прием¬ ник радиолюбителя-коротковолновика? ПРИЕМНИК КОРОТКОВОЛНОВИКА- НАБЛЮДАТЕЛЯ Для приема и наблюдения за рабо¬ той любительских станций в диапазо¬ не 160 м рекомендую приемник, раз¬ работанный московским радиоспортс- меном-конструктором В. Поляковым (RA3AAE). Принципиальная схема этого при¬ емника супергетеродинного типа при¬ ведена на рис. 399. Основные устройст¬ ва приемника: смесительный каскад на двухзатворном полевом транзисторе VT1, первый гетеродин на транзисторе VT2, усилитель ПЧ на полевом транзи¬ сторе VT3 и аналоговой микросхеме DA1, детектор смесительного типа на полевом транзисторе VT4, второй гете¬ родин на транзисторе VT5, усилитель 34 на аналоговой микросхеме DA2 и транзисторах VT6, VT7. Источник пи¬ тания напряжением 9... 12 В подключа¬ ют к гнездам Х4 и Х5. Максимальный ток, потребляемый приемником от ис¬ точника питания, не превышает 50 мА. Антенной приемника может слу¬ жить отрезок провода длиной 15...20 м (значительно меньше четверти длины радиоволны), а также четвертьволно¬ вый «луч» (длиной около 40 м), диполь или «дельта» с фидером из коаксиаль¬ ного кабеля. Первую из этих антенн подключают к входному контуру L1C3 через гнездо XI и конденсатор С1, дру¬ гие — к отводу катушки L1 через гнез¬ до Х2. Заземление, противовес или оп¬ летку фидера антенны подключают к гнезду ХЗ, соединенному с общим про¬ водом приемника. Способ подключе¬ ния каждой антенны подбирают опыт¬ ным путем по максимальной громкости и качеству радиоприема. Катушки LI, L2 совместно с кон¬ денсаторами С2—С4 образуют вход¬ ной двухконтурный полосовой фильтр, обеспечивающий приемнику хорошую селективность (избирательность) по зеркальному каналу приема. Он прак¬ тически устраняет помехи от мощных радиовещательных станций диапазона СВ. Выделенный фильтром сигнал лю¬ бительской станции поступает на пер¬ вый затвор полевого транзистора VT1. А на второй его затвор поступает (че¬ рез конденсатор С5) напряжение пер¬ вого гетеродина. Промежуточная час¬ тота около 500 кГц, являющаяся разно¬ стью частот гетеродина и принятого сигнала, выделяется в стоковой цепи транзистора контуром, образованным входной обмоткой электромеханичес¬ кого фильтра (ЭМФ) Z1 и конденсато¬ ром СИ. Делитель напряжения R1R2 Рис. 399. Принципиальная схема приемника коротковолновика-наблюдателя диапазона 160 м
Беседа двадцать первая 487 создает на втором затворе смеситель¬ ного транзистора необходимое напря¬ жение смещения. Транзистор VT2 первого гетероди¬ на включен по схеме индуктивной трехточки. Его колебательный контур образуют катушка индуктивности L3 и конденсаторы Сб—С8. Конденсатором переменной емкости Сб частоту гете¬ родина можно изменять в пределах 2330...2430 кГц, что соответствует наст¬ ройке приемника во всем участке лю¬ бительского диапазона 160 м. Развязы¬ вающие ячейки R3C10 и R5C13 препят¬ ствуют проникновению в общую цепь питания колебаний гетеродина и про¬ межуточной частоты. Фильтр Z1 выполняет основную се¬ лекцию сигналов любительских стан¬ ций. С его выходной обмотки, образую¬ щей с конденсатором С12 колебатель¬ ный контур, настроенный на промежу¬ точную частоту, выделенный сигнал поступает на вход усилителя ПЧ. Рабо¬ тающая в нем микросхема К118УН2Б (DA1) представляет собой каскодный усилитель. Подстроечный резистор R10, включенный в истоковую цепь транзистора VT3, позволяет опытным путем устанавливать оптимальное уси¬ ление сигнала в тракте ПЧ. С увеличе¬ нием его сопротивления уменьшается ток через транзистор и, следовательно, крутизна его переходной характерис¬ тики. Одновременно увеличивается глубина отрицательной обратной свя¬ зи, снижающая усиление сигнала. В усилитель ПЧ введена простей¬ шая система АРУ, защищающая его от перегрузки сильными входными сигна¬ лами. Для этого напряжение ПЧ с вы¬ ходного контура L4C16 усилителя по¬ дается через конденсатор С17 на диод VD1. Продетектированное им напря¬ жение в отрицательной полярности по¬ ступает через ячейку R7C13 на затвор транзистора VT3 и подзакрывает его. Чем сильнее принятый сигнал, тем больше напряжение, закрывающее транзистор, тем значительнее сниже¬ ние усиления сигнала ПЧ. Напряжение источника питания на транзистор и микросхему усилителя ПЧ подается через развязывающую ячейку R8C14. С контура L4C16 усиленный сигнал ПЧ поступает через катушку связи L5 на сток полевого транзистора VT4, ра¬ ботающего как детектор приемника. Одновременно на затвор этого транзис¬ тора поступает напряжение второго ге¬ теродина на транзисторе VT5. Резистор R12 и конденсатор С21 в этой цепи со¬ здают необходимое отрицательное на¬ пряжение на затворе транзистора бла¬ годаря детектирующим свойствам его р-n перехода. Положительные полувол¬ ны напряжения второго гетеродина от¬ крывают транзистор VT4, в результате чего сопротивление его канала (участок исток—сток) уменьшается, а отрица¬ тельные полуволны, наоборот, закры¬ вают транзистор, отчего сопротивле¬ ние канала резко возрастает. Транзис¬ тор, таким образом, работает в режиме управляемого активного сопротивле¬ ния. В результате в цепи его канала воз¬ никает ток биений со звуковыми часто¬ тами, соответствующими разности час¬ тот входных сигналов и второго гетеро¬ дина. Спектр однополосного сигнала переносится с промежуточной частоты в область звуковых частот, которые сглаживаются конденсатором С22 и да¬ лее через регулятор громкости R13 по¬ ступают на вход усилителя 34. Второй гетеродин на транзисторе VT5 подобен первому гетеродину при¬ емника. Разница между ними заключа¬ ется лишь в параметрах некоторых де¬ талей. В усилителе 34 работают знакомые тебе микросхема из серии К118 и двух¬ тактный усилитель мощности на герма¬ ниевых транзисторах VT6 и VT7 раз¬ ной структуры. Диод VD2 уменьшает искажения типа «ступенька». Резистор R14 и конденсатор С24 на входе усили¬ теля 34 служат для подавления колеба¬ ний П4. Нагрузкой усилителя 34 могут быть как низкоомные, так и высокоомные
488 Беседа двадцать первая Рис. 400. Монтажная плата приемника головные телефоны и даже динамичес¬ кая головка мощностью 0,25...0,5 Вт со звуковой катушкой сопротивлением не менее 4 Ом. При использовании дина¬ мической головки емкость конденсато¬ ра С27 должна быть 100...200 мкФ, что¬ бы не ослаблять воспроизведение низ¬ ших звуковых частот. Для питания приемника подойдет любой сетевой блок питания, обеспе¬ чивающий постоянное напряжение 9... 12 В при токе до 40...50 мА. При ра¬ боте на высокоомные головные теле¬ фоны потребляемый ток не превышает 10 мА. В таком случае для питания при¬ емника можно использовать две-три батареи 3336, соединив их последова¬ тельно. Все детали приемника, кроме разъ¬ емных соединений, конденсатора наст¬ ройки Сб, регуляторов громкости и источника питания, размещены на пе¬ чатной плате размерами 170 х 65 мм, выполненной из фольгированного стек¬ лотекстолита (рис. 400). С целью повы¬ шения стабильности работы приемника и устойчивости к самовозбуждению площадь фольги, образующей общий провод, оставлена максимальной. Мощность рассеяния постоянных резисторов — 0,125 или 0,25 Вт. Конден¬ саторы постоянной емкости, используе¬ мые в высокочастотных цепях (С 1—С9, С11, С12, С15—С17, С19—С21), — кера¬ мические типа КД, КТ, КМ, КЛС, К10-7 или слюдяные КС О, пленочные ПО. Роль конденсатора С2 может выполнять отрезок провода диаметром 0,8... 1 мм с намотанными на нем 10... 15-ю витками провода ПЭЛШО 0,25. Его емкость под¬ гоняют путем увеличения или умень¬ шения числа витков во второй обклад¬ ке, после чего их закрепляют клеем или лаком. В колебательных контурах гетеро¬ динов приемника желательно исполь¬ зовать конденсаторы с малым темпе¬ ратурным коэффициентом емкости (ТКЕ), т.е. группы ПЗЗ, М47 или М75. Остальные конденсаторы постоянной емкости, в том числе и оксидные, могут быть любого типа. Функцию конденсатора настройки Сб выполняет подстроечный конденса¬ тор с воздушным диэлектриком (КПВ), состоящий из пяти статорных и шести роторных пластин. С таким конденса¬ тором диапазон перестройки получает¬ ся равным 100 кГц. При большем диа¬ пазоне перестройки затрудняется на¬ стройка на сигналы станций, работа¬ ющих в режиме SSB. Если такого конденсатора нет, то можно использо¬ вать одну секцию малогабаритного КПЕ транзисторного радиовещатель¬ ного приемника, включив последова¬
Беседа двадцать первая 489 тельно с ним «растягивающий» кон¬ денсатор емкостью 47...51 пФ. Переменный резистор R11 — СП-1 (желательно с функциональной харак¬ теристикой В), подстроечный резистор R10 — СП6-16Б или любой другой ма¬ логабаритный. Транзистор VT1 может быть лю¬ бым из серий КП306, КП350. Транзис¬ торы VT2 и VT5, работающие в гетеро¬ динах, могут быть серий КТ306, КТ312, КТ315, КТ316 с любыми буквенными индексами. Транзистор VT3 усилителя ПЧ мо¬ жет быть любым из серий КПЗОЗ, КП305. Но при использовании транзис¬ тора с большим напряжением отсечки (буквенные индексы Г, Д, Е) последова¬ тельно с подстроечным резистором R10 в истоковой цепи надо будет включить постоянный резистор сопротивлением 330...470 Ом и зашунтировать его кон¬ денсатором емкостью 0,01...0,1 мкФ. Микросхемы К118УН2Б (DA1) и К118УН1Д (DA2) заменимы аналогич¬ ными им микросхемами серии К122. При монтаже полевых транзисто¬ ров необходимо защищать их от воз¬ можного пробоя статическим элект¬ ричеством и напряжениями различ¬ ных наводок. Для этого их выводы замыкают между собой отрезком тон¬ кого оголенного проводника, который после монтажа удаляют. На это время корпус паяльника соединяют с общим печатным проводником платы, а его вилку питания вынимают из сетевой розетки. Для приемника подойдет любой электромеханический фильтр со сред¬ ней частотой 460...500 кГц и полосой пропускания 2,1...3,1 кГц, например ЭМФ-ИД-500-3,0 или ЭМФ-9Д-500-3,0 с буквенными индексами В, Н, С. Бук¬ венный индекс указывает, какую по¬ лосу относительно несущей данный фильтр выделяет — верхнюю (В) или нижнюю (Н) или же частота 500 кГц приходится на середину (С) полосы пропускания. Для описываемого при¬ емника это не имеет значения, так как Рис. 401. Конструкция каркаса катушек Катушки наматывают многожиль¬ ным проводом ЛЭ 4 х 0,07 или само¬ дельным «литцендратом» из несколь¬ ких отрезков провода ПЭВ-1 0,07...0,08. Для катушки L3 контура первого гете¬ родина можно использовать провод ПЭВ-1 0,17...0,25. в процессе налаживания частоту вто¬ рого гетеродина устанавливают на 300 Гц ниже полосы пропускания фильтра, и в любом случае будет выде¬ ляться верхняя боковая полоса частот. Для катушек LI, L2, L3 и L6 исполь¬ зованы каркасы с ферритовыми подст- роечниками и экранами от контуров ПЧ массовых транзисторных суперге¬ теродинов. Каркас такой конструкции и его детали показаны на рис. 401. Про¬ вод катушки индуктивности наматыва¬ ют равномерно в секциях каркаса 3. Затем на каркас поверх обмотки наде¬ вают цилиндрический высокочастот¬ ный магнитопровод 2, вводят в каркас подстроечник 1 с винтовой пробкой и заключают конструкцию в алюминие¬ вый экран размерами 12 х 12 х 20 мм.
490 Беседа двадцать первая Рис. 402. Внешний вид приемника (а) и размещение его платы и деталей в корпусе (б) Катушки L1 и L2 входных конту¬ ров содержат по 62 витка; отвод ка¬ тушки L1 сделан от 15-го витка, считая от нижнего (по схеме) выво¬ да. Катушка L3 первого гетеродина должна содержать 43 витка с отво¬ дом от 9-го витка, a L6 второго гете¬ родина — 86 витков с отводом от 15-го витка, также считая от ниж¬ него (по схеме) вывода. Катушка L4 контура ПЧ и ее катуш¬ ка связи L5 в приемнике использованы без переделки; L4 содержит 86 витков провода ЛЭ 4 х 0,07, a L5—15 витков провода ПЭЛШО 0,1. Для контурных катушек приемни¬ ка можно, конечно, использовать уни¬ фицированные каркасы с другими маг- нитопроводами и экранами. Но тогда надо будет опытным путем уточнить числа витков в катушках. Например, в случае намотки катушек в броневых сердечниках типа СБ-9 число витков в них следует уменьшить на 10%.
