Энциклопедия радиолюбителя (fb2)

- Энциклопедия радиолюбителя (и.с. Радиомастер) 15.56 Мб, 407с. (скачать fb2) - В. М. Пестриков

Настройки текста:



Пестриков В.М.
«ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЛЮБИТЕЛЯ» ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ И СЕКРЕТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ издание 2-е, дополненное и переработанное

Уважаемые читатели!

Историки науки и техники наверняка назовут 20 век веком радиоэлектроники наряду с другими его особенностями. Действительно, основополагающие исследования русского ученого А. С. Попова в конце 19 века стали той благодатной почвой, на которой развилась радиоэлектроника нашего столетия. Представить сегодняшнюю жизнь без радиоэлектроники довольно трудно. Она вошла в наш быт и стала его неотъемлемой составляющей. Проявить интерес к радиоэлектронике и сделать первые самостоятельные практические шаги в этой области поможет сделать эта книга. Книга может быть полезна как школьникам, выбирающим свой путь в жизни, так и студентам, собирающихся работать в различных областях радиоэлектроники, а также всем желающим, независимо от возраста, проявляющим интерес к этой области знаний. Она может быть полезна и бизнесменам, желающим получить полезные рекомендации в приобретении радиостанций Си-Би диапазона или пришедших к мысли, что для дальнейшего процветания собственного дела им необходимо обязательно открыть частную радиовещательную станцию. Как создать коммерческую радиовещательную станцию рассказано в этой книге с берегов Невы, на которых еще до революции 1917 года было налажено производство самых мощных в мире радиостанций конструкции С. А. Айзенштейна.

Книга построена в виде отдельных шагов (глав). Каждый шаг представляет законченный раздел и может читаться независимо от других разделов. Включенные в книгу описания радиолюбительских конструкций расположены в порядке возрастания сложности их изготовления и уровня необходимых знаний. Дается подробное описание, технология изготовления и методика налаживания конструкций. Рассказано, как проводить налаживание самодельных устройств в домашних условиях и какие несложные приборы для этих целей можно изготовить самому. Для облегчения конструирования приведены необходимые справочные данные по радиокомпонентам и радиодеталям.

Помещенный в конце книги словарь терминов радиоэлектроники призван помочь при чтении этой книги. В процессе чтения книги может встретиться слово из области радиоэлектроники, смысл которого вам непонятен и его нет в приведенном словаре, тогда следует обратиться в библиотеку и посмотреть специальный энциклопедический словарь по радиоэлектронике. Если после прочтения книги вы обретете новое для себя увлечение (хобби), которое в результате станет вам большим подспорьем в жизни и к тому же будет еще приносить вам экономическую выгоду, то автор может считать выполненной свою миссию в сеянии доброго, разумного, вечного.

Предисловие ко второму изданию

Первое издание «Энциклопедия радиолюбителя» было благожелательно встречено читателями и быстро разошлося. Во втором издании книги сделаны небольшие исправления замеченных опечаток, некоторые описания радиоэлектронных устройств дополнены монтажными схемами, а также добавлены описания новых конструкций и новая глава по DX-ing. В книге подробно отражены вопросы о порядке регистрации и эксплуатации любительской радиостанции.

Автор благодарен всем тем, кто прислал и высказал свои замечания и пожелания по книге, что способствовало ее улучшению. Особая моя признательность инженеру В.Ю.Карташову из Санкт-Петербурга и к.м.н. Вадиму Мельнику из Донецка за общее обсуждение книги и высказанные при этом полезные соображения, которые нашли отражение во втором издании.

Пестриков В. М., профессор, доктор технических наук,

г. Санкт-Петербург, Россия.

Предмет интереса. «Радио»? «Откуда»?

«Чудесная это штука — радио. Нажмешь кнопку, повернешь рукоятку и на-ка, все к твоим услугам: музыка, погода на завтра, последние новости».

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля.


Минуло уже более 100 лет как радиосвязь благодаря усилиям многих ученых, заняла прочное место в жизни человечества. Изобретение, сделанное русским ученым А. С. Поповым, оказалось настолько плодотворным, что породило новые научные направления и отрасли промышленности. Это привело к появлению новых словосочетаний со словом «радио». Сейчас все, что связано с этим понятием, мы знаем достаточно полно. Это — радиосвязь, радиотехника, радиоэлектроника и многое другое.

Слово «радио» стали употреблять почти на 20 лет раньше появления самого изобретения, которое оно потом олицетворило. Термин «радио» (от латинского radius — луч, radio, radiare — излучать, испускать лучи) в современном понятии подразумевает способ передачи сообщений на расстояния с помощью радиоволн. До этого этот термин использовался в физике в качестве приставки. Применил приставку «радио» впервые известный английский физик и химик Вильям Крукс (William Crooks). Будучи уже 9 лет членом Лондонского королевского общества, он в 1872 году начал исследования проблемы возникновения отталкивающих сил в нагретых телах. Исследование затронуло широкий спектр вопросов, в том числе распространение электрического разряда в сильно разряженных газах. Все это позволило обнаружить доселе неизвестные световые и тепловые явления. Понимание открытых явлений основывалось В. Круксом на предположении существования четвертого, «лучистого» состояния. Хотя такое объяснение и не нашло своего подтверждения, но оно способствовало появлению такого прибора, как радиометр (рис. 1).



Рис. 1. РАДИОметр


Радиометр представлял собой грушевидный сосуд, в котором находилась вертушка с четырьмя слюдяными лопастями. Вертушка вращалась на острие иглы, подобно стрелке компаса. Слюдяные крылья были закопчены и вертушка начинала вращаться, когда на нее падали свет, катодные или рентгеновские лучи. Радиометр появился в 1874 году и, по всей видимости, это было первое слово, в котором использовалась приставка «радио». За проведенные исследования В. Крукс удостоился премии французской академии наук в размере 3000 франков. Английскому ученому немалую известность принесли не только проведенные исследования, но еще статьи и речи, как ни странно, в защиту реальности спиритических явлений, которые он пытался исследовать с помощью экспериментальных методов. Научная известность В. Крукса во многом способствовала распространению спиритизма.

Изобретатель современного телефона, американец Александр Белл (Alexander Graham Bell), оказался так же как и В. Крукс причастен к «радио». А. Белл вместе со своим сотрудником Саммером Тайнером (Summer Tainter) проведя эксперименты обнаружил, что твердые, жидкие и газообразные тела могут издавать звуки, если на них направить прерывистые пучки световых или тепловых лучей. В 1880 году преподаватель политехнической школы телеграфного управления в Париже Е. Меркадье (Ernest Mercadier) дал такого рода явлениям название «радиофония» и издал книгу «Заметки о радиофонии». Прибор для воспроизведения такого рода явлений получил название «радиофон» (рис. 2).



Рис. 2. Устройство РАДИОфона


Радиофон можно сделать и самому. Для этого в стеклянную пробирку необходимо вложить небольшой кусочек закопченной фольги, закрыть пробирку пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка, на наружный конец которой надета резиновая трубка длиной около 20 мм. Если теперь на пробирку направить свет лампы, перед которой вращается диск с прорезями, то поднеся резиновую трубку к уху можно услышать тон. Высота тона будет зависеть от скорости вращения диска: чем больше скорость, тем выше тон. Как видим в экспериментах В. Крукса и А. Белла использовались источники, испускающие световые, тепловые и другие лучи, то есть соответствующие определению слова «радио».

Через 16 лет после экспериментов В. Крукса, французский физик Эдуард Бранли (Edourd Branly) использовал понятие «радио» непосредственно к электромагнитным волнам. Он не занимался специально изучением электромагнитных волн, а исследовал сопротивление различных металлических порошков Э. Бранли обнаружил, что стрелка гальванометра, включенного в цепь, содержащую трубочку с опилками и батарею, отклоняется, когда в соседнем кабинете проводятся эксперименты с индукционной катушкой. При включении индукционной катушки начинало изменяться сопротивление металлических опилок.

Для удобства ученый помещал порошки в стеклянную трубочку. В статье «О проводимости несплошных проводящих веществ», опубликованной в журнале Французской академии наук, Э. Бранли описал устройство этой трубочки под названием «радиокондуктор» (рис. 3).




Рис. 3. РАДИОкондукторы конструкции Э. Бранли:

а — горизонтальный; б — вертикальный


В публикации автор отметил: «На сопротивление металлических порошков влияют электрические разряды, производимые на некотором расстоянии от них. Под действием этих разрядов опилки резко изменяют свое сопротивление и проводят ток». Благодаря этому выводу имя Э. Бранли не было забыто и заняло достойное место в истории радиотехники. Радиокондуктор был уже достаточно удобным индикатором для регистрации появления электромагнитных волн от электрической искры по сравнению с существовавшими. Об этом судили по резкому падению электрического сопротивления металлических опилок.

Английский физик сэр О. Лодж (sir Oliver Joseph Lodge) заинтересовался опытами Э. Бранли, усовершенствовал радиокондуктор и дал ему другое название «когерер»[1]. Благодаря когереру удалось уловить такие слабые электромагнитные волны, которые не мог обнаружить обычный резонатор Г. Герца. Свои опыты О. Лодж опубликовал в английском журнале «The Electrician». Э. Бранли, узнав об изменении имени своего детища, писал в декабре 1897 года: «Мою трубочку с опилками О. Лодж назвал «когерер» и некоторые воспринимают это как общепринятое. Это название, однако, неточно отражает исследованное явление. Я предложил название «радиокондуктор» (радио и проводник), которое отражает главное свойство не сплошного проводника при воздействии электромагнитного излучения. Но невзирая на замечания первооткрывателя изобретения «радиокондуктор» исчез из употребления и вплоть до 20-х годов нашего столетия употреблялось слово «когерер» (рис. 4).



Рис. 4. Конструкции когереров:

аА.С. Попова (1895 г.), бГ. Маркони (1898 г.)


Всего через три года после изобретения радиосвязи А. С. Поповым термин «радио» появился снова. Произошло это в мае 1898 года на страницах английского журнала «Tib-Bis». Современное понятие этого слова устоялось еще не сразу, долгое время господствовало понятие «беспроволочный телеграф». Вот как объясняет это англичанин Р. Кэрр (R. Кегг) в книге «Телеграф без проводов», изданной в Санкт-Петербурге в 1889 году: «Название «телеграф без проводов» должно быть понимаемо в том смысле, что этот прибор дает возможность передавать сигналы через пространство без промежуточных проводов, соединяющих передающий и воспринимающий аппараты… Этот термин был принят не потому, что он вполне точен, а потому, что возбуждает большой интерес к этой области опытной физики». Программа первою в России учебного курса, составленного А. С. Поповым, называлась «Программа чтений о телеграфии без проводов», а один из первых учебников в этой области, написанный профессором А. А. Петровским, — «Научные основания беспроволочной телеграфии». В июле 1897 г. Г. Маркони (Gugliemo Marchese Marconi) основал в Англии фирму, которую назвал «Компания беспроволочного телеграфа и сигнализации».

В 1903 году в Берлине состоялась Первая Международная конференция по беспроволочному телеграфированию, на которой довольно часто употреблялись слова с приставкой «радио». Россию на конференции представляли три делегата, в том числе А. С. Попов. Выступая на ней, германский министр почт и телеграфов так отозвался о изобретении русского ученого: «… в 1895 г. Попов изобрел прием телеграфных сигналов с помощью волн Герца. Его мы должны благодарить за первый радиографический аппарат». Маркони первым применил антенну для передатчика, открыв новый путь практической эксплуатации телеграфии без проводов. Многие исследователи выполнили работу по улучшению новых средств коммуникации. Их имена — Браун, Дюкрете, де Форест, Фесседен, Риги, Слаби, Арко, Тесла — стали всюду известны.

Мы должны отметить сотрудничество в развитии радио всех больших наций. На конференции был рекомендован для употребления в литературе термин «радиотелеграфия». Лишь через три года в Берлине на очередной Международной конференции по радиотелеграфу термин «радио» все же был предложен для обозначения беспроволочных передач.

Несмотря на это в литературе продолжали присутствовать оба понятия. Например, в «Кратком словаре электротехнических терминов», изданном в 1927 году, есть «радиовещание» и «беспроволочный телеграф».

Объяснение, что такое «беспроволочный телеграф» читается с некоторой ностальгией по хорошему слогу и отношению к открытию: «Процесс телеграфирования на расстоянии проходит с помощью так называемых электромагнитных волн большой частоты непосредственно по заполняющей мировое пространство среде (мировой эфир)».

Как-то незаметно с терминами «беспроволочный телеграф» и «радио» появился и даже дожил до наших дней и продолжает существовать еще один термин: «электросвязь». До сих пор издается журнал под названием «Электросвязь», отражающий научные исследования по проводной и радиосвязи, телевидению, радиовещанию, который был основан еще в 1933 году. Этот старый и довольно точный термин вмещает в себя телеграф, телефон, радио, телевидение и такие производные от них, как фототелеграф или радиотелефон. Термин «электросвязь» подчеркивает, что информация идет по линиям связи в виде электрических сигналов, которые представляют собой комбинации электрических импульсов в телеграфе, электрическую копию звука в телефоне, электрическое содержание картин в телевидении и фототелеграфе. В этой связи интересно высказался немецкий профессор А. Слаби (Adolf Carl Heinrich Slaabi), в частности, первый введший элемент настройки в колебательный контур для получения резонанса и волномер в практику измерений на съезде немецких инженеров в 1902 г., процитировав одного из своих коллег: «Придет некогда день, когда… медные провода, гуттаперчевая изоляция и железная броня кораблей будут храниться только в музеях; тогда потомок человечества, который желает беседовать со своим другом и не знает, где он находится, электрическим голосом бросит в пространство оклик, который услышит тот, кто владеет соответственно настроенным электрическим ухом. Раздастся оклик: «Где ты?» и зазвучит ответ: «Я здесь — в глубине рудника, на вершине Андов или среди шири океана».

В период с 1895 по 1908 гг. наиболее часто использовались термины «беспроволочный» или «электроволновой» телеграф. Об этом говорит тот факт, что даже известный русский радиотехник Семен Моисеевич Айзенштейн, издатель и главный редактор, дал первому российскому журналу по радиотехнике название, в котором фигурировали эти термины. Журнал вышел в 1912 году и назывался «Вестник телеграфии без проводов». По всей видимости, окончательно приоритет термину «радио» отдается в российской научно-технической литературе в 1917 году. В это время термин «радио» появляется в названии первого российского военного журнала по радиотехнике, который начал издаваться в Санкт-Петербурге при Управлении радиотелеграфом Западного фронта. Журнал назывался «Вестник военной радиотелеграфии и электротехники». Его главным редактором был полковник В. Жарве, впоследствии генерал-майор царской армии. В современное определение «электросвязь» вкладывается передача информации любого рода на расстояние по проводам, оптическим и радиосистемам.

Последнее слово в трактовке понятий с использованием приставки «радио» сделал известный специалист в области радиопередающих устройств академик А. Л. Минц. В 1974 г., в журнале «Известия вузов. Радиотехника» он опубликовал статью «Радиотехника, радиофизика, радиоэлектроника». В статье Александр Львович пишет, что он лично никогда не чувствовал себя в силах провести четкую границу между радиотехникой и радиофизикой. Когда редакция БСЭ (второе издание) попросила написать статью «Радиотехника», он захотел посмотреть статью «Радиофизика». А. Л. Минц после этого написал: «… после ознакомления со второй статьей легче не стало, так как из-за нечеткости разделения понятий «радиотехника» и «радиофизика» они во многом перекрывали друг друга». По мнению А. Л. Минца, к радиотехнике следует отнести вопросы генерирования и усиления высокочастотных, сверхвысокочастотных и ультравысокочастотных электромагнитных колебаний, умножения частоты электрических напряжений, канализирования высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний и разводки по потребителям при помощи проводных и волноводных линий. Далее следует процесс излучения электромагнитных волн при помощи антенн самых различных типов. После того, как волны отшнуровались (слово, употребленное А. Л. Минцем) от излучающих их антенн, начинается процесс распространения радиоволн в различных средах. Это уже радиофизика. Радиоэлектроника — наиболее широкий термин, перекрывающий многие разделы радиотехники и радиофизики и, как отмечает автор статьи, «но одновременно и наименее четкий». Из всего сказанного выше следует сделать выводы, что понятие «радио» следует вынести за скобки, а в скобках оставить слова «техника» и «электроника». В заключение академик отмечает: «Из всего сказанного следует, что границ, разделяющих радиотехнику, радиофизику и радиоэлектронику, вовсе не существует или они крайне условны и расплывчаты. В зависимости от научных интересов и личных склонностей ученых и инженеров они могут причислять себя к специалистам по технике, физике и электронике. Это определяется не сутью различий этих наук, а либо вкусом ученых, либо характером основного рода их деятельности».

Глава I ЗНАКОМСТВО С РАДИОКОМПОНЕНТАМИ И ДЕТАЛЯМИ

«Успех подобного предприятия, как вы знаете, во многом зависит от личного состава экспедиции. Поэтому я особенно тщательно выбирал своего спутника — единственного помощника и товарища в этом долгом и трудном пути»

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля

О существовании различных радиодеталей обычно мы узнаем, когда выходит из строя какое-нибудь радиоэлектронное устройство и появляется желание произвести его ремонт. Разобрав устройство и добравшись до его «внутренностей», сразу в глаза бросается обилие различных незнакомых нам «штучек» разного цвета, размеров, формы и т. д. Это и есть радиодетали. Среди них можно увидеть резисторы, конденсаторы, диоды, катушки индуктивности, транзисторы и многое другое. Обычно эти детали называют радиокомпонентами. В радиоэлектронике каждый радиокомпонент выполняет свои строго определенные функции, от его качества и правильного использования зависит успешная работа аппаратуры. Для того, чтобы разобраться в содержании устройства и затем его отремонтировать, необходимо знать назначение и маркировку радиодеталей, а также уметь читать радиоэлектронные схемы. На радиоэлектронных схемах радиокомпоненты имеют общепринятые изображения согласно установленного стандарта. Знание назначения, устройства и обозначения на схемах различных радиоэлементов позволяет произвести осознанный ремонт радиоэлектронной аппаратуры и более продуманно использовать радиодетали при ее создании.

Шаг 1 Пассивные элементы. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности

1.1. Резисторы

Общая характеристика

Резисторы являются наиболее распространенными элементами радиоэлектронной аппаратуры. Раньше резисторы назывались сопротивлениями, но в соответствии с Государственным стандартом электрическим сопротивлениям, как схемным элементам, присвоено название «резисторы». Сделано это было с целью различать «сопротивление» как изделие (радиокомпонент) и «сопротивление», как его физическое свойство, электрическую величину. Резисторы характеризуются электрическим сопротивлением. Основной единицей электрического сопротивления в соответствии с международной системой единиц является Ом. На практике используются также производные единицы — килоом (кОм), мегаом (МОм), гигаом (ГОм), тераом (ТОм), которые связаны с основной единицей следующими соотношениями: 1 кОм = 103 Ом, 1 МОм = 106 Ом, 1 ГОм = 109 Ом, 1 ТОм = 1012 Ом.

Различают следующие виды резисторов: постоянные и переменные.

Переменные еще делят на регулировочные и подстроечные. У постоянных резисторов сопротивление нельзя изменять в процессе эксплуатации. Резисторы, с помощью которых осуществляют различные регулировки в радиоэлектронной аппаратуре изменением их сопротивления, называют переменными резисторами или потенциометрами. Резисторы, сопротивление которых изменяют только в процессе налаживания (настройки) радиоэлектронного устройства, называют подстроечными.


Основные параметры

Резисторы характеризуются такими основными параметрами: номинальным значением сопротивления, допустимым отклонением сопротивления от номинального значения, номинальной (допустимой) мощностью рассеяния, максимальным рабочим напряжением, температурным коэффициентом сопротивления, собственными шумами и коэффициентом напряжения.

Номинальное значение сопротивления R обычно обозначено на корпусе резистора. Действительное значение сопротивления резистора может отличаться от номинального в пределах допустимого отклонения (допуска, определяемого в процентах по отношению к номинальному сопротивлению).


Маркировка

На корпусе резистора, как правило, наносится краской его тип, номинальная мощность, номинальное сопротивление, допуск и дата изготовления. Для маркировки малогабаритных резисторов используют буквенно-цифровой код. Код состоит из цифр, обозначающих номинальное сопротивление, буквы, обозначающей единицу измерения, и буквы, указывающей допустимое отклонение сопротивления. Примеры наносимого на корпус резистора буквенного кода единиц измерения номинального сопротивления старого и нового стандартов приведены в табл. 1.1.



Если номинальное сопротивление выражается целым числом, то буквенный код ставится после этого числа. Если же номинальное сопротивление представляет собой десятичную дробь, то буква ставится. вместо запятой, разделяя целую и дробную части. В случае, когда десятичная дробь меньше единицы, целая часть (ноль) исключается.

При маркировке резисторов код допуска ставится после кодированного обозначения номинального сопротивления. Буквенные коды допусков приведены в табл. 1.2.



Например, обозначение 4К7В (или 4К7М) соответствует номинальному сопротивлению 4,7 кОм с допустимым отклонением 20 %. В табл. 1.1 и 1.2 приведены буквенные коды, соответствующие как старым, так и новым стандартам, так как в настоящее время встречаются оба варианта. Номинальная мощность на малогабаритных резисторах не указывается, а определяется по размерам корпуса.


Цветовой код маркировки резисторов

Тип маркировки, при котором на корпус резистора наносится краска в виде цветных колец или точек называют цветовым кодом (см. на рис. 1.1). Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение. Цветовая маркировка на резисторах сдвинута к одному из выводов и читается слева направо. Если маркировку нельзя разместить у одного, из выводов, то первый знак делается полосой шириной в два раза больше, чем остальные.

На резисторы с малой величиной допуска (0,1… 10 %), маркировка производится пятью цветовыми кольцами. Первые три кольца соответствуют численной величине сопротивления в омах, четвертое кольцо есть множитель, а пятое кольцо — допуск (рис. 1.1).

Резисторы с величиной допуска 20 % маркируются четырьмя цветными кольцами и на них величина допуска не наносится. Первые три кольца — численная величина сопротивления в омах, а четвертое кольцо — множитель.

Иногда резисторы с допуском 20 % маркируют тремя цветными кольцами. В этом случае первые два кольца — численная величина сопротивления в омах, а третье кольцо — множитель. Незначащий ноль в третьем разряде не маркируется.

В связи с тем, что на рынке радиоаппаратуры значительное место занимают зарубежные изделия, заметим, что резисторы зарубежных фирм маркируются как цифровым, так и цветовым кодом. При цифровой маркировке первые две цифры обозначают численную величину номинала резистора в омах, а оставшиеся представляют число нулей.

Например: 150 — 15 Ом; 181–180 Ом; 132 — 1,3 кОм; 113 —11 кОм.

Цветовая маркировка состоит обычно из четырех цветовых колец. Номинал сопротивления представляет первые три кольца, двух цифр и множителя. Четвертое кольцо содержит информацию о допустимом отклонении сопротивления от номинального значения в процентах. Определение номиналов зарубежных резисторов по цветовому коду такое же, как и для отечественных. Таблицы цветовых кодов отечественных и зарубежных резисторов совпадают.

Многие фирмы, помимо традиционной маркировки, используют свою внутрифирменную цветовую и кодовую маркировки. Например, встречается маркировка SMD-резисторов, когда вместо цифры 8 ставится двоеточие. Так, маркировка 1:23 означает 182 кОм, a:0R6 — 80,6 Ом.



Рис. 1.1. Цветовая маркировка отечественных и зарубежных резисторов в виде колец или точек, в зависимости от допуска и ТКЕ

1.2. Конденсаторы

Общая характеристика

Конденсатором обычно называют устройство, которое обладает способностью накапливать электрический заряд. Конструктивно конденсатор представляет собой два проводника, разделенных диэлектриком.

Единицей электрической емкости конденсатора в системе СИ является фарада. Сокращенно обозначается буквой Ф. Названа в честь английского физика Майкла Фарадея. В радиоэлектронике используется емкость конденсатора, выраженная через дробные единицы фарад: пикофарад, нанофарад, микрофарад (1мкФ =10-6 Ф; 1 нФ = 10-9 Ф; 1 пФ = 10-12 Ф; 1 мкФ = 103 нФ = 106 пФ). В старой радиотехнической литературе использовалась единица емкости — сантиметр: 1 см = 1,11·10-12 Ф = 1,11·10-6 мкФ = 1,11 пФ.

Конденсаторы, как и резисторы, бывают постоянные и переменные (КПЕ — конденсатор переменной емкости). Переменные конденсаторы бывают в виде нескольких блоков и подстроечные. В зависимости от материала диэлектриков современные конденсаторы делятся на следующие типы: бумажные, вакуумные, воздушные, керамические, лакопленочные, металлобумажные, оксидные, пленочные, слюдяные и электролитические.


Основные параметры

Основными параметрами конденсаторов являются: номинальная емкость (Сном), которая обычно указывается на корпусе конденсатора, температурный коэффициент емкости (ТКЕ) и номинальное напряжение (Uном). Номинальное напряжение — это максимальное допустимое постоянное напряжение, при котором конденсатор способен работать длительное время, сохраняя параметры неизменными при всех установленных для него температурах. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе. При работе конденсатора в схемах переменного тока его номинальное напряжение, указанное на корпусе, должно в 1,5…2 раза превышать предельно допустимое действующее переменное напряжение цепи.


Маркировка

На корпусе конденсатора обычно указывают его тип, напряжение, номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, ТКЕ и дату изготовления. Маркируют конденсаторы как и резисторы буквенно-цифровым кодом, который обозначает номинальную емкость, единицу измерения, допустимое отклонение емкости и ТКЕ. Например, маркировка на конденсаторе 62 pJL расшифровывается так: номинальная емкость 62 пФ с допустимым отклонением ±5 %, ТКЕ группы М75 (75·10-6/1 градус С). Буквенные коды единиц измерения номинальных емкостей приведены в табл. 1.3.



Цветовой код маркировки конденсаторов

Конденсаторы как и резисторы маркируют с помощью цветового кода (рис. 1.2). Цветовой код состоит из колец или точек. Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение. Знаки маркировки на конденсаторе сдвинуты к одному из выводов и располагаются слева направо. Номинальная емкость (в пикофарадах) представляет число, состоящее из цифр, соответствующих одной, двум и трем или одной и двум (для конденсаторов с допуском ±20 %) полосам, умноженное на множитель, который определен по цвету полосы. Последняя полоса маркировки в два раза шире других и соответствует ТКЕ.



Рис. 1.2. Цветовой код отечественных конденсаторов широкого применения


Конденсаторы с допуском ±0,1…10 % имеют шесть цветовых полос. Первая, вторая и третья полосы — величина емкости в пикофарадах, четыре — множитель, пять — допуск, шесть (последняя) — ТКЕ.

Конденсаторы с допуском ±20 % имеют пять цветовых полос, на них нет цветового кода допуска. Иногда этот тип конденсаторов маркируют четырьмя цветовыми кольцами. При такой маркировке первая и вторая полосы отводятся для обозначения величины, третья полоса — для множителя, четвертая — для ТКЕ.

Цветовой код танталовых конденсаторов приведен на рис. 1.3. Следует обратить внимание на то, что у этих конденсаторов положительный вывод в два раза толще другого, и отсчет колец начинается от головки конденсатора.



Рис. 1.3. Цветовой код танталовых конденсаторов


На рис. 1.4 приведена цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования.



Рис. 1.4. Цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования

1.3. Катушки индуктивности

Общая характеристика

Современное определение катушки индуктивности характеризует ее как элемент электрической цепи (двухполюсник), обеспечивающий заданную в ней индуктивность. Катушки индуктивности применяются в самой разнообразной радиоэлектронной аппаратуре. Их качество и параметры оказывают большое влияние на работу радиоэлектронных устройств. Катушки индуктивности применяются для настройки колебательных контуров на данную частоту (катушки настройки, рис. 1.5), для передачи электрических колебаний из одного контура в другой (катушка связи), для разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты (дроссели) и т. д. В детекторных, ультра- и коротковолновых радиоприемниках довольно часто используют для настройки на радиостанции вариометры. Вариометр представляет собой устройство плавного механического изменения индуктивности катушки. В катушке, состоящей из двух соединенных последовательно катушек, изменение индуктивности производится изменением их положения относительно друг друга. Если катушка имеет магнитный сердечник, то ее индуктивность изменяется его перемещением. Известны различные конструкции вариометров. В наиболее известной конструкции вариометра одна катушка вращается внутри другой.



Рис. 1.5. Конструкции контурных катушек индуктивности, выполненные на ферритовых стержнях:

а — СВ и ДВ; б — KB


Дроссель от немецкого слова — «сокращать» является разновидностью катушки индуктивности. Свойства такой катушки зависят от того, какой частоты электрический ток нужно «сокращать» или «задерживать». Дроссель включают в электрическую цепь для подавления переменной составляющей тока в цепи, либо для разделения или ограничения сигналов различных частот. В зависимости от назначения дроссели делятся на высокочастотные и низкочастотные. Это различие относится и к конструктивному их исполнению. Дроссели высокой частоты изготовляют в виде однослойных или многослойных катушек без сердечников или с сердечниками. Для дросселей длинных и средних волн применяют секционную намотку. Дроссели на коротких и метровых волнах имеют однослойную намотку, сплошную или с принудительным шагом.

Для уменьшения габаритов дросселей применяют магнитные сердечники. Дроссели высокой частоты с сердечниками из магнитодиэлектриков и ферритов имеют меньшую собственную емкость и могут работать в более широком диапазоне частот. Низкочастотный дроссель подобен электрическому трансформатору с одной обмоткой.

Катушка индуктивности характеризуется номинальным значением индуктивности. Основной единицей в системе СИ является генри(Гн). На практике пользуются производными от генри единицами — миллигенри (мГн), микрогенри (мкГн) и наногенри (нГн), которые связаны с основной единицей следующим образом: 1 мГн = 10-3 Гн, 1 мкГн = 10-6 Гн, 1 нГн = 10-9 Гн. В литературе прошлых лет встречается единица измерения индуктивности — сантиметр: 1 см = 10-9 Гн = 10-6 мГн = 10-3 мкГн.


Сердечники катушек индуктивности

Для уменьшения потерь в сердечниках катушек используются магнитодиэлектрики — материалы, у которых частицы размельченного ферритового вещества разделены между собой диэлектриком. К числу таких материалов относятся известные альсифер и карбонильное железо. В последнее время в качестве материала для сердечников широко применяют ферриты: никель-цинковые, марганец-никелевые, литий-цинковые. Условное обозначение ферритов: НН — никель-цинковые низкочастотные ферриты, НМ — марганец-цинковые, ВТ — ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Цифры, стоящие перед буквенными обозначениями, указывают среднее значение начальной магнитной проницаемости материала сердечника. Достоинства ферритов — стабильность магнитных характеристик в широком диапазоне частот, малые потери на вихревые токи и простота изготовления ферритовых деталей.

Ферриты почти не поддаются механической обработке, они обрабатываются только абразивами, такими как, например, корунд. Изделия из ферритов нельзя обрабатывать на станках, так как это может привести к утрате магнитных свойств — резкому увеличению потерь, снижению проницаемости. Благодаря высокому удельному сопротивлению, катушки с сердечниками из ферритов могут иметь очень большую добротность, на низких частотах свыше 500, а на частотах 500… 1000 кГц — 300.

Основной характеристикой магнитного материала сердечника является магнитная проницаемость. На практике она оценивается относительной величиной (по отношению к магнитной проницаемости вакуума) и является безразмерной. Магнитную проницаемость ферритов можно считать постоянной лишь при первом, грубом приближении.

Если к температурной стабильности начальной магнитной проницаемости ферритов не предъявляются повышенные требования, то применяют марганец-цинковые ферриты марок 6000НМ, 4000НМ, 3000НМ, 2000НМ, 1500НМ и 1000НМ. Эти ферриты используются в диапазоне частот до нескольких сотен килогерц как в слабых, так и в сильных полях. Ферриты марок 2000НМ1, 1500HM1, 1500НМ2, 1500НМЗ, 1000НМ3 и 700НМ предназначены для частот до 3 МГц в слабых и средних полях. Им свойственны малые потери и малый температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости в широком интервале температур. Для магнитных антенн приемников выпускаются ферритовые стержни марок 700НМ (до 3 МГц), 150ВЧ (до 12 МГц), 100ВЧ (до 18 МГц), 50ВЧ2 (до 30 МГц) и 30ВЧ2 (до 100 МГц). Стержни изготовляются круглого и прямоугольного сечения. Ферритовые детали можно склеивать полистироловым, эпоксидным и другими клеями.

Стабильность катушек индуктивности с сердечниками из никель-цинковых ферритов с начальной магнитной проницаемостью μ = 10…50 (ферриты марок ВЧ) составляет 1 год, при этом индуктивность изменяется не более ±5 %, а катушки с сердечниками из того же материала, но марок НН — до ±2 %. Индуктивность катушек с сердечниками из марганец-цинковых ферритов (марки НМ) за год изменяется до 5 % и является менее стабильной, чем предыдущие. Катушки на альсиферовых кольцах изменяют свою индуктивность в течении года не более чем на ±1 %.


Конструкция каркасов катушек индуктивности

Конструкции катушек индуктивности очень разнообразны. Основными конструктивными элементами катушек являются каркас, обмотка, а вспомогательными — сердечник, экран и т. д. Намотка катушек производится проводом на специальных каркасах, которые придают обмотке механическую прочность. По форме каркасы бывают трубчатые (с фланцами и без них), шпули, ребристые, плоские, тороидальные и другие. Каркасы в зависимости от рабочего диапазона частот и назначения изготавливаются из различных материалов: кабельной бумаги, электрокартона, текстолита, гетинакса, пресспорошка, керамики, слюды, полистирола, органического стекла, эскапона и других.

Выбор материала для каркаса зависит от предъявляемых к нему требований по электрической прочности, допустимой величины диэлектрических потерь, термостойкости, влагостойкости и т. д. Наибольшую стабильность имеют катушки на керамических каркасах, а наименьшую — многослойные катушки, намотанные на каркасах из гетинакса и пресспорошка. Иногда катушки УКВ и КВ диапазонов делают бескаркасными. При их изготовлении, например, для контуров маломощных коротковолновых передатчиков, витки для жесткости скрепляют планками из органического стекла толщиной 3…4 мм. Концы обмоток катушек на каркасе закрепляют нитками или вплавляют паяльником в каркас, если он сделан из полистирола или органического стекла. Иногда плоские каркасы после намотки провода сгибают в кольцо.


Намотка катушек индуктивности

Обмотки катушек могут быть однослойными или многослойными (рис. 1.6). Обмотка характеризуется количеством витков, шагом намотки t и рядом.



Рис. 1.6. Конструкции катушек индуктивности с различным типом намотки:

а — с шагом t, б — виток к витку, в — тип «универсаль»


Под витком катушки понимают отрезок провода, охватывающий всю окружность каркаса. Шаг — расстояние между соседними витками. Ряд — количество витков провода, которое укладывается на всю ширину обмотки. Наиболее простые по конструкции однослойные рядовые обмотки катушек. Они имеют малую величину собственной емкости и высокую добротность. Однако получающиеся при изготовлении большие габариты ограничивают их применение. Чаще всего применяют многослойные обмотки: рядовая многослойная, секционированная индукционная и безиндукционная, галетная, универсальная и тороидальная. Укладка многослойной секционированной индукционной обмотки производится на каркасы-шпули с промежуточными щеками. Количество секций может быть любым, а число рядов в секциях должно быть четным. Секционирование индукционной обмотки используется для высоковольтных и высокочастотных трансформаторов, дросселей высокой частоты. Для получения катушек индуктивности малых размеров и с малой собственной емкостью при большой величине индуктивности пользуются способом универсальной намотки. В этом случае провод укладывается под углом к плоскости вращения и перегибается на торцах. Наибольший угол укладки можно получить при намотке катушки проводом в шелковой изоляции.


Условные обозначения марок ферритов и магнитодиэлектриков

Условное обозначение ферритового стержня состоит из четырех элементов:

1. Буква М указывает, что изделие сделано из феррита.

2. Цифра — начальное значение магнитной проницаемости.

3. Буквы и несколько цифр — марка феррита (В — феррит для работы на частотах выше 5 МГц, Н — для работы на низких частотах).

4. Сокращенное обозначение конструктивного вида сердечника и его размеров в миллиметрах.

В дополнение к названным буквам третьего элемента иногда добавляется еще одна буква с указанием характеристики магнитного поля, в котором может работать этот феррит: С — феррит для работы в сильных магнитных полях, И — специальный феррит для работы в импульсных магнитных полях, если этой буквы нет, то феррит предназначен для работы в слабых магнитных полях. После четвертого элемента иногда может стоять цифра, характеризующая различие свойств феррита. После указанных элементов следует черта, которая выделяет наименование изделия изготовленного из феррита (обозначается буквой) и его конструктивные размеры (обозначаются цифрами):

Б… броневой сердечник, состоящий из двух чашек с цилиндрическим подстроечным стержнем (число после буквы указывает внешний диаметр чашки);

Г… Г-образный для телеаппаратуры, числа последовательно соответствуют длине, ширине и толщине изделия;

К… кольцевой сердечник, числа соответствуют внешнему диаметру, внутреннему диаметру и высоте кольца;

ОС… кольцевой сердечник для отклоняющей системы кинескопа, числа обозначают типоразмер сердечника;

ПК… П-образный, круглого сечения сердечник для трансформатора строчной развертки, числа указывают расстояние между диаметрами и их диаметр;

ПП… П-образный, прямоугольного сечения сердечник, числа указывают расстояние между стержнями, ширину стержня, высоту стержня (только для ТВС кинескопа с отклонением луча 70° первое число 53 указывает ширину сердечника);

СС… для цилиндрических стержней не более 3,5 мм, числа указывают диаметр и длину сердечника (цилиндрические стержни диаметром 8 мм и 10 мм в обозначении не содержат букв СС, в стержнях прямоугольного сечения числа указывают ширину, толщину и длину сердечника);

Ш… Ш-образный сердечник, числа обозначают ширину и толщину среднего выступа; 3 — замкнутый, а О-образный сердечник, числа обозначают высоту изделия, высоту окна, ширину изделия и ширину окна.


Пример.

М100НН-2-СС 2,8x12: М — феррит; 100 — μ = 100; Н — низкочастотный; Н — никель-цинковый; 2 — различные свойства; СС — стержень; 2,8 мм — диаметр; 12 мм — длина.

М700НМ-Б9: М — феррит; 700 — μ = 700; Н — низкочастотный; М — марганец-цинковый; Б — броневой; 9 мм — диаметр.

Шаг 2 Электронные компоненты. Диоды, транзисторы, интегральные микросхемы

2.1. Диоды

Общая характеристика

Под диодом обычно понимают электровакуумные или полупроводниковые приборы, которые пропускают переменный электрический ток только в одном направлении и имеют два контакта для включения в электрическую цепь. Односторонняя проводимость диода является его основным свойством. Это свойство и определяет назначение диода:

• преобразование высокочастотных модулированных колебаний в токи звуковой частоты (детектирование);

• выпрямление переменного тока в постоянный.

Под детектированием понимают еще кроме этого обнаружение сигнала.


Классификация

По исходному полупроводниковому материалу диоды делят на четыре группы: германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и фосфида индия. Германиевые диоды используются широко в транзисторных приемниках, так как имеют выше коэффициент передачи, чем кремниевые. Это связано с их большей проводимостью при небольшом напряжении (около 0,1…0,2 В) сигнала высокой частоты на входе детектора и сравнительно малом сопротивлении нагрузки (5…30 кОм).

По конструктивно-технологическому признаку различают диоды точечные и плоскостные.

По назначению полупроводниковые диоды делят на следующие основные группы: выпрямительные, универсальные, импульсные, варикапы, стабилитроны (опорные диоды), стабисторы, туннельные диоды, обращенные диоды, лавинно-пролетные (ЛПД), тиристоры, фотодиоды, светодиоды и оптроны.

Диоды характеризуются такими основными электрическими параметрами:

• током, проходящим через диод в прямом направлении (прямой ток Iпр);

• током, проходящим через диод в обратном направлении (обратный ток Iобр);

• наибольшим допустимым выпрямленным током Iвыпр. макс;

• наибольшим допустимым прямым током Iпр. доп;

• прямым напряжением Unp;

• обратным напряжением Uобр;

• наибольшим допустимым обратным напряжением Uобр. макс;

• емкостью Сд между выводами диода;

• габаритами и диапазоном рабочих температур.


Система обозначений

В соответствии с системой обозначений, разработанной до 1964 г., сокращенное обозначение диодов состояло из двух или трех элементов.

Первый элемент буквенный, Д — диод. Второй элемент — номер, соответствующий типу диода: 1…100 — точечные германиевые, 101…200— точечные кремниевые, 201…300 — плоскостные кремниевые, 801…900 — стабилитроны, 901…950 — варикапы, 1001…1100 — выпрямительные столбы. Третий элемент — буква, указывающая разновидность прибора. Этот элемент может отсутствовать, если разновидностей диода нет.

В настоящее время существует система обозначений, соответствующая ГОСТ 10862-72. В новой, как и в старой системе, принято следующее разделение на группы по предельной (граничной) частоте усиления (передачи тока) на низкочастотные НЧ (до 3 МГц), средней частоты СЧ (от 3 до 30 МГц), высокочастотные ВЧ (свыше 30 МГц) и сверхвысокочастотные СВЧ; по рассеиваемой мощности — на маломощные (до 0,3 Вт), средней (от 0,3 до 1,5 Вт) и большой (свыше 1,5 Вт) мощности.

Новая система маркировки диодов более совершенна. Она состоит из четырех элементов. Первый элемент (буква или цифра) указывает исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод: Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галлия, И или 4 — фосфид индия. Второй элемент — буква, показывающая класс или группу диода. Третий элемент — число, определяющее назначение или электрические свойства диода. Четвертый элемент указывает порядковый номер технологической разработки диода и обозначается от А до Я. Например, диод КД202А расшифровывается: К — материал, кремний, Д — диод выпрямительный, 202 — назначение и номер разработки, А — разновидность; 2С920 — кремниевый стабилитрон большой мощности разновидности типа А; ЗИ301Б — фосфид-индиевый туннельный диод переключающей разновидности типа Б. Иногда встречаются диоды, обозначенные по устаревшим системам: ДГ-Ц21, Д7А, Д226Б, Д18. Диоды Д7 отличаются от диодов ДГ-Ц цельнометаллической конструкцией корпуса, вследствие чего они надежнее работают во влажной атмосфере.