Беседа двадцать первая 491 Внешний вид приемника и раз¬ мещение в его корпусе монтажной платы, других деталей показаны на рис. 402. Корпус с внешними размера¬ ми 60 х 180 х 110 мм конструктивно та¬ кой же, как корпус цифрового частото¬ мера (см. рис. 311). На лицевой панели, которую прикрывает декоративная на¬ кладка, находятся конденсатор наст¬ ройки Сб, регулятор громкости R13 и гнезда для подключения головных те¬ лефонов или динамической головки. Гнезда для подключения антенны, ис¬ точника питания и регулятор усиления R10 размещены на задней стенке кор¬ пуса. По окружности ручки настройки приемника наклеена шкала с размет¬ кой частот диапазона 160 м, а на самой ручке сделана ориентировочная риска. Вообще же конденсатор С6 полезно ос¬ настить простейшим верньерным уст¬ ройством, что повысит точность наст¬ ройки, особенно на SSB-сигналы. Испытание и налаживание прием¬ ника следует производить до оконча¬ тельного крепления монтажной платы в корпусе. Подключив источник питания, сразу же проверь режимы работы тран¬ зисторов и микросхем. При напряже¬ нии источника питания 9 В на эмитте¬ рах выходных транзисторов должно быть 5...5,5 В, на коллекторах транзисто¬ ров VT2 и VT5 — 5...7 В. При перемеще¬ нии движка резистора R10 из одного крайнего положения в другое напряже¬ ние на стоке транзистора VT3 должно изменяться от 2...5 до 8,5 В. Ток транзис¬ тора VT1 определяй по падению напря¬ жения на резисторе R3 — оно должно составлять 0,3... 1 В, что соответствует необходимому току 0,8...2,5 мА. Умень¬ шить значение этого тока можно увели¬ чением сопротивления резистора R1. В том же случае, если ток меньше необхо¬ димого, в цепь первого затвора транзис¬ тора придется включить разделитель¬ ный конденсатор емкостью 75...200 пФ и подать на этот электрод небольшое по¬ ложительное напряжение с делителя из двух резисторов, аналогичного делите¬ лю Rl, R2 в цепи второго затвора. Чтобы убедиться в работоспособ¬ ности усилителя 34, надо пинцетом коснуться входного вывода 3 микро¬ схемы DA2 — в головных телефонах должен появиться сильный фон пере¬ менного тока. Работоспособность первого гетеро¬ дина проверяй так. К конденсатору С9 подключи вольтметр постоянного тока и, следя за его стрелкой, замкни нако¬ ротко контурную катушку L3. Если при этом напряжение на конденсаторе рез¬ ко уменьшается на 1... 1,5 В, значит, ге¬ теродин генерирует. Причиной бездей¬ ствия гетеродина может быть ошибка в монтаже или неисправность транзис¬ тора VT2. Аналогично проверяй и вто¬ рой гетеродин при подключении вольт¬ метра к конденсатору С18. Дальнейшее налаживание сводится к настройке контуров приемника на со¬ ответствующие им частоты, для чего по¬ требуется генератор стандартных сиг¬ налов (ГСС). Первым настраивай кон¬ тур L4C16 по уровню напряжения АРУ. Для этого вольтметр постоянного тока подключи к конденсатору С13, подай от ГСС на затвор транзистора VT3 (через конденсатор емкостью 500... 1000 пФ) смодулированный сигнал частотой 500 кГц и, вращая подстроечник катуш¬ ки L4, добейся максимального напря¬ жения АРУ. Затем, поддерживая амп¬ литуду сигнала ГСС такой, чтобы на¬ пряжение АРУ не превышало 0,5... 1 В, установи движок резистора R10 в такое положение, чтобы на стоке транзисто¬ ра VT3 было напряжение 5...6 В. Теперь настрой и второй гетеродин: вращая подстроечник катушки L6, добейся по¬ явления биений — громкого свистяще¬ го звука в головных телефонах на вы¬ ходе усилителя 34. Далее выход ГСС соедини через конденсатор емкостью 500... 1000 пФ с первым затвором транзистора VT1 (не отключая от него входной полосовой фильтр), настрой ГСС на среднюю час¬ тоту полосы пропускания ЭМФ и под¬ бором конденсаторов С11 и С12 добей¬ ся максимального напряжения АРУ (на
492 Беседа двадцать первая конденсаторе С13) или наибольшей громкости тона биений на выходе приемника. Одновременно подстроеч- ником катушки L6 установи частоту второго генератора близкой нижней граничной частоте полосы пропуска¬ ния ЭМФ. Если в приемнике фильтр ЭМФ-9Д-500-3,0 В, а ГСС перестраи¬ вается от частоты 500 кГц и выше, то низкий той биений должен появляться при частоте 500,3 кГц, затем тон дол¬ жен повышаться и исчезать при часто¬ те 503 кГц. Следующий этап — настройка конту¬ ров первого гетеродина и входного полосо¬ вого фильтра. Для этого ротор конденсато¬ ра настройки Сб установи в положение средней емкости, на гнездо Х2 подай от ГСС сигнал частотой 1880 кГц, настрой при¬ емник на эту частоту подстроечником ка¬ тушки L3, после чего подстроечниками ка¬ тушек L1 и L2 добейся максимальной гром¬ кости звучания телефонов на выходе при¬ емника. Заключительный этап — измере¬ ние с помощью ГСС диапазона перест¬ ройки и проверка уменьшения чувст¬ вительности приемника на краях диа¬ пазона. При изменении емкости кон¬ денсатора настройки Сб приемник должен охватывать весь диапазон 160 м (1850—1950 кГц). Если уменьшение чувствительности на краях диапазона не превышает 1,4 раза, то полосу про¬ пускания входного фильтра можно считать достаточной. Расширить ее можно увеличением емкости конден¬ сатора связи С2. Окончательно подстраивать конту¬ ры входного фильтра и устанавливать резистором R10 оптимальное усиление ПЧ будешь по сигналам любительских станций. Антенна. Одной из лучших антенн любительской станции диапазона 160 м радиоспортсмены-коротковолновики считают симметричный полуволновой диполь — два отрезка провода с изоля¬ торами на концах (рис. 403, а), общая длина которых равна половине длины радиоволны диапазона, т.е. около 80 м (точнее, 1 = 0,475Х). Для сооружения такой антенны потребуются медный провод или антенный канатик диамет¬ ром 2...2,5 мм, орешковые изоляторы, три опоры, а для соединения антенны с приемником — коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом (та¬ ким кабелем делают вводы телевизион¬ ных антенн). Рис. 403. Симметричный полуволновой ди¬ поль Длина каждого плеча диполя мо¬ жет составлять 39...40 м, но быть обя¬ зательно одинаковой для каждого плеча. К внешним концам диполя при¬ вяжи по цепочке из двух изоляторов, с помощью которых антенну будешь крепить на опорах. Внутренние кон¬ цы плеч диполя и коаксиальный ка¬ бель монтируй на изоляторе, как показано на рис. 403, б. Изолятор со¬ стоит из Т-образной пластины 1, вы¬ пиленной из листового текстолита толщиной не менее 3 мм, и текстоли¬ тового бруска 2 размерами примерно 25 х 15 х 100 мм, работающего на рас¬ тяжение. Через сквозные отверстия в пластине и бруске надежно закрепи на изоляторе внутренние концы плеч диполя. К одному из них припаяй цен¬ тральную жилу коаксиального кабеля 3, а к другому — оплетку кабеля. Сам же кабель, в свою очередь, жестко ук¬ репи на изоляторе. Изолятор крепи на опоре (шесте), установленной возможно ближе к ок¬ ну, через которое будешь вводить в комнату соединительный кабель. За¬
Беседа двадцать первая 493 крепляя внешние концы плеч диполя на двух других опорах, провода сильно не натягивай, чтобы они не порвались зимой во время сильных морозов. Центральную жилу коаксиального кабеля соединяй с гнездом Х2 (или XI) приемника, а его оплетку — с гнездом ХЗ. С конструирования приемника для ведения наблюдений за работой любителей-коротко- волновиков начинался путь в эфир многих сегодняшних маститых радиоспортсменов. Не исключено, что и тебя увлечет этот вид радиоспорта. Со временем и в твоем доме может появиться радиостанция с твоим позывным. Или, возможно, ты станешь опера- тором коллективной станции спортивно-технического клуба, школы или местного вне¬ школьного учреждения. Работая в эфире, проявляй высокую сознательность и дисципли¬ ну, тактичность и спортивную вежливость. Только соблюдение этики и правил радио¬ спорта сделают эту работу действительно интересной, увлекательной и полезной.
494 БЕСЕДА ДВАДЦАТЬ ВТОРАЯ СИ-БИ - ДИАПАЗОН ГРАЖДАНСКОЙ СВЯЗИ Многие годы наши радиолюбители могли выйти в эфир, лишь вступив в ряды коротко¬ волновиков. Однако процедура эта была вовсе не простой, и одного желания было мало — требовалось специальное разрешение. Но недавно гражданам нашей страны — всем нам! — было разрешено работать в Си-Би (СВ — citizen band) — в этом принятом во всех цивилизованных странах мира диапазоне гражданской связи. Эта крайне малая полоска в современном радиоэфире (~0,01 % ) замечательна тем, что здесь с пути желающего работать в эфире убраны практически все препятствия. Купив себе радиостанцию — так, как мы покупаем, скажем, пылесос или телевизор — и ознако¬ мившись с назначением ее органов управления, можно начать в Си-Би свой собственный путь. Правда, есть страны, в которых владелец станции должен еще уведомить — но лишь уведомить! — о своем выходе в эфир и местные власти. У нас на работу в Си-Би пока требуется разрешение. И лишь по его получении гражданин России имеет законное право приобрести Си-Би радиостанцию и выйти в эфир. Правда, потребуется еще и ежегодно вьтлачивать немалую сумму денег за...???*. Важнейшая особенность гражданского эфира — свобода общения: тематика и форма пе¬ реговоров ограничены лишь общепринятыми и вне эфира нормами поведения. Чем же замечательна сама Си -Б и -техн ика и каковы ее особенности? * Этот ежегодный взнос может составлять значительную часть стоимости самой радиостанции. Что же касается «за что?...», то на этот вопрос не могут дать вразумительного ответа и авторы этой совершенно уникальной торговой операции. Среди «продавцов воздуха» наших дней они безуслов¬ ные рекордсмены.
Беседа двадцать вторая 495 ПРОСТЕЙШАЯ СИ-БИ РАДИОСТАНЦИЯ Структурная схема простейшей радиостанции, так называемой «одно- каналки», с которой обычно начина¬ ют свой путь в Си-Би, приведена на рис. 404. Здесь ЗГ — маломощный задаю¬ щий генератор, возбуждающийся на частоте fk, стабилизированной кварце¬ вым резонатором ZQ1 (fk — одна из ча¬ стот Си-Би; см. таблицу в конце бесе¬ ды); УМ — усилитель мощности, разви¬ вающий в антенной нагрузке мощ¬ ность 0,1...0,5 Вт. Микрофон ВМ модулирует fk — несущую передатчика по частоте или по амплитуде. Приемником в таких станциях обычно служит супергетеродин с од¬ нократным преобразованием частоты. Контуры его усилителя радиочастоты (УРЧ) настраивают на частоту fk. В пре¬ образователе частот (ПРЧ), гетеродин которого возбуждается на частоте f k — f пч' также стабилизированной кварцевым резонатором, формирует¬ ся промежуточная (разностная) часто¬ та fn4 (обычно fn4 = 465 кГц), которая со¬ храняет все особенности модуляции несущей. Основное усиление сигнала про¬ исходит в усилителе промежуточной частоты (УПЧ). Усиленный сигнал по¬ ступает на детектор Д, а с его выхо¬ да — на вход УЗЧ. И динамическая го¬ ловка ВА на его выходе воспроизводит все то, что воспринимает микрофон станции, находящейся в руках коррес¬ пондента. Основные элементы управления такой станцией: клавишный переклю¬ чатель «прием-передача», регулятор громкости принимаемого сигнала и ре¬ гулятор порога включения шумопода- вителя, включающего УЗЧ приемника лишь при появлении в канале связи не¬ сущей корреспондента. Такую радиостанцию, снабжен¬ ную малоразмерной антенной и по внешнему виду напоминающую теле¬ фонную трубку (рис. 405), называют портативной. Рис. 405. Портативная Си-Би радиостанция С приобретения двух таких радио¬ станций (конечно, на один частотный канал и однотипных по виду модуля¬ ции) начинали свой путь в Си-Би мно¬ гие из нас. Дальность связи между двумя стан¬ циями столь небольшой мощности до¬ стигает 2...3 км и более (на воде — до 10 км). Такая связь открывает возмож¬ ности, которое смогут оценить и люди сугубо практического склада (для ра¬ диолюбителя связь самоценна и сама по себе). Особенно — на даче или в де¬ ревне. А связь в лесу, в лыжных или байдарочных переходах может ока¬ заться не только полезной, но и необ¬ ходимой. Рис. 404. Структурная схема одноканальной Си-Би-радиостанции
496 Беседа двадцать вторая СОВРЕМЕННЫЕ СИ-БИ СТАНЦИИ Однако современные Си-Би радио¬ станции уже не строят по такой струк¬ турной схеме. Стремление возложить на связную технику возможно боль¬ шее число «человеческих» функций (не будем забывать, на кого рассчитана эта техника) привело к тому, что в ра¬ диостанциях появился микропроцес¬ сор. Упрощенная структурная схема микропроцессорной Си-Би радиостан¬ ции показана на рис. 406. Рис. 406. Структурная схема микропроцессор¬ ной радиостанции Центральный узел станции — мик¬ ропроцессор. Приемник станции пред¬ ставляет собой, как правило, супергете¬ родин с двойным преобразованием час¬ тоты. Передатчик обеспечивает мощ¬ ность в антенне 4... 10 Вт. Приемник и передатчик связаны с антенной через полосовой антенный фильтр (ПАФ), в полосе прозрачности которого нахо¬ дятся все рабочие частоты станции. В синтезаторе частот микропро¬ цессора (это одна из основных его функций) частота fo6p кварцевого ре¬ зонатора ZQ используется лишь в качестве образцовой. С ней сравнива¬ ются (после деления счетчиком с тем или иным коэффициентом пересчета) частоты всех других генераторов стан¬ ции. Поэтому частота кварцевого ре¬ зонатора ZQ связана здесь лишь с ти¬ пом микропроцессора и теми зада¬ чами, которые он решает. Так, на¬ пример, в автомобильной станции «Yosan-2204» (LC-7232) fo6p= 5 МГц, а в портативной «Dragon SY-101» (LC-7234) — fo6p= 4,5 МГц. На табло микропроцессорной стан¬ ции (обычно жидкокристаллическом) отображаются номер или частота вы¬ бранного канала связи, показания S- метра, оценивающего уровень прини¬ маемого сигнала, индицируется излу¬ чаемая мощность своего передатчика, указывается вид модуляции, режим ра¬ боты станции и др. Помимо основных элементов уп¬ равления — VOL (громкость), SQ (по¬ рог включения шумоподавителя), РТТ (клавиша «прием-передача») — микро¬ процессорная станция имеет и множе¬ ство других. Кнопками UP и DOWN пе¬ реключают каналы связи («вверх» и «вниз»), нажатием AM/FM изменяют вид модуляции (амплитудная/частот¬ ная). Кнопкой SCAN (сканирование) станцию переводят в режим просмотра диапазона (радиостанция автоматичес¬ ки перебирает каналы, задерживаясь на тех, где кто-то работает). Кнопкой Н/L можно изменить мощность пере¬ датчика, LGT — выключить подсветку табло, LOCK — заблокировать другие кнопки (во избежание случайного их нажатия). Нажатием кнопки СН9 мож¬ но сразу войти в канал службы спасе¬ ния (канал 9 сетки С) *. Эти элементы управления есть практически в каждой микропроцес¬ сорной станции, но могут быть и дру¬ гие. Нередко станция выводится в ка¬ кой-то особый режим последователь¬ ным или параллельным нажатием не¬ скольких кнопок. Конструктивно микропроцессор¬ ная станция может быть выполнена как портативной, так и в автомобиль¬ ном варианте (рис. 407). * Обилие «заграничных» буквосочетаний здесь — не просто дань моде. К сожалению, почти все микропроцессорные Си-Би радиостанции на нашем рынке — зарубежного производства.