Германиевые диоды типа ДГ-Ц21…ДГ-Ц27 и близкие к ним по характеристикам диоды Д7А…Д7Ж обычно используют в выпрямителях для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока. В условное обозначение диода не всегда входят некоторые технические данные, поэтому их необходимо искать в справочниках по полупроводниковым приборам. Одним из исключений является обозначение для некоторых диодов с буквами КС или цифрой вместо К (например, 2С) — кремниевые стабилитроны и стабисторы. После этих обозначений стоит три цифры, если это первые цифры: 1 или 4, то взяв последние две цифры и разделив их на 10 получим напряжение стабилизации Uст. Например, KC107A — стабистор, Uст = 0,7 В, 2С133А — стабилитрон, Uст = 3,3 В.

Если первая цифра 2 или 5, то последние две цифры показывают Uст, например, КС213Б — Uст = 13 В, 2С291А — 0Uст = 91 В, если цифра 6, то к последним двум цифрам нужно прибавить 100 В, например, КС680А — Uст = 180 В.


Маркировка

На корпусе диода обычно указывают материал полупроводника, из которого он изготовлен (буква или цифра), тип (буква), назначение или электрические свойства прибора (цифра), букву, соответствующую разновидности прибора, и дату изготовления, а также его условное обозначение. Условное обозначение диода (анод и катод) указывает, как нужно подключать диод на платах устройств. Диод имеет два вывода, один из которых катод (минус), а другой — анод (плюс).

Условное графическое изображение на корпусе диода наносится в виде стрелки, указывающей прямое направление, если стрелки нет, то ставится знак «+». На плоских выводах некоторых диодов (например, серии Д2) прямо выштамповано условное обозначение диода и его тип.

При нанесении цветового кода, цветную метку, точку или полоску наносят ближе к аноду (рис. 2.1).



Рис. 2.1. Нанесение цветового кода на диоды


Для некоторых типов диодов используется цветная маркировка в виде точек и полосок (табл. 2.1).

Диоды старых типов, в частности точечные, выпускались в стеклянном оформлении и маркировались буквой «Д» с добавлением цифры и буквы, обозначающих подтип прибора. Германиево-индиевые плоскостные диоды имели обозначение «Д7».


Таблица 2.1. Цветовая маркировка полупроводниковых диодов




* Цвет корпуса коричневый

2.2. Транзисторы

Общая характеристика

В современном понимании транзистор — это полупроводниковый прибор с двумя или более р-n переходами и тремя или более выводами, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.

Наиболее широкое применение в радиолюбительских конструкциях находят биполярные и полевые транзисторы. У полевых транзисторов управление выходным током производится с помощью электрического поля, отсюда и название, полевые. Эти транзисторы имеют три электрода: исток, затвор и сток. Электроды полевого транзистора в определенной степени соответствуют электродам биполярного транзистора — эмиттеру, базе и коллектору. Достоинством полевого транзистора является то, что ток входного электрода (затвора) очень мал. Это определяет высокое входное сопротивление каскадов на этих транзисторах и тем самым устраняет влияние последующих каскадов схемы на предыдущие.

Еще одно достоинство этих транзисторов — низкий уровень собственных шумов, что дает возможность использовать полевые транзисторы в первых каскадах высококачественных усилителей звуковой частоты.


Основная классификация транзисторов

Основная классификация транзисторов ведется по исходному материалу, на основе которого они сделаны, максимальной допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе и частотным свойствам. Эти параметры определяют их основные области применения. По мощности транзисторы делят на транзисторы малой, средней и большой мощности, а по частоте — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные. По исходному полупроводниковому материалу — германиевые и кремниевые.

Основными параметрами биполярных транзисторов являются:

• статический коэффициент усиления по току α в схеме с общей базой;

• статический коэффициент усиления по току β в схеме с общим эмиттером. Параметры α и β связаны зависимостями вида β = α/(1 — α) или α = β/(1 + β);

• обратный ток коллектора Iко;

• граничная fгр и предельная fh21 частоты коэффициента передачи тока.

Основными параметрами полевых транзисторов являются:

• напряжение отсечки Uo — приложенное к затвору напряжение, при котором перекрывается сечение канала;

• максимальный ток стока Iс.макс;

• напряжения: между затвором и стоком Uзс, между стоком и истоком Uси и между затвором и истоком Uзи;

• входная Свх, проходная Спр и выходная Свых емкости.


Система обозначений

Встречаются транзисторы (биполярные), которые имеют старую, введенную до 1964 г. систему обозначений. По старой системе в обозначение транзистора входит буква П и цифровой номер. По номеру транзистора можно определить, для каких каскадов радиоэлектронной конструкции он разработан. Если перед буквой П стоит буква М, то это значит, что корпус транзистора холодносварочной конструкции.

Расшифровка типов транзисторов по номеру следующая:

Низкочастотные (до 5 МГц):

• 1…100 — германиевые малой мощности, до 0,25 Вт;

• 101…201 — кремниевые до 0,25 Вт;

• 201…300 — германиевые большой мощности, более 0,25 Вт;

• 301…400 — кремниевые более 0,25 Вт.

Высокочастотные (свыше 5 МГц):

• 401…500 — германиевые до 0,25 Вт;

• 501…600 — кремниевые до 0,25 Вт;

• 601…700 — германиевые более 0,25 Вт;

• 701…800 — кремниевые более 0,25 Вт.

Например, П416Б — транзистор германиевый, высокочастотный, малой мощности, разновидности Б; МП39Б — германиевый транзистор, имеющий холодносварочный корпус, низкочастотный, малой мощности, разновидности Б.

В новой системе обозначений используется буквенно-цифровой шифр, который состоит из 5 элементов:

1 элемент системы обозначает исходный материал, на основе которого изготовлен транзистор и его содержание не отличается от системы обозначения диодов, то есть Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галлия, И или 4 — индий.

2 элемент — буква Т (биполярный) или П (полевой).

3 элемент — цифра, указывающая на функциональные возможности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и частотным свойствам.

Транзисторы малой мощности, Ртах < 0,3 Вт:

1 — маломощный низкочастотный, fгр< 3 МГц;

2 — маломощный среднечастотный, 3 < fгр< 30 МГц;

3 — маломощный высокочастотный, 30 < fгр < 300 МГц.

Транзисторы средней мощности, 0,3 < Ртах < 1,5 Вт:

4 — средней мощности низкочастотный;

5 — средней мощности среднечастотный;

6 — средней мощности высокочастотный.

Транзисторы большой мощности, Ртах > 1,5 Вт:

7 — большой мощности низкочастотный;

8 — большой мощности среднечастотный;

9 — большой мощности высокочастотный и сверхвысокочастотный (fгр > 300 Гц).

4 элемент — цифры от 01 до 99, указывающие порядковый номер разработки.

5 элемент — одна из букв от А до Я, обозначающая деление технологического типа приборов на группы.

Например, КТ540Б — кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б. При изготовлении транзисторов используют различные технологические приемы, в результате чего получаются приборы со специфическими особенностями, эксплуатационными свойствами и параметрами. Цоколевка транзисторов, широко используемых радиолюбителями, дана на рис. 2.2.






Рис. 2.2. Цоколевка отечественных транзисторов


Цветовая и цифровая маркировка

Транзисторы, как и другие радиокомпоненты, маркируют с помощью цветового кода. Цветовой код состоит из изображения геометрических фигур (треугольников, квадратов, прямоугольников и др.), цветных точек и латинских букв. Код наносится на плоских частях, крышке и других местах транзистора. По нему можно узнать тип транзистора, месяц и год изготовления. Места маркировки и расшифровка цветовых кодов некоторых типов транзисторов приведены на рис. 2.3…2.5 и в табл. 2.2…2.4. Практикуется также маркировка некоторых типов транзисторов цифровым кодом (табл. 2.5).





Рис. 2.3. Места цветовой и кодовой маркировки маломощных среднечастотных и высокочастотных транзисторов в корпусе КТ-26 (ТО-92)



Рис. 2.4. Места цветовой маркировки транзистора КТ3107 в корпусе КТ-26 (ТО-92)



Рис. 2.5. Места кодовой маркировки транзисторов в корпусе КТ-27 (ТО-126)


Таблица 2.4. Цветовая и кодовая маркировки транзисторов




2.3. Интегральные микросхемы

Общая характеристика

Интегральная микросхема (ИС) представляет собой функциональный миниатюрный микроэлектронный блочок, в котором содержатся транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и другие радиоэлементы, которые выполнены методом молекулярной электроники. Находящиеся в небольшом объеме радиоэлементы образуют микросхему определенного назначения. По конструктивно-технологическому выполнению микросхемы делятся на несколько основных групп: гибридные, полупроводниковые (монолитные) и пленочные. Гибридные микросхемы выполняются на диэлектрической подложке с использованием монтажа дискретных радиокомпонентов пайкой или сваркой на контактных площадках. В полупроводниковых ИС все элементы схемы формируются в кристалле полупроводника. В пленочных ИС радиоэлементы выполнены в виде пленок, нанесенных на поверхность диэлектрика. Все эти микросхемы делятся на схемы с малой (до 10 элементов), средней (10…100 элементов) и большой (свыше 100 элементов) степенью интеграции. Промышленность выпускает большое количество самых разнообразных ИС, которые в зависимости от функционального назначения делят на аналоговые и цифровые (логические). Аналоговые микросхемы применяют для генерации, усиления и преобразования сигналов. Цифровые ИС служат для обработки дискретного сигнала, выраженного в двоичном или цифровом коде, поэтому их чаше называют логическими микросхемами. Эти микросхемы применяют в вычислительной технике, автоматике и в других областях промышленности.

Интегральные микросхемы характеризуются следующими основными параметрами:

• Напряжением питания Uп.

• Мощностью потребления энергии элементом от источника питания Рп (в заданном режиме).

• Помехоустойчивостью Uпом, наибольшее напряжение помехи на входе ИС, которое не вызывает. нарушения правильности работы элемента.

Микросхемы сохраняют свои параметры только в том случае, если выполнены технические условия норм их эксплуатации. Нормы эксплуатации ИС обычно содержатся в справочниках или прилагаемом к ним паспорте.

По конструктивному выполнению ИС подразделяют на имеющие корпус и бескорпусные. Существует 5 основных типов корпусов:

первый тип… прямоугольный с выводами, перпендикулярными плоскости основания;

второй тип… прямоугольный с выводами, перпендикулярными плоскости основания, выходящими за пределы проекции корпуса;

третий тип… круглый;

четвертый тип… прямоугольный с выводами, расположенными параллельно плоскости основания и выходящими за пределы его тела в этой плоскости;

пятый тип… прямоугольный «безвыводной корпус».


Маркировка

Система маркировки ИС определяет их технологическую разновидность, функциональное назначение и принадлежность к определенной серии. Условное обозначение ИС, в основном, состоит из пяти элементов:

1 элемент… буква, указывает на область применения микросхемы в бытовой или промышленной аппаратуре;

2 элемент… цифра, показывающая вид конструктивно-технологического исполнения (1, 5, 6, 7 — полупроводниковые, 2, 4, 8 — гибридные, 3 — прочие);

3 элемент… порядковый номер разработки серии (2 или 3 цифры);

4 элемент… функциональное назначение (две буквы, табл. 2.6);

5 элемент… порядковый номер разработки по функциональному признаку (цифра).

В конце условного обозначения может стоять буква, которая характеризует особенности микросхемы. Первый элемент, буква, перед обозначением микросхемы может отсутствовать… Если первый элемент буква К, то это говорит о том, что микросхема предназначена для аппаратуры широкого применения. Пример расшифровки обозначения микросхемы К118УН2А дан на рис. 2.6.




Рис. 2.6. Пример расшифровки микросхемы К118УН2А

Шаг 3 Электроакустические преобразователи. Наушники, микрофоны, громкоговорители

3.1. Наушники (головные телефоны)

Общая характеристика

Наушники сыграли и играют большую роль в радиоэлектронике. Они относятся к индивидуальным устройствам для преобразования электрических колебаний в звуковые. Все существующие в настоящее время наушники можно разделить на четыре основных класса в зависимости от их применения для:

• автоматических телефонных станций;

• звуковых радиостанций;

• бытовой радиоэлектронной аппаратуры;

• специального назначения;

а в зависимости от типа прослушиваемых на них звуковых программ: монофонические и стереофонические. Существует большое количество типов наушников, среди радиолюбителей наибольшее распространение имеют электромагнитные и электродинамические.


Основные параметры

К основным параметрам наушников относятся: номинальный диапазон частот, чувствительность, номинальная электрическая мощность, номинальное электрическое сопротивление, средняя отдача и др.


Монофонические электромагнитные наушники

Конструктивно электромагнитный телефон состоит из металлической мембраны, которая колеблется под воздействием магнитного поля, образованного обмоткой, по которой проходит переменный ток звуковой частоты.

Электромагнитные наушники подразделяются на высокоомные, имеющие большое количество витков провода в катушках, и низкоомные, с относительно небольшим числом витков. Так, одна из конструкций высокоомных наушников, ТОН-1, состоит из двух наушников, соединенных механически металлическим оголовьем. Каждый наушник имеет катушку, содержащую 4000 витков эмалированного провода диаметром 0,06 мм. Сопротивление катушки наушника составляет 2200 Ом. В этих головных телефонах наушники соединены последовательно, поэтому их общее сопротивление 4400 Ом. Наушники этого типа наиболее пригодны для детекторных приемников, так как имеют высокую чувствительность.

Наушники электромагнитного типа применяют в радиоэлектронной аппаратуре с транзисторными выходными каскадами непосредственным включением по бестрансформаторной схеме, а в ламповой аппаратуре — через согласующий трансформатор, а также непосредственно в анодную цепь лампы или через последовательно соединенный конденсатор. Наушники этого типа стоят недорого, но имеют низкие параметры.


Монофонические электродинамические наушники

Этот тип наушников дает более качественное звучание при прослушивании музыкальных программ по сравнению с электромагнитными. В наушниках в качестве излучателя звука часто используется обычная малогабаритная электродинамическая головка прямого излучения (динамик). В современных электродинамических наушниках для достижения более широкого диапазона рабочих частот (например, 30… 15000 Гц) диафрагму изготавливают из легкой эластичной полимерной пленки (наушник «Электроника ТМ-8»). Наушники этого типа имеют сопротивление от десятков до сотен ом и включаются в выходные каскады радиоэлектронной аппаратуры, в основном, через согласующий конденсатор.


Стереофонические электродинамические наушники

Эти наушники занимают особое место среди головных телефонов.

Стереофонические наушники существенно отличаются от обычных монофонических. В первую очередь они имеют широкую полосу воспроизведения частот и малую неравномерность звучания частотной характеристики. По своим электроакустическим параметрам они сравнимы с акустическими системами высшего качества. Восприятие музыкальных стерсопрограмм на эти наушники отличается от стереоэффекта, получаемого от акустических систем. Наушники воспроизводят низкие частоты звукового диапазона более естественно, чем акустические системы невысокого класса. Субъективно ощущается более четкое разделение по каналам звучания инструментов, голосов певцов, независимо от места, где находится слушатель. Более зримо создается иллюзия непосредственного нахождения среди музыкантов или певцов. К достоинствам стереонаушников относится и то, что на них не оказывают влияние особенности помещения, в котором прослушиваются программы.

В современных стереофонических наушниках, как правило, используют высококачественные малогабаритные громкоговорители с электродинамическими системами. Громкоговорители монтируют в пластмассовом или металлическом корпусе. Наушники изготовляются обязательно с уплотненными заглушками из мягкой пористой резины. При пользовании стереотелефонов нельзя путать левый и правый наушники, так как это может привести к зеркальному восприятию звучания оркестра. С этой целью на телефонах делают надпись «левый» и «правый» или цветную маркировку: желтый цвет — левый, красный — правый. На стереонаушниках зарубежного производства на левом наушнике стоит буква «L> (англ. left — левый), а на правом — «R» (англ. right — правый). Необходимо добавить, что воспроизведение низких частот телефонами зависит от плотности прилегания их крышек (амбушюров) к ушным раковинам слушателя.

Дальнейшим развитием конструкции электродинамических стереонаушников явились так называемые изодинамическис стереонаушники. Конструкция этих наушников отличается от обычных электродинамических, в то время как принцип действия у них схож. В этих наушниках подвижная часть (мембрана) выполнена из мягкой полимерной пленки, на которую особым образом нанесена звуковая катушка. Перенесение звуковой катушки в плоскость мембраны в сочетании с высокоэффективной магнитной системой позволило получить при воспроизведении довольно широкий диапазон частот, малые нелинейные и переходные искажения. К наушникам этого типа относятся отечественные наушники «Амфитон» ТДС-7. Эти телефоны имеют настолько малые нелинейные, переходные и фазовые искажения, что их нельзя заметить на слух. Стереотелефоны ТДС-7 обладают большой перегрузочной способностью. Развивая номинальный уровень звукового давления 1 Па (94 дБ) при подводимой мощности всего лишь 1…1,5 мВт, они могут работать длительное время при мощности 1 Вт. Пики мощности подводимого сигнала могут достигать 5…7 Вт. Номинальный диапазон частот составляет 20…20 000 Гц. Отечественные изодинамические стереонаушники ТДС-7 имеют наиболее равномерную частотную характеристику по сравнению с известными зарубежными.

Современный ассортимент стереонаушников довольно большой. В табл. 3.1 приведены основные характеристики некоторых отечественных моделей стереонаушников.



Маркировка

Марка наушника обычно наносится на его корпусе, рядом с нею иногда указывается его сопротивление. Маркировка наушника состоит из букв и цифр. Первая буква, как правило, Т — телефон, последующие отражают конструкцию электроакустического преобразователя: М — электромагнитная, Д — электродинамическая, П — пьезоэлектрическая, ДЭМ или ЭМ — дифференциальная электромагнитная. Далее стоящие буквы указывают номер разработки. После цифр иногда ставятся буквы, наиболее употребительные, расшифровываются так: М — малогабаритный телефон, Т — тропическое исполнение. После буквы Т иногда ставится буква К, что расшифровывается, как телефонный капсюль (например, ТК-47). Капсюлем обычно называют один наушник, то есть сам телефон.


Схемы включения наушников в каскады радиоэлектронных устройств

Наилучшая работа наушников будет в том случае, когда их сопротивление равно сопротивлению цепи, в которую они включаются. В детекторном приемнике лучшие результаты получаются с наушниками сопротивлением около 2000 Ом. Включение наушников электромагнитного типа в детекторный приемник приведено на рис. 3.1. Вариант включения наушников в транзисторный УЗЧ приведен на рис. 3.2. Миниатюрные наушники для лучшего согласования с УЗЧ иногда включают в эмиттер выходного транзистора (рис. 3.3). Включение наушников в УЗЧ на микросхемах приведено на рис. 3.4. Включение стереофонических наушников электродинамического типа в каскады УЗЧ на транзисторах показано на рис. 3.5.



Рис. 3.1. Принципиальная схема включения высокоомных наушников в детекторный приемник



Рис. 3.2. Принципиальная схема включения наушников в УЗЧ на транзисторе



Рис. 3.3. Принципиальная схема включения наушников в эмиттер выходного транзистора УЗЧ



Рис. 3.4. Принципиальная схема включения наушников в УЗЧ на микросхеме



Рис. 3.5. Принципиальная схема включения стереонаушников в УЗЧ

3.2. Влияние наушников на слух человека

Современные наушники, как не удивительно, имеют некоторые особенности эксплуатации, которые необходимо знать. Наушники позволяют прослушивать музыкальные программы с любым уровнем громкости, не создавая неудобства окружающим.

Наряду с этим использование наушников несет некоторую опасность для органов слуха. В последнее время прослушивание на стереонаушники музыкальных программ с плейеров настолько стало популярным, что с головными телефонами не расстаются не только дома, но и на улице, в транспорте и других местах. Сила звука в стереонаушниках при этом иногда достигает 114 дБ, что сравнимо с работой отбойного молотка или стартующего от вас в 100 м турбореактивного самолета. Исследования ученых показывают: если пренебречь шумовой защитой, то уже после 4 часов такого грохота в неделю могут возникнуть кратковременные нарушения слуха в области высших частот и, как следствие, ухудшение слуха в целом. В связи с этим не рекомендуется злоупотреблять прослушиванием звуковых программ современной музыки при больших уровнях громкости и длительное время. Нужно помнить, что случайное резкое повышение громкости, близкое к максимальной мощности используемого усилителя звуковой частоты, может привести в первую очередь к серьезной травме органов слуха. При относительно небольшой подводимой мощности звуковое давление, создаваемое головными телефонами, может превысить уровень 120… 130 дБ. К этому следует добавить, что постоянное давление амбушюров на ушные раковины, даже во время небольшого времени прослушивания, может вызвать у человека чувство тесноты и раздражения. Это связано с тем, что поступает недостаточное количество воздуха к органам слуха.

3.3. Микрофоны

Общая характеристика

В радиоэлектронике находит широкое применение микрофон — устройство, преобразующее звуковые колебания в электрические. Под микрофоном обычно понимают электрический прибор, служащий для обнаружения и усиления слабых звуков.


Основные параметры микрофонов

Качество работы микрофона характеризуется несколькими стандартными техническими параметрами: чувствительностью, номинальным диапазоном частот, частотной характеристикой, направленностью, динамическим диапазоном, модулем полного электрического сопротивления, номинальным сопротивлением нагрузки и др.


Маркировка

Марка микрофона обычно наносится на его корпусе и состоит из букв и цифр. Буквы указывают тип микрофона:

МД … катушечный (или «динамический»),

МДМ … динамический малогабаритный,

ММ … миниатюрный электродинамический,

МЛ… ленточный,

МК … конденсаторный,

МКЭ … электретный,

МПЭ… пьезоэлектрический.

Цифры обозначают порядковый номер разработки. После цифр стоят буквы А, Т и Б, обозначающие, что микрофон изготовлен в экспортном исполнении — А, Т — тропическом, а Б — предназначен для бытовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Маркировка микрофона ММ-5 отражает его конструктивные особенности и состоит из шести символов:

первый и второйММ — микрофон миниатюрный;

третий5 — пятое конструктивное исполнение;

четвертый и пятый… две цифры, обозначающие типоразмер;

шестой буква, которая характеризует форму акустического входа (О — круглое отверстие, С — патрубок, Б — комбинированное).

В практике радиолюбителей используется несколько основных типов микрофонов: угольные, электродинамические, электромагнитные, конденсаторные, электретные и пьезоэлектрические.


Электродинамические микрофоны

(название микрофонов этого типа считается устаревшим и сейчас эти микрофоны называют катушечными)

Микрофоны этого типа очень часто используют любители звукозаписи, благодаря их сравнительно высокой чувствительности и практической нечувствительности к атмосферному влиянию, в частности, действию ветра. Они также не боятся толчков, просты в использовании и обладают способностью выдерживать без повреждений большие уровни сигналов. Положительные качества этих микрофонов преобладают над их недостатком: средним качеством записи звука.

В настоящее время для радиолюбителей большой интерес представляют выпускаемые отечественной промышленностью малогабаритные динамические микрофоны, которые используются для звукозаписи, звукоперсдачи, звукоусиления и различных систем связи.

Изготавливаются микрофоны четырех групп сложности — 0, 1, 2 и 3. Микрофоны малогабаритные групп сложности 0, 1 и 2 используются для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления музыки и речи, а группы 3 — для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления речи.

Условное обозначение микрофона состоит из трех букв и цифр. Например, МДМ-1, микрофон динамический малогабаритный первого конструктивного исполнения.

Особый интерес представляют электродинамические миниатюрные микрофоны серии ММ-5, которые можно впаивать прямо в плату усилителя или использовать в качестве встроенного элемента радиоэлектронной аппаратуры. Микрофоны относятся к четвертому поколению компонентов, которые разработаны для РЭА на транзисторах и интегральных микросхемах. Микрофон ММ-5 выпускается одного типа в двух вариантах: высокоомном (600 Ом) и низкоомном (300 Ом), а также тридцати восьми типоразмеров, которые отличаются только сопротивлением обмотки постоянному току, расположением акустического входа и его вида. Основные электроакустические параметры и технические характеристики микрофонов серии ММ-5 приведены в табл. 3.2.



При отсутствии динамического микрофона радиолюбители часто используют вместо него обычный электродинамический громкоговоритель (рис. 3.6).


Рис. 3.6. Принципиальная схема включения на входе УЗЧ громкоговорителя в качестве микрофона


Электромагнитные микрофоны

Для усилителей низкой частоты, собранных на транзисторах и имеющих низкое входное сопротивление, обычно используют электромагнитные микрофоны. Электромагнитным микрофонам свойственна обратимость, то есть они могут использоваться и как телефоны. Широкое распространение имеют так называемый дифференциальный микрофон типа ДЭМШ-1 и его модификация ДЭМШ-1А. Неплохие результаты получаются при использовании вместо электромагнитных микрофонов ДЭМШ-1 и ДЭМ-4М обычных электромагнитных наушников от головных телефонов ТОН-1, ТОН-2, ТА-56 и др. (рис. 3.7…3.9).



Рис. 3.7. Принципиальная схема включения на входе УЗЧ электромагнитного наушника в качестве микрофона



Рис. 3.8. Принципиальная схема включения электромагнитного микрофона на входе УЗЧ на транзисторах



Рис. 3.9. Принципиальная схема включения электромагнитного микрофона на входе УЗЧ на операционном усилителе


Электретные микрофоны

В последнее время в бытовых магнитофонах используются электретные конденсаторные микрофоны. Электретные микрофоны имеют самый широкий диапазон частот: 30…20000 Гц. Микрофоны этого типа дают электрический сигнал в два раза больший нежели обычные угольные.

Промышленность выпускает электретные микрофоны МКЭ-82 и МКЭ-01 по размерам аналогичные угольным МК-59 и им подобным, которые можно устанавливать в обычные телефонные трубки вместо угольных без всякой переделки телефонного аппарата. Этот тип микрофонов значительно дешевле обычных конденсаторных микрофонов, и поэтому более доступны радиолюбителям. Отечественная промышленность выпускает широкий ассортимент электретных микрофонов, среди них МКЭ-2 односторонней направленности для катушечных магнитофонов 1 класса и для встраивания в радиоэлектронную аппаратуру — МКЭ-3, МКЭ-332 и МКЭ-333. Для радиолюбителей наибольший интерес представляет коденсаторный электретный микрофон МКЭ-3, который имеет микроминиатюрное исполнение. Микрофон применяется в качестве встраиваемого устройства в отечественные магнитофоны, магниторадиолы и магнитолы, такие как, «Сигма-ВЭФ-260», «Томь-303», «Романтик-306» и др.

Микрофон МКЭ-3 изготовляется в пластмассовом корпусе с фланцем для крепления на лицевой панели радиоустройства с внутренней стороны. Микрофон является ненаправленным и имеет диаграмму круга. Микрофон не допускает ударов и сильной тряски. В табл. 3.3 приведены основные технические параметры некоторых марок миниатюрных конденсаторных электретных микрофонов. На рис. 3.10 приведена схема включения распространенного в радиолюбительских конструкциях электретного микрофона типа МКЭ-3.




Рис. 3.10. Принципиальная схема включения микрофона типа МКЭ-3 на входе транзисторного УЗЧ


Угольные микрофоны

Невзирая на то что угольные микрофоны постепенно вытесняются микрофонами других типов, но благодаря простоте конструкции и достаточно высокой чувствительности они все еще находят свое место в различных устройствах связи. Наибольшее распространение имеют угольные микрофоны, так называемые телефонные капсюли, в частности, МК-10, МК-16, МК-59 и др. Наиболее простая схема включения угольного микрофона приведена на рис. 3.11.



Рис. 3.11. Принципиальная схема включения угольного микрофона с использованием трансформатора


В этой схеме трансформатор должен быть повышающим и для угольного микрофона с сопротивлением R = 300…400 Ом его можно намотать на Ш-образном железном сердечнике с сечением 1…1,5 см2. Первичная обмотка (I) содержит 200 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм, а вторичная (II) — 400 витков ПЭВ-1 диаметром 0,08…0,1 мм. Угольные микрофоны в зависимости от их динамического сопротивления делят на 3 группы:

1 … низкоомные (около 50 Ом) с током питания до 80 мА;

2 … среднеомные (70… 150 Ом) с током питания не более 50 мА;

3 … высокоомные (150…300 Ом) с током питания не более 25 мА.

Из этого следует, что в цепи угольного микрофона необходимо устанавливать ток, соответствующий типу микрофона. В противном случае при большом токе угольный порошок начнет спекаться и микрофон испортится. При этом появляются нелинейные искажения. При очень малом токе резко снижается чувствительность микрофона. Угольные капсюли могут работать и при пониженном токе источника питания, в частности, в усилителях на лампах и транзисторах. Снижение чувствительности при пониженном питании микрофона компенсируется простым повышением коэффициента усиления усилителя звуковой частоты. В этом случае улучшается частотная характеристика, значительно снижается уровень шумов, повышается стабильность и надежность работы. Вариант включения угольного микрофона в усилительный каскад на транзисторе дано на рис 3.12.



Рис. 3.12. Принципиальная схема включения угольного микрофона на входе транзисторного У3Ч


Вариант включения угольного микрофона в сочетании с транзистором на входе лампового усилителя звуковой частоты по схеме рис. 3.13 позволяет получить большое усиление по напряжению.



Рис. 3.13. Принципиальная схема включения угольного микрофона на входе гибридного УЗЧ, собранного на транзисторе и электронной лампе

3.4. Громкоговорители

Общая характеристика

Громкоговорители сейчас чаще называют сокращенно по названию одного из широкораспространенных типов громкоговорителей, электродинамического — «динамик». Основные конструкции громкоговорителей такие же как и у телефонных наушников, но есть и оригинальные конструкции. Громкоговоритель обычно состоит из двух основных частей: головки и акустического оформления. Головка громкоговорителя преобразует электрические сигналы в акустические и является самостоятельным узлом громкоговорителя. Громкоговорители могут содержать одну или несколько излучающих головок, необходимое акустическое оформление, пассивные электрические устройства (фильтры, трансформаторы, регуляторы и др.). Применение акустического оформления позволяет повысить качество излучения звука. Головки различаются как по принципу действия, так и по конструкции.

Громкоговорители и электроакустические головки характеризуются такими основными параметрами: номинальной мощностью, номинальным диапазоном частот, частотной характеристикой, полным электрическим сопротивлением, стандартным звуковым давлением и др.

Громкоговорители обычно делят по следующим основным признакам:

• принципу электромеханического преобразования сигналов в акустические;

• типу РЭА, где они используются;

• ширине воспроизводимого диапазона частот;

• мощности;

• величине сопротивления звуковой катушки;

• конструкции механико-акустической системы.

В настоящее время наиболее широкое распространение имеют электродинамические, электростатические, ленточные и изодинамические громкоговорители.


Электродинамические громкоговорители

Электродинамические громкоговорители катушечного типа имеют наибольшее распространение. Принцип их действия основывается на взаимодействии магнитных полей токов звуковой катушки и постоянного магнита. В зависимости от величины тока в катушке происходят ее колебания. Диффузор, жестко соединенный со звуковой катушкой, повторяет эти колебания и заставляет колебаться окружающий воздух, создавая тем самым звуковые волны. В зависимости от способа создания магнитного поля различают громкоговорители с постоянным магнитом и с подмагничиванием. Преобладающими в РЭА являются электродинамические головки прямого излучения (диффузорные).

Классификация этих головок обычно производится в зависимости от воспроизводимого диапазона частот:

Широкополосные от 50…100 Гц до 16…20 кГц. Для улучшения воспроизведения высших частот такие головки часто имеют дополнительный диффузор в виде небольшого конуса, вклеенного в основной диффузор головки. Головки с номинальной мощностью 3…4 Вт воспроизводят наиболее широкий диапазон частот, а малой мощности — более узкий.

Низкочастотные от 20…40 Гц до 500… 1000 Гц, головки имеют значительные размеры и рассчитаны на подведение электрической мощности 5…50 ВЧА. Эффективность излучения низших частот возрастает с увеличением размера диффузора и повышения гибкости подвижной системы.

Среднечастотные 300…500 Гц до 5000…8000 Гц.

Высокочастотные 1000…5000 Гц до 16000…30000 Гц.

Мощность среднечастотных и высокочастотных головок меньше, чем у широкополосных. Это связано с тем, что в реальном звуковом сигнале, содержащем речь, музыку, максимальную энергию несут звуки низших частот.

Использовать электродинамические головки прямого излучения без акустического оформления не рекомендуется. В этом случае происходит резкое ослабление излучения низших частот звукового диапазона.

Головки прямого излучения электродинамического типа имеют достаточно высокие параметры и относительно просты по конструкции. И это при том, что КПД у них довольно низкий и меньше, чем у электромагнитных головок.


Маркировка

Маркировка отечественных громкоговорителей основывается на буквенно-цифровой системе. В нее входят несколько элементов: на первом месте стоит цифра, указывающая номинальную мощность в вольтамперах, на втором — буква Г — громкоговоритель, за ней буква, соответствующая типу электромеханической системы преобразования электрических сигналов в акустические (Д — динамическая, Л — ленточная, Э — электростатическая, П — пьезоэлектрическая и т. д.). Цифры (одна или две), стоящие после этих букв, обозначают номер разработки громкоговорителя данного типа. После номера иногда стоят цифры, соответствующие частоте механического резонанса подвижной системы в герцах. В конце маркировки встречаются буквы Т или Е (Т — тропическое исполнение, Е — для работы при повышенных вибрациях).

Отечественная промышленность выпускает громкоговорители разных типов, различной мощности в зависимости от их применения: для массовых приемников, телевизоров и магнитофонов, для вещания на площадях, улицах и для прочего. Радиолюбители при конструировании радиоэлектронной аппаратуры чаще используют электродинамические громкоговорители, так как они являются более доступными в плане приобретения.

Качество работы громкоговорителя обычно проверяют на слух. Для этого прослушивают качественную фонограмму при достаточной громкости. Звуковоспроизведение должно быть чистым. Не должно быть заметных частотных искажений, хрипов и дребезжания (нелинейные искажения). У хороших громкоговорителей неравномерность частотной характеристики не превышает 10 дБ. Для низкочастотных и широкополосных головок частота резонанса в зависимости от конструкции составляет 30… 100 Гц. Ниже частоты резонанса головка практически не излучает звук. Поэтому, чем ниже частота резонанса, тем лучше качество головки. Наиболее низкую частоту резонанса имеют головки с резиновым гофром диффузора.


Схемы включения громкоговорителей в каскады радиоэлектронных устройств

Громкоговорители могут включаться в радиоэлектронные схемы с помощью трансформатора, конденсатора или непосредственно в выходную цепь. Включение громкоговорителей через трансформатор в транзисторный УЗЧ показано: на рис. 3.14 — однотактный выходной каскад, рис. 3.15 — двухтактный выходной каскад, трансформатор T1 намотан на сердечнике из пермаллоя Ш4х6 мм, обмотки Iа и Iб содержат но 200 витков ПЭВ-2 0,12, а II обмотка имеет 90 витков ПЭЛ 0,25. Автотрансформаторное включение громкоговорителя (рис. 3.16) позволяет повысить мощность выходного каскада примерно в 1,5 раза по сравнению с трансформаторным и расширить полосу воспроизводимых частот до 150… 10000 Гц. В схеме трансформатор Т1 и автотрансформатор Т2 намотаны на сердечниках из пермаллоя ШЗхб мм. Трансформатор T1 намотан проводом ПЭЛ 0,06, I обмотка содержит 1580 витков, II обмотка — 800 витков с отводом от середины. Автотрансформатор Т2 имеет общее число витков 1000, с отводами от 400, 500 и 600 витков. Секции намотаны проводом: 1–2 ПЭЛ 0,09, 2–3, 3–4 ПЭЛ 0,21, 4–5 ПЭЛ 0,09.



Рис. 3.14. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с трансформаторным выходом



Рис. 3.15. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ с трансформаторным выходом



Рис. 3.16. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,150 Вт с автотрансформаторным включением громкоговорителя


Громкоговоритель можно включать в УЗЧ и без выходного трансформатора. Варианты включения громкоговорителя без трансформатора в транзисторные УЗЧ показаны на рис. 3.17. В схеме рис. 3.18 в качестве громкоговорителя использован наушник ДЭМ-4М, а в схеме рис. 3.19 — самодельный громкоговоритель на базе электромагнитного микрофона ДЭМШ-1А. К мембране микрофона припаяна игла, которая соединяется с диффузором. Интересна схема рис. 3.20, где в коллектор и эмиттер выходного транзистора включены громкоговорители.



Рис. 3.17. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с непосредственным включением громкоговорителя:

а — в эмиттерную цепь выходного транзистора; б — в коллектор выходного транзистора с питанием 1,5 В



Рис. 3.18. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с использованием электромагнитного микротелефонного капсюля ДЭМ-4М в качестве громкоговорителя



Рис. 3.19. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с использованием громкоговорителя, изготовленного на базе электромагнитного микрофона ДЭМШ-1А



Рис. 3.20. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с непосредственным включением двух громкоговорителей, одного в коллектор, а другого в эмиттер выходного транзистора


Включение громкоговорителя в двухтактный бестрансформаторный транзисторный УЗЧ показано на рис. 3.21. Некоторые такие схемы рассчитаны на высокоомные громкоговорители (рис. 3.22, а). В этой схеме переходной трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш4 с толщиной набора 9 мм. Все обмотки трансформатора намотаны проводом ПЭВ 0,06, первичная обмотка I содержит 2500 витков, а каждая из вторичных обмоток II и III содержат по 350 витков. В принципе можно использовать готовый переходной трансформатор от любого малогабаритного транзисторного радиоприемника, разделив его вторичную обмотку на две изолированные секции. Если нет такого громкоговорителя и конденсатора большой емкости, то имеющийся низкоомный громкоговоритель включают по схеме рис. 3.22, б. В этой схеме трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш4x8 мм, I обмотка — 900 витков ПЭВ 0,09, II — 100 витков ПЭВ 0,23. У вторичной обмотки делается несколько выводов с целью лучшего согласования с нагрузкой. С аналогичной целью используется автотрансформатор в УЗЧ с двухтактным выходным каскадом на транзисторах одной проводимости, схема которого представлена на рис. 3.23. Трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш3х6 мм, обмотка содержит 200 витков провода ПЭВ-1 0,23 с отводом от середины.



Рис. 3.21. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,5 Вт с бестрансформаторным выходом и двумя источниками питания




Рис. 3.22. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,1 Вт с бестрансформаторным выходом, с одним источником питания:

а — включение громкоговорителя через конденсатор С4 большой емкости,

б — включение громкоговорителя через конденсатор С1 небольшой емкости



Рис. 3.23. Принципиальная схема транзисторного УЗЧ с максимальной мощностью 0,16 Вт с двухтактным выходным каскадом на транзисторах одной проводимости и включением громкоговорителя через автотрансформатор

Шаг 4 Учимся читать схемы радиоэлектронных устройств

Зная общий вид радиодеталей, можно конечно в некоторой мере разобраться в устройстве радиоэлектронного устройства, но все равно радиолюбителю придется нарисовать на бумаге контуры деталей и соединение между ними. Еще в прошлом веке с целью сохранения конструктивных и схемных решений радиоустройств пионеры радиотехники делали их рисунки. Если посмотреть на эти рисунки, то можно увидеть, что они выполнены на очень высоком художественном уровне. Это делали обычно сами изобретатели, если имели способности или приглашенные художники. Рисунки конструкций и соединение деталей делались с натуры. Чтобы не затрачивать больших средств на рисование радиотехнических устройств и облегчить труд конструкторов начали делать рисунки с упрощениями. Это позволило значительно быстрее повторить конструкцию в другом городе или стране и сохранить схемные решения для потомков. Первые начерченные схемы появились в начале XIX столетия. Детали рисовали подробно. Так, например, катушку индуктивности в 1905 году изображали в изометрии, то есть в трехмерном пространстве, со всеми подробностями, каркасом, намоткой, количеством витков (рис. 4.1).



Рис. 4.1. Эволюция условного графического изображения катушки индуктивности на электрических схемах


В конце концов изображения деталей и их соединений стали делать условно, символично, но сохраняя при этом их особенности. В 1915 г. рисунок схем упростился, перестали изображать каркас, вместо этого стали применять линии разной толщины для подчеркивания цилиндрической формы катушки. Через 40 лет катушка уже изображалась линиями одной толщины, но еще с сохранением первоначальных особенностей ее вида. Только в начале 70-х годов нашего столетия катушку начали изображать плоской, то есть двумерной, а радиоэлектронные схемы стали приобретать свой нынешний вид. Вычерчивание сложных радиоэлектронных схем очень трудоемкая работа. Для ее выполнения необходим опытный чертежник-конструктор.

С целью упрощения процесса вычерчивания схем американский изобретатель Сесиль Эффингер в конце 60-х годов XX века сконструировал печатную машинку. В машинке вместо обычных букв были вставлены обозначения резисторов, конденсаторов, диодов и т. д. Работа по изготовлению радиосхем на такой машинке стала доступной для выполнения даже простой машинистке. С появлением персональных компьютеров процесс изготовления радиосхем значительно упростился. Теперь, зная графический редактор, можно на экране компьютера нарисовать радиоэлектронную схему, а затем ее распечатать на принтере. В связи с расширением международных контактов условные обозначения радиосхем усовершенствовались и сейчас они не очень отличаются друг от друга в разных странах. Это делает радиосхемы понятными для радиоспециалистов во всем мире. Условными графическими обозначениями и правилами исполнения электрических схем занимается третий технический комитет Международной электротехнической комиссии (МЭК).

В радиоэлектронике используются три типа схем: блок-схемы, принципиальные и монтажные. Кроме этого, для проверки радиоэлектронной аппаратуры составляют карты напряжений и сопротивлений. Блок-схемы не раскрывают особенностей ни деталей, ни количества диапазонов, ни количества транзисторов, ни того, по какой схеме собраны те или другие узлы, она дает только общее представление о составе аппаратуры и взаимосвязи ее отдельных узлов и блоков. На принципиальной схеме изображают условные обозначения элементов прибора или блоков и их электрические соединения. Принципиальная схема не дает представления ни о внешнем виде, ни о расположении деталей на плате, ни о том, как расположить соединительные провода. Это можно узнать только из монтажной схемы. Следует отметить, что на монтажной схеме детали изображаются так, чтобы своим видом напоминать реальные свои очертания. Для проверки режимов работы радиоэлектронной аппаратуры используют специальные карты напряжений и сопротивлений. На этих картах величины напряжений и сопротивлений указываются относительно шасси или заземленного провода.

В нашей стране при вычерчивании радиоэлектронных схем руководствуются государственным стандартом, сокращенно ГОСТ, который указывает, как следует условно изображать те или иные радиодетали. Для более легкого запоминания условных обозначений отдельных элементов радиоэлектронной аппаратуры их изображения содержат характерные особенности деталей. На схемах рядом с условным графическим изображением ставится буквенно-цифровое обозначение. Обозначение состоит из одной или двух букв латинского алфавита и цифр, указывающих порядковый номер этой детали на схеме. Порядковые номера графических изображений радиодеталей ставятся исходя из последовательности расположения однотипных символов, например, в направлении слева направо или сверху вниз. Латинские буквы указывают тип детали, С — конденсатор, R — резистор, VD — диод, L — катушка индуктивности, VT — транзистор и т. д. Возле буквенно-цифрового обозначения детали указывается значение ее основного параметра (емкость конденсатора, сопротивление резистора, индуктивность и т. п.) и некоторые дополнительные сведения.










Наиболее употребительные условные графические изображения радиодеталей на принципиальных схемах приведены в табл. 4.1, а их буквенные обозначения (коды) даны в табл. 4.2.







В конце позиционного обозначения может быть поставлена буква, указывающая на его функциональное назначение, табл. 4.3. Например, R1F — резистор защитный, SB1R — кнопка сброса.




Для повышения информационной насыщенности печатного издания в научной и технической литературе по радиоэлектронике, а также на различных схемах, относящихся к этой области знаний, применяются условные буквенные сокращения устройств и протекающих в них физических процессов. В табл. 4.4 приведены наиболее употребительные сокращения и их расшифровка.









Глава II ЭТАПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

«Но я не привык тратить время попусту. Осмотрел яхту со всех сторон, бросил за борт штормтрап, взял топор, рубанок, кисть. Заподлицо обтесал борта в тех местах, где остались сучья, закрасил.»

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля.

Шаг 5 Мастерская радиолюбителя

Из истории открытия электромагнитных волн видно, что для экспериментального подтверждения их существования недостаточно было таланта и усидчивости исследователя, понадобилось еще умение мастерить, слесарные навыки и другое. Так, Генрих Герц в школьные годы увлекался столярным и токарным ремеслом. Он даже ходил в воскресную ремесленную школу. Когда через некоторое время Г. Герц стал известным ученым, то его старый учитель, узнав об этом, сказал: «Жаль! Из него вышел бы прекрасный токарь». Для того, чтобы повторить исследования Г. Герца, сделать антенну, сконструировать хороший приемник, нужно не только знать принципы их работы, но и иметь навыки изготовления соответствующих плат, выполнения монтажа, и уметь сделать красивый корпус.

5.1. Приборы и инструменты

Радиолюбитель, который собирает разные радиоэлектронные устройства, выполняет различного рода работы. Из общего объема работ большая часть составляют электромонтажные работы, далее идут механические и только потом наладка аппаратуры. Для монтажных работ используют паяльники разной мощности (рис. 5.1), отвертки, круглогубцы, бокорезы, нож, пинцет и ножницы (рис. 5.2).



Рис. 5.1. Типы паяльников для различных радиотехнических работ:

а — 90 Вт для пайки крупногабаритных деталей и проводов большого сечения;

б — 45…50 Вт…. для монтажа ламповой и телеаппаратуры;

в — 30…40 Вт….для пайки малогабаритной аппаратуры и конструкций на печатных платах



Рис. 5.2. Инструмент, используемый при пайке радиоэлектронных устройств: кусачки, пинцет, круглогубцы


Мощность электрического паяльника для монтажа малогабаритных электронных и радиотехнических устройств составляет 30…40 Вт. Лучше, если имеется в комплекте низковольтный паяльник, который питается от сети через понижающий разделительный трансформатор с заземленной вторичной обмоткой. Такой паяльник не только уменьшает опасность перегрева полупроводникового прибора или печатной платы, но и еще обезопасит от попадания на его корпус напряжения сети. При монтаже радио и телеаппаратуры на лампах пользуются паяльником мощностью 45…50 Вт. Для пайки крупногабаритных деталей и проводов большого диаметра используют паяльник мощностью 90 Вт.

Для настройки контуров следует пользоваться отверткой из изоляционного материала, а также специальной индикаторной палочкой, которая имеет на одном конце феррит, а на другом кусочек латуни или меди. В комплекте инструментов обязательно должны быть плоскогубцы, которые используют для изгиба провода и выводов деталей при подготовке их к монтажу во время монтажа или в других случаях. При монтаже транзисторных устройств необходимо пользоваться пинцетом, чтобы не было перегрева деталей. Имея дело с электрическим током, необходимо всегда помнить об опасности поражения током, поэтому на металлические ручки инструментов, которые используются для электромонтажных работ, необходимо надеть изоляционные трубочки.

Для механических работ радиолюбитель должен иметь тиски, различные напильники, слесарную ножовку, молоток, сверла, плашки, метчики, а также линейку и транспортир. После окончания работ напильники обязательно необходимо почистить. Их нельзя бросать и класть один на другой. Для того, чтобы продлить срок службы напильников, новые напильники рекомендуется сначала применять для опиловки только мягких металлов: меди, алюминия, а более старые — для стали и очень старые — для чугуна. Керн используют для разметки массивных металлических деталей, а также для наметки центров отверстий для сверления.

Сверление малых отверстий делают с помощью дрели и сверл разного диаметра. При нарезке резьбы метчик вставляют в четырехгранное отверстие воротка. Направлять метчик необходимо вертикально. Для того, чтобы стружка была короткой и легко отделялась, сначала делают один оборот по ходу резьбы, а потом пол оборота назад, потом снова один оборот по ходу и т. д. В некоторых случаях при нарезке резьбы в мягких металлах и пластмассах можно использовать стальной болт с необходимым размером резьбы. Конец болта на расстоянии 2…3 мм необходимо спилить на конус и трехгранным напильником пропилить 3…4 режущие кромки по длине болта.

В мастерской радиолюбителя необходимо иметь самый простой измерительный прибор — авометр (ампервольтомметр), без которого наладить аппаратуру и проверить режим работы практически невозможно. Желательно также иметь и более сложные приборы — осциллограф, звуковой генератор, генератор высокой частоты, ламповый вольтметр и т. д. В крайнем случае для проверки работы электрических цепей можно использовать простые приборы-индикаторы. С помощью пробников проверяют прохождение тока в электрических цепях, обрыв в обмотках и замыкания в конденсаторе.

В настоящее время, помимо традиционных магнитоэлектрических приборов, в лабораториях радиолюбителей заняли свое постоянное место и цифровые мультиметры. Широкий ассортимент цифровых мультиметров, в зависимости от цены, позволяет каждому интересующемуся электроникой выбрать себе подходящий прибор. Для радиолюбительских целей, оптимальным соотношением цены и возможностей удовлетворяют цифровые мультиметры серии Voltcraft. Вся информация в мультиметрах выводится на дисплей. Основными функциями для мультиметра являются измерения постоянного и переменного напряжения и тока, сопротивления с одновременной проверкой цепи на короткое замыкание и частоты. Важной особенностью этих приборов является наличие автоматического выбора диапазона измерений, то есть отпадает необходимость механических переключений во время работы. В цифровых мультиметрах имеется встроенный логик-тестер, который позволяет быстро выполнить проверку логических уровней в статическом режиме, исходя из заданного напряжения питания. У некоторых типов приборов имеются простые генераторы прямоугольных импульсов на несколько фиксированных частот для тестирования различных радиоэлектронных схем. Помимо этого, некоторые модели приборов позволяют измерять емкость, индуктивность, температуру с помощью внешнего термодатчика и проверять исправность транзистора. Еще одна особенность современных универсальных приборов: практически все мультиметры могут быть подключены к персональному компьютеру через последовательный порт. Некоторые модели в дополнение к основному дисплею имеют еще дисплей для индикации вспомогательных ведичин. Даже перечисление некоторых функциональных возможностей мультиметров говорит об их универсальности и незаменимости в радиолюбительских разработках.

Столярные и покрасочные работы в практике радиолюбителя занимают относительно небольшое место. К ним относят, например, изготовление и покраску корпуса для громкоговорителя, корпуса для приемника и другое. Поэтому необходимо иметь простой столярный инструмент — пилу, рубанок, лобзик. Для покрасочных работ необходимо иметь небольшие кисточки. Для обработки дерева, пластмасс и мягких металлов используют стеклянную наждачную бумагу, а для твердых металлических сплавов — корунд, карборунд, наждак. Чем крупнее зерна абразива, тем грубее получается поверхность. Сорт шлифовальной бумаги можно определить по цвету абразивного материала: стекло — прозрачное, наждак имеет черный или темно-серый цвет, карборунд — разные оттенки зеленого цвета. Рабочий стол радиолюбителя может быть разной конструкции, в зависимости от конкретных условий и требований любителя. На рабочем столе нельзя делать тяжелые работы — рубить металл или тесать доски.

Инструмент и рабочее место необходимо содержать в чистоте. После окончания работы инструмент складывают в соответствующее место. Никогда не спешите во время работы: хороший мастер все делает быстро, но не спешит, его скорость — результат умения, опыта и знаний. Придерживайтесь правил техники безопасности, не работайте в галстуке. Засучивайте рукава рубашки, если они без манжет.

5.2. Хранение радиодеталей

Со временем в процессе занятий конструированием различных радиоэлектронных конструкций у радиолюбителя скапливается множество различных радиодеталей. При хранении деталей следует придерживаться некоторых правил их хранения. Это позволяет сохранять детали без повреждений и значительно облетает поиск нужного радиоэлектронного компонента. Для хранения мелких радиодеталей, например, резисторов типа МЛТ-0,125 можно использовать пустые коробки из-под спичек или другие небольшие емкости. Коробки склеивают в единые секции и на них надписывают название деталей. Секция обычно содержит около 60 штук коробков. На одном торце, можно на двух, подписывают номиналы хранящихся деталей (рис. 5.3.а).



Удобной для хранения является закрываемая плоская коробка из картона, разбитая на секции, размером 200x180x50 (так называемая закрытая плоская касса). В данном случае для изготовления такой кассы лучше использовать тонкую фанеру. Конструкция получается жесткой и проще сделать ячейки более герметичными (рис. 5.3.б). Порядок расположения деталей в ячейках должен быть удобным, например, 1 ряд — резисторы с номиналом десятки ом, 2 ряд — с сотнями ом и т. д. Для удобства поиска следует к стенке ячейки приклеить написанное на ватмане название детали.



Если позволяет помещение, то можно сделать из фанеры многорядную кассу, своеобразный небольшой шкаф с выдвижными ящиками, имеющими секции (рис. 5.3.в). На каждом ящике нужно сделать надписи в соответствии с хранимыми деталями и предусмотреть наличие на них ручек для выдвигания.



Хранить мелкие радиодетали можно и в обычных почтовых конвертах. Каждый конверт должен быть предназначен для хранения определенного номинала или типа радиодеталей. Конверты с деталями можно хранить в картонной коробке из-под обуви или сбить ящик из тонких дощечек (рис. 5.3.г).



Для хранения постоянных и переменных резисторов, малогабаритных электролитических конденсаторов типа К50-6 можно приспособить картонные щитки с соответствующими отверстиями (рис. 5.3.дж). У вырезанных заготовок щитков с двух сторон следует сделать загибы на определенную высоту. Это позволит исключить повреждение деталей при установке щитков друг на друга в коробке.





На картонных щитках, например, крышки от ящика из-под обуви, удобно хранить транзисторы типа КТ803, КТ805, П213 и т. п. (рис. 5.3.з). В изготовленных щитках делают отверстия под выводы транзисторов. Сверху транзисторы накрывают накладкой, которую закрепляют скотчем. Это предотвратит от выпадения транзисторов при их хранении в коробке. Такие щитки с деталями можно хранить и без коробки, просто поставив их друг на друга и перевязав веревкой.



Мощные диоды, тиристоры, транзисторы и другие детали, имеющие жесткие выводы, можно хранить на щитках из пенопласта, просто их воткнув. На щитках делаются надписи, отвечающие названиям хранимым деталям.

Для хранения маломощных диодов, стабилитронов, светодиодов, транзисторов типа КТ315 подходят различные прозрачные пузырьки из-под лекарств. На пузырьки наклеивают полоски бумаги с названием типов хранимых деталей (рис. 5.3.и).



Для хранения крепежа (винтов, гаек, шайб и т. д.) делается открытая или с крышкой настольная касса. Материалом для ее изготовления можно использовать луженую жесть от консервных банок (рис. 5.3.к).



Рис. 5.3. Способы хранения радиодеталей

Шаг 6 Технология изготовления радиолюбительских конструкций

Выбрав по вкусу и квалификации схему радиоэлектронного устройства, внимательно изучают схему и подбирают радиодетали. Совсем необязательно, чтобы все детали точно соответствовали указанным на схеме номиналам. Допускаемые значения величин резисторов и конденсаторов могут быть ±20 %. Например, если на схеме резистор имеет величину сопротивления 10 кОм, вместо него можно поставить в схему резисторы от 8 кОм до 12 кОм. Делать это желательно только в крайних случаях, когда нет детали нужного номинала. Подобрав радиодетали, производят компоновку деталей устройства. Процесс компоновки состоит из нескольких этапов: размещение деталей на будущей плате, расположение ручек управления и внешнее оформление приемника.

Большое внимание необходимо уделить правильному размещению радиодеталей на плате и в корпусе. Детали необходимо размещать так, чтобы они не имели между собой паразитных связей, т. е. взаимодействий магнитных и электрических полей различных элементов схемы. Часто встречается связь коллектора первого транзистора с контуром магнитной антенны, которая приводит к самовозбуждению каскада усилителя радиочастоты (УРЧ). Для исключения такой связи транзистор располагают от антенны на расстоянии 2…3 см или заключают в экран. Таким способом можно избавиться от связи, которая возникает при применении на выходе УВЧ широкополосного трансформатора или при близком расположении двух высокочастотных транзисторов типа П401…П403, П416 и т. п.

При использовании микросхем необходимо максимально разносить входные и выходные цепи. Монтаж элементов, относящихся ко входу ИС, следует проводить в непосредственной от нее близости. Микросхемы, как и транзисторы, не подлежат ремонту. В связи с этим паять микросхемы нужно быстро, не более 3 с. При многократном использовании ИС следует использовать специальные панельки. Панелька впаивается в печатную плату, а после этого в нее вставляется микросхема.

Паразитная связь может возникнуть при близком расположении магнитной антенны, динамика и выходного трансформатора. В этом случае необходимо вынести выходной трансформатор за пределы магнитного поля антенны, заземлить корпус динамика, правильно сориентировать выходной трансформатор по отношению к магнитной антенне, то есть принять во внимание конфигурацию полей деталей. Иногда возникает паразитная связь через активное сопротивление в цепях питания отдельных каскадов. Например, плохо отфильтрованные токи высокой частоты могут проникнуть через цепи питания на вход каскадов высокой частоты. В этом случае необходимо применить развязывающие фильтры. Поэтому при конструировании карманных приемников необходимо придерживаться жестких правил компоновки деталей. Возникновение паразитных связей усложняет качественное налаживание конструкции. Закончив компоновку деталей, переходят к изготовлению монтажной платы.

Для плат обычно используют листовой гетинакс или текстолит толщиной 1…2 мм. Размер платы и ее форма зависят от количества и габаритов деталей схемы. Необходимо учитывать размеры громкоговорителя, источников питания и других узлов, которые обычно не устанавливаются на плате, а крепятся непосредственно в корпусе приемника. Примеры крепления некоторых крупных радиодеталей даны на следующих рисунках: для громкоговорителя — рис. 6.1 и переменных конденсаторов — рис. 6.2.



Рис. 6.1. Крепление громкоговорителя к лицевой стенке корпуса



Рис. 6.2. Крепление на печатной плате конденсатора переменной емкости типа КПК-2 и КПЕ


На корпусе намечают места расположения основных узлов, а потом линейкой определяют размеры свободного пространства, которое остается для монтажной платы. На монтажной плате сразу необходимо отметить точки для сверления отверстий, вырезы под детали и узлы, которые будут установлены в корпусе радиоэлектронного устройства. Один из вариантов крепления магнитной антенны на плоском ферритовом стержне к плате дан на рис. 6.3.



Рис. 6.3. Крепление магнитной антенны


В радиолюбительских конструкциях часто используются малогабаритные низкочастотные трансформаторы промышленного производства. В большинстве случаев такие трансформаторы рассчитаны на крепление к печатной плате с помощью пайки их выводов непосредственно к контактным дорожкам печатной платы. При необходимости демонтажа таких трансформаторов приходится нагревать паяльником одновременно пять мест пайки выводов к печатной плате. В результате нагрева крепление выводов в полистироловом каркасе ослабевает. В случае неосторожного движения при демонтаже трансформатора могут быть оборваны выводы его обмоток, что приведет к необходимости перемотки трансформатора. Чтобы этого не случилось, крепить трансформаторы лучше согласно способу, показанному на рис. 6.4.



Рис. 6.4. Один из способов крепления малогабаритного трансформатора низкой частоты к печатной плате


Для этого трансформатор приклеивают к плате подходящим клеем, а его выводы соединяют с печатными проводниками с помощью Г-образных луженных медных проводников диаметром 0,6…0,8 мм. Теперь, если возникнет проблема демонтажа трансформатора, достаточно перекусить соединительные проводники кусачками и отделить ножом трансформатор от платы.

После установления размеров и формы платы выбирают приемлемый вид монтажа соединений выводов деталей, исходя из сложности схемы и наличия необходимых материалов для его осуществления. Электрический монтаж — это ответственный этап конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Существует два основных вида электрического монтажа: проволочный и печатный. При проволочном монтаже крупные радиодетали (конденсаторы переменной емкости, электролитические конденсаторы и т. п.) устанавливают непосредственно на шасси, мелкие же детали крепят непосредственно к контактным опорам, установленным на плате из диэлектрического материала. Все схемные соединения делают монтажным проводом. Площадь сечения монтажного провода выбирают в зависимости от величины силы тока протекающего в цепи (рис. 6.5).



Рис. 6.5. График зависимости площади сечения S монтажного провода от силы тока I


Не менее важно выделять монтажные провода не только по сечению, но и по цвету их изоляционного покрытия. Это в большинстве случаев дает ощутимую пользу при настройке и ремонте радиоэлектронного устройства. В табл. 6.1 приведены основные цвета изоляции проводов соответствующие определенным монтажным электрическим цепям.


При этом используют разнообразные монтажные элементы: контактные стойки, многоконтактные гребенки, колодки для монтажа резисторов и конденсаторов (рис. 6.6). Этот вид монтажа до середины 50-х годов был практически основным в промышленности и радиолюбительской практике, пока его не потеснил печатный монтаж. Радиолюбители проволочным монтажом пользуются и сейчас для сборки несложных конструкций.



Рис. 6.6. Монтажные элементы, используемые при монтаже радиоэлектронной аппаратуры


Монтажные стойки и гребенки можно сделать самому. Для их изготовления берется медная проволока диаметром 1… 1,5 мм или полоски белой жести, которые закрепляют на пластинах из гетинакса, текстолита, иногда на фанере, пропитанной бакелитовым лаком. Возможная конструкция самодельного монтажного элемента, гребенки, приведена на рис. 6.7.



Рис. 6.7. Конструкция самодельной монтажной гребенки


При монтаже радиодетали припаивают выводами к лепесткам гребенок или шпилькам стоек. Монтажные гребенки и стойки крепятся к плате или корпусу винтами. Довольно часто эти два вида монтажа комбинируют.

Шаг 7 Изготовление печатной платы

7.1. Создание печатного рисунка

В настоящее время в радиоэлектронике наибольшее распространение имеет печатный монтаж. Этот вид монтажа позволил существенно снизить габариты аппаратуры и повысить ее надежность. При печатном монтаже соединение между деталями осуществляется с помощью плоских проводников, нанесенных («напечатанных») на плату. Эти проводники или дорожки сделаны из тонкой медной фольги, которая прикреплена к листу гетинакса или стеклотекстолита. С этой целью берут определенного размера листовой гетинакс или стеклотекстолит с приклеенной фольгой и наносят на него лаком или краской рисунок электрических соединений деталей будущей радиоэлектронной конструкции. После высыхания краски плату опускают в специальный раствор для травления. Места, не покрытые краской, вытравливаются, остается только рисунок электрических соединений. После этого краску смывают растворителем или соскабливают ножом. Выводы радиодеталей пропускают через отверстия в плате со стороны противоположной медным дорожкам и припаивают к печатным проводникам.

Печатная плата изготовляется следующим образом. В начале делают аппликации, которые представляют собой контурные изображения радиодеталей, вырезанные из плотной бумаги. Начертив на листе бумаги контур платы в масштабе 1:1, раскладывают на ней аппликации, добиваясь наиболее оптимального их расположения и отсутствия пересечения соединительных проводников. Разложив аппликации, проводят карандашом печатные проводники между выводами деталей и местами соединения с внешними устройствами согласно электрической схеме. При этом нельзя допускать, чтобы будущие печатные дорожки пересекались. Если этого избежать нельзя, то тогда соединение нужно предусмотреть с противоположной стороны платы, где располагаются корпуса деталей. В месте пересечения необходимо разорвать проводник и сделать две контактные дорожки, которые потом соединяют проводником. В случае односторонней фольгированной платы, проводник делают жестким проводом, а при двухсторонней — вытравливают на противоположной стороне.

При компоновке радиодеталей на печатной плате их располагают обычно параллельно поверхности платы. С целью увеличения плотности монтажа детали можно устанавливать вертикально, при этом следует иметь в виду, что у деталей должны быть достаточно жесткие выводы. Корпуса навесных деталей должны располагаться параллельно или перпендикулярно друг к другу и краям платы. Расстояние между корпусом детали и краем платы должно быть не менее 1 мм, а между выводом детали и краем платы — не менее 2 мм. Монтаж радиокомпонентов на печатной плате показан на рис. 7.1.



Рис. 7.1. Монтаж радиокомпонентов на печатной плате:

а) транзисторы; б) конденсаторы; в) резисторы; г) переменные резисторы; д) диоды


Детали должны располагаться друг от друга на расстоянии не менее 0,5 мм, с учетом взаимного влияния и теплового режима. Расстояние между выводами деталей выбирается из условия электрической прочности изолирующих промежутков и разности потенциалов между выводами.

Ширина печатных проводников обычно выбирается не менее 1,5…2 мм, а расстояние между соседними проводниками не менее 1 мм. Контактные площадки, к которым припаиваются детали, делают более широкими — 3…4 мм. На таком участке фольги допускается припаивание одного навесного элемента. Печатные дорожки питания делают шире, нежели остальные проводники.

Крупные радиодетали (подстроечные конденсаторы и резисторы, трансформаторы и т. п.) крепятся к плате механически, с использованием винтов с гайками, скоб, хомутов и держателей. Для подстроечных элементов необходимо предусмотреть свободный к ним доступ при регулировке радиоэлектронного устройства.

После выполнения чертежа печатной платы его переносят любым методом, например, с помощью копировальной бумаги на поверхность пластины, покрытой медной фольгой. Далее накернивают места будущих мест пайки выводов деталей и сверлят отверстия диаметром 0,8…1,5 мм. После берут краску (можно взять нитрокраску, лак или клей БФ-6, подкрашенный небольшим количеством темной пасты от шариковой ручки) и наносят с помощью стеклянного рейсфедера рисунок печатных проводников на фольгу. При отсутствии готового рейсфедера его можно изготовить из пластмассового стержня шариковой ручки. Для этого нагревают конец стержня и когда он размягчится оттягивают пинцетом таким образом, чтобы получился конусообразный конец. Излишек трубки, где диаметр 1…1,5 мм, необходимо отрезать. Удобно выполнять рисунок печатной платы водостойкими чернилами типа «Кальмар» с помощью обычной ученической ручки с пером.

После высыхания краски плату помещают для травления в фотокювету или другую плоскую емкость с раствором хлорного железа плотностью 1,3 г/см2 (150 г хлорного железа на 200 см2 раствора). Время травления платы обычно составляет 1…2 часа. Скорость травления увеличивается, если емкость периодически покачивать или подогревать, если кювета металлическая, а краска — теплостойкая. Процесс травления необходимо постоянно контролировать, вынимая плату из раствора, чтобы не произошло подтравливания проводников под краской. Как только будут вытравлены все незащищенные участки фольги, плату необходимо вынуть из раствора, хорошо промыть в проточной воде и высушить. Удаляют покрытие ножом или соответствующим растворителем. Промывают спиртом или ацетоном и зачищают наждачной бумагой.

При отсутствии раствора хлорного железа для травления печатной платы можно воспользоваться раствором из поваренной соли и медного купороса или вырезать ее специальной формы резаком. В настоящее время широкое применение имеет раствор, состоящий из обычной поваренной соли и медного купороса. Качество травления печатных плат в нем получается не хуже, чем в растворе хлорного железа. Существует несколько вариантов такого раствора. Все они отличаются только соотношениями взятых компонентов медного купороса и поваренной соли для получения травильного раствора. Приведем два состава раствора из таких рецептов. В 300 г горячей воды при 70…80 °C растворяют 3…4 ложки поваренной соли, а затем добавляют 2 столовые ложки порошкообразного медного купороса. Получается раствор темно-зеленого цвета с осадком. Он сразу готов к употреблению. Раствор получается более эффективным, если его выдержать в течение 2…3 недель. Время травления уменьшается с 15…20 часов до 3…4 часов. Этим количеством раствора можно вытравить 100…200 см2 фольги. В другом варианте, в 200 г горячей воды растворяют, помешивая, три столовые ложки поваренной соли, а после одну столовую ложку медного купороса. После полного растворения веществ раствор готов к употреблению. При подогревании раствора травление длится около 30 мин.

Иногда оказывается удобнее и быстрее изготовить печатную плату, не прибегая к химическому вытравливанию рисунка проводников, а воспользовавшись методом вырезания проводников. Сделав рисунок печатной платы на бумаге, накладывают его на поверхность фольги платы и накернивают места будущих отверстий. Карандашом проводят линии, соединяющие отверстия пайки деталей согласно печатной плате. Получается рисунок печатной платы в виде тонких линий. Рисунок платы получают путем вырезания ненужных участков платы любым удобным методом. Это можно сделать специальным резцом, а также фрезерованием, вырубыванием резцом и т. п. При вырезании рисунка платы обычно используется резец, изготовленный из ножовочного полотна (рис. 7.2).



Рис. 7.2. Резак для вырезания рисунка печатной платы


Если удаляемые участки фольги имеют большую площадь, то ее соскабливают или отслаивают резцом от основания, а потом отдирают пинцетом. Прорезку слоя фольги осуществляют резаком до изоляционного материала и делают это в промежутках, желательно на равном расстоянии от проведенных линий печатной платы.

Прорезанные участки обычно формируют таким образом, чтобы они были составлены в основном из отрезков прямых линий, но могут быть и закругленными. В этом случае удобно пользоваться прозрачной линейкой. После окончания прорезки сверлят отверстия в заранее накерненных местах будущей пайки и зачищают поверхность полученных печатных проводников мелкозернистой шкуркой.

Полученную любым методом печатную плату покрывают тонким слоем спирто-канифольного флюса и залуживают контактные площадки.

Для лужения желательно использовать легкоплавкие припои (ПОС-61, ПОСВ-32 и т. п.). При этом нельзя допускать перегрева залуживаемых участков фольги. Готовую плату внимательно осматривают, устраняют различного рода дефекты, возможные разрывы дорожек, замыкание соседних дорожек и т. п.

7.2. Подготовка паяльника к монтажным работам

Перед началом монтажа радиоустройства необходимо тщательно подготовить паяльник. Обычно это делают с помощью напильника или точила, но опыт показывает, что лучше произвести его отковку. Получающийся на поверхности наклеп позволяет дольше сохранить форму жала, т. к. меньше выгорает металл, из которого оно сделано. После необходимо залудить рабочую часть жала (рис. 7.3).



Рис. 7.3. Залуживание жала паяльника


Нагрев паяльник, опускают рабочую часть жала в канифоль для предохранения поверхности меди от окисления. Как только жало нагреется до температуры плавления припоя, конец жала полностью покрывают припоем.

Для распайки деталей на печатных платах, как правило, пользуются паяльником мощностью не более 40 Вт и припоями с температурой плавления 130…180 °C. Радиолюбительская практика показывает, что если производить распайку печатных плат паяльником мощностью 40 Вт и рассчитанным на 220 В, то лучше его питать напряжением 160…180 В.

В этом случае, при использовании обычных припоев (типа ПОС-61), жало паяльника меньше покрывается окалиной, не так быстро выгорает, температура нагрева соответствует температуре плавления припоя и, как результат, получается хорошая пайка.

Установку оптимальной температуры жала для получения высокого качества пайки деталей к дорожкам печатной платы проще обеспечить, если воспользоваться регулятором мощности паяльника (рис. 7.4).



Рис. 7.4. Принципиальная схема регулятора мощности паяльника мощностью до 40 Вт


Регулятор хорошо работает с паяльником мощностью до 40 Вт. Требуемая температура жала устанавливается положением движка переменного резистора R4, чем он находится ближе к левому по схеме концу резистора, тем температура жала больше. При использовании паяльников мощностью больше 40Вт, в регуляторе следует установить большие по мощности тринистор VD1 и диод VD2, чем указаны на схеме.

7.3. Проверка годности радиоэлектронных компонентов перед установкой на плате

Проверка годности радиоэлектронных компонентов перед установкой их на плате позволяет сократить время настройки устройства и составляет важный этап в ее создании. Рассмотрим наиболее простые методы проверки годности.


Проверка годности резисторов

Проверку производят с помощью омметра. Измеряют сопротивление резистора и сравнивают его со значением, написанным на корпусе. Переменные резисторы проверяют на надежность подвижного контакта. Для этого прибор подключают к подвижному и одному из неподвижных контактов и наблюдают за движением стрелки по шкале омметра при вращении оси. У исправного резистора стрелка движется без скачков при плавном перемещении движка резистора. При проведении измерений нельзя касаться руками щупов омметра и выводов проверяемого резистора.

На слух можно проверить наличие контакта в резисторах сопротивлением до 100 кОм при помощи простейшего пробника, наушника и батарейки. Взяв несколько эталонных резисторов на 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм и 100 кОм, сравнивают силу щелчков у эталонного и проверяемого. В этом случае можно также и определить порядок величины сопротивления. При измерениях надо все время водить щупом пробника по выводу резистора, так как щелчки возникают только в момент включения наушников в цепь батареи.


Проверка годности конденсаторов

О пригодности конденсаторов судят в первую очередь по отсутствию пробоя в диэлектрике и допустимому значению тока утечки.

Проверка конденсатора может быть произведена омметром. Для этого переключатель омметра ставят в положение измерения самого большого сопротивления и к выводам проверяемого конденсатора прикасаются щупами прибора. При этом нельзя дотрагиваться руками к щупам и выводам конденсатора. У пробитого конденсатора, как правило, сопротивление равно нулю или близкое к нулю. У конденсаторов, имеющих емкость больше 10 мкФ, при присоединении щупов происходит бросок стрелки в сторону от нуля и тем больше, чем больше емкость. После отклонения стрелка постепенно возвращается в сторону нуля. Присоединение щупов к электролитическому конденсатору производят исходя из полярности: плюс омметра к плюсу конденсатора. У годных электролитических конденсаторов величина сопротивления должна быть не менее десятых долей мегома. При проверке конденсаторов малой емкости броска стрелки не происходит.

При отсутствии омметра проверить конденсатор можно с помощью простого пробника. Пробник состоит их наушников, типа ТОН-2 и батарейки типа А332 или 336. Если конденсатор пробит, то при подключении и отключении конденсатора, в наушниках слышен щелчок.

Ток утечки конденсатора связан с качеством его диэлектрика. Конденсатор с качественным диэлектриком имеет большее сопротивление и дольше удерживает заряды на своих обкладках. Если конденсатор подключить к пробнику несколько раз с интервалом 2…3 с, то у годного конденсатора щелчок в наушниках будет слышен только в первый момент, а в последующие — отсутствовать. Это говорит о том, что ток утечки находится в допустимых пределах.

Конденсаторы переменной емкости проверяют на вероятность замыкания пластин, подвижных с неподвижными. С этой целью вращают ось конденсатора от положения минимальной емкости до максимальной. Наличие замыканий легко обнаружить омметром или пробником (наушник — батарейка), но лучше с помощью лампочки (например, на 2,5 В или 3,5 В) и батарейки. Последнее более наглядно для фиксации замыкания.


Проверка годности катушек индуктивности

Наличие обрыва или короткого замыкания у высокочастотных катушек можно обнаружить при помощи пробника или омметра. Если воспользоваться пробником, состоящим из наушника и гальванического элемента, то при его подключении к неисправной катушке в телефонах будут слышны щелчки и отсутствовать при отключении.

Аналогичная ситуация будет, если витки катушки замыкаются на сердечник. Многослойную катушку на наличие короткозамкнутого витка можно проверить так. Если катушку с короткозамкнутым витком поднести к контуру работающего приемника, то она вызовет его расстройку и резкое снижение слышимости принимаемой радиостанции. Исправная катушка такой реакции не производит. Обрывы в дросселях или трансформаторах низкой частоты обнаруживаются с помощью пробников или омметров.


Проверка годности диода

Проверить работоспособность диода можно с помощью омметра. С этой целью измеряют прямое и обратное сопротивления диода. Омметр устанавливают на предел измерения наибольшего сопротивления и, прикасаясь щупами прибора к выводам диода, фиксируют показания стрелки при различных подключениях диода. Для исправного диода в одном случае стрелка омметра отклоняется вправо почти до конца шкалы, в другом случае стрелка едва отклоняется от нуля. У неисправного диода показания омметра одинаковы при различных подключениях диода. При проведении измерений нельзя касаться руками щупов прибора и выводов диода.


Проверка годности транзисторов

Проверка годности транзисторов и измерение их параметров производят специальными приборами. Простейшую проверку годности транзистора в радиолюбительских условиях делают с помощью омметра. С этой целью измеряют прямое (база-эмиттер) и обратное (база-коллектор) сопротивления переходов. Дополнительно измеряют в обоих направлениях сопротивление между эмиттером и коллектором. Если сопротивление одного из переходов в обоих направлениях одинаково или мало по величине, то транзистор неисправен. Аналогично можно проверить транзистор с помощью простого пробника батарейка-наушник. В этом случае, если сила щелчков одинакова при прямом и обратном включении (оба сильных или оба слабых), транзистор неисправен, в нем замыкание или обрыв электродов.

Проверка с помощью омметра или пробника не дает полной информации о работоспособности транзистора, лучше это делать с помощью измерительного прибора. Необходимо произвести измерения хотя бы некоторых параметров, коэффициента передачи тока а и величины обратного тока коллектора Iко. Обычно считается, что транзистор тем лучше, чем больше коэффициент усиления и меньше ток коллектора. Если во время измерения параметров стрелка прибора «ползет», то транзистор негодный.


Проверка наушников

Простейшая проверка работоспособности наушников производится с помощью батарейки напряжением 4,5 В. При подключении и отключении батарейки в наушниках можно услышать резкие щелчки. Отсутствие щелчков говорит об обрыве в подводимом шнуре или звуковых катушках. Низкоомные наушники можно проверить слаботочным источником тока в виде яблока, с воткнутыми в него на расстоянии 10 мм друг от друга железного гвоздя и кусочка толстой медной проволоки.

В наушниках электромагнитного типа ТОН-1, постоянный магнит с течением времени теряет свою силу. Намагничивают сердечник, подключив на мгновение его к аккумулятору или электрической сети. Включение должно быть кратковременным, в противном случае катушки наушника могут перегореть. Намагничивание от сети производят следующим образом. Один конец двойного провода, идущего к вилке, отключают от одного ее штырька. В розетку осторожно, соблюдая меры безопасности, вставляют отключенный штырек и вилку с оставшимся подключенным штырьком. Затем отключенным концом провода резко ударяют по свободному штырьку, находящемуся в розетке. В результате наушники на мгновение подключаются к сети и за счет большого тока намагничивают сердечник.

У наушников ТОН-2 иногда прослушиваются искажения звука при слабой громкости. Для предотвращения этого явления между мембраной и крышкой вкладывают кольцевую прокладку сечением 2x2 мм, внешним диаметром равным диаметру мембраны. Вместо прокладки можно по внутреннему диаметру крышки проложить хлорвиниловую трубку диаметром 2 мм в виде кольца и навинтить крышку.

В наушниках ТМ-2 с течением времени начинает возникать треск и наблюдается прерывание звука. В этом случае необходимо при помощи напильника снять осторожно металлический ободок корпуса и отделить пластмассовую чашечку. Получив доступ к контактным ламелям, зачищают их до блеска. Собирают наушник в обратном порядке.

7.4. Подготовка деталей к распайке на плате

После того, как проверены все радиодетали, следует соответствующим образом подготовить их перед монтажом. Перед установкой деталей на полученную печатную плату их выводы залуживают (рис. 7.5), а затем вставляют в отверстия и подгибают к контактным площадкам.



Рис. 7.5. Залуживание выводов радиодеталей


Длина подогнутой части вывода детали должна находиться в пределах контактной площадки, остальная часть отрезается. Если выводы имеют диаметр больше 0,8 мм, то их не подгибают, а вставляют в отверстие с таким расчетом, чтобы они выступали над площадкой фольги на 0,5… 1 мм.

Деталь должна располагаться таким образом, чтобы выводы, подпаянные к фольге, не отрывали ее от платы при надавливании на корпус. Распайка деталей на печатной плате довольно кропотливая работа и поэтому, чтобы избежать смыкания припоем соседних контактных площадок, необходимо гибкой (рис. 7.6) придать определенную форму выводам в соответствии с монтажом установки на печатной плате, см. рис. 7.1.



Рис. 7.6. Пример выполнения гибки выводов диода типа Д9

7.5. Распайка радиодеталей на плате

Пайка детали на печатной плате производится прикосновением жала паяльника к контактной площадке и концу вывода детали в течении 2…3 секунд. При этом припой должен равномерно заполнить зазоры между выводами контактной площадки и закрыть монтажное отверстие. Не допускается проникновение припоя на обратную сторону платы, затекание под детали, отслаивание печатных проводников и замыкание соседних проводников. Закончив пайку, удаляют остатки флюса, проверяют качество и надежность монтажа.

Распайку радиодеталей на печатной плате производят по мере их установки или сразу установив их все и закрепив выводы подгибом.

Транзисторы впаиваются в последнюю очередь. При этом необходимо соблюдать последовательность: вначале припаивается база, потом эмиттер и в конце коллектор. Выпаиваются транзисторы из платы при замене в обратной последовательности. Последними впаиваются детали, значения величин которых возможно придется подбирать. Обычно это резисторы в цепи базы или эмиттера транзистора. Эти детали на схемах обозначают звездочкой «*».

Во время пайки накапливающийся припой периодически счищается опусканием жала в канифоль. Процесс снятия припоя довольно трудоемок, поэтому лучше набирать незначительное его количество с последующим добавлением, если окажется недостаточно.

При пайке не следует долго нагревать выводы малогабаритных резисторов и конденсаторов. Место пайки не должно находиться от корпуса детали ближе 5…8 мм. Особенно чувствительны к нагреву транзисторы и диоды. Выводы транзисторов и диодов не должны быть короче 15 мм, чтобы они не вышли из строя из-за перегрева. Кроме этого следует применять для отвода тепла пинцет или плоскогубцы, зажимая вывод детали немного выше места пайки. Паять нужно быстро и уверенно. Для получения паяных соединений используют припои — сплавы, температура плавления которых ниже, чем у соединяемых деталей. При пайке расплавляется только припой, в то время как основной металл остается твердым. Припой смачивает основной металл и диффундирует в него, основной же металл частично растворяется в припое. В результате место соединения представляет собой тонкий промежуточный слой из частиц основного металла и припоя. После остывания в месте пайки образуется достаточно прочное механическое соединение и надежный электрический контакт. В процессе пайки используются флюсы, которые растворяют и удаляют окислы и загрязнения с поверхности спаиваемых металлов. Флюсы также защищают поверхность металла и расплавленный припой от окисления, улучшают текучесть припоя и смачиваемость соединяемых поверхностей.

В радиолюбительской практике обычно используются мягкие припои на основе сплавов олова и свинца с добавками кадмия, висмута и сурьмы. Температура плавления мягких припоев не превышает 300 °C. Припои, выпускаемые промышленностью, имеют маркировку, состоящую из букв и цифр. Первая буква П обозначает припой, а последующие буквы — составляющие его компоненты (О — олово, С — свинец, К — кадмий, В — висмут). Стоящие после букв цифры показывают процент содержания олова в припое. Данные о некоторых припоях, которые могут быть использованы радиолюбителями для соединения деталей и узлов в радиоэлектронных устройствах методом пайки, приведены в табл. 7.1.



Для пайки радио конструкций используют легкоплавкие припои ПОС-61 или в крайнем случае ПОС-40. ПОС-61 обычно используют для лужения печатных плат, пайки выводов дискретных элементов, деталей из меди и медных сплавов. В качестве флюса используют твердую канифоль. Перед пайкой выводы деталей необходимо облудить, то есть покрыть слоем припоя. Делается это обычно перед пайкой конструкции.