Беседа двадцать вторая 497 В комплект автомобильной радио¬ станции обязательно входит тангента — миниатюрный и легкий выносной пульт, содержащий лишь микрофон, клавишу «прием-передача» и переклю¬ чатель каналов связи — кнопки UP и DOWN. Именно такой Си-Би-радио- станцией рано или поздно обзаводится радиолюбитель. Даже если никакого ав¬ томобиля нет и в помине. Автомобиль¬ ная станция, снабженная самодельным сетевым блоком питания и полнораз¬ мерной (~Х/2 = 5,5 м) антенной, позво¬ лит ее владельцу выйти в Си-Би эфир уже на правах полноценного (если не считать малых пока еще знаний) участ¬ ника этого своеобразного сообщества. 12 В А ПЕРВЫЕ ШАГИ В ЭФИРЕ Теперь, познакомившись с устрой¬ ством и работой своей радиостанции и включив ее (не ошибись в полярнос¬ ти!), можно «походить» по каналам, послушать разные разговоры... А дож¬ давшись подходящей паузы («брек», сказанное в этот момент, обратит на тебя внимание), извинившись за втор¬ жение и представившись*, можно по¬ интересоваться у собравшихся в кана¬ ле качеством своего сигнала. Каков его уровень? хороша ли модуляция? нет ли фона переменного, тока? и т.п. И ответить на вопросы первых своих корреспондентов. Настоятельный со¬ вет: будь краток. Ведь в отличие от до¬ машнего телефона в симплексной свя¬ зи корреспондент поневоле будет вы¬ нужден слушать тебя до тех пор, пока ты сам не надумаешь остановиться. Склонность к продолжительным (и вряд ли содержательным) монологам почти наверняка сделает тебя нежела¬ тельным собеседником. А вопрос «Как меня принимаете?» сейчас для тебя особенно важен. По¬ скольку ответ «3...4 балла» от коррес¬ пондента, находящегося поблизости (в 5...6 км), будет означать, что изготов¬ ленная тобой антенна работает далеко не лучшим образом. Она может быть не настроена, возможно — плохо со¬ гласована, может иметь низкий КПД из-за плохих контактов и т.п. Но что означают эти баллы? (кор¬ респондент видит их на S-метре своей станции). Оценка 9 баллов означает, что UBX — высокочастотное напряже¬ ние на антенном входе принимающей станции — равно 50 мкВ, 8 баллов — 25 мкВ, 7 баллов — 12 мкВ и т.д. Оценка «9 + » означает, что UBX значительно превышает 50 мкВ. Оценка 3.. .4 балла (UBX = 0,8... 1,5 мкВ) не так уж мала. Чувствительность при¬ емника радиостанции «Yosan-2204», например, не хуже 0,5 мкВ (при соот¬ ношении сигнал/шум 10:1), и такой сигнал, пусть и на фоне шумов, будет принят без особых затруднений. Но, разумеется, при отсутствии помех. Так что если такую оценку дает корреспон¬ дент, удаленный на 30...40 км, то это совсем не так плохо. Но оценка бли¬ жайших должна быть никак не ниже 7...8 баллов. * Нынешние правила требуют использовать в качестве своего позывного номер выданного разре¬ шения... Но так как пятизначные цифровые «имена» чрезвычайно неудобны в общении нормальных людей, подавляющее большинство работающих в Си-Би использует самодельные позывные. Начина¬ ющий наверняка услышит «Майка первого», «Рамзеса», «Ребуса» и многих-многих других. 17 Зак 261 Рис. 407. Автомобильная Си-Би радиостанция
498 Беседа двадцать вторая КАКАЯ НУЖНА АНТЕННА? Антенны — постоянная тема в ра¬ диолюбительских разговорах. Однако с какой-то из них надо начинать. Одна из самых простых в изготовлении — показанная на рис. 408 «полволны» или «Х/2». Это все тот же хорошо знакомый нам полуволновый вибратор, но запи- тываемый не в середине, как обычно, т.е. — в пучности тока, а с конца — в пучности напряжения. Длина вибрато¬ ра «полволны» близка к Х/2 (отсюда и ее название), где X — длина рабочей волны или середина диапазона рабо¬ чих волн. В отличие от еще двух других тоже очень распространенных в Си-Би антенн — «GP» (Ground Plane) и «5/8Ъ> — эта антенна замечательна тем, что не нуждается ни в полнораз¬ мерных, как «GP», ни в компенсатор¬ ных, как «5/8Ъ>, противовесах. Рис. 408. Антенна «Х/2» Из-за того, что «подволны» имеет высокое входное сопротивление (как и любая другая антенна, возбуждае¬ мая в пучности напряжения), она должна иметь согласующее (транс¬ формирующее) устройство, понижа¬ ющее ее входное сопротивление до волнового сопротивления коаксиаль¬ ного кабеля (у РК50 — 50 Ом). Здесь эту функцию выполняет П-образный колебательный контур L1C1C2. При указанных номиналах конденсаторов С1 и С2 волновое сопротивление кабе¬ ля трансформируется в сопротивление 50(С2/С1)2 = 50(620/150)2 = 850 Ом — близкое, как показывает опыт, к вход¬ ному сопротивлению «полволны». Конечно, П-контур должен быть настроен на диапазон рабочих частот станции. Необходимой (резонансной) индуктивностью обладает бескаркас¬ ная катушка L1, имеющая внутренний диаметр 8, длину 19 мм, содержащая 9 витков провода ПЭВ-2 1,6. Настройку П-контура уточняют растяжением или сжатием ее витков. Вибратором самодельной антенны может служить обмоточный или мон¬ тажный провод сечением не менее 0,5 мм2. Элементы П-контура монтиру¬ ют на плате из фольгированного стек¬ лотекстолита (лишнюю фольгу удаляют резаком) и для защиты от влаги поме¬ щают в пластмассовую коробку-бокс подходящих размеров. На подключае¬ мую к П-контуру верхнюю часть коак¬ сиального кабеля рекомендуется на¬ двинуть несколько ферритовых колец. Их магнитная проницаемость большого значения не имеет — ц= 100... 1000. Лучшее положение антенны — вертикальное (в Си-Би приняты ан¬ тенны вертикальной поляризации). Ее натягивают в нужном направлении и фиксируют с помощью нейлоновой или капроновой оттяжки, которая од¬ новременно является высокочастот¬ ным и высоковольтным изолятором. Но если подвесить антенну не уда¬ ется, то ее опорой может стать удили¬ ще (бамбук, стеклопластик) длиной не менее 6 м. В этом случае вибратор ан¬ тенны — провод с хорошей изоляци¬ ей, например МГШВ — укладывают прямо по удилищу, в нижней части которого крепят бокс с платой П-кон¬ тура. В сельском доме смонтирован¬ ную таким образом антенну можно установить, например, у чердачного окна. В городской квартире ее можно выставить за окно под углом 20...30° к стене (практика показывает, что не¬ которое отклонение вибратора от
Беседа двадцать вторая 499 вертикали на работе антенны практи¬ чески не сказывается). Если удилище раздвижное, то постоянно держать такую антенну в развернутом виде нет необходимости (если, конечно, этого не требуют условия связи) — ее монтаж-демонтаж занимает не более минуты. Построив полноразмерную антен¬ ну, радиолюбитель может установить связь «земной» волной с корреспонден¬ том, удаленным от него на 30...40 км и более. А во время «прохода» (в состоя¬ нии повышенной ионизации ионосфе¬ ры, делающей ее радиозеркалом) — и с зарубежными корреспондентами. В распоряжении работающих в Си- Би около восьмидесяти каналов связи, которые разбиты на две группы, назы¬ ваемые сетками С и D. В каждой сетке по 40 каналов, их частоты приведены в таблице Е. Исторически сложилось так, что основным видом модуляции в России стала FM — узкополосная частотная модуляция (спектр FM-сигнала укла¬ дывается в полосу частот Af =10 кГц). AM — значительно менее популярный у нас вид модуляции. Но некоторые Си-Би-радиостан- ции могут работать и в SSB — в режиме однополосной модуляции. Как извест¬ но, при модуляции несущей «телефон¬ ными» частотами в спектре симмет¬ рично по отношению к частоте несу¬ щей появляются так называемые боко¬ вые частоты: верхняя боковая — выше несущей, и нижняя — ниже ее. Спектр каждой из них содержит всю «теле¬ фонную» информацию, и поэтому одна из боковых и сама несущая могут вооб¬ ще не излучаться. Такую передачу на¬ зывают однополосной. В приемной станции несущую вос¬ станавливают специальным генерато¬ ром (в противном случае неясно, к че¬ му «привязывать» принятую боковую) и детектируют обычным способом. К сожалению, работа на одной бо¬ ковой, энергетически явно более вы¬ годная, реализуется более сложными Таблица Е Частоты каналов в диапазоне гражданской связи (Си-Би) Сетка С Сетка D Канал Частота, кГц Частота, кГц 1 26965 27415 2 26975 27425 3 26985 27435 4 27005 27455 5 27015 27465 6 27025 27475 7 27035 27485 8 27055 27505 9 27065 27515 10 27075 27525 11 27085 27535 12 27105 27555 13 27115 27565 14 27125 27575 15 27135 27585 16 27155 27605 17 27165 27615 18 27175 27625 19 27185 27635 20 27205 27655 21 27215 27665 22 27225 27675 23 27255 27705 24 27235 27685 25 27245 27695 26 27265 27715 27 27275 27725 28 27285 27735 29 27295 27745 30 27305 27755 31 27315 27765 32 27325 27775 33 27335 27785 34 27345 27795 35 27355 27805 36 27365 27815 37 27375 27825 38 27385 27835 39 27395 27845 40 27405 27855 аппаратами, к параметрам которых (прежде всего — к частотной их ста¬ бильности) предъявляются повышен¬ 17*
500 Беседа двадцать вторая ные требования. Поэтому Си-Би-стан- ции с режимом SSB существенно доро¬ же обычных FM-AM станций. Самодельных радиостанций в Си- Би практически нет (микропроцессоры в самоделках вообще большая ред¬ кость). Но значит ли это, что радиолю- бителю-конструктору в Си-Би делать нечего? О самодельных антеннах мы уже говорили... Но нередко возникает необходимость перестроить отечест¬ венную «одноканалку» на частоту бли¬ жайшей службы спасения* (такие круглосуточно дежурящие в эфире службы появились и в небольших на¬ ших городах). А если изготовить для нее усилитель мощности (максималь¬ ная разрешенная сегодня мощность пе¬ редатчика в Си-Би — 10 Вт) и полнораз¬ мерную антенну — ту же «полволны», то у жителей отдаленной деревни по¬ явится возможность связаться с бли¬ жайшей службой спасения — вызвать врача, милицию, пожарных... Некоторые доработки возможны и в микропроцессорной станции. Можно, например, изменить частот¬ ную характеристику микрофонного усилителя или УЗЧ приемника, от¬ градуировать S-метр (поступающие к нам зарубежные станции имеют, как правило, «сырые», не выставленные должным образом S-метры). Можно изготовить новую тангенту или на¬ стольную гарнитуру, ввести в стан¬ цию «маячный» режим работы и, ко¬ нечно, сделать для станции сетевой источник питания. Можно вмешаться и в работу само¬ го микропроцессора. Некоторой пере- коммутацией его входов-выходов мож¬ но увеличить в радиостанции число ра¬ бочих каналов (при этом следовало бы расширить и полосу прозрачности ПАФ, но с этим придется подождать до приобретения несколько более высо¬ кой радиолюбительской квалифика¬ ции). Можно сдвинуть частотную сет¬ ку станции «вверх» или «вниз», напри¬ мер, перевести ее с европейской на российскую шкалу частот (в свое вре¬ мя в нашей стране была принята сетка частот, смещенная «вниз» на 5 кГц от¬ носительно приведенной в таблице Е европейской шкалы). Информацию обо всем этом новичок может получить прямо по эфиру от опытного в этом де¬ ле «сибишника». Но главное — в другом. Общение в Си-Би эфире — великолепная школа и «банк данных» для любого радиолю¬ бителя, чем бы он ни занимался. В оп¬ ределенные часы (чаще — поздним ве¬ чером) в «своем» канале собираются люди самых разных возрастов и про¬ фессий. Среди них вполне может ока¬ заться человек, способный мгновенно разрешить возникший «компьютер¬ ный» вопрос — сообщит, например, код, затребованный компьютером при инсталляции того или иного про¬ граммного продукта. Другой поделит¬ ся своим опытом в части, скажем, пи¬ тания микросхем напряжением, зна¬ чительно ниже номинального. Третий сообщит данные экзотического тран¬ зистора, четвертый — цоколевку мик¬ росхемы... Если кто-то эксперименти¬ рует со своей станцией, то его сиг¬ нал — уровень несущей, качество мо¬ дуляции, наличие фона и др. — тут же и оценят. Вопросов-ответов такого рода — великое множество. Недаром подоб¬ ные эфирные сообщества, где не при¬ ходится даже представляться — все друг друга знают по голосам, существу¬ ют годами. Свой вопрос можно задать даже всем «сибишникам» Москвы, по¬ скольку по четвергам с 22 до 23 часов в 9-ом канале сетки D (частота 27515 кГц) работает московский «круглый стол». И не только задать, но и тут же полу¬ чить на него исчерпывающий ответ — *Эта переделка сводится, как правило, лишь к замене кварцевых резонаторов в задающем гене¬ раторе передатчика и в гетеродине приемника. Если частота смещается значительно (десятки кана¬ лов), то, возможно, потребуется чуть подстроить и высокочастотные контуры станции.