Вывод зачищают ножом, кладут на канифоль и смачивают жидкой канифолью. Потом большую часть вывода (не ближе 10 мм от корпуса) опускают в расплавленный кусочек припоя и, поворачивая деталь, облуживают вывод. Алогично облуживают монтажные провода.

Пайка печатных плат и радиодеталей, как правило, производится с использованием пассивных бескислотных флюсов. Некоторые характеристики флюсов, используемых при монтаже радиоэлектронной аппаратуры, приведены в табл. 7.2.



При использовании припоев пайка получается более надежной и аккуратной. Использование кислотных флюсов нежелательно. В их состав входят химически активные элементы и соединения (соляная кислота, хлористый цинк, бура и т. д.), которые всегда остаются в небольшом количестве на месте пайки и вызывают коррозию радиодеталей и соединительных проводников. К бескислотным флюсам относится канифоль. Часто радиолюбителями применяются жидкие флюсы: спиртовой раствор канифоли (25 % канифоли и 75 % этилового спирта), глицериново-канифольный флюс (6 % канифоли, 16 % глицерина и 78 % этилового спирта), а также пастообразную смесь канифоли с глицерином. Предпочтительнее использовать светлые сорта канифоли. Не рекомендуется пользоваться канифолью, продающейся в музыкальных магазинах для натирания смычков. Эта канифоль содержит различного рода добавки, в частности известь, и не соответствует требованиям пайки. Жидкие флюсы удобны при пайке в труднодоступных местах, на которые флюс наносят кисточкой. Для пайки легкоплавкими припоями в качестве флюса можно использовать стеарин.

Жидкий флюс необходимо хранить в небольшой стеклянной баночке с крышкой, в которую плотно вставлена кисточка. Баночка открывается только в процессе работы при нанесении флюса на место пайки с помощью кисточки.

В процессе эксплуатации паяльника конец жала растворяется в припое и укорачивается, изменяет форму. В связи с этим его необходимо периодически зачищать напильником.

При пайке НЕОБХОДИМО ПОМНИТЬ, что выделяются вредные для здоровья пары олова и свинца. НЕЛЬЗЯ наклоняться над местом пайки и вдыхать испарения. Старайтесь работать у открытого окна, если это возможно. Чаще проветривайте помещение, в котором работаете.

После окончания радиомонтажных работ производят очистку монтажной платы от остатков флюса и припоя. Механическую прочность соединений проверяют пинцетом, осторожно и легонько потягивая выводы радиодеталей и соединений. При этом на губки пинцета следует надеть полихлорвиниловые трубочки, чтобы не повредить детали.

Проведя осмотр и проверку монтажа, места качественных соединений пайкой для защиты от атмосферных воздействий покрывают цветным прозрачным лаком. Гайки болтов и выходящую часть винтов покрывают красной нитрокраской, которая будет предохранять резьбовые соединения от саморазвинчивания. После окончания радиомонтажных работ обязательно вымойте руки.

Шаг 8 Измерения в практике радиолюбителя

8.1. Установка режимов работы транзисторов

Для хорошей работы устройства, собранного на транзисторах, необходимо чтобы на их электроды было подано определенной величины и полярности постоянное напряжение. Примерные значения напряжений подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов прямой проводимости (р-n-р) приведен на рис. 8.1, а обратной (n-р-n) проводимости — на рис. 8.2.



Рис. 8.1. Примерные значения напряжений, подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов прямой проводимости р-n-р



Рис. 8.2. Примерные значения напряжений, подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов обратной проводимости n-р-n


При этом надо также придерживаться нескольких правил:

• Рабочие напряжения, токи и мощности рассеивания применяемых транзисторов должны быть меньше предельных значений.

• Нельзя подавать напряжение на транзистор, если у него отключена база.

• Базовый вывод следует подключать в схему в первую очередь и отключать в последнюю.

В современных конструкциях радиолюбителей широко используются полевые транзисторы. Примерные значения величин напряжений смещения для полевых транзисторов с каналом типа р и с каналом типа n даны на рис. 8.3.



Рис. 8.3. Примерные значения величин напряжений смещения для полевых транзисторов с каналом типа р и с каналом типа n


При налаживании радиоприемников и других радиоэлектронных конструкций в первую очередь нужно замерить потребляемый ток в режиме покоя. Если его значение близко к требуемому, то тогда переходят к установлению необходимых токов коллекторов транзисторов. На схемах место установки тока показывают крестиком («х»), а резистор, которым это делают — звездочкой («*»). Опыт показывает, что для транзисторов безопаснее измерять напряжение, а не ток. В большинстве схем эти величины взаимосвязаны. Достаточно знать одну из величин, а другую можно определить расчетным путем.

Настройку устройства производят по каскадам. В каскадах транзисторных устройств в основном используется три основных способа подачи напряжения смещения к базе транзистора.

Рассмотрим работу транзисторного каскада с резисторной нагрузкой без стабилизации режима (рис. 8.4).



Рис. 8.4. Принципиальная схема транзисторного каскада с резисторной нагрузкой без стабилизации режима


При отсутствии входного сигнала начальные напряжения на электродах транзисторов следующие

Uкэ = Uп- IкRк и Uбэ = UпIбRб.

В приведенных формулах напряжения смещения Uбэ для германиевых и кремниевых транзисторов должны иметь значения в соответствии с рис. 8.1, 8.2. Из этих выражений видно, что от величины сопротивления резистора Rб зависит величина напряжения смещения Uбэ, а следовательно, и начальное положение рабочей точки на характеристике транзистора. На хорошую работу такого каскада большое влияние имеет точность, с какой для данного транзистора, имеющего коэффициент усиления по току β, подобраны сопротивления резисторов Rб и Rк. Работу каскада при этом можно проконтролировать по напряжению на резисторе Rк или по напряжению между коллектором и эмиттером транзистора. Зная Uп и β, можно вычислить величину управляющего тока коллектора транзистора по формуле

Iк = βUп(B)/Rб (кОм), мА

Если величина сопротивления резистора Rк = 500…600 Ом, то напряжение на нем удобнее определить, как разницу между питающим напряжением и напряжением коллектор — эмиттер. Для маломощных низкочастотных и высокочастотных транзисторов напряжение коллектор-эмиттер принимают 2…2,5 В, а ток коллектора — 0,5 мА. Транзисторы МП39…МП41 имеют максимальное усиление по току, когда ток коллектора 1…2 мА. У транзисторов П401…П403, П416 и т. п. усиление растет с ростом тока коллектора до 5…8 мА. От напряжения на коллекторе усиление по току существенно не зависит, при его повышении улучшается устойчивость высокочастотных каскадов. При замене в рассматриваемом каскаде транзистора с одним значение β на транзистор с отличным значением β, приходится снова подбирать значения Rб и Rк. На усиление транзистора с такой простой схемой смешения оказывает влияние помимо разброса параметров транзисторов еще и изменение температуры окружающей среды.

Более стабилен в работе каскад, имеющий термостабилизацию по схеме, представленной на рис. 8.5.



Рис. 8.5. Принципиальная схема транзисторного каскада с резисторной нагрузкой с термостабилизацией режима


В этом случае к напряжению, измеренному между коллектором и плюсом питания, добавляется напряжение на резисторе Rэ, которое составляет приблизительно 1 В. Если считать, что напряжение между коллектором и эмиттером может быть снижено до 1,5 В, так как каскад стабилизирован, то общее напряжение между коллектором и «землей», как и первом случае, должно быть не менее 2,5 В. Указанные режимы являются ориентировочными, средними в случае работоспособных транзисторов. В каскадах, где режимы отличаются от рекомендованных на 20…30 %, подстраивание их режимов на первой стадии налаживания можно не проводить. Установку режима работы транзистора можно производить резистором Rб1, который соединен с базой транзистора. Для увеличения тока коллектора необходимо сопротивление резистора Rб1 уменьшить, а для уменьшения, наоборот, увеличить. Для удобства настройки каскада резистор Rб1 составляют из двух резисторов: одного переменного и одного постоянного с сопротивлением 10…30 кОм. Изменяя сопротивление переменного резистора, добиваются необходимого тока коллектора. Омметром измеряют получившееся сопротивление двух резисторов и затем вместо них впаивают один резистор, величина сопротивления которого равна измеренному значению двух сопротивлений.

Ток коллектора в схеме со стабилизацией можно оценить, измерив напряжение на резисторе Rэ. Если разделить величину падения напряжения (в вольтах) на величину Rэ (в килоомах), то получим ток эмиттера в миллиамперах. Ток коллектора меньше тока эмиттера на величину базового тока, а последний не превышает 5 % Iэ. Поэтому можно считать, что Iэ = Iб. В каскадах с индуктивной нагрузкой без стабилизации режима работы напряжение на коллекторе равняется напряжению источника питания и здесь необходим контроль тока коллектора (рис. 8.6). Регулировку такого каскада также производят подбором величины сопротивления резистора Rб.



Рис. 8.6. Принципиальная схема каскада с индуктивной нагрузкой без стабилизации режима работы


Включение в цепи n-р-n и р-n-р транзисторов отличается только полярностью напряжения на коллекторе и смещением. Кремниевые и германиевые транзисторы одной и той же структуры отличаются между собой только значением напряжения смещения. У кремниевых оно приблизительно на 0,45 В больше, чем у германиевых. На рис. 8.1 и 8.2 показаны условные графические обозначения биполярных транзисторов той и другой структур, произведенных на основе германия и кремния, а также типовое напряжение смешения. Электроды транзисторов, обозначенных первыми буквами слов, расшифровываются: Э — эмиттер, Б — база, К — коллектор. Напряжения смещения показаны относительно эмиттера, но на практике напряжение на электродах транзисторов показывают относительно общего провода устройства.

В радиоэлектронных устройствах радиолюбители используют также полевые транзисторы, в которых управление током между двумя электродами, образованными направленным движением носителей заряда дырок или электронов, производится электрическим полем, образованным напряжением на электроде. Электроды, между которыми протекает регулируемый ток, носят название исток (И) и сток (С), причем исток есть тот электрод, с которого выходят носители зарядов. Третий, управляющий электрод, называют затвором (3) (см. рис. 8.3).

Существуют полевые транзисторы с изолированным затвором. Эти транзисторы имеют очень большое входное сопротивление и работают на очень больших частотах. Транзисторы этого типа имеют очень низкую электрическую прочность изолированного затвора. Для его пробоя и выхода из строя достаточно слабого статического электричества, которое всегда присутствует на теле человека, одежде и инструменте. В связи с этим выводы полевых транзисторов с изолированным затвором при хранении нужно скручивать вместе голым проводом.

При монтаже транзисторов руки и инструмент необходимо «заземлять». Преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными состоит в том, что они имеют высокое входное сопротивление.

Это сопротивление на низкой частоте достигает несколько мегаом, а на средних и высоких частотах — несколько десятков или сотен килоом в зависимости от серии. Для сравнения, биполярные транзисторы имеют входное сопротивление приблизительно до 1…2 кОм.

8.2. Измерение емкости конденсатора

При настройке радиоприемников, генераторов и других устройств часто требуется подобрать и замерить емкость конденсатора. Для измерения конденсаторов небольших емкостей можно приспособить любой имеющийся радиоприемник. Для этого необходимо имеющуюся в радиоприемнике шкалу отградуировать в пикофарадах, в зависимости от угла поворота подвижных пластин переменного конденсатора. В начале градуировки следует обратить внимание на форму подвижных пластин конденсатора. Переменные конденсаторы отличаются формой подвижных пластин, которая определяет закон изменения емкости, в зависимости от угла поворота подвижных пластин относительно неподвижных. На рис. 8.7 приведены широкораспространенные формы пластин, где на рис. 8.7.а — прямоемкостная, на рис. 8.7.б — прямоволновая, на рис. 8.7.в — прямочастотная.



Рис. 8.7. Форма пластин конденсаторов переменной емкости:

а) прямоемкостная; б) прямоволновая; в) прямочастотная


В прямоемкостном конденсаторе емкость изменяется пропорционально углу вращения φ:

C(φ) = Cмин + (СмаксСмин)·(φ/180°)

где φ — угол поворота в градусах, Смин — минимальная емкость, Смакс — максимальная емкость.

Прямоволновой конденсатор во время вращения пластин дает равномерное изменение длины волны контура, в котором он находится,

C(φ) = [√Cмин + (√Смакс — √Cмин)·(φ/180°)]

Иногда этот конденсатор называют квадратичным. Прямочастотный конденсатор позволяет изменять частоту контура пропорционально углу поворота, то есть получается шкала с равномерной частотой,

C(φ) = [С-1/2макс + (С-1/2мин - С-1/2макс)·(φ/180°)]-2

После определения закона изменения емкости конденсатора производится настройка на любую радиостанцию и фиксируется значение емкости переменного конденсатора Си. Неизвестный конденсатор Сх подключают параллельно отградуированному переменному конденсатору радиоприемника. Емкость контура при таком присоединении возрастает на величину емкости неизвестного конденсатора Сх. Теперь чтобы услышать ту радиостанцию, что принималась ранее, необходимо уменьшить емкость отградуированного конденсатора настройки до получения емкости Сн, при которой будет прежняя слышимость. Тогда емкость неизвестного конденсатора будет равна разности емкостей отградуированного конденсатора настройки до подключения и после п включения конденсатора Сх,

Сх = СиСн

Этим способом можно измерять конденсаторы, емкость которых меньше максимальной емкости конденсатора настройки радиоприемника. При измерении емкостей от нескольких пикофарад до нескольких микрофарад предпочтительнее использовать мостовые схемы. Мостовые схемы измерения емкостей дают возможность проводить измерения с большей точностью, нежели с помощью резонансных. На рис. 8.8 приведена схема измерительного моста емкости конденсатора, состоящего из четырех конденсаторов.



Рис. 8.8. Подключение измерительного моста емкости конденсатора к звуковому генератору на микросхеме (частота генератора 1000 Гц)


Значения величин емкостей трех конденсаторов считаются известными, они задаются. Четвертый конденсатор является неизвестным, измеряемым. К гнездам разъема ХР1 подключается источник переменного тока низкой частоты (например, звуковой генератор или трансляционная сеть). Если теперь мост сбалансировать с помощью переменного конденсатора С1, то в наушниках слышимость звукового сигнала упадет либо до минимума, либо вообще исчезнет. Такой измерительный мост имеет наибольшую чувствительность при равенстве емкостей конденсаторов, находящихся в плечах. Важно, чтобы сохранялось условие

Xc1/Xc2 Xcx/Xc3

где Xc1, Xc2, Xc3Xcx — емкостные сопротивления.

Из приведенной формулы следует

Cx = C1·(C2/C3)

Отградуировать измерительный мост можно с помощью конденсаторов, имеющих наименьший процент допуска емкости. Эталонные конденсаторы подключаются к гнездам разъема XS2 и отмечают их значения на шкале переменного конденсатора С1. Если не имеется достаточного количества эталонных конденсаторов для градуировки, то в последней формуле принимают С2 = С3 и зная минимальную и максимальную емкости переменного конденсатора, после определения закона изменения его емкости исходя из формы пластин производят градуировку вышеописанным методом. Рассмотренным мостом можно измерять конденсаторы, емкости которых лежат в пределах минимальной и максимальной емкости используемого переменного конденсатора. Конструктивно измерительный мост емкостей выполнен в небольшой пластмассовой коробочке (крышка мыльницы) с использованием промышленных деталей (конденсатор переменной емкости С1 взят от карманного радиоприемника «Селга 404», наушники BF1 типа ТОН-1 или ТОН-2). В данном измерительном мосте диапазон измерений конденсаторов находится от 5 пФ до 270 пФ, то есть соответствует границам емкости одной секции переменного конденсатора. Нижнюю или верхнюю границы измерения конденсаторов мостом можно уменьшить или поднять, если сделать переключатель, соединяющий секции сдвоенного переменного конденсатора, последовательно или параллельно. В первом случае диапазон измерений будет от 2,5 пФ до 135 пФ, а во втором — от 10 пФ до 540 пФ.


Измерение индуктивности катушки

Известно несколько методов измерения индуктивности катушек. Среди них выделим наиболее доступные для радиолюбителей.

Метод фильтр-пробки. Берется радиоприемник, работающий на внешнюю антенну, настраивается точно на частоту какой-либо радиостанции. После этого внешняя антенна отключается и между ее концом и гнездом подключения антенны включается отградуированный конденсатор переменной емкости Сэ, параллельно которому подключается измеряемая катушка Lx. Полученное соединение конденсатора и катушки представляет заграждающий «фильтр-пробку». Далее вращая конденсатор Сэ добиваются резкого пропадания слышимости радиостанции. Это признак того, что образованный колебательный контур настроен в резонанс с частотой колебаний принимаемой станции. В этом случае индуктивность катушки найдем по формуле

L = 250·λ2/(Сэ + Ск)

где λ — длина волны в метрах, Ск — емкость контура в пикофарадах.

Измерение индуктивности катушки связано с частотой протекающего тока, в связи с чем измерение индуктивности высокочастотных катушек необходимо производить на частотах, близких к тем, на которые предназначена катушка. Наилучшие результаты измерения получаются при использовании резонансных методов. При помощи резонансных измерителей индуктивности от долей микрогенри до сотен миллигенри с точностью 1…2 %. Для измерения индуктивности катушек, используемых в низкочастотных цепях радиоприемников (дросселе, трансформаторов), можно использовать мостовые измерители или метод вольтметра и амперметра. Нужно при этом помнить, что индуктивность катушки со стальным сердечником сильно зависит от постоянной составляющей тока подмагничивания, протекающего в катушке. Поэтому при измерении необходимо пропускать через катушку постоянную составляющую тока такой величины, какой она будет в реальной схеме радиоприемника.

Глава III САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОСТЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОДНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

«А вы, молодой человек, учтите этот урок, при случае пригодится…»

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля.

Риторический вопрос: с чего начать? Опыт показывает, что лучше приступить к практической деятельности в области радиоэлектроники с изготовления простых конструкций, а уже потом перейти к более сложным. Даже на одном транзисторе можно изготовить много интересных, занимательных и полезных самоделок. Для сборки таких устройств нет необходимости использовать печатный монтаж, достаточно использовать промышленную или самодельную планку с контактами для проволочного монтажа. Главное, чтобы используемые в конструкциях транзисторы были заведомо исправными. Для этого перед монтажом конструкции необходимо проверить годность всех радиокомпонентов хотя бы с помощью простейших пробников, описанных ниже.

Шаг 9 Источники питаний радиоэлектронных устройств

Питание самодельных радиоэлектронных устройств, как правило, осуществляют от сети переменного тока или автономных источников питания (гальванических элементов и аккумуляторов). Одни устройства потребляют небольшой электрический ток и в этом случае можно обойтись батарейками, в других случаях емкости батареек недостаточно для длительной работы и приходится пользоваться блоками питания от сети. Имея всего один мощный транзистор, можно собрать простой блок питания с неплохими эксплуатационными показателями.

9.1. Сетевой блок питания

Важным показателем любого блока питания является его способность давать на выходе стабильное выходное напряжение. С этой целью обычно используют различного рода стабилизаторы напряжения, выполненные на транзисторах или микросхемах. Простейший стабилизатор постоянного напряжения состоит из резистора и стабилитрона или стабистора. В качестве стабистора может быть использован также и обычный кремниевый диод, например, типа Д226, включенный в прямом направлении. Такие стабилизаторы обычно называют параметрическими, так как их действие основано на изменении параметров нелинейного элемента, какими являются стабилитроны или стабисторы. На рис 9.1 приведена схема параметрического стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона.



Рис. 9.1. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на стабилитроне


Напряжение на нагрузке, подключенной к выходу такого стабилизатора, будет равно напряжению стабилизации используемого стабилитрона. В связи с этим для конкретного напряжения стабилизации необходимо подбирать стабилитрон, который соответствует этому напряжению. Если, например, необходимо стабилизированное напряжение 6 В, то следует выбрать стабилитроны типа KC156A, имеющие напряжение стабилизации 5…6,3 В или КС162А с напряжением стабилизации 5,8…6,6 В. Основным недостатком параметрического стабилизатора является сравнительно небольшой максимально допустимый ток нагрузки, который бывает равен или меньше максимального тока, протекающего через стабилитрон.

Лучшими показателями обладает стабилизатор напряжения, построенный с использованием транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис. 9.2).



Рис. 9.2. Принципиальная схема блока питания 9 В


Напряжение на базе транзистора VT1 стабилизировано стабилитроном VD5. Напряжение на нагрузке, подключенной к контактам ХР1, приблизительно равно напряжению на базе. Для хорошей работы стабилизатора надо чтобы напряжение на конденсаторе С1 было примерно в 1,5 раза больше напряжения на нагрузке. Величина сопротивления резистора R1 подбирается в зависимости от выпрямленного напряжения и типа VD5. Ток холостого хода выбирается близким к максимально допустимому значению. В стабилизаторе можно применять также транзисторы КТ816А, КТ835А и им подобные, которые укрепляют на металлической пластине размером 30x20x1,5 мм из дюралюминия. Можно использовать и транзисторы старых типов П213…П217, П201…П203, в этом случае радиатор изготавливают размером 55x65x3 мм. Силовой трансформатор Т1 берется готовый (например, ТП8-4-220-50) или самодельный. В этом случае трансформатор выполняют на сердечнике Ш16x24, обмотка I содержит 2400 витков провода ПЭЛ-1 0,12, обмотка II — 275 витков ПЭЛ-1 0,33.

9.2. Питание устройств от гальванических элементов

Применяя гальванические элементы для питания аппаратуры, следует помнить, что долговечность их работы зависит от условий хранения и величины тока, который потребляет устройство. Так, сохранять элемент или батарею необходимо в сухом прохладном месте, можно положить на нижнюю полку бытового холодильника. Для большинства элементов и батарей максимальное значение кратковременного потребления тока не должно быть больше 0,1…0,2 начальной емкости источника питания. Для обеспечения работы радиоэлектронных устройств с большим потреблением мощности в течение длительного времени (до 50…100 часов), необходимо чтобы среднее значение тока потребления было в 50…100 раз меньше начальной емкости источника.

В настоящее время выпускается несколько основных типов гальванических элементов и батарей: угольно-цинковые (марганец-цинковые), щелочные, литиевые, серебряно-цинковые, ртутно-литиевые. Среди названных батареек самыми лучшими считаются литиевые, т. к. имеют большую емкость, самое большое напряжение и самый длительный срок хранения — до 7…10 лет. Литиевые батарейки являются и самыми дорогими по стоимости. Эти батарейки, в основном, используются для фото и кинокамер. Серебряные и ртутные элементы выпускаются в виде миниатюрных дисков («таблеток») и их используют, в основном, в слуховых аппаратах и часах. Из первых двух типов наиболее широкое распространение имеют угольно-цинковые, как наиболее доступные по цене. Хотя щелочные батарейки и дороже угольно-цинковых по стоимости, но зато имеют лучшие характеристики. У них больше емкость и срок хранения. Напряжение щелочных батареек несколько меньше угольно-цинковых, приблизительно на 0,1 В, но по мере разряда напряжение долгое время держится почти на одном уровне и только в конце резко падает. Для того чтобы выделить этот тип батареек, зарубежные фирмы на них делают надпись «Alkaline» (щелочной элемент). На отечественном рынке гальванических элементов и батареек сейчас большой процент составляет продукция зарубежных стран. На корпусе химического источника тока обязательно стоит его типоразмер по нескольким стандартам. На корпусах пальчиковых элементов можно встретить маркировку в основном по стандартам: Международной электротехнической комиссии (МКЭ) — R6 (солевой электролит) или LR6 (щелочной электролит), американский стандарт— АА, японский — АМЗ и российский — 316. Фирменные батарейки отличаются тем, что они, как привило, поступают в продажу запаянные в прозрачную пленку или в специальной картонно-пленочной упаковке.

• батарейки с солевым электролитом — TDK DINAMIC POWER, VARTA 3006 и 2006. SONY NEW ULTRA, SANYO SUPER, TOSHIBA Heavy Dury, GP GREENCELL, GP SUPERCELL, ENERMAX, DAEWOO, FUJI NOVEL;

• батарейки с щелочным электролитом — DURACELL, DURACELL ULTRA, ENERGIZER, ENERGIZER TESTER, SONY ALKALINE, PANASONIC POWER ALKALINE, TOSHIBA ALKALINE, POLAROID ALKALINE.

Несколько продлить срок службы гальванического элемента, у которого не поврежден стакан, можно путем вливания в него соответствующих растворов. Для этого больше подходят элементы без стальной обоймы, типа 373, 343 и т. д. Для восстановления элемента в его торце со стороны плюсового вывода прокалывают несколько отверстии диаметром 2…3 мм на глубину 50 мм. Обычно 2 отверстия у угольного стержня, а 2 — у кромок цинкового стакана. Отверстия заполняют аммиаком водным техническим, используемым для удобрения или бытовых целей (марка «А», сорт 1). Отверстия заполняют несколько раз по мере впитывания в течение 1…2 дней. После этого отверстия закрывают парафином, битумом или пластилином. Готовность к работе элемента проверяют лампочкой от карманного фонарика. При этом удается удлинить срок службы гальванического элемента на 20…40 часов. Если нет аммиака водного, то можно в отверстия залить аптечный нашатырный спирт или в крайнем случае обычную воду.

9.3. Особенности питания аппаратуры от аккумуляторов

Для радиоприемников и других радиоэлектронных устройств часто используют аккумуляторы. Аккумуляторы вырабатывают электрический ток в результате окислительно-восстановительной реакции. В них под действием внешнего источника постоянного тока происходят обратимые процессы, в результате чего первоначальные вещества восстанавливаются. Аккумуляторы только накапливают энергию, которую при необходимости могут снова отдать. Отсюда и происходит их название (от латинского accumulare — накапливать, собирать). Промышленностью выпускается большое количество различных типов аккумуляторов. В радиоэлектронике нашли применение различного типа аккумуляторы. Наибольшее распространение получили никель-кадмиевые аккумуляторные элементы и батареи дисковой конструкции.

При эксплуатации аккумуляторов необходимо придерживаться некоторых правил. Для периодического подзаряда аккумуляторов применяют зарядные устройства. Такие устройства должны удовлетворять паспортным данным подзаряжаемого аккумулятора по току и времени заряда. Соблюдение рекомендованных режимов заряда и разряда аккумуляторов способствует продлению срока его эксплуатации до 5…7 лет.

В карманных приемниках часто используется аккумуляторная батарея 7Д-0,1 и ее модификация 7Д-0,125. При зарядке аккумуляторов типа 7Д-0,125 от сети 220 В можно использовать простую схему, которая обеспечивает ток заряда около 12 мА, при этом продолжительность зарядки составляет 10…15 часов (рис. 9.3).



Рис. 9.3. Принципиальная схема устройства для зарядки аккумулятора 7Д-0,125


Особенностью устройства является то, что если по забывчивости аккумулятор будет находиться на зарядке больше времени чем положено, то его перезарядки не произойдет. Зарядный ток аккумуляторной батареи определяется емкостью конденсатора С1 и при достижении напряжения Uбат = 9,4 В начинает уменьшаться, когда напряжение батареи достигнет Uбат = 9,4 В открывается стабилитрон VD1, который практически полностью блокирует процесс зарядки. Одним из недостатков аккумуляторных батарей типа 7Д-0,1 и 7Д-0,125 является, как известно, то, что кадмиево-никелевые элементы, из которых они состоят, теряют свою работоспособность при разряде ниже 1 В. Такой разряд аккумуляторных элементов приводит к сокращению срока их службы. В связи с этим аккумуляторную батарею разряжать ниже 7 В не рекомендуется. Продлить срок службы батареи можно, если иметь соответствующий сигнализатор контроля напряжения во время эксплуатации. На рис. 9.4 приведена электрическая схема сигнализатора напряжения аккумуляторной батареи.



Рис. 9.4. Принципиальная схема сигнализатора разряда аккумуляторной батареи 7Д-0,125


Сигнализатор собран на микросборке полевых транзисторов DA1 и поэтому потребляет в дежурном режиме очень малый ток — менее 0,1 мА. При напряжении питания батареи больше 7 В светодиод HL1 не горит. При снижении напряжения до 7 В — светодиод HL1 загорается, что сигнализирует о необходимости подзарядки аккумуляторов. Переменным резистором устанавливают порог срабатывания светодиода HLI. Разность между напряжениями источника питания, при которых гаснет и зажигается светодиод очень мала, всего 0,03 В.

Основные характеристики некоторых типов отечественных аккумуляторов, наиболее часто используемых для питания радиолюбительских конструкций, приведены в табл. 9.1.


9.4. Индикатор полярности источников напряжений

В практике радиолюбителя иногда возникает проблема определения полярности источников напряжений. Для этих целей подойдет индикатор полярности напряжений, схема которого приведена на рис. 9.5.



Рис. 9.5. Принципиальная схема сигнализатора разряда аккумуляторной батареи 7Д-0.125


Подключив вывод 2 к корпусу источника, прикасаются щупом 1 к определяемому контакту, индикатор указывает на «плюс» источника напряжений, если светится светодиод VD1, а в случае «минуса» светится — VD2. Конструкция не содержит дефицитных деталей. Вместо указанных на схеме полевых транзисторов могут быть использованы КП303Е, а вместо указанного типа светодиодов подойдут АЛ102А и им подобные, лишь бы проходящий через них допустимый прямой ток был больше или равен начальному току стока полевого транзистора.

Все детали индикатора удобно собрать в корпусе от авторучки. Добавим, что в пробнике могут быть использованы и другие типы полевых транзисторов и светодиодов, при условии, что

Iт. д. >= Iт. т.

где Iт. д. — допустимый прямой ток через светодиод, Iт. т — начальный ток стока полевого транзистора.

В полевых условиях определить полярность источника постоянного тока можно несколькими простыми способами. В соответствии с одним в срез сырого клубня картофеля на расстоянии нескольких миллиметров один от другого вставляют два медных провода и подключают к источнику питания. Вокруг положительного электрода вскоре возникает зеленое пятно, а вокруг отрицательного — поверхность картофеля остается чистой. По другому способу берется кусочек промокательной бумаги, пропитанной фенолфталеином (другое название пурген — лекарство, продается в аптеке), и высушивается. Потом эту бумагу увлажняют и кладут на стеклянную пластину. Если теперь приложить к промокательной бумаге концы проводов, полюса которых необходимо определить, то вблизи отрицательного полюса бумага становится ярко-малинового или красного цвета. Существует еще более простой способ определения полярности источника постоянного тока — при помощи свечи. В пламя вводят два вывода от источника. От воздействия тока изменяется форма пламени, из длинного оно становится низким и широким, а на проводнике подключенном к «—» появляется веточка сажи.

Шаг 10 Радиоэлектронные устройства, полезные в быту. Сигнализаторы и индикаторы

При наличии небольшого количества радиодеталей могут быть собраны устройства, полезные в домашнем быту или на даче. Монтаж таких устройств несложен и может быть произведен при небольших навыках пайки на монтажной планке или печатной плате небольших размеров.

10.1. Карманный фонарик на аккумуляторах

Как известно в карманных фонариках для питания лампочки используют различные источники питания: гальванические элементы, аккумуляторы и небольшие электродинамические машины. Наиболее удобными считаются фонарики на аккумуляторных элементах, так как они допускают периодическую их подзарядку от осветительной сети.

Схема фонарика с питанием от аккумуляторных элементов приведена на рис. 10.1.



Рис. 10.1. Принципиальная электрическая схема аккумуляторного фонарика


При включении фонарика в сеть о начале процесса подзарядки свидетельствует загорание светодиода VD2. В фонарике используется три последовательно соединенных аккумуляторных элемента типа Д-0,25. Лампочка накаливания 3,5 В на 0,15 А. В выпрямителе для зарядки аккумуляторов использованы диод типа КД102 и светодиод типа АЛ307. Конденсатор типа К73-17 на напряжение не менее 400 В. Можно использовать и диоды типа Д226, но это приведет к увеличению размеров фонарика. Все детали подзарядного устройства собираются на небольшой пластинке 35x20 мм толщиной 0,3 мм из текстолита или прессшпана. В пластине предварительно сверлят отверстия диаметром 1 мм согласно монтажной схемы. Пропустив выводы деталей в отверстия платы, скручивают их и пропаивают. Плату помещают в круглый пластмассовый корпус подходящих размеров. Примерное расположение деталей фонарика приведено на рис. 10.2. Время заряда фонарика составляет около 19 часов. Одной зарядки хватает на 2,5 часа непрерывной работы фонарика.



Рис. 10.2. Возможная конструкция аккумуляторного фонарика

10.2. Сигнализатор уровня воды в металлической емкости

Устройство позволяет проконтролировать наполнение металлической емкости водой до определенного уровня и вовремя перекрыть воду, о чем сигнализирует зажигание лампочки. Схема сигнализатора приведена на рис. 10.3.а и содержит всего один транзистор большой мощности. В момент поднятия воды в баке до заданного уровня, который определяется положением металлического электрода в баке, база транзистора VT1 получает небольшое отрицательное смещение через резистор, состоящий из сопротивления резистора R1 и массы воды, в результате чего транзистор открывается и загорается сигнальная лампочка HL1. В качестве транзистора можно использовать любой мощный кремниевый транзистор типа КТ814, КТ816 и им подобный, можно использовать транзисторы старых типов, например, германиевые транзисторы большой мощности типа П202Э, П213 и им подобные. Заметим, что соединение базы транзистора с металлическим баком должно быть хорошего качества, а электрод должен не касаться бака и крепится на изоляторе. В качестве электрода можно использовать стержень из любого металла. Питание можно осуществить как от батареек, так и от блока питания, дающего 12 В. Лампочка HL1 типа КМ-2 на 12 В и ток 105 мА. Переменный резистор R1 может быть любого типа. Собирают устройство на монтажной планке, закрепленной в герметичной пластмассовой коробочке (рис. 10.3.б). На один из боков коробочки выведены: гнездо для подключения источника питания и контактные винты для подключения проводов, идущих от электрода и бака. Во время налаживания устройства наполняют бак водой и опускают в воду металлический стержень. Вращением резистора R1, изменением глубины погружения и расстояния между электродом и стенкой бака добиваются зажигания лампочки HL1. Определив нужное положение металлического электрода, закрепляют его на стенке бака.




Рис. 10.3. Принципиальная схема (а) и монтаж на монтажной планке (б) деталей сигнализатора уровня воды в металлической емкости

10.3. Сигнализатор уровня воды в пластмассовой емкости

Конструкция предыдущего сигнализатора наполнения водой емкости содержала всего один электрод, в качестве второго использовался сам металлический бак. Если бак пластмассовый, то обычно используют два электрода, опущенных в жидкость. Схема устройства для данного случая приведена на рис. 10.4.



Рис. 10.4. Принципиальная схема сигнализатора уровня воды в пластмассовой емкости


В качестве элемента сигнализации о наполнении емкости используется светодиод VD2. Вместо указанного на схеме транзистора VT1 можно использовать любой маломощный кремниевый транзистор. Ввиду небольшого количества деталей монтируют устройство на монтажной планке, после чего все помещают в коробочку с источником питания. Электроды закрепляются на пластмассовой крышке, предусмотрев возможность изменения их длины при погружении. Налаживание заключается в определении необходимой величины погружения и расстояния между электродами, при которой зажигается светодиод. Иногда для открывания транзистора приходится подбирать величину сопротивления резистора R1.

10.4. Сигнализатор полива растений на даче

Облегчить соблюдение норм полива на дачном участке призван сигнализатор высыхания почвы, приведенный на рис. 10.5. Сигнализатор работает на том же принципе, что и предыдущие сигнализаторы, его срабатывание происходит в зависимости от величины подаваемого отрицательного смещения на базу транзистора. В сигнализаторе используется один резистор типа МЛТ-0,5, транзистор типа МП42 или ему подобный и электромагнитное реле, контакты которого включают насос и происходит полив водой участка. Электромагнитное реле К1 можно взять типа РСМ-1 или РСМ-10, главное чтобы оно срабатывало при напряжении 7…9 В. В качестве транзистора VT1 можно использовать любой маломощный германиевый или кремниевый транзистор.



Рис. 10.5. Принципиальная схема сигнализатора полива растений на даче


При использовании транзистора обратной проводимости, например, типа КТ315, полярность подключения источника питания необходимо изменить на противоположную. Устройство собирается на монтажной планке закрепленной в пластмассовом корпусе. В корпусе имеется контактный разъем для подключения батарейки типа «Крона». К одной из стенок корпуса крепится реле.

На боковой стенке устанавливается разъем для подключения металлических электродов. Налаживание сигнализатора заключается в подборе сопротивления резистора R1 и расстояния между электродами, добиваясь срабатывания реле К1.

10.5. Индикатор радиоактивности

Индикатор наличия радиоактивности собран всего на одном транзисторе, но несмотря на это имеет звуковую и световую сигнализации (рис. 10.6). По интенсивности щелчков в наушнике судят об относительном уровне радиоактивного фона. Одновременно со щелчками вспыхивает неоновая лампочка типа МН-3, что также позволяет делать определенные выводы о радиоактивном фоне. Трансформатор преобразователя напряжения намотан на ферритовом кольце типа К18 с магнитной проницаемостью М2000. Обмотка I (первичная) трансформатора содержит 4 витка провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм, обмотка II — 4 витка провода ПЭЛ диаметром 0,5 мм, обмотка III — 900 витка ПЭЛШО диаметром 0,1 мм. В качестве высоковольтного диода VD1 можно использовать кремниевый диодный столб типа 2Ц102А. Транзистор VT1 может быть любой германиевый или кремниевый. В приборе можно использовать наушники с сопротивлением звуковой катушки 30…100 Ом. Питание прибора осуществляется от двух гальванических элементов типа 316 или одной батарейки типа 3336Л. Прибор содержит небольшое число деталей и поэтому его удобнее собрать в корпусе подходящих размеров, в котором закреплена и монтажная планка с распаянными радиодеталями. Настройка индикатора сводится к правильному подключению выводов трансформатора Т1 к соответствующим элементам схемы.



Рис. 10.6. Принципиальная схема индикатора радиоактивности

10.6. Корректофон

Заикание является неприятным дефектом речи. Человек как бы спотыкается, произнося слова, фразы, предложения, при этом ему приходится напряженно следить за своей речью. Наблюдения показали, что если отвлечь заикающегося человека от постоянного контроля за своей речью, то заикание становится не очень заметным.

Выполнить роль такого отвлекателя и призван корректофон. Корректофон представляет собой звуковой генератор, к которому подключены наушники. Чтобы человек не слышал свой голос, на его слух надо воздействовать звуковым сигналом определенного состава и интенсивности. Наиболее близко удовлетворяет этим требованиям так называемый «белый шум». «Белым» шум называется потому, что в нем одинаково выражены частоты всего звукового диапазона, от самых низких до самых высоких, то есть от 20 Гц до 15000 Гц. Этот диапазон полностью воспринимается человеческим ухом. Звучание «белого шума» подобно звуку горного водопада. Прослушивая через головные телефоны такие низкочастотные колебания генератора человек, страдающий заиканием лишается возможности слушать свой голос, успокаивается и меньше заикается при разговоре. Ежедневные тренировки с корректофоном могут в некоторой степени помочь в восстановлении нормальной речи. На рис. 10.7 показана схема простого корректофона на одном транзисторе VT1 типа КТ315Б.



Рис. 10.7. Принципиальная схема корректора


Имеющийся в конструкции переменный резистор R3 выполняет роль регулятора тембра и дает возможность изменять частоту генератора от 100 до 2000 Гц. Для питания прибора можно использовать три малогабаритных аккумулятора типа Д-0,06 или три гальванических элемента типа 316. Головные телефоны BF1 могут быть любого типа, желательно с большими амбушюрами, чтобы исключить попадание в ушную раковину посторонних звуков. К корректофону можно также подключить стереонаушники для плейеров и радиоприемников УКВ.

В корректофоне можно использовать любой транзистор обратной проводимости. Конденсаторы, постоянные резисторы и переменный резистор могут быть любого типа, желательно малогабаритные. В качестве выключателя SA1 применим небольшой тумблер, например, типа ПТ57.

Детали корректофона монтируются на монтажной планке, которая помещается в небольшой пластмассовый корпус и закрепляется винтами (рис. 10.8).



Рис. 10.8. Монтаж деталей корректофона на монтажной планке


Если в конструкции будет использоваться транзистор КТ315Б, то для удобства монтажа его выводы надо удлинить, припаяв к ним отрезки медного провода длиной 10 мм. Размеры корпуса должны быть такими, чтобы в нем кроме монтажной планки еще поместился отсек для элементов питания и другие крупногабаритные детали. На одной стороне корпуса крепится переменный резистор R3, выключатель SA1 и гнездо X1 для подключения наушников.

10.7. Измеритель эмоций

Профессии летчика, космонавта, испытателя космической техник требуют от человека абсолютного здоровья и высокой эмоциональной устойчивости. Определить степень эмоциональной устойчивости человека можно при помощи прибора называемого эмоциометром. В основе его работы лежит известный факт, что сопротивление определенных участков тела человека зависит от деятельности потовых желез, которыми управляет нервная система. Любое эмоциональное возбуждение или нервно-психическое напряжение заставляет потовые железы работать интенсивнее, что и обуславливает уменьшение сопротивления кожи человека. На этом и построена работа прибора — измерителя эмоций, схема которого приведена на рис. 10.9.



Рис. 10.9. Принципиальная схема эмоциометра («детектора лжи»)


К гнездам XS1 и XS2 прибора с помощью изолированных проводов присоединяются специальные электроды, которые закрепляются на теле человека. Электроды крепят на тех участках тела, где содержится максимальное количество потовых желез. Удобным является крепление электродов на кисти руки, один электрод прикладывается к ладони, а другой — к ее тыльной стороне. После присоединения электродов к телу переменным резистором R1 устанавливают ток во внешней цепи, например, через руку человека.

Величина тока может колебаться в пределах 20…50 мКА. Контроль этого тока проводят по микроамперметру РА1. Регистрация изменения тока, связанного с эмоциональным возбуждением, производится микроамперметром РА2, включенным по мостовой схеме, а также может проводиться по самописцу, подключенному к разъемам Х3 и Х4. Для питания прибора можно использовать отдельный блок питания на 9 В или гальванические элементы, например, 6 штук элементов 373.

В приборе используются такие радиодетали: микроамперметры PA1 — М494 на 100 мкА, РА2 — М592 на 50 мкА с нулем по середине шкалы. Можно использовать и другие измерительные приборы с током полного отклонения стрелки 100 мкА. Транзистор VT1 типа МП39…МП42 или любой исправный транзистор прямой проводимости с обратным током коллектора не более 5 мкА. Постоянные резисторы типа MЛT, переменные резисторы любого типа, желательно с обратной логарифмической зависимостью (В).

Все детали прибора монтируются в металлическом корпусе размером 80x120x250 мм (рис. 10.10). Транзистор VT1 вместе с постоянными резисторами монтируют на монтажной планке, к контактам которой припаивают также концы изолированных проводов, идущих от приборов РА1, РА2, переменных резисторов Rl, R5 и разъемов для подключения электродов, самописца и блока питания.



Рис. 10.10. Общий вид эмоциометра и установка электродов на руке


Электроды представляют собой металлические диски диаметром 10…20 мм и толщиной 2…5 мм, которые вырезают из листа цинка, серебра или посеребренной фольги. Диски амальгируют, покрывают пастой из каолина, замешанного на насыщенном растворе сернокислого цинка. Каолин можно купить в аптеке. После этого электроды обматывают марлей смоченной в физиологическом растворе. Для приготовления физиологического раствора берут стакан воды и размешивают в нем столовую ложку обычной пищевой соли.

Эмоциональную устойчивость человека с помощью данного прибора определяют следующим образом. Испытываемого устраивают в — лежачее или сидячее положение в затемненной комнате. Электроды смачивают в физиологическом растворе и закрепляют на руке бинтом. С помощью переменного резистора R5 стрелку прибора РА2 устанавливают на «0». Переключателем SA1 устанавливают определенную чувствительность прибора. Чувствительность прибора наибольшая, когда контакты переключателя SA1 замкнуты, то есть резистор R4 закорочен. При разомкнутых контактах SA1 чувствительность прибора уменьшается в 5 раз. Когда все настройки произведены, то через 1–2 минуты после появления раздражителя, стрелка прибора РА2 начинает смещаться на некоторую величину, а самописец фиксировать время реакции человека на раздражитель. Раздражителем при испытаниях может быть свет, звук, прикосновение к телу, а также устные вопросы к испытываемому, носящие провокационный характер. Если у человека хорошая эмоциональная устойчивость, отклонения стрелки будут незначительными, а самописец будет чертить плавную кривую без пиков.

По существу данный прибор представляет собой простейший вариант «детектора лжи». Если составить определенным образом ряд вопросов к испытываемому и попросить его давать однозначные ответы «да» или «нет» на задаваемые вопросы, то в результате самописец начертит соответствующую кривую. Расшифровка такой кривой заключается в выявлении на кривой всплесков (пиков или горбов) и сопоставлении их со временем задавания вопросов. По известному времени и определяют вопросы, которые вызвали раздражение и заставили задуматься испытываемого. Характер вопросов, вызвавших раздражение и позволяет сделать соответствующий вывод о причастности или непричастности человека к какому-нибудь делу.

Шаг 11 Реле времени и сторожевые устройства

Реле времени, как известно, используют для автоматического отсчета интервалов времени, такое устройство полезно иметь в быту, особенно на кухне, при изготовлении различных блюд. Простейшее сторожевое устройство призвано оградить дачный участок или дом от незванных гостей. Устройства не содержат дефицитных деталей и могут быть изготовлены при желании самостоятельно.

11.1. Реле времени

Реле времени, схема которого изображена на рис. 11.1, собрано на одном мощном кремниевом транзисторе типа КТ814А. Вместо указанного на схеме типа транзистора VT1 можно использовать КТ818 с любой буквой, а также старого типа, например, П202 или П213. Установку выдержки времени производят с помощью резисторов R1 и R2, при этом выдержки времени получаются от 1 до 60 секунд.



Рис. 11.1. Принципиальная схема реле времени


Устройство работает следующим образом. После нажатия кнопки SA1 происходит заряд конденсатора С1 до величины напряжения источника питания. Отжатие кнопки приводит к разряду конденсатора С1 на цепь, состоящую из резисторов R1…R4, участка транзистора база-эмиттер и резистора R5. И как видно из схемы время разряда определяется указанными элементами. Разрядный ток конденсатора, протекающий через транзистор, вызывает увеличение тока коллектора и приводит к срабатыванию реле К1, контакты которого включают сигнал, извещающий о начале установленного интервала времени. По прошествии установленного интервала времени ток разряда конденсатора уменьшается, что приводит к уменьшению коллекторного тока транзистора и возвращению реле в исходное состояние. В схеме резистор R2 обеспечивает выдержку 1…10 с, R1 — свыше 60 с. Если подобрать сопротивления, входящих в схему резисторов, то можно получить другие необходимые интервалы времени. Реле К1 типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.302) с током срабатывания 22 мА и рабочее напряжение 24…36 В. Кнопка SA1 может быть любого типа, лишь бы устройство замыкания контактов отвечало схеме реле. Налаживание устройства заключается в установке тока срабатывания реле изменением резисторов, входящих в схему. Перед наладкой реле делают круглые шкалы для переменных резисторов R1 и R2, на которых в процессе налаживания наносят времена выдержек.

11.2. Сторожевое устройство с датчиком в виде провода

Данное сторожевое устройство относится к контактному типу. Оно срабатывает при размыкании контактов, устанавливаемых на охраняемом объекте. В данном случае на вход устройства XS1 подключена тонкая проволока, которая проложена вокруг объекта. При обрыве проволоки происходит срабатывание реле K1, контакты КМ которого и включают сигнализирующее устройство. Схема сторожевого устройства приведена на рис. 11.2. Монтаж устройства несложен и производится на монтажной планке. Все устройство помещается в корпус, в котором имеется отсек питания и гнезда SA1 для подключения охранного провода.



Рис. 11.2. Принципиальная схема сторожевого устройства с датчиком в виде провода


Налаживание сторожевого устройства заключается в установке переменным резистором R1 тока срабатывания реле, когда не подключен охранный проводник. Реле К1 может быть типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.300) или ему подобное на рабочее напряжение 7… 15 В. В качестве датчика, сигнализирующего об опасности, можно использовать систему контактов, которые замыкаются при надавливании на них. Контакты можно установить, к примеру, на стекле двери, а в качестве сигнализатора использовать электрический звонок, подключенный к срабатывающим контактам реле. Если стекло разбить, контакты разомкнутся, сработает реле и зазвенит звонок.

11.3. Сторожевое охранное устройство с контактными датчиками

Простое сторожевое устройство охранной сигнализации с использованием датчиков, в роли которых используются микропереключатели типа МП-I, которые размыкаются при надавливании на них, приведено на рис. 11.3. В это время срабатывает реле К1 и своими контактами включает систему сигнализации, сирену или звонок. Датчики устанавливаются на окнах, дверях жилых и служебных помещений. Они крепятся к стеклу со стороны выключающей кнопки. В устройстве могут быть использованы реле К1 типа РЭС-10 или РЭС-15. В схеме транзистор VT1 можно взять любой, в зависимости от типа его проводимости необходимо соответствующим образом подключать питание. Питается устройство от любого источника с напряжением от 9 до 18 В. Монтаж устройства может быть проволочным или с использованием печатной платы. В табл. 11.1 приведены основные характеристики микропереключателей типа МП.



Рис. 11.3. Принципиальная схема сторожевого охранного устройства с контактными датчиками




Минимальная величина коммутируемого напряжения для МП-1…МП-11 в пределах 3 В, для МП-12 в пределах 0,5 В. Меньшая величина напряжения недопустима, т. к. контакт будет ненадежен.

Полное сопротивление контактной пары не более 0,05 Ом. Частота коммутируемого переменного тока 50…400 Гц.

Время срабатывания контактов не более 0,01 с.

Микропереключатель МП-12 предназначен для коммутации постоянного и импульсного напряжений. Частота повторения импульсов не более 500 Гц.



Внешний вид переключателей типа МП (к табл. 11.1)

11.4. Секретный замок

Секрет открывания этого замка основывается на том, что для его открытия необходимо знать величину сопротивления резистора, подключенного к гнездам многоконтактного разъема XS1 (рис. 11.4). В схеме используется реле РЭС-10 (паспорт РС4 524.302). Конструктивно ключ ХР1 представляет собой штепсель от многоконтактного разъема, к которому припаян резистор. Транзистор VT1 может быть любого типа. Налаживание заключается в подборе значений резисторов R1 и R2, при которых происходит срабатывание реле К1.



Рис. 11.4. Принципиальная схема секретного замка

11.5. Электронный камертон

Электронный камертон, схема которого дана на рис. 11.5, может быть использован для настройки музыкальных инструментов и на уроках пения. В основе конструкции лежит схема генератора звуковой частоты на одном транзисторе с автотрансформаторной связью. При нажатой кнопке SA1 камертон вырабатывает звуковые колебания, высота тона которых устанавливается переменным резистором R1. Резистор R1 позволяет установить диапазон частот около одной октавы. В качестве катушки индуктивности L1 можно использовать первичную обмотку выходного трансформатора, имеющего сечение сердечника около 1,5 см2 от любого радиоприемника. Главное, чтобы катушка содержала около 3000 витков провода ПЭВ 0,08…0,12 и отвод от средней точки. Трансформатор используется в конструкции без сердечника. Для понижения частоты генерируемых колебаний увеличивают емкость конденсатора С2 или вводят в катушку железный сердечник. Уменьшение емкости С2 приводит к повышению генерируемой частоты. В устройстве может быть использован любой маломощный германиевый транзистор типа МП39…МП42Б. Громкоговоритель желательно взять высокоомный типа 0.1ГД-13 с сопротивлением звуковой катушки 60 Ом, в противном случае можно использовать телефонный наушник ДЭМ-4М. Камертон собирается в пластмассовом корпусе, в котором наружу выведена кнопка включения питания и ось переменного резистора с одетой на нее ручкой. Габариты устройства определяются размерами применяемых деталей.



Рис. 11.5. Принципиальная схема электронного камертона

11.6. Имитатор соловьиных трелей

Для озвучивания игрушек и различных сцен в самодеятельных спектаклях может пригодиться имитатор пения соловья. Основу схемы имитатора составляет блокинг-генератор, собранный на одном транзисторе типа МП42Б, который имеет две цепи положительной обратной связи (рис. 11.6). Как видно из схемы одна цепь, определяющая период повторения трелей, включает резисторы R1, R2 и конденсатор C1, другая — определяет частоту основного тона и включает катушку индуктивности L1 и конденсатор С3. Желаемое звучание устанавливается переменным резистором R1, имеющим линейный закон изменения сопротивления и изменением емкости конденсатора С1 (0,022…0,047 мкФ). Тон звучания подбирается изменением емкости С3 (4,7…33 мкФ). Подбором значения резистора R3 устанавливают рабочую точку транзистора VT1 и реальность воспроизводимого звука.

Сопротивление этого резистора зависит от параметров применяемого транзистора и находится в пределах 3,3…10 кОм. Если необходимо длительное звучание трели, то емкость конденсатора С2 в этом случае 2200 мкФ. Громкоговоритель и выходной трансформатор Т1 могут быть взяты от любого малогабаритного радиоприемника. Для катушки индуктивности L1 можно использовать одну из обмоток согласующего трансформатора того же приемника. Имитатор собирается в деревянном или пластмассовом корпусе, габариты которого зависят от размеров применяемых радиодеталей.



Рис. 11.6. Принципиальная схема имитатора соловьиных трелей

Шаг 12 Простые радиоприемники

12.1. Приемник СВ и ДВ

Особенностью приемника на одном транзисторе является то, что при выключенном питании он работает как детекторный. В этом случае эмиттерный переход транзистора выполняет роль детектора. Это очень удобно, если проводите время на даче или в лесу и нет батареек. В случае подключения к приемнику батарейки, транзистор выполняет еще одну функцию — усилителя звуковой частоты. Дальнобойность приемника напрямую зависит от параметров внешней антенны и качества изготовления катушек индуктивности, в частности, от их добротности. Как сделать внешнюю антенну, рассказано в разделе 26.1 этой книги. Схема приемника приведена на рис. 12.1.



Рис. 12.1. Принципиальная схема радиоприемника с транзисторным детектором для приема радиовещательных станций СВ и ДВ


В приемнике может быть применен любой исправный германиевый или кремниевый транзистор, но лучше использовать транзистор КТ3102Б. Режим его работы устанавливается изменением сопротивления резистора R1 до получения максимума громкости принимаемой радиостанции. Катушки индуктивности могут иметь различную конструкцию. Наиболее простая конструкция представляет каркасы из пластмассы или картона диаметром 20 мм и длиной 40 мм, на которых проводом ПЭЛ 0,15…0,25 намотано 80 витков для СВ (L1) и 310 витков для ДВ (L2). Катушку СВ желательно намотать виток к витку, а ДВ можно внавал. В связи с тем, что катушки без сердечников, подгонку их индуктивности можно осуществить, если часть витков катушки (примерно 1/3 от общего количества витков) намотать на подвижном небольшом каркасе, перемещающемся по основному каркасу. Переключатель диапазонов SA1 любого типа. Наушники высокоомные, с сопротивлением катушек 1200 Ом или 2200 Ом. Приемник собирается в пластмассовом или деревянном корпусе, размеры которого зависят от габаритов используемого конденсатора переменной емкости. Монтаж радиокомпонентов приемника можно сделать на монтажной планке.

12.2. Приемник КВ

Приемники для КВ в настоящее время строят, в основном, по супергетеродинной схеме, в меньшей мере по схеме прямого усиления с положительной обратной связью. Связано это в первую очередь с тем, что обеспечить необходимую избирательность с помощью одного входного контура приемника прямого усиления не удается. Невзирая на это, осуществить прием мощных КВ станций на приемник, сделанный и без обратной связи, можно. На рис. 12.2 приведена схема приемника для приема волн 25…49 м.

Катушки L1 и L2 содержит по 13 витков провода ПЭЛ-1 0,7, намотанных на каркасе диаметром 15 мм без сердечника в одном направлении. На каркасе катушки размещены друг от друга на расстоянии 5 мм. Дроссель L3 намотан проводом ПЭЛ-1 0,18 в один слой виток к витку по длине корпуса постоянного резистора типа ВС-0,5 сопротивлением не менее 100 кОм.



Рис. 12.3. Принципиальная схема сверхрегенеративного радиоприемника для приема УКВ ЧМ


Собирают и монтируют приемник в небольшом корпусе с использованием проволочного монтажа на планке с контактами. Для хорошей работы приемника необходимы внешняя антенна, длиной несколько метров, и заземление. Налаживание приемника производят подбором сопротивления резистора R1 по максимальной громкости принимаемой станции, для удобства его можно заменить переменным резистором.

12.3. Сверхрегенеративный приемник УКВ

На одном транзисторе можно собрать приемник для приема станций популярного сейчас УКВ диапазона. В приемнике, схема которого приведена на рис. 12.3, использован сверхрегенеративный детектор.



Рис. 12.3. Принципиальная схема сверхрегенеративного радиоприемника для приема УКВ ЧМ


Сверхрегенеративный приемник известен давно и благодаря тому, что позволяет получить достаточно высокую чувствительность при простоте схемы, пользуется популярностью у радиолюбителей. Основной его недостаток — сравнительно низкая избирательность, а отсюда — плохая помехозащищенность. Но для диапазона УКВ подходит, так как здесь станций немного и поэтому удается получить неплохой прием радиостанций как в отечественном диапазоне, так и иностранном.

Приведенная схема имеет некоторые отличия от классического сверхрегенератора. Она отличается способом получения и подачи на базу транзистора колебаний экспоненциальной формы, обеспечивающих генерацию «вспышек» высокочастотных колебаний. Это достигается использованием базовой RC-цепи, R1, R2, С4. Сразу после включения питания переход база-эмитгер транзистора VT1 имеет большое сопротивление. Такое положение продолжается до момента, пока напряжение на конденсаторе С3, заряжающемся от источника питания через резисторы R1, R2, не достигнет порога открывания транзистора.

После достижения транзистором некоторого порога усиления начинается генерация высокочастотных колебаний. Ток, проходящий через переход база-эмиттер, разряжает конденсатор С4 и процесс повторяется снова. Как видно, частота «вспышек» высокочастотных колебаний прямо зависит от напряжения питания.

В приемнике уровень режима сверхрегенеративного приема регулируется изменением емкости подстроечного конденсатора С2. Максимальную чувствительность приемника устанавливают изменением сопротивления резистора R1. Катушки L1 и L2 намотаны проводом ПЭЛ 0,8 на расстоянии друг от друга 3…4 мм на пластмассовом каркасе диаметром 6 мм и содержат 8,5 витков и 2,5 витка соответственно.

Дроссели L3, L4 и L5 содержат по 7…8 витков провода, намотанных виток к витку на таких же каркасах и таким же проводом, что и контурные катушки. Катушки индуктивности необходимо сделать очень аккуратно, так как от этого зависит качество приема. Конструкция приемника может быть аналогична вышеприведенным приемникам. В качестве антенны лучше взять телескопическую антенну от портативного приемника, что даст возможность улучшить прием, подобрать необходимую длину антенны. Для получения громкоговорящего приема радиостанций можно присоединить к приемнику усилитель звуковой частоты. Схема и конструкция более совершенного приемника, имеющего УКВ диапазон, приведена ниже.

12.4. Коротковолновый конвертор

Конвертор представляет собой небольшую приставку, с помощью которой на радиоприемник, имеющий диапазоны длинных или средних волн, можно принимать радиостанции, работающие на коротких волнах. Принципиальная схема конвертора приведена рис. 12.4. Конвертор позволяет принимать радиостанции, работающие в диапазоне 19…49 м. Это по существу преобразователь высокой частоты в промежуточную. Работать он может как с супергетеродинными, так и радиоприемниками прямого усиления, имеющими диапазон СВ. Принятый антенной сигнал радиостанции коротких волн поступает на контур L1, С2, С3 и через отвод катушки L1 и разделительный конденсатор С4 поступает на преобразователь частоты. Преобразователь содержит один транзистор, который построен по схеме самовозбуждения. Транзистор соединяет в себе функции смесителя и гетеродина. Гетеродинная часть собрана по схеме с индуктивной обратной связью. Здесь катушка L3 индуктивно связана с контуром L2, С6, С2.2. Настройка входного и гетеродинного контуров на необходимую частоту осуществляется сдвоенным блоком конденсаторов С2.1 и С2.2. Напряжение принятого сигнала поступает на базу транзистора VT1, а напряжение гетеродина — на эмиттер. Вследствие преобразования двух частот на фильтре L4, С7, на нагрузке каскада, выделяется новая преобразованная частота, лежащая в диапазоне средних волн, в данном случае 1 МГц.

Необходимый режим работы транзистора устанавливают подбором резистора R1. Антенной конвертора может служить любой многожильный изолированный провод длиной 1…1,5 м или небольшая телескопическая антенна, прикрепленная к его корпусу.



Рис. 12.4. Принципиальная схема конвертора для приема радиостанций в диапазоне коротких волн


Схема конвертора не содержит дефицитных деталей. Катушки приставки — самодельные. Катушки L1 и L2 наматываются на стандартных малогабаритных каркасах диаметром 7 мм с подстроечными сердечниками 100НН и содержат по 12 витков провода ПЭВ-1 0,41 с отводами от 3 витка. Начало намотки катушек на схеме обозначены точкой. Катушка связи L3 содержит 2…3 витка ПЭЛШО 0,25 и наматывается поверх L2 между ее началом и отводом. Катушка фильтра промежуточной частоты L4 намотана на картонном каркасе, размещенном на отрезке ферритового стержня с магнитной проницаемостью 400НН, длиной 20…25 мм и диаметром 8 мм. Катушка L4 содержит 60 витков провода ПЭЛШО 0,18…ПЭЛШО 0,25. Конструкция катушек конвертора представлена на рис. 12.5.



Рис. 12.5. Конструкция входной (а) и гетеродинной (б) катушек индуктивности коротковолнового конвертора


Для монтажа деталей конвертора используется печатная плата. Корпус приставки склеивают дихлорэтаном из пластмассы толщиной 2 мм. В корпусе следует предусмотреть отсек для подключения элементов питания. Налаживание конвертора начинают с установки коллекторного тока транзистора VT1. В цепь коллектора (на схеме показана крестиком) включают миллиамперметр. Изменением величины сопротивления резистора R1 устанавливают ток 0,5…0,8 мА. Далее в корпусе закрепляют: плату, конденсатор переменной емкости, выключатель и телескопическую антенну. Когда приставка собрана, производят настройку ее катушек. Настраивают средневолновой приемник на частоту 1 МГц. Приставку располагают возле магнитной антенны приемника, подключают антенну и включают ее питание. Вращая ось конденсаторов переменной емкости приставки, прослушивают станции.

Если станции не прослушиваются, необходимо поменять местами выводы подключения катушки L3. Добившись приема станций, вращают подстроечный сердечник катушки L1 до максимальной громкости принимаемой станции. Границы принимаемого коротковолнового диапазона устанавливают, ориентируясь по промышленному приемнику, вращая в ту или иную сторону сердечник катушки L2. На этом налаживание конвертора заканчивается.

Шаг 13 Маломощные домашние передатчики радиоволн

В нашей стране уже сложилась практика, допускающая изготовление без разрешения Госинспекции электросвязи передающей аппаратуры небольшой мощности, не превышающей несколько десятков милливатт. Радиус действия таких передатчиков составляет всего несколько десятков метров на открытом месте. Применяется такая аппаратура для различных целей: в радиоуправлении моделей, переговорных устройствах внутри квартиры, дистанционного прослушивания плейеров и т. д. Схемы таких маломощных передатчиков содержат всего несколько транзисторов, от одного до пяти.

13.1. Передатчик УКВ-ЧМ на одном транзисторе

Передатчик имеет дальность действия 10…15 м, что позволяет осуществлять передачи в пределах квартиры. Его можно использовать для трансляции звукового сопровождения телевизора на УКВ приемник (66…74 МГц) с наушниками и тем самым смотреть передачи, не мешая окружающим. Если передатчик присоединить к линейному выходу плейера, то можно прослушивать магнитные записи на УКВ приемник.

Передатчик представляет собой автогенератор малой мощности и собран на кремниевом высокочастотном транзисторе типа КТ315 (рис. 13.1). Потребляемый ток передатчиком составляет около 1 мА.

Питается устройство от источника постоянного напряжения 9 В, например, батареи типа «Крона». В автогенераторе осуществляется частотная модуляция колебаний электрическими сигналами, поступающими от модулятора, каким является, например, УЗЧ телевизора, на базу транзистора VT1. Передатчик собирается на монтажной планке и помещается в корпус. Антенну лучше использовать телескопическую, это позволит подобрать оптимальную длину антенны для качественной передачи радиоволн при настройке передатчика. Частота передачи устанавливается конденсатором С4, а устойчивая генерация — С5. Катушка L1 бескаркасная и имеет 5 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,56 мм. Диаметр намотки — 4 мм, длина намотки — 12 мм.



Рис. 13.1. Принципиальная схема передатчика УКВ-ЧМ на одном транзисторе


Передатчик настраивают следующим образом: включают УКВ приемник и устанавливают его указатель настройки в том месте диапазона, где не прослушиваются радиостанции. Затем включают передатчик, подключенный к линейному выходу плейера, конденсатор С5 устанавливают в среднее положение и, вращая конденсатор С4, добиваются прослушивания магнитной записи в радиоприемнике. В противном случае раздвигают или сжимают витки катушки и изменяют длину антенны. Изменяя емкость конденсатора С5, добиваются неискаженной передачи сигнала. При трансляции звукового сопровождения телепередач сигнал снимают в телевизоре с гнезда для подключения наушников. Для этого придется приобрести штеккер соответствующего диаметра и припаять к нему соединительные провода. Свободные концы такого удлинителя можно припаять к разъему ХР1.

13.2. Радиомикрофон

Радиомикрофон представляет собой электронное устройство, которое позволяет передавать звуковой сигнал на расстояние, не пользуясь при этом традиционным кабелем. Такой подход к передаче сигнала значительно расширяет технические возможности существующей аппаратуры. Он может оказаться полезным во время концертов, тематических вечеров и т. д.

Радиомикрофон собран на двух германиевых транзисторах (рис. 13.2). Он работает в диапазоне 66…74 МГц и его дальность действия составляет около 50 м. В схеме транзистор VT1 выполняет функции модулятора, a VT2 — генератора. Генератор вырабатывает высокочастотное напряжение, которое поступает в антенну WA1, а модулятор изменяет частоту этого напряжения в небольших пределах в такт с речью говорящего перед микрофоном. Частота ВЧ напряжения зависит от частоты резонанса контура катушки L1, конденсаторов С4…С6 и емкости диода VD1, которая изменяется в такт величине приложенного обратного напряжения. Для работы генератора используется положительная обратная связь, которая осуществляется через конденсаторы С5 и С6 на эмиттер транзистора VT2.



Рис. 13.2. Принципиальная схема радиомикрофона с радиусом действия около 50 м


Детали радиомикрофона монтируются на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, а конденсаторы — К10-7В. Катушка передатчика L1 содержит шесть витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,2…0,5 мм, намотанных на оправке диаметром 6 мм. В конструкции использован высокоэффективный малогабаритный электретный микрофон типа МКЭ-3. Настройка радиомикрофона производится аналогично предыдущему передатчику.

Если в одном корпусе разместить радиомикрофон и УКВ радиоприемник, то получится простая радиостанция.

13.3. Малогабаритная радиостанция типа «Д»

Среди разрешенных типов радиостанций личной связи есть так называемый тип «Д» — детские переговорные устройства. Для них выделена частота 27,140 МГц при мощности передатчика 10 мВт и амплитудной модуляции с полосой частот 300…3000 Гц. На рис. 13.3 схема радиостанции типа «Д» с дальностью связи не менее 80 м. В передатчике и приемнике используется один и тот же каскад ВЧ на транзисторе VT1. При приеме он работает в режиме сверхрегенерации, а при передаче — в режиме непрерывной генерации с кварцевой стабилизацией частоты и коллекторной модуляцией.



Рис. 13.3. Принципиальная схема малогабаритной радиостанции типа «Д»


Рассмотрим отдельно режимы работы радиостанции. В режиме приема принятый антенной WA1 сигнал через удлиняющую катушку L1 и антипаразитный резистор R1 поступает на катушку связи L2 сверхрегенеративного детектора — транзистор VT1. По постоянному току режим транзистора задается базовым делителем R6, R8 и резисторами R4 и R2, которые вместе с конденсаторами С5 и С2 задают частоту гашения. Элементами контура L3 и С1 производится настройка детектора на требуемую частоту. Электрическая цепь, состоящая из СЗ, R3 и С7, задает глубокую положительную обратную связь. Во время вспышки из-за увеличения коллекторного тока транзистора VT1 С2 немного разряжается, а С5 подзаряжается. Это приводит к снижению тока VT1 и срыву генерации. После этого через резисторы R2 и R4 происходит подзарядка С2 и С5, соответственно. Подзарядка происходит до тех пор, пока коллекторный ток VT1 не достигнет того значения, при котором образуется очередная вспышка. Осциллограммы в характерных точках приемника показаны на рис. 13.4.б. С конденсатора С2 продетектированный сигнал вместе с пилообразным сигналом гашения через конденсатор С4 поступает на регулятор громкости R3. Далее сигнал проходит через фильтр низкой частоты, собранный на R14, С13, С14, который обрезает частоту гашения, полезный сигнал звуковой частоты поступает на УЗЧ. Усилитель 3Ч собран на двух транзисторах VT2 и VT3. Выходной каскад работает в классе А при токе коллектора около 20 мА. Динамическая головка ВА1 включена в оконечный каскад УЗЧ через выходной трансформатор Т1.

В режиме передачи происходит рост коллекторного тока VT1, т. к. его базовое смещение определяется резистором R7, а цепь положительной обратной связи замыкается через С7, ZQ1 и С8. Питание на коллектор VT1 подается через вторичную обмотку трансформатора Т1.

В данном случае транзистор VT1 переходит в режим устойчивой генерации с кварцевой стабилизацией частоты. Динамическая головка ВА1 через резистор R15 подключается к базе VT3. При таком включении ВА1 удается получить амплитуду НЧ напряжения на коллекторе VT2 1…2 В, что является достаточным для эффективной модуляции высокочастотного сигнала, вырабатываемого передатчиком на VT1. Кнопка SA2 служит для передачи сигнала вызова или азбуки Морзе. При нажатии кнопки УЗЧ возбуждается на частоте 1000 Гц. На рис. 13.4.в приведены осциллограммы в характерных точках передатчика.



Рис. 13.4. Осциллограммы в характерных точках приемника и передатчика


В радиостанции в основном использованы промышленные радиодетали. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, переменный резистор R3 любого типа малогабаритный с выключателем. Электролитический конденсатор СП типа К50-6, остальные конденсаторы — К10-7В.

Транзистор VT1 можно заменить другим высокочастотным транзистором типа n-р-n, имеющим граничную частоту 500…1000 МГц. В качестве транзисторов VT2, VT3 подойдут любые кремниевые транзисторы соответствующей проводимости. Транзистор VT2 должен иметь коэффициент передачи по току не менее 300. В качестве трансформатора Т1 можно использовать выходной трансформатор от любого карманного радиоприемника. Динамическая головка ВА1 может быть любая малогабаритная. Антенна WA1— телескопическая длиной около 1 м. Переключатель режима работы SA1 типа ПКН-61 или П2К, кнопка SA2 — любая без фиксации.

Самодельными деталями радиостанции являются катушки индуктивности. Катушка L1 бескаркасная и имеет 25 витков провода ПЭЛ 0,5, намотанных на оправке диаметром 6 мм. Катушки L2 и L3 намотаны на пластмассовом каркасе диаметром 6 мм, имеющем подстроечный сердечник М50НН 2,8х12. Катушка L3 содержит 18 витков провода ПЭЛ 0,36, a L2 намотана поверх катушки L3 и содержит 4 витка провода той же марки. Детали радиостанции распаиваются на печатной плате.

Наиболее критичными к взаимному расположению элементов являются ВЧ генератор на VT1 и переключатель SA1. Рекомендованное их расположение показано на рис. 13.5. Расположение остальных радиодеталей на плате не особенно критично.



Рис. 13.5. Рекомендуемый монтаж деталей высокочастотного тракта радиостанции


Настройка радиостанции начинается с радиоприемника. Вращением сердечника катушки L3, добиваются появления в динамике ВА1 характерного шума сверхрегенератора. Если этого не удается достигнуть, то подбирают емкость С3. После появления режима сверхрегенерации проверяют ее сохранность при питании 7…9 В и различной длине антенны WA1. Иногда может потребоваться подобрать более точнее значение резистора R6. Для настройки контура L3, С1 используют образцовую радиостанцию, имеющую диапазон 27,140 МГц в режиме передачи. Вращая сердечник катушки L3, пытаются настроиться на сигнал образцовой радиостанции. На этом настройка радиостанции заканчивается.

P.S. В связи с расширением использования в повседневной жизни большого количества самой разнообразной радиоэлектронной аппаратуры, имеющей источники электромагнитного излучения, в России было принято несколько постановлений по этому вопросу. В частности, «Особые условия приобретения радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств» (утверждены постановлением Правительства РФ 17 июля 1996 г. № 832), Федеральный закон «О связи» и др. В соответствии с действующим законодательством для покупки радиоизлучающих устройств необходимо получить разрешение Государственного надзора за связью в РФ (главного управления или его территориальных органов). Из бытовой аппаратуры, содержащей в явной форме радиопередающие устройства, не надо получать разрешения только для бесшнуровых телефонов, работающих в полосах частот 814…8I5 МГц, и 904…905 МГц с мощностью не более 10 мВт для детских радиопереговорных устройств и радиоуправляемых игрушек, работающих в полосе частот 26975…27283 кГц с мощностью излучения не более 10 мВт. С 1994 г. в диапазоне 27 МГц (диапазон персональной связи) разрешено пользоваться полосой частот 26970…27860 кГц отдельным гражданам и юридическим лицам для разработки, серийного производства, закупки и эксплуатации радиостанций с мощностью излучения не более 10 Вт. Для работы на этих частотах Главгоссвязьнадзор оформляет разрешение по упрощенной процедуре.

Шаг 14 Простые самодельные приборы для проверки радиодеталей

Найти неисправность в радиоэлектронном устройстве, собранном на одном транзисторе, несложно. Если устройство не работает, то в первую очередь необходимо проверить годность транзистора и если нужно заменить его. Сложнее найти неисправность, когда устройство содержит несколько транзисторов. Для облегчения поиска неисправностей в «устройствах, содержащих два и более транзисторов, необходимо перед их монтажом проверить годность полупроводниковых приборов. На первых порах достаточно иметь несложные приборы для проверки радиокомпонентов.

14.7. Пробники годности маломощных транзисторов с различным типом индикации

Пробник, схема которого приведена на рис. 14.1, позволяет ответить на вопрос: исправен или не исправен транзистор. Об исправности транзистора свидетельствует свечение лампочки EL1. Пользуются пробником следующим образом: зная, что транзистор VT1 заведомо исправен, подключив проверяемый транзистор к пробнику и вращая ось резистора R2, добиваются максимального свечения лампочки EL1.



Рис. 14.1. Принципиальная схема пробника со световой индикацией для проверки маломощных транзисторов


Если при проверке нескольких транзисторов оказалось, что у одного транзистора лампочка загорается при большей величине сопротивления резистора R2, чем у других, то это свидетельствует о его большем коэффициенте усиления по сравнению с другими. Пробником можно проверять транзисторы различной проводимости при условии, что один транзистор исправен. В связи с этим целесообразно сделать гнездо для подключения транзистора VT1. Детали пробника монтируются в небольшой коробочке, на боковые стороны которой устанавливают выключатель питания, гнезда для подключения транзисторов, выводят ось переменного резистора и делают отверстие для наблюдения за свечением лампочки. В некоторых случаях бывает более удобнее иметь пробник со звуковой сигнализацией о годности транзистора. Схема такого пробника приведена на рис. 14.2. Схема представляет собой простой генератор звуковой частоты. Если подключенный к пробнику проверяемый транзистор VT1 исправен, то в наушниках слышен звук высокого тона, если нет, то звук отсутствует.



Рис. 14.2. Принципиальная схема пробника со звуковой сигнализацией для проверки маломощных транзисторов

14.2. Пробник для проверки тринисторов и мощных транзисторов

Пробник для проверки мощных биполярных транзисторов любой структуры можно построить на основе схемы, приведенной на рис. 14.3. Методика проверки годности транзистора пробником несложна. При подключении транзистора любой структуры к зажимам Х1…Х3 образуется своеобразный ключ, который срабатывает при определенном токе базы. При замкнутых контактах SA1 ток базы регулируется резистором R1. В момент достижения током базы определенного значения транзистор открывается и загорается контрольная лампочка EL1. По положению движка в этом случае можно судить о коэффициенте передачи транзистора. Полярность источника питания устанавливается в зависимости от типа структуры проверяемого транзистора. Питание к пробнику подключают выключателем SB1 на небольшой промежуток времени, чтобы не испортить транзистор из-за перегрева. Выключателем SB2 подключают базу к резистору R1 только когда движок находится в крайнем правом положении, в противном случае велика вероятность выхода из строя транзистора. При отключенном положении контактов выключателя SB1 производится проверка участка транзистора коллектор-эмиттер. При исправном участке лампочка EL1 не зажигается, что свидетельствует о том, что участок не пробит.



Рис. 14.3. Принципиальная схема пробника для проверки тринистров и мощных транзисторов


Пробник годится и для проверки тринисторов типа КУ201, КУ202. В этом случае анод тринистора подсоединяют к зажиму X1, управляющий электрод — к Х2, катод — к Х3. В этом случае, переключатель SB1 должен находиться в положении «n-р-n», чтобы на анод и управляющий электрод подавалось плюсовое (по отношению к катоду) открывающее напряжение, а контакты SA1 — разомкнуты. Если при нажатии кнопки SB2 лампочка ELI не загорается, то тринистор исправен, в противном случае — неисправен. При годном тринисторе к выключателю SA1 подключают переменный резистор R1 и вращением его движка из крайнего правого положения по схеме добиваются зажигания лампочки, свидетельствующей об открывании тринистора. Пробник собран из распространенных деталей, резистор R1 типа СП-1, R2 — МЛТ-0,25, выключатели SB1 — тумблер П2К, a SB2 — тумблер ТВ2-1, зажимы для выводов деталей типа «крокодил». Все детали с батареей питания размещаются в соответствующем корпусе.

14.3. Универсальный пробник проверки транзисторов

Пробник, схема которого приведена на рис. 14.4, позволяет проверять как биполярные, так и полевые транзисторы разной структуры, малой и средней мощности. Схема пробника представляет собой генератор звуковой частоты, в котором колебания возникают благодаря обратной связи между затвором 1 и истоком. Для увеличения обратной связи использован повышающий трансформатор Т1, так как коэффициент передачи каскада с таким включением транзистора меньше единицы. Подключив к зажимам испытываемый транзистор, прослушивают колебания генератора через наушники. Вращением оси резистора R5 добиваются устойчивой генерации, если же она отсутствует, то необходимо поменять местами выводы подключения первичной обмотки I трансформатора Т1. В зависимости от структуры транзистора, переключателем SA1 устанавливают нужную полярность подключения источника питания. В конструкции пробника используется согласующий трансформатор от любого промышленного карманного приемника или радиоконструктора «Мальчиш». При самостоятельном изготовлении трансформатора для сердечника используются стандартные пермаллоевые пластины типа Ш4х8, обмотка I содержит 2150 витков, а обмотка II — 320x2 витков. Обе обмотки наматываются проводом ПЭТВ-2 0,06.

Головной телефон BF1 — малогабаритный сопротивлением 50… 1200 Ом, например, ТА-2, ТМ-3 или капсюль ТА-56А. Пробник собирают в небольшой пластмассовой коробочке, на верхней крышке устанавливают гнезда для подключения транзисторов и кнопки включения и переключения полярности источника питания, а на одной из боковых сторон — гнездо для подключения наушников и переменный резистор R5. При проверке выводы биполярных транзисторов подключаются к следующим зажимам: эмиттер — XS5, база — XS2, коллектор — XS4, а полевых транзисторов типа КП103, КП302: исток — XS5, затвор — XS3, сток — XS4; с одним изолированным затвором — подключаются к гнездам.



Рис. 14.4. Принципиальная схема универсального пробника проверки транзисторов

14.4. Приборы обнаружения короткозамкнутых витков в катушках индуктивности

При изготовлении в радиолюбительских условиях контурных катушек, высоко- и низкочастотных трансформаторов и дросселей, в обмотках могут появиться короткозамкнутые витки, которые резко уменьшают их добротность и отрицательно сказываются на работе всего устройства. Для контроля произведенной намотки катушки индуктивности служит прибор, схема которого приведена на рис. 14.5.



Рис. 14.5. Прибор для проверки короткозамкнутых витков


Прибор представляет собой генератор звуковой частоты, который работает в режиме непрерывного генерирования. Его генерация, вплоть до срыва, регулируется резистором R1. Индикатором наличия генерации служит светодиод HL1, а также слышимый при этом звуковой сигнал в виде тонкого писка. Если надеть испытываемую катушку с короткозамкнутым витком на ферритовый стержень прибора, то произойдет срыв генерации, светодиод погаснет, сигнализируя о наличии в катушке короткозамкнутых витков. Причиной появления короткозамкнутых витков могут быть: некачественная намотка, повреждение изоляции, «перехлест» витков и т. д.

Все катушки прибора намотаны на ферритовом стержне марки 400НН диаметром 8 мм и длиной 120…160 мм и содержат следующее количество витков: L1 — 60 витков провода ПЭВ-1 0,2; L2 — 55 и L3 — 220 витков провода ПЭВ-1 0,35. Катушки L2 и L3 намотаны в один слой на ферритовый стержень, a L1 намотана на картонной гильзе, которая способна перемещаться по катушке L2 при подборе максимального свечения светодиода.

Указанный на схеме транзистор можно заменить на ГТ402 с любой буквой или на П213…П216 с любым индексом. Постоянный резистор R1 типа МЛТ-0,5, а переменный резистор R2 — СПО-0,5. Кнопка SB1 может быть любой малогабаритной с нормально разомкнутыми контактами. Питание прибора осуществляется от трех гальванических элементов типа 316. Все детали прибора монтируются на печатной плате размером 40x40 мм, вырезанной из листового одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,8 мм (рис. 14.6).



Рис. 14.6. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) прибора для проверки короткозамкнутых витков


Плата вместе с источником питания помещается в подходящий пластмассовый корпус. Ферритовый стержень закрепляется в корпусе таким образом, чтобы одна его половина с катушками находилась в корпусе, а вторая — из него выступала. Возможен случай, когда при короткозамкнутом витке в катушке не происходит срыва генерации, хотя свечение светодиода понижается, а частота генерации повышается, что ощутимо на слух. Этот случай характерен при проверке катушек, обмотки которых намотаны тонким проводом диаметром до 0,15 мм.

14.5. Универсальный генератор-пробник

У радиолюбителя среди сложных приборов должен быть обязательно простой универсальный пробник, позволяющий производить настройку и отыскивать неисправности в аппаратуре в различных экстремальных условиях. На рис. 14.7 представлена схема генератора-пробника.



Рис. 14.7. Принципиальная схема универсального генератора-пробника


Как видно из схемы трансформатор создает сильную положительную обратную связь между коллекторной и базовой цепями транзистора VT1. При этом в схеме возникают колебания сложной формы, имеющие вид периодических остроконечных импульсов. Основная частота колебаний лежит в пределах слышимого звукового диапазона 1,5…3 кГц, а гармоники настолько сильны, что занимают полосу частот вплоть до коротковолнового диапазона. Выходное напряжение генератора составляет 1 В. Для питания пробника могут быть использованы два аккумулятора типа Д-0,06 или две батарейки «таблетки», используемые в часах и калькуляторах.