Беседа двадцать вторая в такой аудитории всегда найдется зна¬ ющий человек. Важно и то, что это общение, за редчайшим исключением, будет очень доброжелательным. Даже мало что 501 знающий новичок получит ответ на свой вопрос; причем в форме, не толь¬ ко никак его не задевающей, но и учи¬ тывающей пока еще небольшой его технический опыт. Итак перед тобой открыт Си-Би — новый диапазон связи. Но каким будет его буду¬ щее — останется ли он средством общения или превратится в свалку эфирного мусо¬ ра — зависит от всех нас. А значит — йот тебя...
502 Заключение ЗАКЛЮЧЕНИЕ Итак, юный друг, наши беседы окончены. В них я познакомил тебя с ос¬ новами электро- и радиотехники, электроники, с азбукой цифровой тех¬ ники, электронной автоматики и телемеханики, электро- и цветомузы¬ ки, научил, надеюсь, собирать, испытывать и налаживать разные по сложности и назначению радиотехнические приборы и устройства. Те¬ перь перед тобой открылась перспектива совершенствования своих зна¬ ний в области радиоэлектроники, широкий путь к активной обществен¬ но полезной и конструкторской деятельности. Очень хочется, чтобы ты свое дальнейшее радиолюбительское твор¬ чество связал прежде всего со своей школой. Будь инициатором организа¬ ции кружка, помоги своим товарищам стать радиолюбителями. Школа с ее мастерскими — отличнейшая база для плодотворной работы кружка. Постарайся направить самодеятельность кружка на внедрение в жизнь школы средств автоматики, на оснащение физического кабинета учеб¬ ными и демонстрационными пособиями по радиотехнике и электронике. Пропагандируй знания основ цифровой техники, компьютерный всеобуч, вводимый в учебный процесс общеобразовательных школ, других учебных учреждений, в нашу повседневную жизнь. Ты и твои товарищи должны твердо усвоить, что без навыков работы с вычислительной техникой нельзя в будущем стать грамотным специалистом в любой отрасли на¬ родного хозяйства, в любой области знаний. Будь среди товарищей пропагандистом радиоспорта, организатором коллективной радиостанции. Какие заманчивые перспективы откроют¬ ся перед теми, кто займется освоением радиолюбительского эфира! А разве не увлекательно принять участие в соревнованиях по приему и пе¬ редаче радиограмм, в «охоте на лис»? Не исключено, что радиолюбительство поможет тебе впоследствии стать хорошим радиотехником, радиоинженером, ученым в области ра¬ диоэлектроники. Ты сможешь создавать совершенно новые конструкции радиоприемников и передатчиков, работающие на энергии атомных или солнечных батарей, портативные быстродействующие электронные вычислительные машины, аппаратуру для передачи энергии без проводов, приборы автоматического управления цехами, заводами, комбинатами, химическими реакциями, внутриядерной энергией. Может быть, именно тебе предстоит быть одним из творцов фо¬ тонных или ионных ракет, которые будут летать со скоростью света, прокладывать в космосе электромагнитные дороги для межпланетных кораблей, решать другие проблемы, интересующие человечество. Завтра эта мечта станет реальностью, оставив далеко позади самую смелую фантазию писателей.
Заключение 503 А если тебе все же не доведется стать радиоспециалистом, то всюду, куда бы ни привела тебя жизненная дорога, ты всегда сумеешь приме¬ нить на практике те знания и умения, которые тебе дало радиолюби¬ тельство. Совершенствуй свои знания, конструируй, изобретай, выдви¬ гай смелые проекты и со всей страстью энтузиаста осуществляй их. Помни: новые пути в науке и технике прокладывают и простые люди, практики, новаторы производства. Благодарю тебя, юный друг, за внимание к моим беседам, практичес¬ ким советам и желаю всяческих успехов на твоем жизненном пути!
504 Приложения ПРИЛОЖЕНИЯ 1. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ Международная система единиц, иди сокращенно СИ, утверждена в 1960 г. на XI Международной генераль¬ ной конференции по мерам и весам. В настоящее время в научно-техничес- кой, справочной и учебной литературе физические величины указываются только в единицах системы СИ. Система СИ строится на основных и производных единицах, названия и обозначения которых приведены в табл. 1 и 2. В системе семь основных единиц: метр — единица длины, килограмм — единица массы (вместо «веса»), секун¬ да — единица времени, ампер — еди¬ ница силы тока, кельвин — единица температуры, моль — единица количе¬ ства вещества и кандела — единица си¬ лы света. Кроме того, имеются две до¬ полнительные единицы измерения — радиан и стерадин. Все остальные единицы — произ¬ водные, устанавливаются с помощью формул на основе взаимосвязей между физическими величинами. К числу производных относятся, например, Таблица 1 Основные единицы системы СИ герц (обозначают Гц) — единица часто¬ ты, ватт (Вт) — единица электрической мощности, ом (Ом) — единица элект¬ рического сопротивления. Обозначе¬ ния единиц, получивших наименова¬ ния в честь ученых, например ампер, вольт, ом, генри, пишут с большой (прописной) буквы (А, В, Ом, Гн). Чтобы упростить написание и чте¬ ние численных величин, значение ко¬ торых во много раз больше или меньше основной или производной единицы, введены десятичные кратные и доль¬ ные (дробные) приставки, характерис¬ тики которых приведены в табл. 3. Си¬ стема СИ включает шесть кратных (де¬ ка, гекто, кило, Мега, Гига, Тера) и во¬ семь дольных (деци, санти, милли, микро, нано, пико, фемто, атто) при¬ ставок. Некоторые из них, например кило, милли, микро, давно известны и широко используются на практике. Таблица 2 Производные единицы системы СИ Единица Величина Наиме¬ нование Обозначение русское между¬ народное Частота герц Гц Hz Сила ньютон Н N Энергия, работа, количество теп¬ лоты джоуль Дж J Мощность: активная реактивная полная ватт вар вольт- ампер Вт . вар В*А W var V«A Количество элек¬ тричества, элек¬ трический заряд кулон Кл С Электрическое напряжение, электрический потенциал, ЭДС вольт В V Электрическая емкость фарада Ф F Электрическое сопротивление ом Ом Q. Электрическая проводимость сименс См S Магнитная ин¬ дукция тесла Т T Индуктивность, взаимная индукция генри Гн H Световой поток люмен Лм Im Единица Величина Обозначение Наименование русское между¬ народное Длина Метр м m Масса Килограмм кг kg Время Секунда с s Значение электриче¬ ского тока Ампер А А Термодина¬ мическая температура Кельвина Кельвин К К Количество вещества Моль Моль mol Сила света Кандела Кд cd
505 Таблица 3 Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц Множитель Приставка Наименова¬ ние Сокращенное обозначение русское международное 1 000 ООО 000 000=1 о12 Тера Т Т 1 000 000 000=1 о9 Гига Г G 1 000 000=10® Мега м М 1 000 =103 кило к к см о ч— II о о Гекто г h 10=101 дека да da 0,1= 10"1 деци Д d 0,01 =10‘2 санти С С 0,001 =10'3 милли м m 0,000 001 =1 о-6 микро мк Ц 0,000 000 001=10'9 нано н n 0,000 000 000 001=10’12 пико п р 0,000 000 000 000 001=10'15 фемто ф f 0,000 000 000 000 000 001 = 10'18 атто а а Другие, например нано, Тера, приме¬ няются сравнительно редко. Пристав¬ ки гекто, дека, деци и санти применяют только в наименованиях кратных и дольных единиц, давно получивших распространение, например гектар, де¬ каметр, сантиметр. Обозначения основных, производ¬ ных, десятичных кратных и дольных единиц могут быть только русскими или только международными. В этой книге используются русские обозначе¬ ния. Несколько примеров написания некоторых электрических величин из области электро- и радиотехники: 220 вольт — 220 В; 100 миллиампер — 100 мА; 10 килоом — 10 кОм; 5 микро¬ фарад — 5 мкФ; 75 ватт — 75 Вт. 2. УСЛОВНЫЕ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ В этой книге, как и во всей радио¬ технической литературе, принято по¬ зиционное обозначение элементов, ус¬ тройств или функциональных групп элементов, состоящее из двух частей. В первой части обозначения указывается вид элемента или устройства, напри¬ мер конденсатор, резистор, переклю¬ чатель. Эта часть обозначений содер¬ жит одну или две буквы латинского ал¬ фавита — так называемый буквенный код (см. табл. 4), например: С (конден¬ сатор), R (резистор), А (переключа¬ тель), GB (батарея гальванических эле¬ ментов или аккумуляторов) и т. д. Во второй части позиционного обозначе¬ ния указывается порядковый номер элемента (устройства) в пределах дан¬ ного вида в приемнике, усилителе или другом устройстве или приборе, на¬ пример: Cl, С2, Rl, R2, GB1, VT1, VT2 и т.д. Условный номер части элемента или устройства, например части много¬ контактного переключателя или груп¬ пы контактов электромагнитного реле, если они изображены в разных участ¬ ках схемы, разделены точкой, напри¬ мер: секция 1 переключателя SA1 — SA1.1; контактная группа 2 электромаг¬ нитного реле К2 — К2.2; элемент 1 ци¬ фровой микросхемы DD2 — DD2.1. Позиционное обозначение каждо¬ го элемента (устройства) состоит из од¬ но- и двухбуквенного кода (см. табл. 4) и порядкового номера элемента (уст¬ ройства) данного вида, например: VT1, VT2 (транзисторы), VD1, VD2 (диоды), SA1, SA2 (выключатели или переключа-
506 Приложения Таблица 4 Позиционное обозначение элементов и устройств Элементы и устройства Буквенный код Устройства — общее образование (микросхемы, кроме цифровых, транзисторные, ламповые и магнитные усилители) Преобразователи неэлектрических величин в электрические (кроме генераторов и источников питания) и электрических в неэлектрические (микрофоны, головные телефоны, динамические головки прямого излучения и громкоговорители, А звукосниматели) В Конденсаторы постоянной и переменной емкости Элементы двоичные (цифровые микросхемы, ждущие С мультивибраторы, триггеры) Элементы и устройства защиты (предохранители, разрядники, защитные реле, D автоматы защиты электросети) Источники питания электрохимические (гальванические элементы, F аккумуляторы), источники питания стабилизированные G Батареи гальванических элементов, аккумуляторные Устройства индикационные и сигнальные (сигнальные лампы накаливания, GB полупроводниковые индикаторы, звонки, сирены) Н Реле электромагнитные К Реле поляризованные КР Катушки индуктивные, дроссели L Электродвигатели переменного и постоянного тока М Приборы и устройства измерительные (показывающие, регистрирующие) Р Амперметры, миллиамперметры, микроамперметры РА Вольтметры, милливольтметры PU Резисторы постоянные, переменные и подстроечные, терморезисторы R Устройство коммутационное (переключатели, выключатели, кнопки) S Трансформаторы, автотрансформаторы Приборы полупроводниковые и электровакуумные (полупроводниковые диоды, диодные столбы, стабилитроны, транзисторы, варикапы, электронные лампы, Т электронно-лучевые трубки) Соединители разъемные, монтажные; устройства соединительные (гнезда, V зажимы, разъемы) X Устройства механические с электрическим приводом (электромагниты) Y Устройства оконечные, фильтры (например, кварцевые), ограничители Z Громкоговоритель (головка динамическая прямого излучения) ВА Телефон (капсюль) BF Фотоэлемент ВР Звукосниматель BS Пьезоэлемент BQ Микросхема аналоговая DA Микросхема цифровая, логический элемент DD Нагревательный элемент ЕК Предохранитель плавкий FU Прибор звуковой сигнализации НА Прибор световой сигнализации HL Реле времени КТ Частотомер PF Омметр PR Шунт измерительный PS Выключатель или переключатель SA Выключатель кнопочный SB Диод, стабилитрон VD Транзистор VT Тиристор VS Прибор электровакуумный VL Антенна WA Штырь (вилка) XP Гнездо (розетка) XS Соединение разборное (разъем) XT Фильтр кварцевый ZQ Электромагнит | YA
Приложения 507 теди) и т. п. Кроме того, в обозначении допускается дополнительная латин¬ ская буква, характеризующая функци¬ ональное назначение данного элемента или устройства, например: резистор R5, защищающий транзистор от пере¬ грузки током, — R5P; конденсатор С12, используемый как измерительный эле¬ мент, — C12N; испытательный транзи¬ стор — VT2G и т. д. 4. ЦВЕТОВАЯ МАРКИРОВКА ПОСТОЯННЫХ РЕЗИСТОРОВ Постоянные резисторы широкого применения, выпускаемые нашей про¬ мышленностью, все чаще стали марки¬ ровать условным цветовым кодом в ви¬ де точек или круговых полос (поясков) Такая система буквенно-цифрово¬ го позиционного обозначения элемен¬ тов или устройств используется глав¬ ным образом в электрических схемах аппаратуры промышленного изготов¬ ления, в специальной технической ли¬ тературе, в некоторых журналах (на¬ пример, в журнале «Радио»). Сейчас она распространена и на популярную радиотехническую литературу. разных цветов. Нанесенные в опреде¬ ленном порядке на цилиндрическую поверхность резистора, они обознача¬ ют его номинальное сопротивление и допустимое отклонение от номиналь¬ ного значения. Номинальное сопротивление вы¬ ражают в омах двумя или тремя циф¬ рами (в случае трех цифр последняя 3. НОМИНАЛЫ КОНДЕНСАТОРОВ И РЕЗИСТОРОВ ШИРОКОГО ПРИМЕНЕНИЯ Таблица 5 Номинальные емкости конденсаторов и номинальные сопротивления резисторов Микрофарады Пикофарады, нанофарады (тысяча пФ), омы, килоомы, мегаомы 0,010 0,010 0,10 1,0 10 1,0 1,0 1,0 10 10 10 100 100 100 1,1 11 110 0,012 1,2 1,2 12 12 120 120 1,3 13 130 0,015 0,015 0,15 1,5 15 1,5 1,5 1,5 15 15 15 150 150 150 1,6 16 160 0,018 1,8 1,8 18 18 180 180 2,0 20 200 0,022 0,022 0,22 2,2 22 2,2 2,2 2,2 22 22 22 220 220 220 2,4 24 240 0,027 2,7 2,7 27 27 270 270 3,0 30 300 0,033 0,033 0,33 3,3 33 3,3 3,3 3,3 33 33 33 330 330 330 3,6 36 360 0,039 3,9 3,9 39 39 390 390 4,3 43 430 0,047 0,047 0,47 4,7 47 4,7 4,7 4,7 47 47 47 470 470 470 5,1 51 510 0,056 5,6 5,6 56 56 560 560 6,2 62 620 0,068 0,068 0,68 6,8 68 6,8 6,8 6,8 68 68 68 680 680 680 7,5 75 750 0,082 8,2 8,2 82 82 820 820 9,1 91 910 Допустимые отклонения от номинальных значений ±20% ±10 и 5% ±20% ±10% ±5% +20% ±10% ±5% ±20% ±10% +5% ±20% ±10% ±5%
508 Приложения знак считается первым, за ним второй, третий и т. д. Если длина резистора не позволяет сдвинуть маркировку к од¬ ному из торцов, то последний кодиро- вочный знак делают в 1,5 раза крупнее остальных (на рис. П1 — Б, Г, Е). На ре¬ зисторе маркировочные знаки распо¬ лагают слева направо в следующем по¬ рядке: первый знак — первая цифра, второй знак — вторая цифра, третий знак — множитель. Эти три знака ха¬ рактеризуют номинальное сопротив¬ ление резистора. Четвертый знак — допускаемое отклонение его сопротив¬ ления от номинального. Примеры цветовой маркировки ре¬ зисторов 470 Ом ± 0,5%: 1-й знак — желтый (4), 2-й знак — фиолетовый (7), 3-й знак — коричне¬ вый (10), 4-й знак — зеленый (±0,5%); 15 кОм ±5%: 1-й знак — коричневый (1), 2-й знак — зеленый (5), 3-й знак — оранже¬ вый (103), 4-й знак — золотистый (±5%). Для резисторов с номинальным со¬ противлением, выражаемым тремя ци¬ фрами и множителем, цветная марки¬ ровка состоит из пяти знаков, первые три из которых — три цифры номина- Таблица 6 Цвет знака Номинальное сопротивление, Ом Допустимое отклонение сопротивления, % Первая цифра Вторая цифра Третья цифра Множитель Серебристый — — — 10'2 ±10 Золотистый — — — 10'1 ±5 Черный — 0 — 1 — Коричневый 1 1 1 10 ±1 Красный 2 2 2 102 ±2 Оранжевый 3 3 3 ю3 — Желтый 4 4 4 ю4 — Зеленый 5 5 5 ю5 ±0,5 Голубой 6 6 6 106 ±0,25 Фиолетовый 7 7 7 ю7 ±0,1 Серый 8 8 8 10а ±0,05 Белый 9 9 9 109 — Рис.Ш. Маркировочные знаки сдвинуты к одному из торцов резистора (на рис. П1. — А, В, Д). Ближайший к торцу Цвет маркировочных знаков
Приложения 509 да, четвертый знак — множитель, пя- Цвет маркировочных знаков и соот- тый — допустимое отклонение сопро- ветствующие им числа номинальных со- тивления от номинального значения. противлений и допуска указаны в табл. 6. 5. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И БАТАРЕИ Гальванические элементы и батареи Таблица 7 Обозначение по стандарту Размеры, мм Масса, г Начальное напряжение, В Емкость, А ч МЭК | ГОСТ, ТУ Марганцово-цинковые R1 R1; 293 012x30,2 7,5 1,5 0,15 R03 R03; 286 010,5x44,5 8,5 1,5 0,18 R6 R6; 316; "Уран-М" 014,5x50,5 19 1,5 0,45... 0,85 R10 R10; 332 021,8x37,3 30 1,5 0,28 R12 R12; 336 021,5x60 48 1,5 0,73 R14 R14; 343; "Юпитер-М" 026,2 х 50 46 1,5 1,53...1,76 R20 R20; 373;нОрион-М" 031,4x61,5 95 1,5 4 R40 R40; AR40 67x172 600 1,5 0,39...0,46 2R10 2R10 21,8x4,6 58 3 0,28 3R12 3R12; 3336; "Планета" 62 х 22 х 67 125 4,5 1,5 4R25 4R25 67x67x 102 650 6 0,4 6F22 6F22;"Крона" 26,5x 17,5x48,5 30 9 0,19... 0,25 6F100 6F100 66 х 52 х 81 460 9 3,6 Алкалиновые LR1 293 12x30,2 9,5 1,5 0,65 LR03 286 10,5x44,5 13 1,5 0,8 LR6 LR6; А316; ВА316; 316-ВЦ; "Сапфир" 14,5x50,5 25 1,5 1 ...3,7 LR10 А332; ВА332 020,5 х 37 25 1,5 00 с\Г со т— LR14 LR14; А343; ВА343 026,2 х 50 65 1,5 СМ со' СО LR20 LR20 А373 034,1 х 61,5 125 1,5 5,5...16 6LF22 "Корунд" 26,5x 17,5x48,5 46 9 1 0,62 Ртутно-цинковые MR9 РЦ53 016 х 6,2 4,2...4,6 1,35 0,25...0,36 MR19 РЦ85 030,8 х 17 43 1,35 3 MR42 РЦ31 011,6x3,6 1,4...1,6 1,35 0,11 MR52 РЦ55 016,4 х 11,4 8...9 1,35 0,45...0,5 3MR9 ЗРЦбЗ 17x21,5 15 4,05 0,25...0,36 4MR9 4РЦ53 17x27 20 5,4 0,36 2MR52 2РЦ55С 17x23 19 2,7 0,45 3MR52 ЗРЦ55С 17x35 28 4,05 0,45 4РЦ55С 16,2x53 . 40 5,4 0,45 5РЦ55С 16,2x66 50 6,7 0,45 6РЦ63 23x48 72 7,2 0,6 Серебряно-цинковые SR41 СЦ-21; СЦ-0,038 7,9 х 3,6 0,7 1,5...1,55 0,038...0,045 SR42 СЦ-0,08 11,6 х 3,6 1,6 1,5...1,55 1 о о 00 о SR43 СЦ-32; СЦ-0,12 11,6 х 4,2 1,8 1,5...1,55 0,11...0,12 SR44 СЦ-0,18 11,6 х 5,4 2,3 1,5...1,55 0,13...0,19 СЦ-30 11,6 х 2,6 1,5 1,5...1,55 0,06 4SR44 13x25,2 14,2 6 0,17
510 Приложения 6. МАЛОГАБАРИТНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ Таблица 8 Элемент батарей Диаметр, мм Высота, мм Масса, г Номинальное напряжение, В Номинальная емкость, А ч Рекомендуемый ток разрядки, мА Рекомендуемый ток зарядки, мА 20 ч 15 ч 10ч Д-0,06 15,6 6,4 4,0 1,25 0,06 6...12 4 6 9 Д-0.1 20,0 6,9 7,0 1,25 0,1 10...20 7 10 15 Д-0,25 27,0 10,0 14,0 1,25 0,25 25...50 15 25 35 7Д-0.1 24,0 62,2 60,0 8,75 0,1 10...20 7 10 15 7Д-0.115 24,0 62,2 60,0 8,75 0,115 10...20 7 10 15 7Д-0.125 24,0 62,2 60,0 8,75 0,125 10...20 7 10 15 7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Таблица 9 Диод Максимально допустимый средний выпрямленный ток, Ion max, мА Максимально допустимо постоянное обратное напряжение, Uo6p max, В Д2Б 16 10 Д2В 25 30 Д2Г 16 50 Д2Д 16 50 Д2Е 16 100 Д2Ж 8 150 Д2И 16 100 Д9Б 40 10 Д9В 20 30 Д9Г 30 30 Д9Д 30 30 Д9Е 24 50 Д9Ж 15 100 Д9И 30 30 Д9К 30 30 Д9Л 15 100 Д9М 30 30 Д18 16 20 Д20 16 20 Д7А 300 50 Д7Б 300 100 Д7В 300 150 Д7Г 300 200 Д7Д 300 300 Д7Е 300 350 Диод Максимально допустимый средний выпрямленный ток, Ion max, мА Максимально допустимо постоянное обратное напряжение, Uo6p max,В Д7Ж 300 400 Д202 400 100 Д203 400 200 Д204 400 300 Д205 400 400 Д207 100 200 Д208 100 300 Д209 100 400 Д2Ю 100 500 Д211 100 600 КД226Б 1700 200 КД226В 1700 400 КД226Г 1700 600 КД226Д 1700 800 Д242 10000 100 Д242Б 5000 100 Д243 10000 200 Д243Б 5000 200 Д245 10000 300 Д246 10000 400 Д246Б 5000 400 Д247 10000 500 Д247Б 5000 500 КД102А 100 250 КД510А 200 50 Примечания: 1. Диоды серий Д2, Д7, Д9, Д18, Д20 и Д302-Д304 — германиевые, серий Д202-Д211, КД226, Д242, Д243, Д245-Д247, КД102 и КД510 — кремниевые. 2. Диоды серии Д9 обозначают на середине их корпусов цветными метками: Д9Б — красной, Д9В — оранжевой, Д9Г — желтой, Д9Д — белой, Д9Е — голубой, Д9Ж — зеленой, Д9И — двумя желтыми, Д9К — двумя белыми, Д9Л — двумя зелеными. На корпусе возле вывода анода — красная метка.