В генераторе могут быть использованы транзисторы р-n-р, например, типа МП39…МП42 с любой буквой или КТ361. Можно использовать и транзисторы n-р-n типа КТ315 и им подобные, но тогда следует изменить полярность включения источника питания на обратную по отношению к той, что показана на схеме. Конденсаторы С1 и С2 могут быть любого типа, но малогабаритные. Емкость С1 находится в пределах 6800…33000 пФ и подбирается в зависимости от генерации требуемой частоты. Резистор R1 типа МЛТ-0,125. Все обмотки трансформатора Т1 наматываются проводом ПЭЛ-1 диаметром 0,08 на предварительно разломанном и склеенном клеем БФ-2 ферритовом кольце, имеющим внешний диаметр 10 мм и магнитную проницаемость М2000. Первичная обмотка I содержит 500 витков, а вторичная обмотка II — 150 витков.

Детали пробника монтируются на печатной плате 55x13 мм, вырезанной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,8 мм (рис. 4.8).



Рис. 14.8. Печатная плата (а) и монтаж на ней (б) деталей генератора-пробника


К плате так же припаивается кусок заостренного медного провода 01…1,5 мм и длиной 30 мм и один конец многожильного изолированного провода длиной 100 мм с припаянным на другом его конце зажимом типа «крокодил». Плата вместе с источником питания GB1 и выключателем SA1 помещается в пластмассовый цилиндрический корпус из-под использованного маркера с внутренним диаметром 14 мм.

Во время наладки пробника к щупу ХР1 и зажиму ХР2 подсоединяются наушники с сопротивлением звуковых катушек 2200 Ом. При работающем генераторе в наушниках прослушивается свист высокого тона. Если тона нет, тогда следует поменять концы подключения одной из обмоток трансформатора Т1, например, обмотки I. Генерация подбирается изменением сопротивления резистора R1, а частота — конденсатором С1. Если имеется цифровой частотомер, то подключив его, настраивают генератор на требуемую частоту.

Работа с генератором-пробником несложна. При подключении пробника к исправному УЗЧ радиоприемника в громкоговорителе должен прослушиваться писк. Далее поочередное подключение шупа к детектору, к УРЧ и антенной катушке должно приводить к нарастанию громкости писка. Это говорит о правильной настройке радиоприемника. Таким образом, касаясь различных точек схемы радиоприемника, магнитофона, плейера, телевизора можно проверить прохождение сигнала по всему приемо-усилительному тракту и выявить неисправность. При проверке низкочастотных частей радиоаппаратуры зажим ХР2 следует присоединять к шасси. Этого не следует делать при проверке высокочастотных частей, чтобы не вносить расстройку в контуры. В этом случае соединение с шасси производится посредством емкости руки. Чтобы проверить целиком магнитофон, плейер или радиоприемник, необходимо к магнитной головке или ферритовой антенне поднести катушку, присоединенную к зажимам работающего генератора-пробника. В каждом случае должен быть писк высокого тона. Катушка должна содержать 200…300 витков провода ПЭЛ-1 0,08, намотанного на каркас диаметром 8 мм.

С помощью генератора-пробника можно настраивать и регулировать радиоприемники, находить неисправности в УЗЧ, магнитофонах, плейерах и даже телевизорах.

Глава IV САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОСТЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА НЕСКОЛЬКИХ ТРАНЗИСТОРАХ

«Ну конечно, в пути мы их поели, и к тому времени в ящике только и было два молодых петушка — черный и белый»

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля.

Использование при конструировании радиоэлектронных устройств двух и более транзисторов позволяет создавать более разнообразные и совершенные конструкции, которые лучше настраиваются и работают. Перед сборкой таких конструкций желательно проверить исправность транзисторов и диодов.

Шаг 15 Мультивибраторы

15.1. Основные понятия

Под мультивибратором понимают релаксационный генератор импульсов, который представляет собой двухкаскадный электронный усилитель с резисторно-емкостной связью, охваченный положительной обратной связью. Этот тип генератора отличается от других тем, что он одновременно генерирует множество синусоидальных колебаний. С этим связано и его название от латинских слов, multum — много, vibro — колеблю. Каждая из генерируемых составляющих называется гармоникой. Гармоника характеризуется частотой и амплитудой. Мультивибратор дает сигнал очень сложной формы, обычно похожий на прямоугольник.

Частота колебаний мультивибратора зависит от величин емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов, входящих в цепи обратной связи. Мультивибратор, имеющий одно состояние устойчивого равновесия, из которого он под действием внешнего запускающего импульса скачкообразно переходит в квазирезонансное состояние и затем возвращается в состояние равновесия, называется ждущим. В зависимости от схемы построения различают симметричные и несимметричные мультивибраторы. Мультивибраторы широко используются в технике, быту и самоделках радиолюбителей. Получить мультивибратор можно из обычного простого усилителя звуковой частоты на двух транзисторах, включив конденсатор между его входом и выходом (рис. 15.1).



Рис. 15.1. Принципиальная схема усилителя звуковой частоты до и после (соединительный провод (пунктирная линия), включенный в разъемы X1 и Х3) превращения его в мультивибратор


Широкораспространенная схема симметричного мультивибратора на двух транзисторах приведена на рис. 15.2.а.

Сигнал мультивибратора можно снимать с резистора R1 или R5 и подавать на вход любого усилителя через конденсатор С3. Желаемая частота мультивибратора устанавливается изменением величин резисторов R3 = R4 и конденсаторов C1 = С2. Частоту генератора в зависимости от указанных резисторов и конденсаторов можно определить по формуле:

f (Гц) = 1/(1,4·R (МОм)·С (мкФ)).

При значениях резисторов и конденсаторов, указанных на схеме, частота первой (основной) гармоники составляет 1000 Гц. Помимо основной частоты мультивибратор генерирует большое количество гармоник других частот, в том числе и частоты средних и длинных волн.

Собрав мультивибратор по вышеприведенной схеме в небольшом корпусе, проверяют его работоспособность. Для этого к его выходу подключают наушники. Наличие звука средней тональности говорит о его исправности. Данный прибор может быть полезен для разных целей: проверки общей работоспособности аппаратуры, налаживания усилителей как низких, так и высоких частот, создания программы для детской железной дороги.

Пользующиеся большой популярностью различные макеты железных дорог можно сделать более занимательными, если составить программу для управления движением поездов. Для этого необходим обычный магнитофон с выходом на наушники, мультивибратор (рис. 15.1) и один тиристор с подпаянными проводниками для подключения к магнитофону, железной дороге и блоку питания (рис. 15.2.б). Сигнал с мультивибратора подают на вход магнитофона, а далее усиленный сигнал на тиристор, на который также подается питание железной дороги. Регулировка силы сигнала приводит к изменению скорости движения поезда вплоть до остановки. Для создания программы включают магнитофон на режим «запись», подключают к его входу мультивибратор и проводят поезд по трассе со всеми остановками. После записи программы включают магнитофон на режим «воспроизведения» (громкость устанавливают на максимум), мультивибратор отключают, пленку перематывают в начало, а поезд возвращают в исходное положение. Подобную программу можно сделать и для электрифицированных игрушек.




Рис. 15.2. Принципиальные схемы симметричного мультивибратора, полученного из УЗЧ рис. 15.1 (а) и приставка (б) к железной дороге при его использовании

15.2. Применение мультивибратора в радиоэлектронных устройствах

15.2.1. Импульсный фонарик

Туристы, находящиеся в походах, как известно, очень берегут свои карманные фонарики, не включают их без надобности, экономят энергию гальванических батарей. Выпускающиеся промышленностью фонарики не позволяют изменять яркость свечения лампочки. Ввести в фонарик регулятор яркости несложно, если использовать вышерассмотренный мультивибратор. Схема такого фонарика изображена на рис. 15.3.



Рис. 15.3. Принципиальная схема импульсного фонарика


Как видно, в основе фонарика лежит несимметричный мультивибратор, скважность импульсов (см. Словарь) которого плавно изменяется переменным резистором R3. На транзисторе VT3 собран электронный ключ, который управляет работой лампы EL1. Наибольший интервал между вспышками, который позволяет установить резистор R3 составляет 7 секунд. При самом наименьшем интервале между вспышками, из-за инерционности нити накаливания лампы, свет фонаря кажется непрерывным. В этом случае фонарик работает экономно, так как потребляет незначительную часть электроэнергии батареи. В фонарике могут быть использованы такие детали. Лампочка накаливания на 2,5 В и ток 0,068 А. Транзисторы VT1 и VT2 типа МП39…МП42, a VT3 — МП25, МП26, ГТ402 с желательно с большим статическим коэффициентом передачи тока. Резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы — К50-6. Монтируется электронное устройство на небольшой печатной плате, размеры которой определяются свободным местом в (фонарике. При исправных деталях регулятор яркости фонарика налаживания не требует. Работоспособность импульсного фонарика сохраняется при снижении напряжения питания до 3 В.


15.2.2. Пробник со световой сигнализацией

Используя симметричный мультивибратор в качестве индикатора проверяемой цепи, можно построить полезный при налаживании радиоэлектронных конструкций малогабаритный универсальный пробник. Такой пробник позволит обнаружить оборванные и короткозамкнутые участки в жгутах и кабелях, проверить исправность реле, резисторов, конденсаторов, предохранителей, ламп накаливания, определить состояние р-n переходов у диодов и транзисторов. Схема пробника представлена на рис. 15.4.



Рис. 15.4. Принципиальная схема пробника со световой сигнализацией с использованием мультивибратора для проверки радиодеталей


Пробник работает следующим образом.

При замыкании щупов X1 и Х2, на базу подается положительное напряжение, транзисторы VT1 и VT2 открываются и начинает работать мультивибратор, собранный на транзисторах VT3 и VT4. Об этом свидетельствует мигание лампочки накаливания. При разомкнутых щупах лампочка не горит, так как не работает мультивибратор. При желании вместо светового сигнала можно ввести звуковой, включив вместо лампочки наушник ДЭМШ-1А. Если заменить резистор R6 на наушник, то получим пробник с двумя оповещающими сигналами — световым и звуковым.

Пробник позволяет проверять цепи сопротивлением до 100 кОм, при токе в исследуемом участке до 200 мкА. Максимальный потребляемый ток прибором в импульсе составляет 20 мА. Для питания прибора используется батарея «Крона». В приборе используется транзисторная сборка К1НТ251, при ее отсутствии можно использовать транзисторы КТ315Б, резисторы типа МЛТ-0,125, а электролитические конденсаторы — К53-14. Лампа СМИ 10-50-2. Все детали пробника смонтированы на печатной плате размером 65x14 мм. К плате припаян щуп ХР2 (игла), щуп ХР2 соединен с ней проводом МГТ 0 0,14 мм. Пробник при исправных деталях начинает работать сразу и не требует настройки.


15.2.3. Генератор-пробник с использованием катушки индуктивности

Генератор-пробник конечно не заменит в полной мере генератор стандартных сигналов (ГСС), но все же, имея стандартные фиксированные частоты, облегчит настройку супергетеродинных приемников, проверит исправность усилителей звуковой и низкой частоты, переходных цепей и другое. Электронный пробник является довольно универсальным прибором, в частности, он может выполнять функции модулятора и генератора. Генератор-пробник состоит из двух генераторов: высокой и звуковой частоты. Его схема приведена на рис. 15.5.



Рис. 15.5. Принципиальная схема генератора-пробника с использованием мультивибратора для настройки ВЧ и НЧ каскадов радиоаппаратуры


Звуковой генератор собран по схеме мультивибратора на транзисторах VT1 и VT2. Частота колебаний звукового генератора составляет 1000 Гц. Высокочастотный генератор собран по схеме с индуктивной обратной связью на транзисторе VT3. Катушка связи L1 включена в цепь коллектора транзистора. Напряжение обратной связи снимается с части витков контурной катушки L2 и через конденсатор С4 поступает в цепь эмиттера. База транзистора по переменному току заземлена через конденсатор С3.

Когда переключатель находится в положении 2, 3 или 4 каскад работает в автоколебательном режиме. В положении 1 каскад превращается в эмиттерный повторитель и на выходе имеем звуковой сигнал. Высокочастотный генератор в зависимости от положения выключателя вырабатывает следующие частоты: 465 кГц для настройки фильтров ПЧ (положение 3), 400 кГц для настройки начала диапазона ДВ (положение 2) и 1500 кГц (положение 4) для настройки начала диапазона СВ. Напряжение на выходе генератора-пробника составляет 100 мВ. Питается прибор от одного гальванического элемента типа 316.

Катушки пробника намотаны на общем каркасе проводом ПЭЛШО 0,12 и помещены в броневой сердечник СБ-12а. Количество витков катушки L1 — 25, L2 —105 с отводом от 17 витка. Резисторы и конденсаторы — малогабаритные. Все детали прибора смонтированы на печатной плате размером 75x37x2 мм, которая помещена в алюминиевый экран от электролитического конденсатора диаметром 38 мм.

Настройка прибора производится с помощью любого промышленного радиоприемника. Вначале проверяют работу низкочастотного генератора. Устанавливают переключатель SA1 в положение 1 (1000 Гц) и подают сигнал на вход усилителя звуковой частоты. В громкоговорителе должен прослушиваться звук среднего тона. Ввернув сердечник катушки на 3/4 длины, устанавливают переключатель SA1 в положение 2 (400 кГц), что соответствует длине волны 750 м. Образцовый радиоприемник настраивают на волну 750 м и касаются щупом ХР2 гнезда внешней антенны приемника. В громкоговорителе должен прослушиваться звук подобный звуку мультивибратора В противном случае, вращая ручку настройки приемника, уточняют генерируемую частоту пробника. Подбирая емкость конденсатора С6, добиваются появления звука на отметке шкалы приемника 750 м. При отсутствии звука среднего тона следует поменять выводы подключения катушки L1.

Далее устанавливают переключатель SA1 в положение 3 (465 кГц) и соединяют щуп ХР2 через конденсатор емкостью 3…5 пФ с коллектором транзистора преобразовательного каскада. В громкоговорителе должен прослушиваться звук среднего тона. Если нет, то подбирают емкость конденсатора С7 или подстраивают сердечник катушки. После вращения нужно повторить операции настройки в положении 2 переключателя SA1. И наконец, установив переключатель SA1 в положение 4 (1500 кГц, волна 200 м), производят настройку прибора, как это делалось в положении 3.

Устройство для проверки катушек индуктивности со звуковой сигнализацией можно собрать по схеме рис. 15.6.а. Используется такая же схема звукового генератора, что и предыдущей конструкции. Отличие состоит в конструкции сердечника. П-образный сердечник катушки L1 генератора из полосок обычной жести, ширина и количество которых определяется внутренними размерами каркаса катушки (рис. 15.6.б).




Рис. 15.6. Принципиальная схема устройства для проверки катушек индуктивности со звуковой сигнализацией (а) и конструкция сердечника (б), использующегося в нем


Катушка генератора содержит примерно 3000 витков провода ПЭЛ 0,12…ПЭЛ 0,15 с отводом от 1000 витка. Внутренний диаметр каркаса зависит от размеров чаще всего проверяемых катушек. Звуковым индикатором может быть капсюль ДЭША-1 или телефонный наушник. Проверяемая катушка надевается на сердечник. При отсутствии короткозамкнутых витков тон звука не изменяется, в противном случае — происходит резкое повышение звука.


15.2.4. Генератор-пробник с использованием пьезофильтра

Пробник предназначен для проверки УЗЧ и настройке трактов промежуточной частоты, а также других высокочастотных или широкополосных (апериодических) каскадов радиоприемников. Этот генератор-пробник отличается от ранее описанного отсутствием в схеме катушки индуктивности. Использование в схеме пробника пьезофильтра позволило значительно упростить его конструкцию и, что важно для любительских условий, налаживание (рис. 15.7).



Рис. 15.7. Принципиальная схема генератора-пробника с использованием пьезофильтра


Пробник вырабатывает два сигнала: звукочастотный 1 кГц и высокочастотный модулированный сигнал промежуточной частоты 465 кГц. Один из каскадов пробника вырабатывает низкочастотный сигнал прямоугольной формы, который кроме проверки УЗЧ используется еще для модуляции высокочастотного сигнала, вырабатываемого другим его каскадом. Подключение сигналов ПЧ или НЧ к щупу пробника осуществляется переключателем SA2. Выключатель SA1 служит для включения питания прибора. Для питания пробника используется гальванический элемент типа 316.

Генератор-пробник состоит из генератора прямоугольных импульсов, выполненного на транзисторах VT1 и VT2 по схеме симметричного мультивибратора. Частота низкочастотного генератора задается цепями R2, С1 и R3, С2. Выбор схемы мультивибратора обусловлен тем, что он устойчиво работает при использовании низкоомной нагрузки, к примеру, динамической головки. Использование в схеме пробника диодного аттенюатора в цепи положительной обратной связи генератора ПЧ изменяет условия баланса амплитуд высокочастотного генератора. Это дает возможность получить относительно глубокую модуляцию амплитуды сигнала. Начальный ток диодов аттенюатора задается резисторами R6…R9. Разделительный конденсатор С5 необходим для исключения влияния коллекторного напряжения транзистора VT3 на режим работы аттенюатора.

В приборе использованы не дефицитные радиодетали, кроме радиоэлементов указанных на схеме могут быть использованы транзисторы КТ315Г, КТ325Г или КТ342, КТ3102 с любым буквенным индексом, диоды серий Д2 и Д9 и пьезофильтры ФП1П-022…ФП1П-027. Постоянные конденсаторы типа КТ, КД или К10-7, а резисторы МЛТ-0,125. Выключатель SA1 типа МП, а переключатель SA2 типа ПТ57.

Все детали пробника собраны на печатной плате размером 195x17 мм вырезанной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,8 мм. Рисунок печатной платы и монтаж на ней деталей показан на рис. 15.8.



Рис. 15.8. Печатная плата и монтаж на ней деталей генератора-пробника с использованием пьезофильтра


Выводы выключателя SA1 и переключателя SA2 вставлены в монтажные отверстия платы и припаяны к печатным дорожкам. К выходу генератора пробника, контакту переключателя SA2, припаян щуп в виде тонкого заостренного медного стержня. Общая шина прибора соединена с многожильным изолированным проводом, оканчивающимся зажимом типа «крокодил».

Настройка генератора-пробника несложна и сводится к установке напряжения на коллекторе транзистора VT3 величиной примерно 0,7 В. Установка этого напряжения производится с помощью изменения сопротивления резистора R10 до достижения максимальной амплитуды сигнала на выходе высокочастотного генератора.

Работают с пробником таким образом. Подключают зажим «крокодил» к общей шине и переключателем SA2 устанавливают требуемый режим генерации сигнала: ПЧ или 3Ч. После этого нажимают на кнопку SA1, включают питание, генератор начинает вырабатывать сигнал, который подается на щуп. Заметим, что при проверке УПЧ, в частности, первых каскадов, можно не касаться щупом выводов элементов схемы.

Шаг 16 Имитаторы звуков и различные устройства на основе мультивибратора

Если к выходу мультивибратора, рис. 15.2.а, присоединить усилитель звуковой частоты и изменять значения величин резисторов R1, R3 и конденсаторов C1, С2, то в громкоговорителе можно услышать различные звуки, похожие на крики птиц, удары барабана и т. д. Исходя из этого можно озвучить разные детские игрушки, сделать мелодичный звонок и тд. Такие устройства чаще конструируют на основе несимметричных мультивибраторов, в которых используются транзисторы разной проводимости и мощности. В связи с этим ниже описаны различные устройства на основе симметричного и несимметричного мультивибраторов, которые могут быть использованы как в игрушках, так и простых измерительных приборах.

16.1. Электронный метроном

Простой по устройству электронный метроном с частотой следования импульсов от 20 до 250 в минуту можно собрать по схеме на рис. 16.1.



Рис. 16.1. Принципиальная схема простого электронного метронома с частотой следования импульсов от 20 до 250 в минуту


Метроном собран по схеме несимметричного мультивибратора на двух транзисторах с разной проводимостью. Нагрузкой транзистора VT2 является звуковая катушка малогабаритного громкоговорителя с сопротивлением 3…10 Ом, например, 0,25ГД-10. Налаживание правильно собранного устройства заключается в подгонке границ диапазона частоты импульсов. При увеличении емкости конденсатора С1 понижается низшая частота диапазона, а с уменьшением сопротивления резистора R1 повышается наивысшая частота.

Транзисторы могут быть любого типа, лишь бы они соответствовали проводимости, указанной на схеме. Для питания используется три гальванических элемента типа 316. Метроном монтируют в небольшом корпусе на монтажной планке. В корпусе также устанавливается громкоговоритель, контакты для подключения элементов питания, а на его боковой стенке — выключатель питания. Для переменного резистора необходимо сделать шкалу. Установка любой частоты генерации в пределах выбранного диапазона производится изменением сопротивления переменного резистора R1, ориентируясь по установленной шкале. Градуировка шкалы производится с помощью механического метронома.

16.2. Маячок

Электронный метроном по схеме рис. 16.1 несложно превратить в генератор световых импульсов. Для этого в цепь базы первого транзистора VT1 нужно включить резистор R3 сопротивлением 1 кОм, а в качестве нагрузки использовать лампочку для карманного фонарика (рис. 16.2.а). Частота световых импульсов регулируется переменным резистором R1 в пределах от 44 до 120 вспышек в минуту. Длительность и частота вспышек лампочки происходит в результате увеличения или уменьшения емкости конденсатора C1.

Использовать данное устройство можно по-разному, например, сделать на его основе модель маячка или встроить его в звезду, устанавливаемую на новогоднюю елку. В новогоднюю ночь, мигание такой звезды внесет в праздничную обстановку некоторую таинственность, а также волшебство во все происходящее.

У электролитических конденсаторов, как известно, после длительного хранения нередко происходит уменьшение емкости, возникают значительные утечки, а некоторые иногда выходят из строя. Отбраковку электролитических конденсаторов можно произвести с помощью генератора световых импульсов, подключив в его схему вместо конденсатора C1 проверяемый конденсатор Сх. При этом о качестве конденсатора судят по частоте вспышек электрической лампочки HL1. Для превращения генератора световых импульсов в простейший прибор для проверки электролитических конденсаторов необходимо внести небольшие изменения, впаяв в его схему конденсатор C1 меньшей емкости, изменить величины сопротивлений резисторов, переменный резистор R1 заменить постоянным и исключить резистор R3 (рис. 16.2.б).




Рис. 16.2. Принципиальные схемы маячка для новогодней елки


В данном случае, при емкости конденсатора C1 равной 1 мкФ, генератор световых импульсов имеет частоту вспышек лампочки HL1 примерно 10 Гц (600 вспышек в минуту). После этого к выводам нового конденсатора подпаивают по куску медного изолированного провода длиной 200 мм, а к свободным их концам припаивают по зажиму типа «крокодил».

Проверку электролитического конденсатора производят следующим образом. Включают питание прибора и к зажимам подсоединяют испытываемый конденсатор Сх. Если конденсатор имеет утечку или пробит, то лампочка HL1 светит постоянно. Снижение частоты вспышек свидетельствует об исправности конденсатора. По частоте вспышек лампочки HL1 можно судить и о емкости проверяемого конденсатора, если ее сравнить с количеством вспышек исправных эталонных конденсаторов.

Монтаж деталей прибора для проверки годности электролитических конденсаторов производят на монтажной планке, закрепленной в небольшой пластмассовой коробочке. В корпусе размещают отсек эля элементов питания и из него выводят наружу два провода с зажимами типа «крокодил» на концах. На верхней части корпуса располагают сигнальную лампочку и кнопку включения питания прибора. Кнопка SB1 может быть типа КН-1 или КМ-1-1.

16.3. Простой мелодичный звонок

Простой мелодичный звонок для квартиры, схема которого представлена на рис. 16.3.а, содержит минимальное количество деталей и его может собрать любой радиолюбитель мало-мальски владеющий паяльником. Звучание (частоту генерируемых колебаний) звонка подбирают вращением оси переменного резистора R1 и изменением емкости конденсатора C1. Вместо указанных на схеме транзисторов можно применить подобные им маломощные германиевые или кремниевые транзисторы. Динамическая головка ВА1 может быть любой. Питание звонка можно сделать от сети или гальванической батареи. Детали звонка собирают на монтажной планке, закрепленной в подходящих размеров пластмассовой коробочке. Габариты коробочки должны быть такими, чтобы в ней могли разместиться источник питания и имеющаяся в распоряжении любителя электродинамическая головка. Включение звонка можно сделать как от обычной кнопки, так и от сенсорных контактов. Схема сенсорного варианта звонка представлена на рис. 16.3.б. Мультивибратор начинает работать, то есть звонок звенит, когда касаются пальцем сенсорных контактов Е1 и Е2. В этот момент между коллектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1 оказывается включенным сопротивление участка кожи пальца, и между каскадами появляется положительная обратная связь.

Сенсорные контакты представляют собой два металлических кольца разного диаметра, которые расположены одно внутри другого. Кольца вырезают из листа тонкой медной или латунной фольги и наклеивают определенным образом на небольшую пластмассовую пластину. После этого к металлическим кольцам припаивают провода, идущие к звонку, и пластину крепят в удобном месте возле двери. В качестве сенсорных контактов можно использовать негодный переменный резистор, например, типа СП-1. Крышку резистора и ось с ползунком удаляют, а оставшуюся часть укрепляют на месте кнопки звонка, рис. 16.3.в.





Рис. 16.3. Принципиальные схемы электронных звонков:

а) простой мелодичный звонок; б) сенсорный звонок; в) конструкция сенсорного звонка на основе переменного резистора

16.4. Электронная сирена

Если для охранных или других целей необходима электронная сирена, то ее можно собрать по схеме, аналогичной схеме простого мелодичного звонка (рис. 16.4.a). Включение сирены происходит при нажатии кнопки SB1. Если предполагается, что сирена включается с открыванием двери, то выключателем может служить кнопка любого типа прикрепленная к дверной коробке, если же предполагается ручное включение, то можно использовать обычный тумблер. В режиме покоя устройство потребляет ток около 1 мА. В данном устройстве использованы те же типы деталей, что и в схеме мелодичного звонка.

Монтаж деталей можно сделать как на монтажной планке, так и на небольшой печатной плате. Все зависит от возможностей и квалификации радиолюбителя. На рис. 16.4.б представлен возможный вариант монтажа электронной сирены на монтажной планке. Детали сирены вместе с динамической головкой и батареей питания следует поместить в фанерный или пластмассовый корпус. Устройство особой наладки не требует. Если в нем использованы заведомо исправные детали, то при включении выключателя SA1 и нажатии на кнопку SB1 в динамике должен раздаться характерный звук сирены.




Рис. 16.4. Принципиальная схема (а) и монтаж на монтажной планке (б) деталей электронной сирены

16.5. Устройство имитации звуков с использованием мультивибратора с регулируемой скважностью импульсов

Для создания устройств имитации более сложных звуков требуется мультивибраторы с регулируемыми параметрами, в частности, с регулируемой скважностью. Такие мультивибраторы позволяют получить импульсы с переменной частотой и неизменной частотой следования (рис. 16.5).



Рис. 16.5. Принципиальная схема мультивибратора с регулируемой скважностью импульсов


Их отличие от симметричных мультивибраторов состоит в том, что в базовую цепь транзисторов VT1 и VT2 введен переменный резистор R3, подвижный ползунок которого соединен с источником коллекторного напряжения. Введенный резистор R3 позволяет в некоторых пределах менять скважность, а соединенные с ним резисторы R2 и R4 ограничивают токи баз транзисторов в крайних положениях ползунка переменного резистора R3. В этом случае период колебаний мультивибратора при постоянных значениях C1 и С2 определится из формулы

Т = 0,7·C·(R1 + R2),

где С — емкость переходного конденсатора. Если переменный резистор R3 имеет линейную зависимость от угла поворота оси, то сопротивления базовых резисторов будут такие:

R1 = α·R3, R2 = (1 — α)·R3, 0 <= α <= 1.

Если подставить эту формулу в предыдущую, то видно, что период колебаний мультивибратора остается постоянным при перемещении ползунка, тогда как скважность импульсов зависит от его угла поворота.

Используя свойства мультивибратора с регулируемой скважностью импульсов, можно построить имитатор звуков такого романтичного явления природы, связанного с наступлением весны, как капель. Первые признаки весны характеризуются обилием солнца, улыбками на лицах и, конечно, капелью. Про капель сложена даже песня, которую в 60-е годы исполнял советский певец Жан Татлян. Романтичный звук капели можно создать с помощью электронного устройства, схема которого представлена на рис. 16.6. Конструкция построена на широкораспространенных радиодеталях и не критична к их типам. Настройка устройства заключается в подборе величины резисторов и конденсаторов, входящих в схему, до получения приятного тембра звучания капели.



Рис. 16.6. Схема устройства имитирующего капель, приход весны

Глава V САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЛОЖНЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ТРАНЗИСТОРАХ И МИКРОСХЕМАХ

«Я заинтересовался, заметил направление и повел «Беду» навстречу загадочному явлению».

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля.

Для рассматриваемых ниже конструкций использование монтажа на монтажных планках представляется нецелесообразным. В связи с этим в них используется монтаж радиокомпонентов с использованием печатных плат. Перед сборкой этих конструкций радиолюбителю было бы желательно перечитать материал раздела, где ведется речь о изготовлении печатных плат, монтаже и распайки на них радиокомпонентов.

Шаг 17 Электронные сигнализаторы

17.1. Сигнализатор разряда батарейки в электронных часах

Для своевременной замены гальванического элемента в электронных часах служит звуковой сигнализатор разряда батарейки 1,5 В, схема которого изображена на рис. 17.1.



Рис. 17.1. Принципиальная схема звукового сигнализатора разряда батарейки 1,5 В в электронных часах


Звуковой сигнализатор собран по схеме несимметричного мультивибратора, в одно из плеч которого включен миниатюрный звуковой излучатель. Сигнализатор питается от той же батарейки, что и часы. Питание на него поступает через выключатель SA1 будильника часов. Ток потребления сигнализатора составляет 34 мА. При нормальном гальваническом элементе в капсюле раздается звук, напоминающий трели соловья. При снижении источника питания до 0,8 В из капсюля доносится прерывистые звуки, следующие с частотой 1 Гц. Дальнейшее снижение напряжения элемента до 0,7 В вызывает появление звука постоянного тона, говорящего о необходимости замены источника питания. Вместо указанного на схеме типа наушника можно использовать другой, подходящий, например, типа ДЭМШ-1А. В сигнализаторе можно использовать любые транзисторы из серий КТ201, КТ306, КТ312, КТ315, резисторы — МЛТ-0,125, конденсаторы С1 и С4 — К50-6, С2 и С3 — КМ. Все детали сигнализатора монтируют на печатной плате размерами 40x25 мм, к ней же привинчивают капсюль ДЭМШ-1А. Плата размещается непосредственно в корпусе часов.

Налаживание сигнализатора производят с блоком питания, имеющим плавную регулировку напряжения. Подав на сигнализатор напряжение 0,8 В, подбирают сопротивление резистора R4, добиваясь громкого прерывистого сигнала. Снизив подаваемое напряжение до 0,7 В, убеждаются в появлении однотонального звука. При подаче напряжения 1,6 В из капсюля должны слышаться соловьиные трели, свидетельствующие о том, что гальванический элемент нормальный. Окраску звука, издаваемого сигнализатором, подбирают резистором R2. Отметим, что аналогичное устройство для сигнализации о разряде гальванического источника питания можно построить и для батареек с другим напряжением, надо только подобрать RC-элементы мультивибратора.

17.2. Устройства, сигнализирующие о достижении жидкостью определенного уровня

При наполнении ванны бывает так, что забывают вовремя перекрыть кран и вода оказывается на полу. Небольшое звуковое устройство, извещающее о наполнении ванны до заданного уровня, можно собрать из широко распространенных деталей согласно схеме на рис. 17.2.



Рис. 17.2. Принципиальная схема звукового устройства, извещающего о наполнении ванны


Схема сигнализатора представляет собой несимметричный мультивибратор, собранный на транзисторах разной структуры. Мультивибратор соединен с датчиком. Конструктивно датчик представляет собой два металлических стержня, находящихся друг от друга на определенном расстоянии. Датчик опускают в ванну таким образом, чтобы его концы находились на заданном уровне заполнения ванны. Как только до концов датчика дойдет вода сработает сигнализатор и в громкоговорителе раздастся звуковой сигнал. В этом случае сопротивление между штырями достигает около 500 кОм. В режиме ожидания устройство потребляет ток менее 0,1 мкА, а во время срабатывания — около 2 мА. Схема не критична к типу радиодеталей, можно использовать любые маломощные кремниевые транзисторы с любой буквой, громкоговоритель сопротивлением 8…10 Ом от любого переносного приемника, например, 0,5ГДШ-1-8. В качестве выключателя можно использовать обычный тумблер. В принципе выключатель можно не устанавливать, так как ток, потребляемый в режиме ожидания, намного меньше тока саморазряда элемента питания.

Все детали устройства собираются на монтажной планке, которая вместе с громкоговорителем, гальваническим элементом и выключателем питания крепятся в пластмассовом корпусе. Размеры корпуса зависят в первую очередь от габаритов громкоговорителя и элемента питания. Так как сигнализатор очень экономичен, то можно использовать элемент 316, что позволит сделать устройство небольшим. Крепление штырей может быть различным. В первом варианте штыри крепятся на изолированном кронштейне, прикрепленном к ванне, и соединяются проводами с сигнализатором. Во втором — штыри крепятся к корпусу сигнализатора и все устройство крепится на кронштейне. Налаживание сигнализатора заключается в установке переменным резистором R2 чистых и громких отрывистых звуков в громкоговорителе при замыкании штырей датчика.

На базе сигнализатора по схеме рис. 17.2 можно сделать более чувствительный и универсальный прибор, который сможет сигнализировать, готов ли чай или суп, не даст убежать молоку и т. д. Для этого в схему необходимо добавить еще один транзистор и несколько резисторов (рис. 17.3).



Рис. 17.3. Принципиальная схема универсального сигнализатора для домашнего хозяйства


Датчик представляет собой металлическую трубочку диаметром 4…5 мм, в которую вставлен металлический стержень, изолированный от стен трубочки в верхней части и посредине ее длины. В верхней части такого датчика к стержню и трубочке припаиваются гибкие провода в пластмассовой изоляции, которые подключаются к устройству. Для удобства датчик крепят к зажиму типа «крокодил», чтобы можно было цеплять датчик за край кастрюли. Можно прикрепить в верхней части датчика в целях удобства и небольшой магнит, который позволит крепить сигнализатор в ванне на нужном уровне. Закипание молока контролируют следующим образом. Цепляют датчик за край кастрюли.

Как известно молоко закипает не сразу, а постепенно — на поверхности образуется пена, которая медленно поднимается. Как только она начнет подниматься, то перекроет контакты датчика, цепь базы замкнется и сигнализатор издаст хорошо слышимый во всей квартире сигнал. Если же датчик сигнализатора положить на пол погреба, то в случае появления воды также раздастся сигнал, сообщающий о бедствии. В сигнализаторе может быть использована такая же электродинамическая головка, что и в предыдущем подобном устройстве.

17.3. Сигнализатор горения газовой горелки плиты

Не секрет, что пользоваться газовыми плитам надо с осторожностью. Но такая натура человека, что мы иногда, сняв кастрюлю с огня, забываем выключить газовую горелку. Выйти из такой ситуации, подсказав вовремя об оплошности, может сигнализатор горения газа, схема которого изображена на рис. 17.4. В ее основе лежит все тот же мультивибратор на транзисторах различной структуры (VT3, VT4), дополненный усилительным каскадом (VT2 | VT3) с тепловым датчиком. Роль теплового датчика выполняет транзистор VT1, размещенный над газовой плитой.



Рис. 17.4. Принципиальная схема сигнализатора горения газовой горелки плиты


На транзистор VT1 тепло не действует пока на горелке стоит кастрюля или чайник. Стоит только их убрать, как тепло от горения газа устремится вверх и нагреет транзистор VT1. Это станет причиной изменения сопротивления участка коллектор-эмиттер транзистора и приведет к возрастанию напряжения на резисторе R1. Изменение сигнала на резисторе усилится двухкаскадным усилителем на транзисторах VT2 и VT3. На коллекторе транзистора VT3 произойдет значительный рост напряжения до такой величины, что включится звуковой генератор на транзисторах VT4 и VT5. В этот момент из электродинамической головки раздастся тревожный сигнал, извещающий о том, что газовая горелка включена и находится без присмотра. Тональность сигнала подбирается изменением емкости конденсатора C1. Сигнализатор в дежурном режиме потребляет ток 0,2…2 мА в зависимости от положения оси переменного резистора R1. При появлении сигнала потребление тока возрастает до 10 мА.

Для изготовления сигнализатора нужны такие детали: транзистор VT1 типа П416 с любой буквой или транзисторы типа П401…П403, VT3…VT5 — любого типа, лишь бы соответствовали структуре транзистора, указанной на схеме, и имели коэффициент усиления не менее 30; резисторы типа МЛT-0.125, переменный типа СП-1 или СПО; конденсатор типа МБМ; выключатель любого типа, динамическая головка 0,5 ГДШ-1-8. Питание сигнализатора производится от трех элементов типа 316. Для датчика с помощью омметра подбирается транзистор из серии МП39…МП42. Подключают минусовой щуп омметра к коллектору, плюсовой к эмиттеру и фиксируют значение сопротивления: если оно более 20 кОм, то транзистор можно использовать в качестве датчика. Детали сигнализатора, кроме датчика, распаивают на печатной плате, которую вместе с динамической головкой и элементами питания размещают в подходящих размеров корпусе. Для переменйого резистора нужно сделать шкалу, чтобы можно было устанавливать время подачи сигнала в зависимости от степени нагрева датчика. На одной из боковых сторон корпуса размещают гнезда для подключения проводов, идущих от датчика. Датчик-транзистор размещают выводами вниз на некоторой высоте над газовой горелкой, к которым припаивают провода для подключения к сигнализатору. Для удержания датчика над горелкой можно сделать специальный кронштейн или если имеется над печкой устройство вытяжки газов, то можно на нем укрепить датчик. Сигнализатор, собранный из заведомо исправных деталей, сразу готов к работе. Проверку работы датчика производят замыканием коллектора и эмиттера транзистора VT3. В этом случае должен раздаться звук, при размыкании — звук исчезнет. Далее производят градуировку шкалы переменного резистора. Устанавливают датчик над зажженной горелкой, переменный резистор ставят в среднее положение, включают сигнализатор и фиксируют на шкале время срабатывания сигнализатора. Эту операцию проделывают при разных положениях движка переменного резистора. После градуировки шкалы сигнализатор готов к практическому использованию.

17.4. Электронный предохранитель с высоким быстродействием

Во время налаживания или ремонта радиоэлектронной аппаратуры, питающейся непосредственно от электросети, из-за различного рода ошибок может возникнуть короткое замыкание. Для предотвращения повреждения аппаратуры этим явлением следует использовать электронный предохранитель. На рис. 17.5 представлена принципиальная схема электронного предохранителя с высоким быстродействием, который рассчитан на ток потребления до 10 А.



Рис. 17.5. Принципиальная схема электронного предохранителя с высоким быстродействием


При наличии тока в цепи более 10 А устройство автоматически срабатывает и нагрузка, подключенная к разъему Х2, обесточивается. При подключении электронного предохранителя к сети 220 В на его узел управления подается питающее напряжение — 12 В. Ток течет через резистор R6 и светоизлучатель оптрона U1, так как транзистор VT1 и тринистор VS2 закрыты. В этот момент открывается фотодинистор оптрона и ток начинает течь через него и резистор R3. Напряжение, выпрямленное мостом VD1…VD4, подается на управляющий электрод тринистора VS1. После открытия тринистор VS1 замыкает диагональ моста и открывает путь сетевому напряжению к нагрузке. В момент превышения тока нагрузки или коротком замыкании в ее цепях падение напряжения на резисторе R10 приводит к открытию транзистора VT1 и тринистора VS2. Тринистор своим малым сопротивлением шунтирует цепь питания светоизлучающего оптрона, что приводит к закрытию фотодинистора оптрона и тринистора VS2. В результате происходит обесточивание нагрузки, о чем свидетельствует загорание светодиода HL1. Для включения электронного предохранителя служит кнопка SB1. В момент нажатия кнопки SB1, когда ее контакты замыкаются тринистор VS2 закрывается, но электронный предохранитель еще остается невключенным, так как цепь питания светоизлучающего оптрона зашунтирована. И лишь при отпускании кнопки, когда ее контакты размыкаются, сетевое напряжение подается на нагрузку. Такое построение схемы позволяет не допустить выхода из строя устройства, а также в случае попытки его включения при коротком замыкании. Для необходимости ручного отключения нагрузки в электронном предохранителе имеется кнопка SB2. В устройстве могут быть использованы следующие радиодетали. Резистор R10 представляет отрезок провода ПЭВ-1 диаметром 0,6 мм длиной 2 м, который намотан на корпус мощного резистора. Все остальные резисторы типа МЛТ, рассчитанные на мощность, указанную на схеме. Конденсатор С1 типа К73-17, а С2 и С3 — К50-6. Диоды VD1…VD4, кроме указанных на схеме, могут быть серий Д232, Д233, Д247, КД203, КД206 и другие на Uобр. мах не менее 400 В. Вместо диодов КД209Б (VD5,VD6, VD8) подойдут диоды серии КД102, а стабилитрона Д814Д (VD7) можно применить — Д814Г, Д813, Д811, КС213 и другие с напряжением стабилизации 10…12 В. Тринистор КУ101 (VS2) использовать с любым буквенным индексом, КУ202 (VS1) — с индексами К…Н. Транзистор VT1 из серии КТ361, КТ209, КТ201, КТ502, КТ501, КТ3107 и подобные. Кнопки SB1 и SB2 типа П2К без фиксации. Тринисторы VS1 и диоды VD1…VD4 следует установить на плоских алюминиевых радиаторах размерами 50x80x5 мм. Основная часть деталей устройства монтируется на печатной плате размером 72x52 мм, вырезанной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Плата размещается в корпусе, в котором на лицевой его стороне установлены кнопки SB1 и SB2, светодиод HL1 и розетка X1. Собранный правильно из исправных деталей электронный предохранитель в налаживании не нуждается. Для установки требуемого порога срабатывания устройства необходимо подобрать тринистор VS1 и резистор R10 исходя из того, что Iкз < Iср. мах. При этом сопротивление резистора R10 определяют из формулы:

R10 (Ом) = 1,3 (В)/Iкз (А).