Приложения 511 8. СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ Таблица 10 Светодиод Цвет ипр, В ■пр. мА Uo6p> в lnp-макс, МА AJ1102A, АЛ102АМ красн. 2,8 5 2 10 АЛ102Б, , АЛ102БМ красн. 2,8 20 2 20 АЛ 102 Г, красн. 2,8 10 2 10 АЛ307А, АЛ307АМ красн. 2 10 2 20 АЛ307Б, АЛ307БМ красн. 2 10 2 20 АЛ307В зелен. 2,8 20 2 22 АЛ307Г зелен. 2,8 20 2 22 АЛ307Д желт. 2,5 10 2 22 АЛ307Е желт. 2,5 10 2 22 АЛ307И оранж. 2,5 10 2 22 АЛ307Л оранж. 2,5 10 2 22 АЛ310А красн. 2 10 12 АЛ310Б красн. 2 10 12 Примечание. Светодиоды маркируют цветными метками на их корпусах. Светодиоды серии АЛ 102 маркируют цветными точками: АЛ102А — -одной краской, АЛ102Б — двумя красными, АЛ102Г — тремя красными. Приборы серии АЛ307 маркируют следующим образом: АЛ307А, АЛ307В, АЛ307Д — одной черной точкой; АЛ307Б, АЛ307Г, АЛ307Е — двумя черными точками; АЛ307И — одной белой, АЛ307Л — двумя белыми точками. Маркировку светодиодов АЛ307АМ и АЛ307БМ приводят на групповой упаковке. Светодиоды АЛ310А распознают по одной красной точке на корпусе, а АЛ310Б — по одной синей. Их цоколевка совпадает с цоколевкой светодиодов АЛ102АМ, хотя их корпус внешне наминает се¬ рию АЛ307, но у них есть еще один вывод — общий вывод анодов двух светодиодов, совмещенных в одном корпусе. 9. СТАБИЛИТРОНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ Таблица И Максимально Максимально Напряжение допустимый Стабилитрон Напряжение допустимый Стабилитрон стабилизации, постоянный ток стабилизации, постоянный ток ист,В стабилизации ■стглах, МА ист,В стабилизации, ■сттах» МА КС106А 3,2 0,5 Д810 9...10,5 26 КС133А 3...3,7 81 Д811 10...12 23 КС139А 3,5...4,3 70 Д813 11,5...14 20 КС 147 А 4,1...5,2 58 Д814А 7...8,5 40 КС 156 А 5...6,3 55 Д814Б 8...9,5 36 КС 162 А 5,8...6,6 22 Д814В 9...10,5 32 КС 168 А 6,2...7,5 45 Д814Г 10...12 29 КС175А 7...8 18 Д814Д 11,5...14 24 КС182А 7,6...8,8 17 Д818А 9...11,25 33 КС191А 9,1 5 Д818Б 6,75...9 33 Д808 7...8,5 33 Д818В 7,2...10,8 33 Д809 8...9,5 29 Д818Г 7,65...10,35 33 Примечание. Полярность включения стабилитрона должна быть такой, чтобы на анод пода¬ валось отрицательное напряжение источника питания. Минимальный ток стабилизации КС106А — 0,01 А.
512 Приложения 10. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ Таблица 12 Транзистор Структура Граничная частота коэффициента передачи тока frp, МГц Статический коэффициент передачи тока h2ia Обратный ток коллектора 1кбо, мкА, не более Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор — эмиттер UfOmax, В Максимально допустимый постоянный ток коллектора l«max, МА Максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора Рктах, мВт Рис. П.2 Низкочастотные МП25 р-п-р 0,2 13...25 75 40 300 200 а МП25А р-п-р 0,2 20...40 75 40 400 200 а МП25Б р-п-р 0,5 30...80 75 40 400 200 а МП26 р-п-р 0,2 13...25 75 70 300 200 а МП26А р-п-р 0,2 20...50 75 70 400 200 а МП26Б р-п-р 0,5 30...80 75 70 400 200 а П27 р-п-р 1,0 20...100 3 5 6 30 а П27А р-п-р 1,0 го о о 3 5 6 30 а П28 р-п-р 5,0 20...200 3 5 6 30 а МП35 п-р-п 0,5 5...25 30 15 20 150 а МП36А п-р-п 1,0 6...45 30 15 20 150 а МП37 п-р-п 1,0 6...30 30 15 20 150 а МП37А п-р-п 1,0 6...30 30 30 20 150 - а МП37Б п-р-п 1,0 8...50 30 30 20 150 а Р38 п-р-п 2,0 8...55 30 15 20 150 а МП38А п-р-п 2,0 17...100 30 15 20 150 а МП39 р-п-р 0,5 >12 15 10 20 150 а МП39Б р-п-р 0,5 20...60 15 10 20 150 а МП40 р-п-р 1,0 20...40 15 10 20 150 а МП40А р-п-р 1,0 20...40 15 30 20 150 а МП41 р-п-р 1,0 30...60 15 10 20 150 а МП41А р-п-р 1,0 50...100 15 10 20 150 а МП42 р-п-р 1,0 20...35 25 15 150 200 а МП42А р-п-р 1,0 30...50 25 15 150 200 а МП42Б р-п-р 1,0 о ° о 25 15 150 200 а Высокочастотные П401 р-п-р 30 16...300 10 10 10 100 г П402 р-п-р 50 16...250 5 10 20 100 г П403 р-п-р 100 30...100 5 10 20 100 г П403А р-п-р 80 16...200 5 10 20 100 г П416 р-п-р 40 го о 00 о 3 12 25 100 г П416А р-п-р 60 60...125 3 12 25 100 г П416Б р-п-р 80 90...250 3 12 25 100 г П422 р-п-р 50 30...100 5 10 25 100 г П423 р-п-р 100 30...100 5 10 10 100 г КТ301 п-р-п 30 о CD О CNI 10 20 10 150 д КТ301А п-р-п 30 40...120 10 20 10 150 Д КТ301Б п-р-п 30 10...32 10 20 10 150 Д КТ301В п-р-п 30 20...60 10 20 10 150 Д КТ301Г п-р-п 60 10...32 10 20 10 150 Д КТ301Д п-р-п 60 20...60 10 20 10 150 Д КТ301Е п-р-п 60 40...120 10 20 10 150 Д КТ301Ж п-р-п 60 80...300 10 20 10 150 Д ГТ308А р-п-р 90 20...75 2 15 50 150 г
Приложения 513 Окончание табл. 12 Транзистор Структура Г раничная частота коэффициента передачи тока frp, м[-ц Статический коэффициент передачи тока h2i э Обратный ток коллектора 1кбо, мкА, не более Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор — эмиттер Uiomax, В Максимально допустимый постоянный ток коллектора !ктах, мА Максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора Рктах, мВт Рис. П.2 ГТ308Б р-п-р 120 50...120 2 15 50 150 г ГТ308В р-п-р 120 80...200 2 15 50 150 г ГТ309А р-п-р 120 20...70 5 10 10 50 Д ГТ309Б р-п-р 120 60...180 5 10 10 50 Д ГТ309В р-п-р 80 20...70 5 10 10 50 Д ГТ309Г р-п-р 80 60...180 5 10 10 50 Д ГТ309Д р-п-р 40 20...70 5 10 10 50 Д ГТ309Е р-п-р 40 60...180 5 10 10 50 Д КТ312А п-р-п 80 10...100 10 20 30 150 ж КТ312Б п-р-п 80 25...100 10 35 30 150 ж КТ312В п-р-п 80 50...280 10 20 30 150 ж ГТ313А р-п-р 300 20...250 5 12 30 100 е ГТ313Б р-п-р 450 20...250 5 12 30 100 е ГТ313В р-п-р 350 30...170 5 12 30 100 е КТ315А п-р-п 250 го о со о 1 25 100 150 3 КТ315Б п-р-п 250 50...350 1 20 100 150 3 КТ315В п-р-п 250 20...90 1 40 100 150 3 КТ315Г п-р-п 250 50...350 1 35 100 150 3 КТ315Д п-р-п 250 20...90 1 40 100 150 3 КТ315Е п-р-п 250 50...350 1 35 100 150 3 КТ361А р-п-р 260 20...90 1 25 100 150 3 КТ361Б р-п-р 250 50...350 1 20 100 150 3 КТ361В р-п-р 250 20...90 1 40 100 150 3 КТ316Г р-п-р 250 50...350 1 35 100 150 3 КТ361Д р-п-р 250 20...90 1 40 100 150 3 КТ3102А п-р-п >150 100...200 <0,05 50 100 250 в КТ3102Б п-р-п >150 200...500 <0,05 50 5 100 КТ3102В п-р-п >150 200...500 <0,015 30 100 250 в КТ3102Г п-р-п >300 400...1000 <0,015 20 100 250 в КТ3102Д п-р-п >150 200...500 <0,015 30 100 250 в КТ3102Е п-р-п >300 400...1000 <0,015 50 100 250 в КТ3107А р-п-р >200 'nI о о <0,1 45 100 300 в КТ3107Б р-п-р >200 120...280 <0,1 45 100 300 в КТ3107В р-п-р >200 70...140 <0,1 25 100 300 в КТ3107Г р-п-р >200 120...220 <0,1 25 100 300 в КТ3107Д р-п-р >200 180...460 <0,1 25 100 300 в КТ3107Е р-п-р >200 120...220 <0,1 20 100 300 в КТ3107Ж р-п-р >200 180...460 <0,1 20 100 300 в
514 Приложения Рис. ПЗ
Приложения 515 11. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Таблица 13 Напряжение Крутизна Максимально Ток стока Транзистор отсечки, 1)3и отс, В, не более характеристики, S, мА/В допустимое напряжение сток — ИСТОК, иСИ max, В при изи= 0 Ic нач , МА Рис. П.З КП102Е 2,8 0,25...0,7 20 0,18...0,55 а КП102Ж 4,0 0,3...0,9 20 0,4...1,0 а КП102И 5,5 0,35...1,0 20 0,7...1,8 а КП102К 7,5 0,45...1,2 20 1,3...3,0 а КП102Л 10,0 0,65...1,3 20 2,4...6,0 а КП103Е 1,5 0,4...1,8 15 0,3...0,7 6 КП103Ж 2,2 0,7...2,1 15 0,55...1,2 б КП103И 3,0 0,8.. .2,6 15 1,0...2,1 б КП103К 4,0 1,4...3,5 15 1,7...3,8 б КП103Л 6,0 1,8...3,8 15 3,0...6,6 б КП103М 7,0 2,0...4,4 15 5,4...12 б КП301Б — 1,0 20 15 в КП302А 5,0 5 20 24 г КП302Б 7,0 7 20 43 г КП302В 10,0 — 20 43 г КПЗОЗА 0,5...3,0 1...4 25 20 Д КПЗОЗБ 0,5...3,0 1...4 25 20 Д КПЗОЗВ 1,0...4,0 2...5 25 20 Д кпзозг 8,0 3...7 25 20 Д кпзозд 8,0 2,6 25 20 Д КПЗОЗЕ 8,0 4 25 20 Д КПЗОЗЖ 0,3...3,0 1...4 25 20 Д кпзози 0,5...2 2...6 25 20 Д Примечания 1. Для транзисторов серий КП102 и КП103 напряжение на стоке относительно истока отрицательное, на затворе — положительное. 2. Для транзисторов серии КП301 напряжение на стоке относительно истока и подложки - — отрицательное, на затворе — тоже отрицательное. 3. Для транзисторов серий КП302 и КПЗОЗ напряжение на стоке относительно истока положительное, на затворе — отрицательное. 12. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТИПА ТВК Таблица 14 Трансформатор Магнитопровод Обмотка Число витков Провод Сопротивление постоянному току, Ом ТВК-70Л2 УШ16 х 24 1(1-2) 3000 ПЭВ-1 0,12 460 II (3-4) 146 ПЭВ-1 0,47 1,75 ТВК-110ЛМ ШЛ16 х 25 1(1-2) 2400 ПЭВ-1 0,14 280 II (3-4) 148 ПЭВ-1 0,62 1,05 N1(5-6) 240 ПЭВ-1 0,14 30 ТВК-110Л-1 ШЛ20 х 32 1(1-2) 2140 ПЭВ-1 0,17 250 II (3-4) 214 ПЭВ-1 0,64 1,5 III (5-6) 238 ПЭВ-1 0,17 25 ТВ К-1 ЮЛ-2 УШ16 х 24 1(1-2) 2430 ПЭВ-1 0,15 280 II (3-4) 150 ПЭВ-1 0,55 1,05 III (5-6) 243 ПЭВ-1 0,15 32
516 Приложения 13. ГОЛОВКИ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЯМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Таблица 15 Наименование головки Номинальная мощность, Вт Номинальный диапазон рабочих частот, Гц Номинальное электрическое сопротивление, Ом Размеры, мм Новое Старое _ 0.05ГД-2 0,05 700...2500 6,6 020x16,5 - 0.1ГД-ЗМ 0,1 630...3150 10,0 050x20 - 0.1ГД-6 0,1 450...3150 10,0 060x27 - 0.1ГД-9 0,1 450..3150. 60,0 050x14 - 0,1 ГД-12 0,1 315...3550 10,0 060x27 - 0.25ГД-1 0,25 315...3550 10,0 070x36 - 0.25ГД-2 0,25 315...7000 10,0 070x34 06-ГДШ-1-8 0.25ГД-10 0,25 315...7000 10,0 070x36 - 0.5ГД-10 0,5 200...6300 6,5 0105x50 - 0.5ГД-17* 0,5 315...5000 8,0 106x70x37 - 0,5ГД-20 0,5 315...5000 8,0 080x34 - 0.5ГД-21 0,5 315...7000 8,0 080x34 1-ГДШ-1-16 0.5ГД-30* 0,5 125...10 000 16,0 125x80x47 ГДШ-3-8 0.5ГД-37* 0,5 315...7100 8,0 80x80x37,5 - 1ГД-3 1,0 5000...16 000 12,5 070x27 - 1ГД-4* 1,0 100...10 000 8,0 150x100x58 - 1ГД-5 1,0 125...7100 6,5 0126x54 - 1 ГД-18* 1,0 100...10 000 6,5 156x98x48 - 1 ГД-19* 1,0 100...10 000 6,5 156x98x42 - 1ГД-28* 1,0 100...10 000 6,5 156x98x42 - 1ГД-36* 1,0 100...12 500 8,0 100x160x58 - 1ГД-40* 1,0 100...10 000 8,0 100x160x45 - 1ГД-40Р* 1,0 100...10 000 8,0 100x160x45 - 2ГД-19М 2,0 100...10 000 4,5 0152x52 - 2ГД-22* 2,0 100...10 000 12,5 82x280x77 - 2ГД-28 2,0 100...10 000 4,5 0152x52 - 2ГД-22* 2,0 100...10 000 12,5 82x280x77 - 2ГД-28 2,0 100...10 000 4,5 0152x52 - 2ГД-35 2,0 80...12 500 4,5 0152x52 - згд-1 3,0 200...5000 8,0 0150x54 ГДШ-1-4 ЗГД-Э8* 3,0 80...12 500 4,0 160x160x73,5 - 4 ГД-4 4,0 63...12 500 8,0 0202x76 - 4ГД-5 4,0 63...12 500 8,0 0202x76 - 4ГД-7 4,0 63...12 500 4,5 0202x76 - 4ГД-9* 4,0 100...8 000 4,5 204x134x54 - 4ГД-28 4,0 63...12 500 4,5 0202x71,5 ГДШ-1-4 4ГД-35* 4,0 63...12 500 4,0; 8,0 200x200x74 - 4ГД-36* 4,0 63...12 500 4,0; 8,0 200x200x85 ГДШ-2-4 6ГД-17 8,0 100...12 500 4,0 0160x54 ГДШ-2-8 6ГД-17 8,0 100...12 500 8,0 0160x54 ГДШ-1-4 10ГД-36К 10,0 63...20 000 4,0 0200x87 ГДШ-2-4 10ГД-36Е 10,0 63...20 000 4,0 0200x82 Примечания: 1. Звездочкой отмечены головки с эллиптическими (овальными) диффузорами. 2. Старая система обозначения: первые цифры — номинальная электрическая мощность, Вт; две буквы— ГО — головка динамическая; последующие цифры — порядковый номер разработки. 3. Новая система обозначения: первые цифры — номинальная электрическая мощность, Вт; первые две буквы — ГД — головка динамическая; третья буква Н — низкочастотная (от 20-50 Гц до 600-800 Гц), С — среднечастотная (от 300-500 Гц до 3-4 кГц), В — высокочастотная (от 2-3 кГц до 16-30 кГц), Ш — широкополосная (от 20-100 Гц до 10-20 кГц). Последующие цифры через дефис: означают порядковый номер разработки; номинальное сопротивление, Ом; резонансную частоту, Гц. Все условные знаки указываются на магнитной системе или диффузородержателе.