17.5. Устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от «перепадов» напряжения сети

Не секрет, что напряжение в некоторых районах нашей страны иногда достигает такой величины, при которой может выйти из строя радиоэлектронная аппаратура. В таких случаях для защиты аппаратуры следует между нагрузкой и питающей сетью включить специальное устройство, схема которого представлена на рис. 17.6.



Рис. 17.6. Принципиальная схема устройства защиты радиоэлектронной аппаратуры от «перепада» напряжения сети


Устройство отключает нагрузку от сети при «скачках» питающего напряжения, повторное его включение возможно только при нажатии кнопки SB1. Основой устройства защиты аппаратуры является мощное электромагнитное реле K1, которое включено в одну из диагоналей выпрямительного моста VD1…VD4. Выпрямительный мост подключен к сети через гасящие конденсаторы C1 и С2. Как было уже сказано, устройство включается кратковременным нажатием кнопки SB1. В этот момент срабатывает реле К1 и его замыкающие контакты K1.1 блокируют контакты пусковой кнопки. Необходимый при включении пусковой ток реле обеспечивается конденсатором C1. Реле К1 удерживается в рабочем режиме при падении напряжения сети до 160 В током, проходящим через конденсатор С2. В момент повышения напряжения сети до 240 В происходит открытие стабилитронов VD7 и VD8. Одновременно срабатывает оптрон U1 и открывается тринистор VS1, который блокирует цепь питания обмотки реле К1 и его контакты K1.1 отключают нагрузку от питающей сети переменного тока. Быстродействие устройства составляет доли секунды и зависит от типа применяемого реле. С целью улучшения быстродействия устройства в его схему введен диод VD5. онденсатор СЗ в цепи управления тринистором VS1 служит для предотвращения срабатывания защиты от импульсных помех. В устройстве использованы конденсаторы С1 и С2 типа К73 на номинальное напряжение не менее 350 В, резисторы типа МЛТ. Диодный оптрон АОД101А можно заменить на транзисторный серии АОТ110 или АОТ127, соединив резистор R4 с эмиттером фототранзистора, анод тринистора VS1 — с выводом его коллектора, а между базой и эмиттером установить резистор сопротивлением 1 МОм. В этом случае тринистор может быть с большим током управления, например, серии КУ201 или КУ202. Реле К1 типа РЭН33 с временем отпускания 4 мс. В принципе реле может быть любого типа на рабочее напряжение 12…60 В. Контакты реле должны быть рассчитаны на ток не менее 2…3 А при напряжении 20 В. Кнопка SB1 типа КМ2-1 или П2К без фиксации.

Детали устройства монтируются на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Конструктивно устройство удобно выполнить в виде переносного удлинителя. На его лицевой стороне устанавливается сетевая розетка Х2, кнопка SB1 и индикатор VL1.

Налаживание устройства заключается в подборе емкостей конденсаторов С1 и С2. Конденсатор С1 влияет на надежность включения устройства пусковой кнопкой SB1, а С2 — на отключение устройства при снижении напряжения сети до 160… 170 В. Для обеспечения надежного срабатывания системы защиты при напряжении сети превышающим 240…250 В иногда возникает необходимость в подборе сопротивления резистора R5. Длительная эксплуатация устройств защиты аппаратуры от «перепадов» напряжения сети показала его высокую надежность.

Шаг 18 Более сложные радиоэлектронные конструкции на транзисторах и микросхемах

18.1. Карманный радиоприемник СВ и ДВ

Общая характеристика

Радиоприемник позволяет принимать радиовещательные станции в диапазонах средних 525…1605 кГц (571,4…186,9 м) и длинных 150…480 кГц (2000…735,3 м) волн. Прием радиоволн осуществляется на внутреннюю антенну. Громкоговорящее прослушивание радиостанций ведется на малогабаритный громкоговоритель. Для питания приемника используется два гальванических элемента типа 316, общим напряжением 3 В. Максимальная выходная мощность усилителя звуковой частоты около 80 мВт. Габаритные размеры корпуса приемника 115x75x35 мм.


Принципиальная схема

Приемник выполнен по схеме прямого усиления радиосигнала (рис. 18.1). Трехкаскадный усилитель радиочастоты (УРЧ) собран на высокочастотных транзисторах VT1…VT3. Первый каскад выполнен по схеме с общим эмиттером, а второй — по каскадной схеме, общий эмиттер — общая база с последовательным питанием. Особенностью УРЧ является включение дросселя высокой частоты небольшой индуктивности в цепь обратной отрицательной связи транзисторов VT1 и VT2.



Рис. 18.1. Принципиальная схема радиоприемника прямого усиления для приема СВ и ДВ


По сравнению с обычной схемой, когда в эмиттеры этих транзисторов включены резисторы и конденсаторы, удалось получить большее усиление, повысить избирательность и достичь почти равномерного усиления сигналов во всем диапазоне принимаемых частот. Детектирование сигнала выполнено по схеме детектора с удвоением. Нагрузкой детектора является потенциометр R8, который одновременно служит регулятором громкости усилителя звуковой частоты (УЗЧ). Для удобства пользования приемником использован переменный резистор, имеющий выключатель питания приемника. УЗЧ собран на микросхеме DA1 с предварительным каскадом усиления на транзисторах VT4, VT5. Первый каскад предварительного усилителя каскада выполнен по схеме с общим эмиттером, а второй, с целью лучшего согласования со входом микросхемы DA1, по схеме с общим коллектором. Такое схемное построение предварительного усилителя позволило повысить чувствительность усилителя на микросхеме и получить выходную мощность 80 мВт при напряжении 3 В. Микросхема DA1 включена по ее паспортной схеме. Плавная настройка на радиостанции производится изменением емкости переменного конденсатора С1. Переход с диапазона СВ на ДВ и наоборот осуществляют переключателем SA1. На СВ катушка ДВ закорачивается, а на ДВ — катушки соединяются последовательно.


Конструкция

Приемник смонтирован на самодельной печатной плате (рис. 18.2). На плате закреплены винтами переменный конденсатор С1, держатель ферритового стержня и распаяны конденсаторы постоянной емкости, резисторы, транзисторы, катушки индуктивности и провода для подключения колодки питания и громкоговорителя. Плата с монтажом всех радиокомпонентов приведена на рис. 18.3.а. Конструкция крепления ферритового стержня приведена на рис. 18.3.б. Плата помещена в самодельный пластмассовый корпус с внешними размерами 115x75x35 мм. Можно использовать корпус от приемника «Мальчиш». На передней стенке корпуса закреплена головка громкоговорителя, а на боковой — малогабаритный переключатель SA1. Все ручки управления выведены на одну из боковых сторон корпуса.



Рис. 18.2. Печатная плата двухдиапазонного радиоприемника




Рис. 18.3. Монтаж деталей на печатной плате двухдиапазонного радиоприемника (а) и крепление ферритового стержня (б)


Детали

Промышленные детали. Постоянные резисторы ОМЛТ-0,125, можно УЛМ, МЛТ-0,25, МЛТ-0,5, ВС-0,125, переменный резистор R8 типа СПЗ-3бМ-10 кОм. Конденсаторы постоянной емкости — керамические типа К10-7, электролитические конденсаторы типа К50-16. Конденсатор переменной емкости типа КПЕ-5 от приемника «Селга-404». Громкоговоритель типа 0,1ГД-6. Переключатель диапазонов малогабаритный типа ПД9-1 (подобные переключатели используются в импортных игрушках).

Ферритовый стержень марки 400НН или 600НН длиной 70 мм и диаметром 8 мм. Транзисторы VT1…VT5 типа КТ315 с любым буквенным индексом. Диоды VD1, VD2 типа Д9 с любой буквой. Микросхема DA1, указанная на схеме, может быть заменена на К174УН4А. Дроссель L5 индуктивностью 2,5…5 мкГн типа ДМ-0,1.

Самодельные детали. Печатная плата изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Рисунок печатной платы приведен на рис. 18.2. Контактные дорожки на плате можно получить травлением в хлорном железе или вырезать резаком. Контурные катушки магнитной антенны L1…L4 намотаны на бумажных каркасах, которые легко перемещаются по ферритовому стержню. Катушка L1 имеет 7x30 витков (7 секций по 30 витков намотанных внавал) проводом ПЭЛШО 0,12, L4 — 80 витков ЛЭШО 7x0,07 виток к витку; L2 — 4 витка, a L3 — 3 витка ПЭЛШО 0,12. Дроссель L5 можно применить самодельный. Для этого проводом ПЭВ —1 диаметром 0,09 мм наматывают 13 витков на ферритовый стержень М600НН диаметром 2,8 мм х 12 мм.


Монтаж приемника

Монтаж приемника ведется в следующей последовательности. К плате крепится винтами переменный конденсатор и его выводы припаиваются к контактным дорожкам. Крепится держатель ферритового стержня. Впаиваются в плату переменный резистор и микросхема. После впаиваются электролитические конденсаторы (С3, С9…С16), далее все постоянные резисторы и оставшиеся конденсаторы. В последнюю очередь впаиваются транзисторы. Закрепив ферритовый стержень в держателе, одевают на него контурные катушки. Припаивают к плате выводы катушек L1…L4.

Далее в корпусе приемника крепится громкоговоритель и переключатель диапазонов. Отрезав нужной длины многожильные гибкие провода, производят их распайку к контактным дорожкам для подключения громкоговорителя, переключателя диапазонов и колодки питания. Перед закреплением платы в корпусе производят подпайку соответствующих проводников к громкоговорителю и переключателю диапазонов.


Налаживание

При заведомо исправных радиодеталях собранный правильно приемник при подключении питания начинает работать сразу. Если измеренный ток потребления в режиме минимальной громкости (покоя) лежит в пределах 2,5…3 мА, то никакой наладки можно не производить. В противном случае подбирают резисторы, отмеченные на схеме звездочкой, ориентируясь на изменение чувствительности приемника, громкость звучания и потребляемый ток. В остальном налаживание приемника прямого усиления не отличается от раннее описанных в радиолюбительской литературе.

18.2. Карманный СВ-УКВ приемник на микросхемах К174ХА10 и К174ХА34

Общая характеристика и принципиальная схема

В настоящее время выпускаются микросхемы, которые в одном корпусе содержат все составляющие части супергетеродинного приемника, от высокочастотной части до усилителя звуковой частоты. Для того, чтобы собрать приемник необходимо к микросхеме только припаять конденсаторы, резисторы и катушки индуктивности. Катушки индуктивности могут быть как готовыми, так и самодельными. Приемник с использованием такой многофункциональной микросхемы может собрать даже начинающий радиолюбитель. На рис. 18.4 представлена схема двухдиапазонного приемника (средние (525… 1605 кГц) и ультракороткие (87,5…108 МГц) волны), собранного на двух микросхемах, одной многофункциональной интегральной DA1 и одной, содержащей высокочастотную часть УКВ приемника с низкой промежуточной частотой, DA2.



Рис. 18.4. Принципиальная схема карманного СВ-УКВ приемника на микросхемах К174ХА10 и К174ХА34


Так как микросхема DA2 не содержит УЗЧ, то для воспроизведения звука в диапазоне УКВ, используется УЗЧ микросхемы DA1. Реальная чувствительность приемника в диапазоне средних волн не хуже 3 мВ/м, в ультракоротких — 15 мкВ/м. Номинальная выходная мощность 100 мВт. Напряжение питания 4,5 В. Работоспособность приемника сохраняется при снижении напряжения питания до 3 В. Ток, потребляемый приемником в режиме молчания, составляет 22 мА, а при максимальной громкости — более 100 мА.

В схему приемника входит многофункциональная микросхема К174ХА10, на основе которой собран AM тракт и УЗЧ общий для обоих трактов, на микросхеме К174ХА34 собран ЧМ тракт. Переключение с СВ на ЧМ диапазон производится малогабаритным двухсекционным переключателем SA1, имеющим небольшое количество контактов. Сигнал, принятый магнитной антенной WA1, поступает на вход смесителя микросхемы DA1. В данном случае преобразователь представляет собой двойной балластный смеситель, его входы 6 и 7. Входное сопротивление смесителя 3 кОм. На смеситель микросхемы (вывод 5) через катушку связи связи L4 поступает также напряжение с контура L3, С1.2. Преобразованный и выделенный резонансным контуром L4, С6 сигнал ПЧ (465 кГц) через пьезофильтр Z1, определяющий избирательность по соседнему каналу, поступает на вход УПЧ микросхемы (вывод 2). Усиленный сигнал с резистора R4 поступает на детектор микросхемы. С выхода детектора (вывод 8) напряжение звуковой частоты через разделительный конденсатор С11, регулятор громкости R5 подается на вход УЗЧ (вывод 9). Нагрузкой УЗЧ является громкоговоритель ВА1, подключенный через разделительный конденсатор С12. Микросхема K174XA10 работоспособна в диапазоне питающих напряжений 2,8…10 В, при токе покоя не более 16 мА.

Для приема станций FM диапазона, необходимо установить переключатель SA1 в соответствующее положение. При этом высокочастотная часть микросхемы DA1 отключается и остается работоспособным только ее УЗЧ. Питание поступает на вывод 4 микросхемы DA2. Сигнал УКВ станции, принятый антенной WA2, поступает на вход микросхемы DA2 через разделительный конденсатор С15. Элементы колебательного контура С22, L6, VD1 определяют частоту колебаний гетеродина, который работает на первой гармонике. Настройка на станции осуществляется при помощи варикапа VD1 и переменного резистора R7. Преобразованный сигнал поступает на вход УПЧ, имеющий низкую промежуточную частоту. Использование низкой промежуточной частоты позволило отказаться от контуров и использовать активные фильтры, имеющие высокую добротность. Фазоинвертор и ЧМ-детектор собраны с использованием операционных усилителей и RC-цепей. Продетектированный и усиленный сигнал звуковой частоты поступает через разделительный конденсатор С21 на регулятор громкости, а оттуда на вход УЗЧ, принадлежащий микросхеме DA1.


Детали

Постоянные резисторы и конденсаторы приемника малогабаритные. Переменный резистор R6 типа СПЗ-3вМ. Переменный конденсатор от радиоприемника «Селга 404». Самодельными деталями приемника являются плата, катушки индуктивности и корпус приемника.

Катушка L1 содержит 82 витка провода ПЭВТЛ-2 0,1, намотана виток к витку на каркасе, который располагают на феррритовом стержне М400НН8х63. Катушка связи L2 содержит 6…8 витков провода ПЭВ-1 0,2 и намотана возле катушки L1. Гетеродинные катушки: L3 имеет 116 витков провода ПЭВ-2 0,18, a L4 — 4 + 7 провода ПЭШО 0,1 и намотаны: L3 — внавал в четырех секциях, на каркасе с подстроечным сердечником М400НН2,8х12, a L4 — в верхних двух секциях. Каркас от приемника «Селга». Катушка L6 содержит 7 витков провода ПЭВ-2 0,35 и наматывается виток к витку на оправке диаметром 3 мм. L5 — 3x32 витка провода ЛЭ 5x0,06 намотана на трехсекционном каркасе, помещенном в ферритовые чашки марки 600НН и диаметром 8,6 мм с подстроечным сердечником М600НН2,8х12. Отвод в катушке L5 сделан от 32 витка. Приемник собирается на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм и помещается в самодельный пластмассовый корпус. Настройка приемника производится по методике неоднократно описанной в радиолюбительской литературе.

18.3. Переговорное устройство на микросхеме К174УН7

Общая характеристика и принципиальная схема

Переговорное устройство служит для связи между двумя абонентами. Оно может быть полезно на садовом участке или даче, для связи между домом и калиткой. В целях безопасности устройство также можно использовать для связи между квартирой в многоэтажном доме и лестничной площадкой, если имеется защитная дверь, отгораживающая площадку от квартир на этаже. Устройство собрано на интегральной микросхеме К174УН7. Цоколевка микросхемы и назначение ее выводов дано на рис. 18.5.




Рис. 18.5. Цоколевка и назначение выводов микросхемы К174УН7


Если к этой микросхеме добавить резисторы и конденсаторы соответствующих номиналов, то можно получить небольших размеров усилитель звуковой частоты мощностью до 4 Вт. Типовая схема УЗЧ на этой микросхеме приведена на рис. 18.6.



Рис. 18.6. Типовая схема УЗЧ на микросхемы К174УН7


С целью повышения чувствительности такого УЗЧ на его вход обычно включают предварительный усилитель на одном транзисторе, так сделано в предлагаемом переговорном устройстве, схема которого представлена на рис. 18.7.



Рис. 18.7. Принципиальная схема переговорного устройства на микросхеме К174УН7


Детали

В устройстве вместо транзистора VT1, указанного на схеме, можно использовать любой маломощный транзистор обратной проводимости, например, типа КТ315 или КТ503 с любой буквой. Резисторы типа MЛT-0,125, электролитические конденсаторы С1…С3, С5, С6, С9, С10 типа К50-6, остальные конденсаторы керамические малогабаритные. Кнопка S1 без фиксации типа П2К. Переменный резистор R5 — СПЗ-4аМ. В качестве громкоговорителей ВА1 и ВА1 можно применить электродинамические головки 2ГД-36 или аналогичные с мощностью 1…2 Вт и с сопротивлением звуковой катушки 4…8 Ом. Питание переговорного устройства осуществляют от гальванических элементов типа 316, соединенных последовательно, общим напряжением 9 В или от стабилизированного источника питания.

Устройство собирается на печатной плате размером 50x50 мм и помещается в корпус, в котором также размещаются переключатель S1, источник питания и один из динамиков. Второй динамик, например ВА2, размещают вне помещения. При использовании исправных деталей, собранное устройство начинает работать сразу и особой наладки не требует. Резистором R1 устанавливают чувствительность устройства, а резистором R5 — мощность выходного сигнала. Переговоры ведутся в таком режиме: вначале один абонент говорит в динамик, например ВА2, а другой слушает (динамик ВА1), потом находящийся в помещении производит переключение в режим передачи переключателем S1 и отвечает, говоря в свой динамик. В устройстве каждая динамическая головка используется одновременно как микрофон и как громкоговоритель.

18.4. Громкоговорящая приставка к телефону

Используя микросхему К174УН7 в ее типовом включении, можно построить громкоговорящую приставку к телефону (рис. 18.8). Приставка будет полезна для людей со слабым слухом или когда содержание разговора желательно услышать окружающим.



Рис. 18.8. Принципиальная схема громкоговорящей приставки к телефону


На входе УЗЧ включен повышающий трансформатор Т1, первичная обмотка (с меньшим количеством витков) которого включена в разрыв одного из проводов телефонной сети. При разговоре ток, протекающий в этом проводе, проходит через первичную обмотку I трансформатора Т1 и индуцирует во вторичной обмотке колебания звуковой частоты. Колебания через переменный резистор (регулятор громкости) R1 и конденсатор С1 поступают на вход микросхемы DA1, где усиливаются до необходимого уровня громкости.

Питание приставки производится от простейшего блока питания, состоящего из трансформатора Т2, двухполупериодного выпрямителя VD1 и сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения, конденсатора С10. В качестве трансформатора Т1 используется выходной трансформатор от любого радиоприемника. Сетевой трансформатор Т2 — унифицированный ТПП224 или любой другой, вторичная обмотка которого дает 10…12 В. В приставке используются те же типы конденсаторов и резисторов, что и в предыдущей конструкции. Выключатель SA1 — малогабаритный типа ПТВ-18, держатель плавкого предохранителя FU1 — ДПВ.

Детали УЗЧ размещают на печатной плате и вместе с блоком питания размещают в корпусе подходящих размеров, например, в корпусе абонентского громкоговорителя. Первичную обмотку трансформатора Т1 включают в разрыв одного из телефонных проводов возле корпуса телефонного аппарата или соединительной розетки, а вторичную — экранированным проводом длиной 1,5…2 м с резистором R1 (входом усилителя). При включении приставки в сеть в динамике должен прослушиваться ровный шум, а при касании среднего вывода переменного резистора должен появиться громкий звук фона переменного тока. Все это свидетельствует о работоспособности приставки. Если теперь снять трубку с телефонного аппарата, в громкоговорителе послышится телефонный сигнал готовности к набору номера. При появлении акустической связи между микрофоном телефонной трубки и динамиком приставки следует повернуть ось переменного резистора R1 до ее срыва. Приставку следует включать при телефонном разговоре, так как она реагирует как на сигнал вызова, так и на работу номеронабирателя.

Шаг 19 Радиоэлектронные конструкции на операционных усилителях

Общая характеристика ОУ

Операционный усилитель (ОУ) считается наиболее универсальной аналоговой интегральной микросхемой, которую можно использовать в самых разнообразных радиоэлектронных конструкциях, усилителях радиочастоты и звуковой частоты, различных генераторах и т. д. Операционный усилитель характеризуется такими основными параметрами: напряжением питания, потребляемой мощностью, чувствительностью, коэффициентом усиления, полосой пропускания и выходной мощностью.

Многоцелевой операционный усилитель обычно состоит из входного дифференциального каскада, усилителя напряжения, схемы сдвига постоянного уровня и усилителя мощности. Входной каскад выполняется по схеме дифференциального усилителя и имеет два входа: вход 1 — называемый инвертирующим (на схемах обозначается «0», ранее «—») и вход 2 — неинвертирующим (на схемах особого обозначения не имеет, ранее обозначался «+»). При одновременной подаче одинаковых сигналов на входы ОУ, выходной сигнал практически отсутствует. Операционные усилители, как правило, рассчитаны на питание от двухполярного источника питания, что позволяет упростить задачу компенсации смещения нуля на выходе усилителя и предотвратить появление нежелательной постоянной составляющей в нагрузке.


Описание схемы ОУ

Основная схема включения ОУ носит название масштабного усилителя и представлена на рис. 19.1 (цепи питания и коррекции не показаны).



Рис. 19.1. Принципиальная схема масштабного усилителя


Входное сопротивление усилителя равно R1. Коэффициент усиления ОУ регулируется изменением сопротивления резистора R2 или R1.

Для подавления паразитных ВЧ колебаний введена частотно-зависимая отрицательная обратная связь, ее создает конденсатор С1. Действие этой связи начинает проявляться на частотах приблизительно равных 1/2πR1·С1 и выше. При расчетах коэффициента усиления ОУ на этих частотах необходимо учитывать емкостное сопротивление конденсатора С1, который шунтирует резистор R2. Действие корректирующих цепей, состоящих из резисторов и конденсаторов, состоит в снижении коэффициента усиления ОУ или уменьшении фазового сдвига в нем. В настоящее время отечественная промышленность выпускает огромное множество самых разнообразных операционных усилителей. Операционные усилители выпускаются в двух вариантах: в цилиндрическом корпусе (например, К140УД1Б) и прямоугольном (например, КР140УД1Б). Ниже приведем конструкции радиоэлектронных устройств на самых распространенных ОУ.

19.1. Двухполярный нерегулируемый источник питания на дискретных элементах

Радиоэлектронные конструкции на ОУ можно питать как от однополярного, так и двухполярного источников питания. Лучшие результаты работы конструкции получаются при их питании от двухполярного источника. Поэтому рассмотрим практическую схему двухполярного источника питания. Источник питания собран на дискретных элементах и состоит из двух однотранзисторных стабилизаторов напряжения, подобных тем, которые были использованы в схеме блока питания, рассмотренной в разделе 9 (рис. 9.2).


Описание схемы

Схема двухполярного источника питания приведена на рис. 19.2.



Рис. 19.2. Принципиальная схема двухполярного нерегулируемого источника питания на дискретных элементах


Основу схемы составляют три обычных стабилизатора напряжения на одном транзисторе. Особенностью схемы является наличие стабилизатора напряжения на транзисторе VT3. Наличие этого каскада диктуется следующими соображениями. Из схемы видно, что стабилизаторы на транзисторах VT1 и VT2 не имеют защиты от короткого замыкания. В случае же короткого замыкания выхода верхнего по схеме плеча эмиттер VT1 замыкается с эмиттером VT2 и на нижнем плече относительно «общего» провода появляется напряжение минус 24 В. Такая ситуация может привести к выходу из строя питающей аппаратуры. Для предотвращения такой опасности и введен по минусу питания каскад на транзисторе VT3.

Для работы источника необходим силовой трансформатор, дающий на вторичной обмотке напряжение 27…30 В. Для этой цели подойдет унифицированный трансформатор ТП8-18-220-50 с магнитопроводом ШЛ16x25. Детали питающего устройства кроме трансформатора собраны на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита размером 95x35 мм (рис. 19.3).



Рис. 19.3. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) двухполярного нерегулируемого источника питания на дискретных элементах


Для обеспечения нормального температурного режима работы транзисторов следует для них изготовить теплоотводы из дюралюминия. При исправных деталях и правильной сборки устройство начинает сразу работать. Устройство особой наладки не требует, желательно проконтролировать вольтметром величины выходного напряжения и если оно отличается от требуемого, то надо подобрать стабилитроны VD5, VD7 и резисторы R1 и R2.

19.2. Двухполярный регулируемый блок питания на микросхемах

В лаборатории радиолюбителя желательно иметь двухполярный регулируемый блок питания, что позволяет питать радиоэлектронные устройства с различным напряжением. Схема такого блока питания, собранного на двух микросхемах и одном транзисторе, представлена на рис. 19.4.



Рис. 19.4. Принципиальная схема двухполярного регулируемого блока питания на микросхемах


Блок содержит небольшое число деталей и позволяет регулировать выходное напряжение в пределах ±5…15 В при выходном токе до 1 мА. С выходной обмотки силового трансформатора Т1 снимается напряжение 13…15 В и поступает на выпрямитель с удвоением напряжения, диоды VD1 и VD2. Для сглаживания пульсаций напряжения выпрямителя используются конденсаторы С1…С4. Двухполярный стабилизатор напряжения собран на основе однополярной микросхемы DA1, у которой напряжение стабилизации составляет 5 В. Регулировка выходного напряжения блока питания осуществляется переменным резистором R2.


Детали

Детали в блоке в основном промышленного изготовления за исключением печатной платы. Трансформатор любой, главное, чтобы его первичная обмотка была рассчитана на 220 В, а вторичная давала напряжение 13…15 В. Диоды VD1 и VD2 любые другие выпрямительные нежели на схеме со значением среднего прямого тока от 3 А при напряжении не менее 25 В. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,25, а переменный — СП4-1 или аналогичный. Конденсаторы С1 типа К50-35, С2 — К50-16, С5 — К50-6, С3 и С4 — танталовые емкостью не менее 1 мкФ. При использовании оксидных конденсаторов — их емкость должна быть более 25 мкФ. Транзистор VT1 серии КТ818 с любой буквой или любой другой с допустимым током коллектора не менее 3 А. Указанный на схеме операционный усилитель можно заменить на К(Р)140УД6А (или Б) или К153УД6.

Вместо микросхемы, указанной на схеме, можно использовать К142ЕН5А или К(Р)142ЕН5В. Детали блока питания кроме трансформатора монтируют на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 50x65 мм (рис. 19.5). Транзистор VT1 и микросхему DA1 следует через слюдяные прокладки закрепить на теплоотводах. Блок, собранный из исправных деталей, в наладке не нуждается и готов к работе.

Используя данное схемное решение блока питания, можно изготовить блок и на большее напряжение, до 25 В, для этого нужно только подобрать соответствующий транзистор VT1, микросхему DA1 и значения сопротивлений резисторов R1…R3.




Рис. 19.5. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) двухполярного регулируемого блока питания на микросхемах

19.3. Усилитель звуковой частоты на операционном усилителе К140УД1Б

Операционные усилители находят широкое применение в усилителях звуковой частоты, их применение ограничено, в основном, каскадами предварительного усиления. Это связано с тем, что ОУ среднего класса отдают в нагрузку не более 150 мВт и для увеличения выходной мощности приходится применять мощные выходные каскады на дискретных элементах. Схема простого усилителя звуковой частоты с использованием операционного усилителя приведена на рис. 19.6.



Рис. 19.6. Принципиальная схема усилителя звуковой частоты на операционном усилителе


Усилитель предназначен для совместной работы с УКВ — тюнером. Его выходная мощность 6 Вт на нагрузке сопротивлением 3 Ом. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики в интервале частот 20 Гц… 20 кГц составляет 2 дБ. Входное сопротивление — 13 кОм. Резистором R11 устанавливается чувствительность усилителя в пределах 200 мВ…1 В. Транзисторы выходного каскада работают без начального смещения. Благодаря глубокой отрицательной связи с выхода усилителя на инвертирующий вход микросхемы искажения типа «ступенька» в усилителе отсутствуют. Налаживание усилителя заключается в установке резистором R2 на выходе микросхемы нулевого потенциала при отсутствии входного сигнала и подборе корректирующей цепочки R6, С2 таким образом, чтобы не было возбуждения по высокой частоте. Все детали усилителя монтируются на печатной плате размером 90x50 мм. Транзисторы VT3 и VT4 устанавливают на радиаторы из дюралюминия размером 40x20x3 мм. Для питания усилителя подойдет блок питания, собранный по схеме на рис. 19.2.

19.4. Электромузыкальный инструмент на операционном усилителе К140УД1Б

Описание схемы

Использование особенностей конструкции ОУ позволяет построить электромузыкальные инструменты (ЭМИ) различной сложности. Схема простейшего музыкального инструмента на ОУ приведена на рис. 19.7.



Рис. 19.7. Принципиальная схема электромузыкального инструмента на операционном усилителе К140УД1Б


Он состоит из импульсного низкочастотного генератора на микросхеме DA1 и усилителя звуковой частоты на транзисторе VT1, нагрузкой которого является электродинамическая головка ВА1. Генератор собран по мостовой схеме. Напряжение на выходе микросхемы DA1, благодаря положительной обратной связи, образованной резисторами R25, R26, скачком переключается между двумя уровнями. Переключение происходит в момент, когда напряжения на входах ОУ равны. Диапазон рабочих частот генератора задается конденсатором C1. При положительном выходном напряжении C1 заряжается через резистор R25. Как только напряжения на входах 9 и 10 сравниваются происходит переключение ОУ в противоположное состояние. Напряжение на выходе 5 становится отрицательным и конденсатор С1 разряжается через резистор R25. И так при каждом равенстве напряжений на входах ОУ происходит переключение генератора. Изменение частоты генератора происходит при подключении к входу 10 клавишами S1…S24 подстроечных резисторов с разным сопротивлением. Для устранения характерных щелчков в громкоговорителе во время пауз включен диод VD1. Выходной каскад музыкального инструмента выполнен по схеме транзисторного ключа, так как ОУ работает в импульсном режиме. Питание инструмента осуществляется от блока питания, собранного по схеме рис. 19.2.


Детали

Сердце музыкального инструмента — ОУ К140УД1Б может быть заменен на КР140УД1Б (рис. 19.8).



Рис. 19.8. Внешний вид ОУ К140УД1Б (а) и КР140УД1Б (б) и их принципиальная схема (в) (в скобках номера выводов КР140УД1Б)


Вместо транзистора КТ608Б могут быть использованы КТ601…КТ603, КТ801 с любым буквенным индексом. Диод VD1 серии Д9, Д18. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, подстроечные — СПЗ-16. Конденсатор С1 неполярный типа КМК. Динамическая головка любая мощностью 0,1…0,5 Вт.

Детали ЭМИ собираются на небольшой печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм. Подстроечные резисторы R1…R24 располагаются на отдельной печатной плате размером 195x20 мм. Электронный инструмент изготовляют в виде пианино или используют имеющееся игрушечное пианино. Устройство клавиатуры пианино представлено на рис. 19.9.



Рис. 19.9. Устройство клавиатуры электромузыкального инструмента на операционном усилителе:

1 — корпус ЭМИ; 2 — клавиша; 3 — ось крепления клавиши; 4 — соединительные провода; 5 — стойка; 6 — контактная пара


В качестве контактных пар под клавишами используются контакторы от вышедших из строя электромагнитных реле. На задней панели пианино устанавливается динамическая головка и гнездо для подключения источника питания. Настраивают ЭМИ с помощью камертона, вращая подвижный контакт подстроечного резистора, добиваются звука необходимой тональности.

19.5. Операционные усилители в радиоприемных устройствах

Описание схемы на К140УД1А

Использование операционных усилителей в радиоприемниках позволяет создавать устройства с высокой чувствительностью, благодаря их сравнительно высокому коэффициенту усиления. На рис. 19.10 представлена схема миниатюрного радиоприемника на одном операционном усилителе типа К140УД1А.



Рис. 19.10. Принципиальная схема радиоприемника на одном операционном усилителе


Приемник рассчитан на прием мощных средневолновых радиостанций, расположенных от места приема на расстоянии до 100 км. Операционный усилитель в представленной схеме выполняет сразу несколько функций: усиливает колебания высокой частоты, детектирует их и усиливает сигнал звуковой частоты. Выделенный колебательным контуром L1, С1 радиочастотный сигнал через катушку связи L2 подается на вход операционного усилителя DA1. Режим работы операционного усилителя DA1 определяется резистором R1. С выхода операционного усилителя, вывод 5, сигнал звуковой частоты через конденсатор С3 подается на наушники BF1. Имеющийся в схеме конденсатор С2 служит для перевода одного из каскадов операционного усилителя в режим детектирования. Конденсатор С5 подключается в случае возбуждения радиоприемника.


Детали

В приемнике используются миниатюрные конденсаторы и резисторы. Конденсатор переменной емкости С1 можно взять от любого карманного приемника, с соответствующими пределами изменения емкости. В магнитной антенне используется ферритовый стержень прямоугольного сечения 15x3 мм и длиной 55 мм марки 400НН. Для СВ катушка L1 содержит 92 витка, a L2 — 5 витков провода ПЭЛ 0,15 намотанных виток к витку на бумажной гильзе, свободно перемещающейся по ферритовому стержню. Для прослушивания радиопередач используются стереонаушники подобные тем, что подключаются к плейерам. Вместо стереонаушников при необходимости можно подключить микротелефон типа ТМ-2М или капсюль ДЭМШ-1 А. В качестве источника питания радиоприемника используется батарея типа «Крона».

Детали приемника размещаются на небольшой печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм, которая вместе источником питания помещается в пластмассовую коробочку (рис. 19.11). Налаживание радиоприемника заключается в подборе сопротивления резистора R1 в пределах 1… 1,8 МОм, при котором приемник имеет максимальную громкость звучания.




Рис. 19.11. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) радиоприемника на операционном усилителе


Описание схемы на К157УД2

Промышленность выпускает микросхемы, которые в одном корпусе содержат два операционных усилителя, в частности К157УД2. Хотя микросхема предназначена для низкочастотных устройств, она неплохо работает в радиоприемниках прямого усиления на СВ и ДВ и, что очень важно, при низком напряжении питания 2…3 В. Это позволяет построить миниатюрный радиоприемник, который не нуждается в предварительном макетировании. Схема такого приемника приведена на рис. 19.12.



Рис. 19.12. Принципиальная схема радиоприемника на микросхеме К157УД2


Для простоты приемник имеет фиксированную настройку на одну радиостанцию, наиболее лучше слышимую в данной местности. Можно конечно ввести и плавную настройку на радиостанцию, установить конденсатор переменной емкости, как в предыдущей конструкции приемника, но тогда габариты приемника возрастут. Ток, потребляемый приемником, составляет около 3 мА.

Приемник содержит: входные цепи, усилитель радиочастоты, диодный детектор, усилитель звуковой частоты. Входные цепи приемника состоят из магнитной антенны WA1 и катушки связи с усилителем радиочастоты на операционном усилителе DА1.1. Сигнал радиостанции, выделенный входным контуром L1, С1, через катушку связи и конденсатор С2 поступает на вход ОУ DA1.1 (УРЧ). После усиления сигнал с вывода 13 подается на детектор, собранный на диодах VD1, VD2, включенных по схеме удвоения выходного напряжения. Нагрузкой детектора по постоянному току служит обратное сопротивление его диодов. С выхода детектора сигнал звуковой частоты через разделительный конденсатор С6 поступает на вход усилителя звуковой частоты, собранного на ОУ DA1.2. С выхода УЗЧ сигнал через конденсатор С8 подается на наушники BF1.


Детали

Детали в приемнике используются малогабаритные. Резисторы МЛТ-0,125, конденсатор С8 К50-6, остальные КМ-5. Для магнитной антенны используется ферритовый стержень длиной 55 мм и 08 мм. Катушка L1 содержит 80 витков провода ЛЭШО 10x0,07, катушка связи L2 имеет 15 витков провода ПЭЛШО 0,12. Для питания приемника используется два последовательно соединенных аккумулятора типа Д-0,06. Выключатель питания может быть любого типа, малогабаритный.

Большая часть деталей, радиоприемника смонтирована на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Вид печатной платы и размещение на ней деталей показано на рис. 19.13.



Рис. 19.13. Печатная плата и размещение на ней деталей радиоприемника на микросхеме К157УД2


Правильно собранный приемник при использовании исправных радиокомпонентов наладки не требует и после включения питания начинает сразу работать. Необходимо только изменением емкости конденсатора С1 настроиться на требуемую радиостанцию.

Приемник не имеет регулятора громкости. Для изменения громкости звука необходимо вращать корпус приемника.

19.6. Проверка годности операционных усилителей

Для того чтобы быть уверенными в пригодности операционного усилителя для радиоэлектронного устройства и не мучиться с налаживанием, его следует проверить хотя бы с помощью пробника, схема которого представлена на рис. 19.14.



Рис. 19.14. Принципиальная схема пробника для проверки работоспособности операционных усилителей (ОУ)


С помощью пробника можно проверить практически все наиболее часто используемые в практике радиолюбителя ОУ, кроме тех, выходное сопротивление которых сравнимо или больше сопротивления резистора R7, например, микромощные ОУ К140УД12, К153УД4.


Описание работы пробника

Проверяемый операционный усилитель подключается к гнездам разъема XS1, например, как ОУ К140УД2 на схеме. В результате получаем релаксационный генератор, который вырабатывает прямоугольные импульсы (меандр) с частотой 1…2 Гц. Питание генератора осуществляется от параметрического стабилизатора R1, D1. Если ОУ годный, то заработает генератор и начнет вспыхивать в такт с частотой генерируемых импульсов светодиод HL1. В противном случае генератор работать не будет, а светодиод в зависимости от причины неисправности будет либо гореть непрерывно, либо вовсе не вспыхнет.


Детали

В пробнике можно применить такие детали, кроме указанных на схеме, транзисторы КТ312А…КТ312В, КТ315А, КТ315В…КТ315И, КТ503А…КТ503Е, диоды КД521А…КД521Г, КД103Б, стабилитрон Д814Г или ему подобный. В качестве разъема XS1 используется монтажная панель для микросхем, тип корпуса 2103.16.

Все детали устройства монтируются на печатной плате размером 60x40 мм, вырезанной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм (рис. 19.15). Правильно собранный пробник особой наладки не требует.



Рис. 19.15. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) пробника для проверки ОУ

Шаг 20 Радиоэлектронные конструкции на цифровых микросхемах

20.1. Основные сведения

В радиолюбительских конструкциях широкое использование получили цифровые интегральные микросхемы, которые также называют логическими элементами. Конструкции, собранные на них, получаются простыми и, как правило, не требуют налаживания. Цифровые микросхемы предназначены для преобразования или обработки дискретных сигналов, появляющихся лишь в определенное время. Сигнал может быть выражен в двоичном (0 или 1) или цифровом коде. Цифровые микросхемы, работающие с двоичным кодом, называются логическими. На радиоэлектронных схемах цифровые интегральные микросхемы изображают в виде прямоугольников, имеющих внутри его отличительные знаки, указывающие тип логического элемента. Возле графического изображения цифровой микросхемы ставится буквенный символ DD с порядковым номером на схеме, а рядом — тип используемой микросхемы.


Типы логических схем

Существует три основных типа логических схем:

• Схема отрицания НЕ — инвертор. Схема является одновходовой, на выходе которой сигнал «Y» возникает при отсутствии сигнала «х» на входе. На принципиальных схемах элемент НЕ изображается в виде прямоугольников (рис. 20.1). Его условным символом служит цифра 1, расположенная внутри прямоугольника в левом верхнем углу, и кружок, обозначающий линию выхода. Расположенная возле изображения логического элемента таблица истинности позволяет сделать вывод, каким будет сигнал на выходе при определенной комбинации логических сигналов на входе.



Рис. 20.1. Условное графическое обозначение логического элемента НЕ (а) и таблица истинности (б)


• Схема совпадения И представляет собой многовходовую схему, на выходе которой сигнал «Y» возникает только при наличии сигналов «x1, x2… хn» одновременно на всех выходах. На рис. 20.2 приведено графическое изображение логического элемента с двумя входами -2И и его таблица истинности. Характерным отличием этого элемента на схемах, является наличие внутри прямоугольника английского знака «&» (английский союз «и» — логическое умножение), в левом верхнем углу.



Рис. 20.2. Условное графическое обозначение логического элемента И (а) и таблица истинности (б)


• Схема сборки ИЛИ — многовходовая схема, сигнал «Y» на выходе которой, появляется при наличии сигнала хотя бы на одном из входов. На рис. 20.3 представлено графическое изображение схемы и ее таблица истинности.



Рис. 20.3. Условное графическое обозначение логического элемента ИЛИ (а) и таблица истинности (б)


Существуют и более сложные логические схемы, представляющие собой соединение нескольких простейших схем. Для запоминания результатов преобразований, которые выполняются логическими схемами применяют элемент памяти — триггер. Его схема имеет два выхода (единичный и нулевой) и несколько входов. Триггер может находиться в одном из возможных состояний: единичном или нулевом. Состояние триггера зависит от вида (1 или 0) дискретного сигнала, поступающего на его вход.