Приложения 517 14. МАЛОГАБАРИТНЫЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА Таблица 16 Паспорт Число и функция Сопротивление Ток, мА Масса, г Рис. П.4 контактов обмотки, Ом срабатывания отпускания РСМ-1 РФ4.500.020 2з 498...577 25 6 25 а РФ4.500.022 675...788 25 5 РФ4.500.028 675...825 24 6 РФ4.500.029 190...210 45 8 РФ4.500.030 54...66 68 15 РФ4.500.033 225..,275 40 16 РФ4.500.039 28,5...31,5 100 26 РСМ-2 РФ4.500.021 1 з, 1р 498...577 26 4,5 25 а РФ4.500.023 675...825 24 4 25 а РФ4.500.025 675...825 25 5 РФ4.500.026 108...132 70 10 РФ4.500.031 54...66 68 15 РФ4.500.034 675...825 24 4 РФ4.500.036 498...577 18 4 РСМ-3 РФ4.500.024 2р 675...825 24 3 25 а РФ4.500.027 108...132 65 9,5 РФ4.500.035 498...577 18 4 РЭС-9 PC4.524.200 2п 450...550 30 5 20 б РС4.524.201 450...550 30 5 РС4.524.204 8160...10560 7 1,1 РС4.524.205 2890...3740 11 1,7 РС4.524.208 2п 8160...10560 7 1,1 20 б РС4.524.209 450...550 30 5 РС4.524.211 882...1078 23 3 РС4.524.213 450...550 30 5 РС4.524.217 8160...10560 7 1,1 РС4.524.218 2890...3740 11 1,7 РЭС-10 РС4.524.300 13 3825...5175 6 0,8 7,5 в РС4.524.305 1360...1840 10 1,3 РС4.524.308 108...132 35 5 РС4.524.311 108...132 35 5 7,5 в РС4.524.316 1360...1840 10 1,3 РС4.524.301 1п 3825...5175 8 1,1 7,5 в РС4.524.302 536...724 22 3 РС4.524.303 108...132 50 7 РС4.524.312 108...132 50 7 РС4.524.313 3825...5175 8 1,1 РС4.524.314 536...714 22 3 7,5 в РС4.524.319 536...724 23 3 РЭС-15 РС4.591.001 1п 1870...2530 8,5 2 3,7 г РС4.591.002 134...184 30 7 РС4.591.003 280...380 21 5 РС4.591.004 612...828 14,5 3,5 РС4.591.006 425...575 17 4 РЭС-22 РФ4.500.125 4п 2380...3080 11 2 36 Д РФ4.500.129 158...210 36 8 РФ4.500.130 2250...3875 10,5 2,5 РФ4.500.131 552...780 20 4 РФ4.500.163 595...805 21 3 Примечание размыкание; п Буквенные обозначения групп контактов: з — группа на замыкание; р — группа на — группа на переключение
518 Приложения Рис. П.4
Приложения 519 15. ВОЗМОЖНЫЕ ЗАМЕНЫ ЭЛЕМЕНТОВ Транзисторы Тип транзистора Возможная замена на транзисторы устаревших типов Возможная замена на транзисторы современных типов МП39-МП42 МП13-МП16, ГТ108 » КТ203, КТ208, КТ209, КТ361 МП39Б МП13Б, П27, П28 » КТ501 МП40А МП14А » КТ203, КТ208, КТ209, КТ361 МП35-МП38 МП9-МП11, МП101-МП103 « КТ312, КТ315 МП36А МП9А * КТ315 МП37А, Б МП10А, Б - КТ315А-Е МП25, МП26 МП20, МП21 » КТ208Л, М; КТ209Л, М П213 П214-П217, П201-П203, П210 ГТ702, ГТ703, ГТ705, ГТ806? - КТ814; КТ816 ГТ308-ГТ310 П401-П403, П416-П423, ГТ320- ГТ322 » КТ361, КТ350, КТ351, КТ352, КТ3108 П401-П403 П401-П403, П416-П423, ГТ320- ГТ322 - КТ361, КТ350, КТ351, КТ352, КТ3108 ГТ402 ГТ403, П213 » КТ502, КТ814, КТ816 ГТ404 — - КТ503, КТ815, КТ817 Диоды Тип диода Возможная замена Д9 Д2, Д10, Д18, Д20, Д101-Д106, ГД107, ГД113 Д226 КД 105, КД202, КД209, КД221, КД226 Д808 Д814А, КС 170А, КС175А Д809 Д814Б, КС182, КС 190 Д8Ю Д814В, КС191, КС210, КС510А Д811 Д811 Д813 Д814Г, КС211, КС212, КС212, КС508А, КС528А АЛ 102 АЛ307, АЛ310 Д245 КД210 Микросхемы Серия или тип микросхемы Возможная замена К118 серия серия К122 К155 серия серии К130, К131, К133, К530, К531, К533, К1533 К176 серия серии К164, К561, К564 микросхема 2НТ172 4 транзистора КТ312, КТ315 или микросборка 1НТ251
520 Приложения Рис. П.5. Схема включения при стереофониче¬ ском варианте Если напряжение питания в звуко¬ воспроизводящей аппаратуре выше, чем минимальное допустимое для К174УН22, при установке микросхемы используют интегральный стабилиза¬ тор напряжения КТ142ЕНЗА с выход¬ ным напряжением не более + 8 В, вклю¬ чение которого показано на рис. П.7). Миниатюрный двухканальный усилитель на микросхеме КА22134 (SAMSUNG) для плейера (рис. П.8). В состав микросхемы входят 2-х ка¬ нальные усилитель воспроизведения и усилитель мощности звуковой частоты. Собранное устройство может быть использовано для замены вышедшей из строя электронной части любого не- пипгущего малогабаритного плейера. Технические характеристики мик¬ росхемы КА22134: напряжение питания (В) 2...6 выходная мощность (мВт) 2x27 частотный диапазон (кГц) 0,02...25 Номинальное сопротивление нагрузки (головные телефоны), (Ом) 32 Рис. П.7. Схема включения интегрального ста¬ билизатора напряжения 16. МИКРОСХЕМЫ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЕЙ 34 Миниатюрный двухканальный уси¬ литель 34 для переносной аппаратуры на микросхеме К174УН22 (зарубежные аналоги TDA2822 и КА2209) (рис. П.5 и 6). Основные характеристики микро¬ схемы К174УН22: Напряжение питания (В) 2...9 Выходная мощность (Вт) (при ипит = 8 В) 2x0,8 Частотный диапазон (кГц) 0,03... 18 Номинальное сопротивление нагрузки (Ом) 4 Рис. П.6. Схема включения при монофоничес¬ ком варианте Выходная мощность 34 при монофоническом варианте увеличива¬ ется до 1,5 Вт. В обоих случаях, если это возможно, к корпусу микросхемы при¬ клеивают небольшой теплоотвод. Рис. П.8. Принципиальная схема усилителя для плейера
Содержание 521 СОДЕРЖАНИЕ ОТИЗДАТЕЛу 3 ЗРАВСТВУЙ, ЮНЫЙ ДРУГ! 4 Беседа первая. ИСТОКИ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ 5 ИЗ ГЛУБИНЫ ВЕКОВ 5 ЗАГЛЯНЕМ В МИКРОМИР 7 О ПРОВОДНИКАХ, НЕПРОВОДНИКАХ И ПОЛУПРОВОДНИКАХ 10 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 11 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ: КАКАЯ МЕЖДУ НИМИ СВЯЗЬ? 14 ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК РОЖДАЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ 17 ЗАРОЖДЕНИЕ РАДИОТЕХНИКИ 18 ПЕРВЫЕ УСПЕХИ РАДИОДЕЛА В РОССИИ 21 Беседа вторая. О КОЛЕБАНИЯХ И ВОЛНАХ, ТЕХНИКЕ РАДИОПЕРЕДАЧИ И РАДИОПРИЕМА 22 КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 23 ПЕРИОД И ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ 24 О МИКРОФОНЕ И РАДИОВОЛНАХ 26 РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ ВОЛН 28 РАДИОПЕРЕДАЧА 28 РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН 30 Беседа третья. ТВОЙ ПЕРВЫЙ РАДИОПРИЕМНИК . . .32 АНТЕННА И ЗАЗЕМЛЕНИЕ 32 ПЕРВЫЙ РАДИОПРИЕМНИК 37 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ТВОЕГО ПРИЕМНИКА 42 КОНСТРУКЦИЯ ПРИЕМНИКА 46 КАК ПРИЕМНИК РАБОТАЕТ? 48 ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ 59 Беседа четвертая. ЭКСКУРСИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ . .60 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО ОЦЕНКА 60 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ 61 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ 62 ЗАКОН ОМА 63 ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ 66 МОЩНОСТЬ И РАБОТА ТОКА 67 ТРАНСФОРМАЦИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 68 РЕЗИСТОРЫ 71 КОНДЕНСАТОРЫ 73 МАРКИРОВКА МАЛОГАБАРИТНЫХ РЕЗИСТОРОВ И КОНДЕНСАТОРОВ 80 КОРОТКО О ПЛАВКОМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕ 81 ОСТОРОЖНО - ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ! 82
522 Содержание Беседа пятая. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ ШИРОКОГО ПРИМЕНЕНИЯ 83 ПОЛУПРОВОДНИКИ И ИХ СВОЙСТВА 84 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКА 85 ДИОДЫ 88 СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД 94 СТАБИЛИТРОН И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ 95 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 97 ТРАНЗИСТОР - УСИЛИТЕЛЬ 100 СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ 103 КОРОТКО О ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ 106 О МЕРАХ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ ТРАНЗИСТОРОВ 107 Беседа шестая. ПЕРВЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРИЕМНИК 109 ОТ ДЕТЕКТОРНОГО - К ОДНОТРАНЗИСТОРНОМУ 109 ВАРИАНТЫ ОДНОТРАНЗИСТОРНОГО ПРИЕМНИКА 113 ГРОМКИЙ РАДИОПРИЕМ 115 Беседа седьмая. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ПЕРВОЙ НЕОБХОДИМОСТИ 117 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРОБНИКИ 118 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 122 МИЛЛИАМПЕРМЕТР 126 ВОЛЬТМЕТР 127 ОММЕТР 128 МИЛЛИ-АМПЕРВОЛЬТОММЕТР 130 ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ 137 Беседа восьмая. РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКАЯ МАСТЕРСКАЯ . . 141 РАБОЧИЙ СТОЛ 141 ИСКУССТВО ПАЙКИ 142 О НЕКОТОРЫХ МАТЕРИАЛАХ И ПРИЕМАХ МОНТАЖА 145 О ГНЕЗДАХ, ЗАЖИМАХ И КОММУТАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВАХ 149 КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ 154 МАГНИТНАЯ АНТЕННА 158 МАКЕТНАЯ ПАНЕЛЬ 162 ПЕЧАТНЫЙ МОНТАЖ 164 ВЕРСТАЧНАЯ ДОСКА 167 Беседа девятая. ЗНАКОМСТВО С МИКРОСХЕМАМИ . .169 ЧТО ТАКОЕ МИКРОСХЕМА 169 НА АНАЛОГОВОЙ МИКРОСХЕМЕ 171 ЦИФРОВАЯ МИКРОСХЕМА 177
Содержание 523 НА ОДНОЙ ЦИФРОВОЙ МИКРОСХЕМЕ 180 ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ КМОП . .185 КОРОТКО О МОНТАЖЕ МИКРОСХЕМ И МЕРАХ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ... 187 Беседа десятая. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ РАДИОАППАРАТУРЫ 189 ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И БАТАРЕИ 189 РЫНОК ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА 193 АККУМУЛЯТОРЫ И АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ 194 ВЫПРЯМИТЕЛЬ 196 СЕТЕВОЙ ТРАНСФОРМАТОР 198 СЕТЕВОЙ БЛОК ПИТАНИЯ .200 МОДЕРНИЗАЦИЯ БЛОКА ПИТАНИЯ 205 Беседа одиннадцатая. УСИЛИТЕЛИ КОЛЕБАНИЙ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ 208 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ 34 208 ЭЛЕКТРЕТНЫЙ МИКРОФОН И ЗВУКОСНИМАТЕЛИ 210 ГОЛОВКИ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЯМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ 212 КАСКАДЫ УСИЛИТЕЛЯ 216 ПРОСТЫЕ ДВУХКАСКАДНЫЕ 218 ДВУСТОРОННИЙ ТЕЛЕФОН 222 СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА 224 ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ 226 ДВУХКАСКАДНЫЙ С ПОВЫШЕННОЙ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ 228 УСИЛИТЕЛЬ С ОУ В ПЕРВОМ КАСКАДЕ 230 ТРЕХКАСКАДНЫЙ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ 231 НА МИКРОСХЕМЕ К174УН7 233 НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ И МИКРОСХЕМЕ 235 ЭЛЕКТРОФОН .237 УЗЧ МОЩНОСТЬЮ 20 ВТ 244 Беседа двенадцатая. ПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ 252 ОТ УСИЛИТЕЛЯ - К ПРИЕМНИКУ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ 252 УСИЛИТЕЛЬ РАДИОЧАСТОТЫ И МАГНИТНАЯ АНТЕННА 255 ПОРТАТИВНЫЙ ПРИЕМНИК 257 РАДИОЧАСТОТНЫЙ БЛОК РАДИОЛЫ 265 ПРИЕМНИК «МАЛЬЧИШ 267 НА МИКРОСХЕМАХ СЕРИИ К118 271 МИНИАТЮРНЫЙ НА ЦИФРОВОЙ МИКРОСХЕМЕ 273 Беседа тринадцатая. СУПЕРГЕТЕРОДИН 276 ПРИНЦИП РАБОТЫ СУПЕРГЕТЕРОДИНА 276 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 278 РАДИОЧАСТОТНЫЙ ТРАКТ СУПЕРГЕТЕРОДИНА 279
524 Содержание ТРЕХДИАПАЗОННЫЙ С ОТДЕЛЬНЫМ ГЕТЕРОДИНОМ 284 СУПЕРГЕТЕРОДИН «КВАРЦ РП-209 291 Беседа четырнадцатая. О МУЛЬТИВИБРАТОРАХ И ЕГО «ПРОФЕССИЯХ» . . .297 ТРАНЗИСТОРНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР И ЕГО РАБОТА 297 ГЕНЕРАТОРЫ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ 301 МУЛЬТИВИБРАТОР В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИГРУШКАХ И АТТРАКЦИОНАХ 304 ЭЛЕКТРОННЫЙ «СОЛОВЕЙ» 311 ОДНОВИБРАТОР 316 Беседа пятнадцатая. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ 319 МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ 320 ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА 324 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ 327 ПРОСТОЙ НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ЧАСТОТОМЕР 332 Беседа шестнадцатая. СТЕРЕОФОНИЯ 339 СТЕРЕОЭФФЕКТ. ЧТО ЭТО ТАКОЕ? 339 СТЕРЕОФОНИЧЕСКИЙ ЗВУКОСНИМАТЕЛЬ 340 СТЕРЕОФОНИЯ НА ГОЛОВНЫЕ ТЕЛЕФОНЫ 341 СТЕРЕОФОНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 345 Беседа семнадцатая. ОТ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ - К ЦИФРОВОМУ ЧАСТОТОМЕРУ И ЭЛЕКТРОННЫМ ЧАСАМ 354 ИНДИКАТОР УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ 355 ГЕНЕРАТОР ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ 356 ТРИГГЕРЫ 357 СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ И ДЕЛИТЕЛИ ЧАСТОТЫ 364 БЛОК ЦИФРОВОЙ ИНДИКАЦИИ 369 ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР 370 ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ С БУДИЛЬНИКОМ 383 Беседа восемнадцатая. АВТОМАТИКА 390 ФОТОЭЛЕМЕНТЫ 391 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ 394 ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ 396 ФОТОРЕЛЕ 396 АВТОМАТ ВКЛЮЧЕНИЯ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ 399 РЕЛЕ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ 400 АКУСТИЧЕСКОЕ РЕЛЕ 402 ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР 404 ЭЛЕКТРОННЫЙ СТОРОЖ 406 КОДОВЫЕ ЗАМКИ 407
Содержание 525 АВТОМАТЫ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ 413 ИГРОВЫЕ АВТОМАТЫ 418 Беседа девятнадцатая. ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЕ МОДЕЛЯМИ 422 МОДЕЛЬ ИДЕТ НА СВЕТ 423 ДЕШИФРАТОР 424 МОДЕЛЬ, УПРАВЛЯЕМАЯ ЗВУКОМ 425 АППАРАТУРА РАДИОУПРАВЛЕНИЯ МОДЕЛЯМИ 432 ПЕРЕДАТЧИК С КВАРЦЕВОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ 441 Беседа двадцатая. ЗНАКОМСТВО С ЭЛЕКТРО- И ЦВЕТОМУЗЫКОЙ 444 О НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВАХ МУЗЫКАЛЬНОГО ЗВУКА 445 ТЕРМЕНВОКС 446 ЭЛЕКТРОННЫЙ РОЯЛЬ 446 ЭЛЕКТРОГИТАРА 451 О ЦВЕТОМУЗЫКЕ 454 ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНАЯ ПРИСТАВКА 454 СВЕТОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 456 ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЙ АВТОМАТ НА МИКРОСХЕМЕ УМС 464 Беседа двадцать первая. ПРИГЛАШЕНИЕ В РАДИОСПОРТ 466 ЧТО ТАКОЕ «ЛИСА»? 466 РАДИОКОМПАС 468 ПРИЕМНИК «ЛИСОЛОВА» 472 НА СОРЕВНОВАНИЯХ 483 РАДИОСПОРТСМЕНЫ-КОРОТКОВОЛНОВИКИ 484 ПРИЕМНИК КОРОТКОВОЛНОВИКА-НАБЛЮДАТЕЛЯ 486 Беседа двадцать вторая. СИ-БИ — ДИАПАЗОН ГРАЖДАНСКОЙ СВЯЗИ 494 ПРОСТЕЙШАЯ СИ-БИ РАДИОСТАНЦИЯ 495 СОВРЕМЕННЫЕ СИ-БИ СТАНЦИИ 495 ПЕРВЫЕ ШАГИ В ЭФИРЕ 497 КАКАЯ НУЖНА АНТЕННА? 497 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 502 ПРИЛОЖЕНИЯ 1. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ 503 2. УСЛОВНЫЕ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ 504 3. НОМИНАЛЫ КОНДЕНСАТОРОВ И РЕЗИСТОРОВ ШИРОКОГО ПРИМЕНЕНИЯ 506 4. ЦВЕТОВАЯ МАРКИРОВКА ПОСТОЯННЫХ РЕЗИСТОРОВ 506
526 Содержание 5. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И БАТАРЕИ 508 6. МАЛОГАБАРИТНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ 509 7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ 509 8. СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ 510 9. СТАБИЛИТРОНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ 510 10. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ 511 11. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 514 12. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТИПА ТВК 514 13. ГОЛОВКИ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЯМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 515 14. МАЛОГАБАРИТНЫЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА 516 15. ВОЗМОЖНЫЕ ЗАМЕНЫ ЭЛЕМЕНТОВ 518 16. МИКРОСХЕМЫ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЕЙ 34 519
Книги издательства «СОЛОН-Р» можно приобрести в Москве: / магазин «Книга на Таганке» (тел. 911-14-03) ул. Воронцовская,2/10 / магазин «Чип и Дип», (тел. 281-99-17, 971-18-27) ул. Гиляровского, 39 / Книжный клуб (с/к «Олимпийский», место 169) / магазин «Дом книги на Ладожской» (тел. 267-03-01, 267-03-02) ул. Ладожская, 8, стр.1 / магазин «Дом книги на Соколе» (тел. 152-82-82, 152-45-11) Ленинградский пр-т, 78, к. 1 / магазин «Дом технической книги», (тел. 137-60-38, 137-60-39) Ленинский пр-т, 40 / магазин «Московский Дом Книги», (тел. 203-82-42, 291-78-32) ул. Новый Арбат, 8 / радиорынки: Митинский — ряд 8, место 12 (контейнер), торговое место Z25; Царицынский — место 13/А / магазин «Дом книги на Новой» (тел. 361-68-34, 362-25-16) ш. Энтузиастов, 24/43 / магазин «Дом книги в Бибирево» (тел. 407-95-55, 406-47-77) ул. Мурановская, 12 / магазин «Дом книги на Трофимова» (тел. 279-55-76, 279-56-61) ул. Трофимова, 1/7 / магазин «Дом книги на Войковской» (тел. 150-99-92, 150-69-17) Ленинградское шоссе, 13, стр. 1 / магазин «Дом книги в Выхино» (тел. 377-13-66, 376-60-83) ул. Ташкентская, 1 9 / магазин «Дом книги в Чертаново» (тел. 312-27-02, 311-61-1 8) ул. Чертановская, 14 / магазин «Дом книги на Профсоюзной» (тел. 124-04-00, 125-03-61) ул. Профсоюзная, 7/12 / магазин «Дом книги на Красном Маяке» (тел. 314-24-72, 314-31-34) ул. Красного Маяка, 1 1 /1, к. 1 / Торговый дом «Библио-Глобус» (тел. 928-35-67) ул. Мясницкая, 6 / магазин «Молодая Гвардия» (тел. 238-26-86, 238-50-01) ул. Б. Полянка, 28 / магазин «Книинком» (тел. 177-21-00, 172-88-87) Волгоградский проспект, 78 / магазин «Дом книги Пресня» (тел. 255-10-68) ул. Красная Пресня, 14 / магазин «Мир печати» (тел. 978-50-47) ул. 2-я Тверская-Ямская, 54 / Торговый дом книги «Москва» (тел. 797-87-16, 229-73-55) ул. Тверская, 8, стр. 1 / Медведково, Заревый проезд, д. 12 (тел. 478-48-97) / Знание-Универсал Ул. Петра Романова, д. 6 / «Дом книги на Преображенке» Преображенский вал, 1 6, стр. 1 (тел. 964-42-26)
Книги издательства «СОЛОН-Р» можно приобрести в городах России и стран СНГ: ■ г. Санкт-Петербург / Издательство «BHV -Санкт-Петербург» (тел. 541-85-51, 541-84-61) / магазин «Санкт-Петербургский Дом Книги» (тел. 318-64-02,318-64-38) Невский пр., д. 28 / ООО «Санкт-Петербургская Книготорговая компания» (тел. 325-19-01) / ООО «Наука и техника» (тел. 567-70-25) / магазин «Техническая книга» (тел. 164-65-65, 164-62-77) Пушкинская пл., д. 2 ■ г. Астрахань ООО «Elkom» (тел. 39-08-53) ■ г. Красноярск ООО «Книжный меридиан» (тел. 27-14-29) ■ г. Липецк ЧП Ващенко С. В., рынок 9 мкр-на Пр-т Победы, 29, Дом быта, 2 этаж, «Бизнес-книга» (тел. 77-04-25, 46-33-34) ■ г. Нальчик ООО «Книжный мир» (тел. 5-52-01) ■ г. Новосибирск / ООО «Топ-книга» (тел. 36-10-26, 36-10-27) / ООО «Эмбер» (тел. 22-33-45) ■ г. Орел / Книготорговая организация «Диалект» (тел. 6-27-91) / магазин «На Бульваре» (тел. 43-54-69) бульвар Победы, 1 ■ г. Пермь Комаров Виктор Анатольевич - региональный представитель (тел. 64-56-41) ■ г. Ростов-на-Дону радиорынок (тел. 53-60-54) ■ г. Самара магазин «Чакона» (тел. 42-96-28, 42-96-29) ул. Чкалова, 100 ■ г. Саратов магазин «Стрелец» (тел. 50-79-65) ул. Б. Садовая, 158 ■ г. Тюмень ООО «Висса» (тел. 32-28-04) ■ г. Улан-Удэ магазин «Радиодетали» (тел. 26-54-00) пр-т 50 лет Октября, 20 ■ г. Уфа ООО «Башэлектросервис» (тел. 33-10-29) ■ г. Ярославль «Чип и Дип» (тел. 27-57-15) ■ Казахстан / г. Алма-Ата магазин «Компьютеры» (тел. 26-14-04) ул. Фурманова, 77/85 ■ Украина / г. Донецк ООО «Дискон» (тел. 385-01-35, 332-93-25) / г. Запорожье «Розбудова» (тел. 13-1 8-47) 69093, а/я 6116 / г. Киев «Техкнига» (тел. 41 9-70-61) ООО Издательство «СОЛОН-Р» ЛР№ 066584 от 14.05.99 Москве^ ул. Тверская, д. ГОТстр. 1, ком. 522 Формат 70х 100/16. Объем 33 п. л. Тираж4000 АООТ "ПОЛИТЕХ-4" Москва, Б. Переяславская, 46 Зак.261.