Микросхемы серии 155

Большой популярностью среди радиолюбителей пользуются микросхемы серии 155, которые построены на основе так называемой транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Эта серия включает многовходовые элементы И-НЕ, триггеры, счетчики, дешифраторы, запоминающие устройства и т. д. Напряжение питания микросхем серии 155 составляет 5±0,25 В, которое подается на выводы 14 (+5 В) и 7 (общий провод). При изображении логических элементов на принципиальных схемах подключение к ним источника питания, как правило, не показывают.

Рассмотрим практическое использование в радиоэлектронных конструкциях микросхем серии 155. Наиболее часто в конструкциях используется микросхема К155ЛАЗ. Условное графическое изображение К155ЛАЗ приведено на рис. 20.4.а. В состав микросхемы входит четыре элемента 2И-НЕ, каждый из которых выполняет операцию логического умножения сигналов по двум входам с последующей инверсией результата на выходе. Следует отметить, что логический элемент, входящий в микросхему, может работать отдельно независимо от других, в связи с этим на принципиальных схемах элементы, составляющие микросхему, изображаются отдельно один от другого.

На принципиальных схемах этот факт отмечают в буквенно-цифровом обозначении, например, DD1.1, DD1.2, DD1.3 и DD1.4 (рис. 20.4.б).



Рис. 20.4. Условное графическое изображение интегральной микросхемы К155ЛАЗ:

а — без деления на элементы, б — с выделением входящих элементов 2И-НЕ


Принципиальная схема одного логического элемента дана на рис. 20.5.



Рис. 20.5. Принципиальная схема логического элементов 2И-НЕ, входящего в интегральную микросхему К155ЛАЗ


Как видно из представленной схемы, входящие в нее транзисторы имеют непосредственную связь. В схеме транзистор VT1 имеет два эмиттера и выполняет логическое умножение, VT2 — усиление, VT3 — усиление, a VT4 — инверсию сигнала. Необходимый режим работы транзисторов задается резисторами R1…R4. Диоды VD1…VD3 предназначены для защиты цепей от напряжения обратной полярности. В момент поступления напряжения на один или оба входа логического элемента (выводы 1 и 2), транзистор VT1 открыт. В то время, как транзистор VT2 закрыт, на базу транзистора VT4 поступает напряжение низкого логического уровня, которое закрывает этот транзистор. В то же время, транзистор VT3 открыт, так как напряжение на его базе, наоборот, соответствует уровню логической 1. В итоге на выходе (вывод 3) элемента оказывается напряжение высокого логического уровня и через нагрузку проходит ток. Если подать на оба входа элемента сигнал, соответствующий логической единицы, то транзистор VT1 закроется, a VT2 откроется. Транзисторы VT3 и VT4 переключатся в противоположные состояния, на выходе появится логический 0 и через нагрузку не будет идти ток. Основными параметрами логической микросхемы, состоящей из элементов И-НЕ, являются:

• Напряжение питания Uп.

• Потребляемая от источника питания номинальная мощность Рном.

• Пороговое напряжение Uпop переключения логического элемента из одного состояния в другое.

• Выходное напряжение Uвыx логического 0 и единицы.

• Время включения tвкл и выключения tвыкл.

• Коэффициент разветвления по выходу Краз показывающий, какую из микросхем можно подключить к выходу данного элемента.

Рассмотрим примеры практического использования цифровых микросхем в радиолюбительских конструкциях.

20.2. Практические схемы на цифровых интегральных микросхемах

20.2.1. Сторож вещей пассажира

Описание схемы

Несложное охранное устройство, извещающее о намерении кого-нибудь своровать ваши вещи, можно собрать всего на одной логической микросхеме (рис. 20.6).



Рис. 20.6. Принципиальная схема сторожа вещей пассажира


В устройстве используется шлейфовый датчик, при обрыве которого начинает работать генератор прямоугольных импульсов, собранный на логических элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы K561ЛA7. Генератор выдает импульсы с частотой 2…3 Гц (fk = 1/2R4·С2), которые коммутируют тональный генератор, выполненный на элементах DD1.3 и DD1.4. Частота импульсов тонального генератора составляет 1 кГц (ft = 1/2R6·C3). Импульсы тонального генератора поступают на пьезокерамический излучатель HA1, который преобразует их в звук. В качестве источника питания GB1 можно использовать литиевую батарею 2БЛИК-1 или 4 элемента типа 316, что приведет к увеличению габаритов устройства. В устройстве нет выключателя, так как в дежурном режиме устройство потребляет ток всего 2 мкА. В режиме тревожной сигнализации, когда шлейф оборван и звукоизлучатель издает мощный сигнал, ток составляет 0,5… 1 мА. Для увеличения мощности звука, следует подобрать сопротивление резистора R6.


Детали

В охранном устройстве используются постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы С1…С3 — КМ6, С4 — оксидный К50-35.

Шлейфный датчик представляет собой сложенный вдвое обмоточный провод ПЭВ-2 или ПЭВ-3 диаметром 0,07…0,1 мм длиной 0,5…1 м. Концы такого куска провода присоединяют к двухконтактному разъему, который необходим для подключения к гнездам устройства X1. Необходимо сделать несколько таких проводных датчиков, так как оборванные шлейфы не имеет смысла ремонтировать. Для хранения датчиков желательно использовать челнок-мотальце подобно тем, что используют рыбаки для хранения лески. Детали устройства монтируют на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. На одной стороне платы фольга используется как общий минусовой провод источника питания. В связи с чем вокруг отверстий, через которые проходят выводы деталей, не связанные с общим проводом, необходимо снять фольгу, сделав выборки сверлом 01…2 мм.

Рисунок печатной платы и распайка деталей на ней показаны на рис. 20.7.



Рис. 20.7. Печатная плата и монтаж на ней деталей сторожа вещей пассажира


Места припайки деталей к общему проводу платы показаны квадратами. Примерный монтаж деталей на двухсторонней плате показан на рис. 20.8.



Рис. 20.8. Пример распайки на печатной плате деталей сторожа вещей пассажира


После распайки всех деталей на плате припаивают проводники к излучателю и батарее. Все детали устройства помещают в пластмассовый корпус размерами 48x32x17 мм. Собранный из исправных деталей и без ошибок «сторож» налаживания не требует и сразу может быть использован по назначению. Для этой цели вещи, которые требуют охраны, прошивают или обвязывают шлейфом. Шлейф подключают к гнездам X1 устройства и охрана вещей обеспечена.


20.2.2. Генераторы на микросхеме К155ЛАЗ

Описание схемы

На микросхемах серии К155ЛА3 можно собирать низкочастотные и высокочастотные генераторы небольших размеров, которые могут быть полезны при проверке, ремонте и налаживании различной радиоэлектронной аппаратуры. Рассмотрим принцип действия ВЧ генератора, собранного на трех инверторах (рис. 20.9).



Рис. 20.9. Структурная схема генератора на логической микросхеме


Конденсатор С1 обеспечивает положительную обратную связь между выходом второго и входом первого инвертора необходимую для возбуждения генератора. Резистор R1 обеспечивает необходимое смещение по постоянному току, а также позволяет осуществлять небольшую отрицательную обратную связь на частоте генератора. В результате преобладания положительной обратной связи над отрицательной на выходе генератора получается напряжение прямоугольной формы. Изменение частоты генератора в широких пределах производится подбором емкости С1 и сопротивления резистора R1. Генерируемая частота равна fген = 1/(С1·R1). С понижением питания эта частота уменьшается. По аналогичной схеме собирается и НЧ генератор подбором соответствующим образом C1 и R1.

Исходя из вышеизложенного, на рис. 20.10 представлена принципиальная схема универсального генератора, собранная на двух микросхемах типа К155ЛАЗ.



Рис. 20.10. Принципиальная схема генератора на микросхемах К155ЛА3


Генератор позволяет получить три диапазона частот: 120…500 кГц (длинные волны), 400…1600 кГц (средние волны), 2,5…10 МГц (короткие волны) и фиксированную частоту 1000 Гц. На микросхеме DD2 собран генератор низкой частоты, частота генерации которого составляет примерно 1000 Гц. В качестве буферного каскада между генератором и внешней нагрузкой используется инвертор DD2.4. Низкочастотный генератор включается выключателем SA2, о чем свидетельствует красное свечение светодиода VD1. Плавное изменение выходного сигнала генератора НЧ производится переменным резистором R10. Частота генерируемых колебаний устанавливается грубо подбором емкости конденсатора С4, а точно — подбором сопротивления резистора R3.


Детали

Генератор ВЧ собран на элементах DD1.1…DD1.3. В зависимости от подключаемых конденсаторов С1…С3 генератор выдает колебания соответствующие КВ, СВ или ДВ. Переменным резистором R2 производится плавное изменение частоты высокочастотных колебаний в любом поддиапазоне выбранных частот. На входы инвертора 12 и 13 элемента DD1.4 подаются колебания ВЧ и НЧ. В результате чего на выходе 11 элемента DD1.4 получаются модулированные высокочастотные колебания. Плавное регулирование уровня промодулированных высокочастотных колебаний производится переменным резистором R6.

С помощью делителя R7…R9 выходной сигнал можно изменить скачкообразно в 10 раз и 100 раз. Питается генератор от стабилизированного источника напряжением 5 В, при подключении которого загорается светодиод VD2 зеленого свечения.

В универсальном генераторе используются постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, переменные — СП-1. Конденсаторы С1…С3 — КСО, С4 и С6 — К53-1, С5 — МБМ. Вместо указанной серии микросхем на схеме можно использовать микросхемы серии КПЗ. Все детали генератора монтируют на печатной плате. Конструктивно генератор выполняется исходя из вкусов радиолюбителя.


Настройка

Настройку генератора при отсутствии ГСС производят по радиовещательному радиоприемнику, имеющему диапазоны волн: КВ, СВ и ДВ. С этой целью устанавливают приемник на обзорный КВ диапазон.

Установив переключатель SA1 генератора в положение КВ, подают на антенный вход приемника сигнал. Вращая ручку настройки приемника пытаются найти сигнал генератора. На шкале приемника будет прослушиваться несколько сигналов, выбирают наиболее громкий. Это будет первая гармоника. Подбирая конденсатор С1, добиваются приема сигнала генератора на волне 30 м, что соответствует частоте 10 МГц. Затем устанавливают переключатель SA1 генератора в положение СВ, а приемник переключают на средневолновый диапазон. Подбирая конденсатор С2, добиваются прослушивания сигнала генератора на метке шкалы приемника соответствующей волне 180 м. Аналогично производят настройку генератора в диапазоне ДВ. Изменяют емкость конденсатора С3 таким образом, чтобы сигнал генератора прослушивался на конце средневолнового диапазона приемника, отметка 600 м.

Аналогичным способом производится градуировка шкалы переменного резистора R2. Для градуировки генератора, а также его проверки, должны быть включены оба выключатели SA2 и SA3.


20.2.3. Передатчик на микросхеме К155ЛАЗ

Микросхемы серий К130, К133, К155 хорошо работают на частотах до 10…15 МГц. Проведенные эксперименты показали, что они сохраняют свою работоспособность и на более высоких частотах — вплоть до 100 МГц. При этом, правда, снижается выходное напряжение. Невзирая на это, можно построить микромощный радиопередатчик, не имеющий катушек индуктивности, на диапазон 66…76 МГц. Дальность такого передатчика составляет до 50 м. Его сигнал можно услышать на обычном УКВ приемнике. Схема УКВ передатчика приведена на рис. 20.11.



Рис. 20.11. Принципиальная схема передатчика ЧМ на микросхеме К155ЛАЗ


Сигнал с микрофона ВМ1 подается на вход (выводы 1 и 2) генератора, собранного на элементах DD1.1…DD1.4. На выходе (вывод 11) генератора получаются модулированные высокочастотные колебания, которые излучаются антенной WA1 в пространство. Настройка передатчика на требуемую частоту производится резистором R1. Для стабильной работы передатчика, при изменении питающего напряжения, в его схеме имеется стабилизатор напряжения, собранный на транзисторах VT1 и VT2. Питание передатчика осуществляется от источника с напряжением 6…9 В. Можно использовать батарею типа «Крона» или 4 элемента типа 316. В качестве антенны WA1 передатчика можно использовать металлический штырь длиной около 1 метра или телескопическую антенну от радиоприемника.

Детали передатчика собираются на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Так как передатчик содержит немного деталей, то рисунок на плате можно не вытравливать, а сделать резаком. Вначале сверлят отверстия, а потом прорезают фольгу в нужных местах. Настройка передатчика начинается с установки резистором R2 тока 15…20 мА (место на схеме показано крестиком). Далее, включив УКВ приемник, устанавливают указатель его настройки в том месте шкалы, где не слышны радиовещательные станции. Включают передатчик и отходят с ним от приемника на некоторое расстояние, 5…8 метров. Произнося слова в микрофон ВМ1, вращают ось резистора R1, добиваясь слышимости сигнала в приемнике.

Эксперименты, проведенные с передатчиком, показали, что увеличить дальность его работы можно, если элементы DD1.2…DD1.1 включить параллельно. В этом случае правый конец резистора R1 подключается к выводу 3 элемента DD1.1.


20.2.4. Сигнализатор разрядки аккумуляторной батареи

Реальный срок эксплуатации аккумуляторных батарей, как известно, зависит от того, до какого значения напряжения она разряжается.

Схема сигнализатора, извещающего о падении напряжения ниже критического значения на аккумуляторной батарее типа 7Д-0,125, приведена на рис. 20.12.



Рис. 20.12. Принципиальная схема сигнализатора разрядки аккумуляторной батареи на логической микросхеме


Устройство собрано на двух логических микросхемах DD1, DD2 и одном кремниевом транзисторе VT1 типа КЛГ315. Сигнализатор срабатывает при уменьшении напряжения на аккумуляторе до 7,8 В, о чем извещает звуковым сигналом пьезоизлучатель BF1.

При использовании устройства с другими типами аккумуляторов напряжение срабатывания подбирают изменением сопротивления резисторов R2, R3 и типа стабилитрона VD1. Устройство, собранное по данной схеме, отличается высокой экономичностью в обоих режимах: ждущем и сигнализации.

В устройстве использованы такие микросхемы: DD1 типа К561ТЛ1, a DD2 типа К561ЛА7. Вместо микросхемы К561ТЛ1 возможно использование микросхемы К561ЛА7, включив ее по схеме рис. 20.13.



Рис. 20.13. Изменения в схеме сигнализатора разрядки аккумуляторной батареи при использовании в нем ИМС К561ЛА7


При такой замене микросхемы DD1 резко увеличивается ее ток потребления (25…30 мА), в момент приближения к порогу срабатывания сигнализатора. В качестве транзистора VT1, можно использовать любой кремниевый транзистор n-р-n типа. Резисторы типа МЛТ-0,125, а постоянные конденсаторы — малогабаритные любого типа. При отсутствии пьезоизлучателя можно использовать небольшую динамическую головку, включив ее по схеме рис. 20.14.



Рис. 20.14. Принципиальная схема включения динамика в сигнализатор разрядки аккумуляторной батареи


Все детали сигнализатора собираются на небольшой печатной плате из фольгированного гетинакса. Налаживание сигнализатора заключается в подборе типа стабилитрона VD1 и сопротивлений резисторов R2 и R3, при которых происходит его срабатывание, когда напряжение на зажимах аккумулятора достигнет критического значения. После наладки, сигнализатор помещают в корпус радиоэлектронной аппаратуры. Выводы сигнализатора ХР1 и ХР2 припаивают к соответствующим контактам питания аппаратуры.


20.2.5. Радиоприемник прямого усиления на логической микросхеме К176ЛЕ5

Описание схемы

Некоторые серии логических микросхем, в частности, выполненные на комплементарных парах МОП транзисторов, могут быть использованы в радиоприемных устройствах. На рис. 20.15 приведена схема приемника прямого усиления на микросхеме типа K176ЛE5.



Рис. 20.15. Принципиальная схема радиоприемника прямого усиления на логической микросхеме К176ЛЕ5


Прием радиостанций ведется на магнитную антенну WA1. Колебательный контур приемника состоит из катушки индуктивности L1 и конденсатора переменной емкости С1, с помощью которого ведется настройка на радиостанции. Выделенный контуром сигнал подается на усилитель ВЧ, собранный на элементе DD1.1.

Между входом и выходом элемента включен резистор R1, осуществляющий отрицательную обратную связь по постоянному напряжению. Для устранения такой связи по переменному току используется конденсатор С2. С выхода элемента DD1.1 усиленный сигнал поступает на детектор, выполненный на диодах VD1 и VD2, включенных по схеме удвоения напряжения. Нагрузкой детектора является резистор R2, с которого звуковой сигнал подается на УЗЧ, выполненный на элементах DD1.2…DD1.4. В первом каскаде УЗЧ введена отрицательная обратная связь по постоянному напряжению через резисторы R3, R4. При этом на выходе элемента DD1.2 устанавливается стабильное напряжение, равное половине напряжения источника питания, что позволяет не ставить аналогичные цепочки в последующих каскадах УЗЧ. По переменному напряжению звуковой частоты обратная связь снимается подключением конденсатора С6. Нагрузкой УЗЧ являются стереофонические наушники, подключаемые к гнезду XS1. Для питания приемника используется источник питания 9 В, например, батарея типа «Крона» или аккумулятор 7Д-0,125. Радиоприемник сохраняет свою работоспособность при снижении напряжения питания до 3 В.


Детали

В приемнике, вместо микросхемы К176ЛЕ5, можно использовать микросхему К176ЛА7 без изменений схемы приемника. Резисторы типа МЛТ-0,125, электролитические конденсаторы С6, С7, С9 типа К50-6, остальные конденсаторы типа К10-7В. В схеме приемника будут использованы резисторы и конденсаторы, номинальные значения которых в 2…3 раза отличаются от указанных на схеме. Конденсатор переменной емкости КПТ-2 емкостью 5…270 пФ. Для приема средних волн, катушка L1 магнитной антенны содержит 80 витков провода ЛЭП-5х0.06, намотанных на картонном каркасе, размещенном на ферритовом сердечнике М400НН1 100x8 мм. Все детали приемника собраны на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размером 45x40 мм.

Собранный из исправных деталей приемник особой наладки не требует и при подключении питания начинает сразу работать. При эксплуатации приемника вблизи мощных радиостанций появляется возможность прослушивания радиопередач на электродинамическую головку. В этом случае выходной каскад переделывают согласно схеме рис. 20.16. Выходной трансформатор Т1 берется от любого транзисторного радиоприемника, при этом используется одна половинка первичной обмотки. Динамическая головка ВА1 может быть любого типа. Мощность 0,05…0,5 Вт.



Рис. 20.16. Принципиальная схема включения динамика в радиоприемник прямого усиления на логической микросхеме К176ЛЕ5


20.2.6. Пробник на микросхеме К155ЛАЗ

Описание схемы

Используя микросхему K155ЛA3, можно собрать простой пробник со звуковой индикацией для прозвонки электрических цепей (рис. 20.17).



Рис. 20.17. Принципиальная схема звукового пробника на микросхеме К155ЛАЗ


Основу пробника составляет мультивибратор на элементах DD1.1…DD1.4. При подключении щупов пробника ХР1 и ХР2 к участку монтажа сопротивлением менее 10 Ом или их замыкании на входах 1 и 2 первого элемента DD1.1 окажется напряжение, которое несколько меньше уровня логической 1, что равносильно сигналу логического 0. На выходе 3 элемента DD1.1, появляется уровень логической 1 и начинает работать мультивибратор. Колебания мультивибратора через резисторы R5 и R6 подаются на вход усилителя мощности, собранного на транзисторе VT1. В эмиттерную цепь транзистора VT1 включена электродинамическая головка, по звучанию которой и судят о результатах прозвонки. С помощью резистора R5 можно в небольших пределах изменять громкость звука пробника.


Детали

В пробнике используются постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, переменный резистор R5 любого типа. Конденсатор С1 типа К50-6.

Транзистор VT1 может быть любой серии КТ315. Динамическая головка — 0,1ГД-17 или другая малогабаритная с сопротивлением звуковой катушки не менее 8 Ом. Источником питания пробника являются три аккумулятора типа Д-0,06, соединенные последовательно. Детали пробника кроме динамика монтируют на небольшой печатной плате соответствующих размеров, которую помещают в пластмассовый корпус.

Налаживание пробника начинают с установки верхнего предела сопротивления, при котором происходит его срабатывание. С этой целью к щупам пробника подключают, например, резистор сопротивлением 10 Ом, т. е. верхний предел сопротивления. Подбирая сопротивление резистора R2 добиваются изменения уровня напряжения на выходе элемента DD1.1 с единичного на нулевой. Если после этого подключить к щупам резистор с меньшим сопротивлением, то в динамике должен появиться звук. На этом налаживание пробника заканчивается.

Пробник можно приспособить для измерения электрических цепей с различным сопротивлением, заменив постоянный резистор R2, переменным. Для переменного резистора делают шкалу, которую градуируют в зависимости от верхних пределов сопротивлений, приводящих к срабатыванию пробника.


20.2.7. Мелодичный звонок для телефона

В обычный дисковый телефонный аппарат можно вдохнуть новую жизнь, если в нем заменить электромагнитный звонок на электронный, собранный по схеме рис. 20.18.



Рис. 20.18. Принципиальная схема мелодичного звонка для дискового телефона


После такой замены звук телефона станет более приятным и мелодичным. Схема звонка собрана на одной микросхеме K176ЛA7 и двух транзисторах серии КТ315. На элементах DD1.3 и DD1.4 собран тональный генератор, работой которого управляет второй генератор на инверторах DD1.1 и DD1.2. Для устранения звуковых щелчков, возникающих при работе управляющего генератора, между ним и тональным генераторами включен каскад на транзисторе VT1 по схеме с общим коллектором. Включенный в эмиттер транзистора VT1 конденсатор С2 также служит для устранения щелчков. Колебания тонального генератора подаются на вход У3Ч, собранного на транзисторе VT2, в эмиттерную цепь которого включен излучатель звука BF1.

Питается электронный звонок от выпрямительного моста, собранного на диодах VD1…VD4, который подключают к зажимам, на которые подается напряжение питания электромагнитного звонка. Для стабилизации напряжения питания используется стабилитрон VD5.

В звонке, кроме указанных типов микросхем, можно использовать микросхемы типа K561ЛA7. VT1, VT2 любые кремниевые транзисторы проводимости n-р-n. Диоды VD1…VD4 могут быть типа КД105В, КД105Г, Д226, Д226А, Д226Г, КЦ405А…КЦ405И. В качестве звукового излучателя BF1 можно использовать один наушник ТОН-2 или небольшой наушник ТА56А. Резисторы и конденсаторы любого типа — малогабаритные. Детали устройства, кроме наушника, монтируются на печатной плате.

Рисунок печатной платы приведен на рис. 20.19, а монтаж деталей на ней — на рис. 20.20.

Наладка электронного звонка заключается лишь в установке подстроечными резисторами R2 и R5 желаемой тональности его звучания. Подбором сопротивления резистора R6 устанавливают необходимую громкость звучания звонка.



Рис. 20.19. Печатная плата мелодичного звонка для дискового телефона



Рис. 20.20. Распайка деталей на печатной плате мелодичного звонка для дискового телефона

20.3. Металлоискатель на микросхеме K176ЛE5

Описание схемы

Компактный металлоискатель можно собрать всего на одной логической микросхеме. Схема металлоискателя на микросхеме типа К175ЛЕ5 приведена на рис. 20.21.



Рис. 20.21. Принципиальная схема металлоискателя на логической микросхеме К176ЛЕ5


Металлоискатель содержит два генератора. Один генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2, а второй — на элементах DD1.3, DD1.4. Частота перестраиваемого генератора на DD1.1 и DD1.2 зависит от емкости конденсатора C1 и общего сопротивления, подстроенного и переменного, резисторов R1 и R2. Переменным резистором R2 плавно изменяют частоту генератора в диапазоне частот, установленном подстроечным резистором R1. Частота генератора на DD1.3 и DD1.4 зависит от параметров колебательного контура L1, С2. Сигналы с обоих генераторов поступают через конденсаторы С3 и С4 на детектор, выполненный по схеме удвоения напряжения на диодах VD1 и VD2. Нагрузкой детектора являются наушники BF1, на которых выделяется разностный сигнал в виде низкочастотной составляющей, преобразуемый наушниками в звук. Параллельно наушникам включен конденсатор С5, который шунтирует их по высокой частоте.

При приближении поисковой катушки L1 к металлическому предмету происходит изменение частоты генератора на элементах DD1.3, DD1.4. В результате меняется тональность звука в наушниках, по этому признаку и определяют, находится ли предмет в зоне поиска.


Детали

В схеме металлоискателя микросхему K176ЛE5 можно заменить на микросхемы К176ЛА7, К176ПУ1, К176ПУ2, К561ЛА7, К564ЛА7, К561ЛН2.

Подстроечный резистор R1 типа СП5-2, переменный резистор R2 — СПО-0,5. Допустимо использовать в схеме и другие типы резисторов, желательно малогабаритные. Электролитический конденсатор С6 типа К50-12 на напряжение не менее 10 В. Остальные постоянные конденсаторы типа КМ-6. Катушка L1 размещается в кольце 0120 мм, согнутом из медной или алюминиевой трубки диаметром 8 мм. Между концами трубки должен быть небольшой зазор, чтобы не было короткозамкнутого витка.

Катушка наматывается проводом ПЭЛШО 0,5. Через трубку необходимо протянуть любым способом максимальное число витков. В качестве наушников BF1 можно использовать головные телефоны ТОН-1, ТОН-2 или ТА-1. Для питания металлоискателя используется батарея типа «Крона» или другие типы батарей напряжением 9 В.

Детали устройства кроме катушки индуктивности, источника питания и наушников размещаются на печатной плате, вырезанной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 20.22).



Рис. 20.22. Печатная плата и монтаж на ней деталей металлоискателя на логической микросхеме


Возможно использование и другого вида печатной платы. Г-образный вид платы выбран с тем, чтобы ее можно было разместить в разъеме типа ШР. К одному концу разъема крепится ручка из металлической трубки, а к другому его концу, с помощью переходника из изоляционного материала, крепится металлическое кольцо с катушкой L1. Концы катушки припаиваются к соответствующим точкам платы, размещенной в разъеме типа ШГ. В полости трубки размещается гальваническая батарея. Общий вид устройства приведен на рис. 20.23.



Рис. 20.23. Общий вид металлоискателя на логической микросхеме


Настройка

Перед наладкой металлоискателя подстроечный и переменный резисторы ставят в среднее положение и замыкают контакты SB1. Перемещая движок подстроечного резистора R1, добиваются наиболее низкого тона в наушниках. При отсутствии звука подбирают емкость конденсатора С2. При появлении сбоев в работе металлоискателя следует конденсатор емкостью 0,01…0,1 мкФ впаять между выводами 7 и 14 микросхемы DD1.

Металлоискатель может также быть использован при определении места прокладки арматуры и скрытой проводки при проведении строительных работ в доме.

Шаг 21 Конструкции с сенсорным управлением

21.1. Основные понятия

Контактное управление в последнее время стало широко использоваться в различных радиоэлектронных конструкциях. Такой тип управления имеет много преимуществ, одно из них — отсутствие подвижных элементов (кнопок, пружин, штоков, рычажков), все это обеспечивает длительную работу устройства. Сенсорные переключатели можно встретить в телевизорах, микроволновых печках, электромузыкальных инструментах. Различают два способа контактного воздействия: емкостное и резистивное. В первом случае срабатывание контактного устройства происходит за счет касания металлической пластины (сенсора) человеком, тело которого как известно обладает определенной довольно большой емкостью (рис. 21.1).



Рис. 21.1. Принципиальная схема емкостного сенсора


Во втором случае срабатывание сенсора, состоящего из двух металлических пластин, происходит в результате их замыкания пальцем, кожный покров которого имеет некоторое сопротивление (рис. 21.2).



Рис. 21.2. Принципиальная схема резистивного сенсора


Описание схемы

Рассмотрим более подробно работу резистивного сенсора. Простейшая схема с использованием такого управления, может быть построена на основе однотранзисторного каскада без термостабилизации, в котором резистор, отвечающий за напряжение смещения на базу транзистора, заменен сенсором (рис. 21.3).



Рис. 21.3. Принципиальная схема простейшего сенсора с усилителем


В данном случае сенсор состоит из двух пластин, одна — присоединена к базе транзистора, а вторая — к источнику питания. В состоянии покоя, когда не касаются сенсора, через транзистор ток практически не течет, а напряжение на коллекторе равно напряжению питания. Прикосновение пальца к двум пластинам равнозначно присоединению резистора между источником питания и базой, если вспомнить, что кожный покров имеет сопротивление. В этом случае на базу транзистора относительно эмиттера через кожный покров подается небольшое отрицательное напряжение. При этом транзистор открывается, в базовой цепи появляется небольшой ток, который вызывает в несколько раз больший ток коллектора транзистора. Напряжение на коллекторе немедленно меняется на величину, равную падению напряжения, образовавшегося на резисторе. Если теперь убрать палец с сенсора, то транзистор вернется в предыдущее состояние и напряжение на коллекторе тоже станет прежним по величине. Такой простой способ прикосновения пальца к сенсору вызывает импульсы на выходе транзисторного каскада. Этот пример в сущности и показывает, как надо строить управление исполнительным радиоэлектронным устройством с использованием сенсорной электронной схемы, которая преобразовывает прикосновение пальца в электрический сигнал.

21.2. Простые сенсорные устройства на транзисторах

Для включения различных механизмов может быть использован сенсорный датчик, схема которого приведена на рис. 21.4.



Рис. 21.4. Принципиальная схема сенсорного устройства для включения различных механизмов


При подключении питания в дежурном режиме датчик потребляет ток не более 0,2 мА. При касании пальцем сенсорного контакта Е1 переменное напряжение, наведенное в теле человека, поступает на базу транзистора VT1, выпрямляется и усиливается этим транзистором. Возникшее на резисторе R2 постоянное напряжение открывает транзисторы VT2 и VT3, в результате чего срабатывает электромагнитное реле К1, контакты которого включают исполнительный механизм. Для питания датчика следует использовать стабилизированный источник питания напряжением 12 В. Статический коэффициент передачи тока транзисторов должен быть 80… 100. Электромагнитное реле — РЭС-10 (паспорт РС4.524.303) или РЭС-9 (паспорт РС4.524.202). Резисторы типа МЛТ-0,125, конденсатор C1 — К10-7В, С2 — MB. Сенсорная пластинка Е1 имеет размер 10x13 мм. Если сенсор размещают от устройства более чем на 15 см, то его подключение осуществляют экранированным проводом, соединяя оплетку с минусом источника питания.

Схема простейшего сенсорного звонка приведена на рис. 21.5.



Рис. 21.5. Принципиальная схема простейшего сенсорного звонка


Устройство собрано на трех кремниевых транзисторах с непосредственной связью между каскадами и работает как усилитель наводок переменного напряжения, которое поступает на сенсор Е1. При касании контакта Е1 в динамике ВА1 раздается звук с частотой входного сигнала. Приемлемая громкость звука устанавливается резистором R1. В устройстве можно использовать выходной трансформатор и динамик от любого карманного или переносного приемников. Транзисторы могут быть любые кремниевые, диод — типа Д9 с любой буквой. Сенсорная пластинка имеет размеры 10x13 мм и крепится в удобном месте.

21.3. Сенсорные устройства с использованием микросхем

Современный сенсорный переключатель состоит из сенсорной пластины, запоминающего устройства (триггера, см. словарь) и генератора. Триггер, используемый в сенсорном устройстве, должен иметь высокое входное сопротивление (около I МОм), в противном случае между сенсорной пластиной и триггером устанавливают согласующий каскад. Заметим, что сенсором можно управлять не только путем замыкания его пластин, но и подачей на них небольшого напряжения от специального генератора.

Для сенсорных устройств могут быть использованы микросхемы, выполненные на полевых МОП-транзисторах, серий К172 и К176. При использовании этих микросхем, их не использующиеся входы нужно обязательно подключать к «плюсу» или «минусу» источника питания, согласуясь с характером входа и логикой работы схемы. В этом случае нет необходимости в дополнительных согласующих каскадах.

Схема с использованием микросхемы К1ТР721 в сенсорном устройстве, срабатывающем при замыкании пластин, представлена на рис. 21.6.



Рис. 21.6. Принципиальная схема сенсора на микросхеме К1ТР721


Часть напряжения питания с делителя R1 и R2 через палец подается с сенсорной пластины Е1 на счетный вход С триггера DD1. При каждом прикосновении к пластинам триггер изменяет свое состояние. Для защиты триггера от паразитных наводок введена цепочка R2, С2.

В стационарных сенсорных устройствах могут быть использованы широкораспространенные логические микросхемы серий К155 и К133 в частности K155ЛA3. При использовании микросхемы К155ЛАЗ в сенсорных устройствах для повышения ее входного сопротивления, следует перед ней включать каскад на полевом транзисторе (рис. 21.7).



Рис. 21.7. Принципиальная схема сенсора с предварительным каскадом усиления на полевом транзисторе


В схеме для четкого срабатывания триггера DD2 введен одновибратор (триггер Шмитта) на микросхеме DD1.1 и DD1.2. Величина сопротивления подстроечного резистора R4 обычно составляет 2,6 кОм. Расстояние от затвора транзистора VT1 до сенсорной пластины следует сделать минимальным, в противном случае для лучшей помехоустойчивости следует включить конденсатор С1 и экспериментально подобрать его емкость. С целью удобства в данном устройстве от сенсорной пластины можно вообще отказаться, если вместо нее использовать корпус транзистора. Для этого осторожно снимают с крышки транзистора краску, а корпус соединяют с выводом затвора. Теперь, чтобы включить сенсорное устройство нужно коснуться верхней части транзистора.


Практическая схема

Практическая схема сенсорной двухтональной сирены с использованием микросхемы K155ЛA3 приведена на рис. 21.8.



Рис. 21.8. Принципиальная практическая схема сенсорной двухтональной сирены


Сирену можно использовать в качестве квартирного звонка или звуковой игрушки. Стоит лишь дотронуться до сенсора Е1, как в наушнике раздастся зазывающий звук с периодически изменяющейся тональностью. Основным узлом сирены является «гибридный» мультивибратор (тональный генератор), выполненный на транзисторе VT3 и логическом элементе DD1.4. Сигнал мультивибратора усиливается каскадом на транзисторе VT4. При касании сенсорного контакта Е1 запускается одновибратор, состоящий из транзистора VT2 и элемента DD1.3, запускается, т. е. генерирует одиночный импульс продолжительностью 4…6 с. Импульс в виде уровня логической 1 подается на два генератора с разной тональностью: генератор (VT3, DD1.4) и генератор (VT1, DD1.1, его частота меньше частоты тонального генератора) и разрешает их работу, в результате из капсюля BF1 слышится звук.


Детали

Детали сирены таких типов: резисторы — МЛТ-0,125, конденсаторы С2, СЗ — К50-6, остальные КЛС или малогабаритные. Транзисторы VT1…VT3 из указанной серии с любой буквой, VT4 — типа МП40, МП41 и им подобные. Капсюль BF1 — ДЭМ-4М или ТА-56М. Все детали устройства смонтированы на печатной плате размером 55x45x0,8 мм (рис. 21.9), которая помещена в подходящий корпус. В корпусе размещается капсюль и три гальванических элемента типа 316.



Рис. 21.9. Печатная плата двухтональной сирены

Шаг 22 Телемеханически управляемые конструкции

Под телемеханикой (от греческих слов: «теле» — далеко и «механика» — сооружение) понимают отрасль науки и техники, предметом исследований которой является разработка методов и технических способов передачи сигналов с целью контроля и управления разными объектами на расстоянии. Отличие телемеханики от дистанционного управления заключается в том, что в ней для передачи различных команд большому числу объектов используется всего один канал связи. И при этом число управляемых объектов практически не ограничивается, только происходит усложнение кода передачи. С помощью телемеханики объектам передают команды типа «включить», «выключить», «назад», «вперед» и т. д. Телемеханическую информацию передают по проводам, радиоканалам, линиям электропередач и лучу лазера. В зависимости от назначения и вида передаваемой информации различают системы телемеханического управления (или короче телеуправления), измерения (или телеизмерения) и сигнализации (или телесигнализации). В авиации, ракетной технике, космонавтике управление и измерение с помощью средств телемеханики называют «радиоуправлением» и «радиотелеметрией». В этом разделе рассмотрим вопросы практического конструирования простых телеуправляемых моделей, доступных в изготовлении начинающим радиолюбителям.

22.1. Устройства, управляемые светом

Система телеуправления моделей с помощью светового луча наиболее простая, так как в качестве передатчика здесь можно использовать обычный карманный фонарик. Не так уж и сложен приемник такой модели. Такая телеаппаратура может быть установлена в различные электрофицированные игрушки, например, машинки с электродвигателем, питающимся от батарейки.


Миниатюрный электрический моторчик

Рассмотрим вначале схему управления миниатюрного электрического моторчика с помощью транзистора. Простая схема такого управления представлена на рис. 22.1.



Рис. 22.1. Принципиальная электрическая схема управления электродвигателем


При вращении оси переменного резистора R1 происходит изменение усиления транзистора, а отсюда и изменяется скорость вращения двигателя. Управление с помощью транзистора достаточно удобно и к тому же позволяет удлинить соединяющие провода между резистором и остальной частью схемы. Можно весь механизм, приводящий в движение игрушку, поместить внутри ее, а в руках держать переменный резистор, соединенный с ней длинными проводами. Хотя такая схема управления часто применяется на практике, более эффективным и современным является использование беспроводного управления.

На рис. 22.2 приведена принципиальная схема беспроводного устройства, управляемого лучом света. С правой стороны от пунктирной линии находится обычная цепь моторчика с транзистором, а слева цепь с фотодиодом, которая заменила в предыдущей схеме управления переменный резистор R1. Если теперь осветить фотодиод лучом фонарика, то произойдет уменьшение его сопротивления. Это приведет к изменению сопротивления транзисторной цепи и вызовет быстрое вращение двигателя. Если теперь выключить свет, то двигатель остановится. Телеметрическое устройство собирается на небольшой монтажной планке, которая помещается внутри модели. Наверху модели, в удобном месте с точки зрения освещенности, крепится фотодиод. Модель с такой системой управления работает от луча света, направленного с расстояния до 1,3 м.



Рис. 22.2. Принципиальная схема устройства управления электродвигателя лучом света


Автомат выключения уличного освещения

На таком же принципе можно построить и автомат включения уличного освещения в деревне или загородном домике (рис. 22.3).



Рис. 22.3. Принципиальная схема устройства выключения уличного освещения


Его датчиком служит фоторезистор типа ФС-К1, который, как и в схеме рис. 22.2, включен в цепь базы транзистора VT1. Темновое сопротивление фоторезистора составляет около 500…800 кОм, а коллекторный ток транзистора VT2 не превышает 3…4 мА, что недостаточно для срабатывания реле К1. В это время контакты реле замкнуты и лампочка уличного освещения горит. С наступлением рассвета сопротивление фоторезистора постепенно уменьшается до 70…100 кОм, а ток в цепи базы транзистора VT1 увеличивается. Это приводит к повышению тока коллектора транзистора VT2 и срабатыванию реле К1, которое размыкает контакты К1.1 и лампа гаснет. Питание устройства построено по бестрансформаторной схеме с использованием гасящего конденсатора С2. В автомате использовано реле К1 типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.131). Конденсатор С2 типа МБГО на напряжение 600 В. Автомат смонтирован в корпусе из пластмассы размером 120x90x30 мм и настройки практически не требует. Для увеличения задержки времени выключения лампы следует уменьшить питающее напряжение до15…16 В. Для этого вместо указанных на схеме типов стабилитронов, следует использовать один стабилитрон Д813 или два типа КС 175 (или ранних выпусков Д808).

22.2. Радиоуправляемые модели

Для радиоуправления различными моделями и игрушками может быть использована аппаратура дискретного и пропорционального действия. Основное отличие аппаратуры пропорционального действия от дискретной состоит в том, что она позволяет по командам оператора отклонять рули модели на любой требуемый угол и плавно изменять скорость и направление ее движения «Вперед» или «Назад». Постройка и налаживание аппаратуры пропорционального действия достаточно сложны и не всегда под силу начинающему радиолюбителю. Хотя аппаратура дискретного действия и имеет ограниченные возможности, но, применяя специальные технические решения, можно их расширить. Поэтому далее рассмотрим однокомандную аппаратуру управления, пригодную для колесных, летающих и плавающих моделей.


Передатчик радиоуправляемой модели

Для управления моделями в радиусе 500 м, как показывает опыт, достаточно иметь передатчик с выходной мощностью около 100 мВт.

Передатчики радиоуправляемых моделей, как правило, работают в диапазоне 10 м. Однокомандное управление моделью осуществляется следующим образом. При подаче команды управления передатчик излучает высокочастотные электромагнитные колебания, другими словами, генерирует одну несущую частоту. Приемник, который находится на модели принимает сигнал, посланный передатчиком, в результате чего срабатывает исполнительный механизм. В итоге модель, подчиняясь команде, меняет направление движения или осуществляет одно какое-нибудь заранее заложенное в конструкцию модели указание.

Используя однокомандную модель управления, можно заставить модель осуществлять достаточно сложные движения. Схема однокомандного передатчика представлена на рис. 22.4.



Рис. 22.4. Принципиальная схема передатчика радиоуправляемой модели


Передатчик включает задающий генератор колебаний высокой частоты и модулятор. Задающий генератор собран на транзисторе VT1 по схеме емкостной трехточки. Контур L2, С2 передатчика настроен на частоту 27,12 МГц, которая отведена Госсвязьнадзором электросвязи для радиоуправления моделями. Режим работы генератора по постоянному току определяется подбором величины сопротивления резистора R1. Созданные генератором высокочастотные колебания излучаются в пространство антенной, подключенной к контуру через согласующую катушку индуктивности L1. Модулятор выполнен на двух транзисторах VT1, VT2 и представляет собой симметричный мультивибратор. Модулируемое напряжение снимается с коллекторной нагрузки R4 транзистора VT2 и подается в общую цепь питания транзистора VT1 высокочастотного генератора, что обеспечивает 100 % модуляцию. Управляется передатчик кнопкой SB1, включенной в общую цепь питания. Задающий генератор работает не непрерывно, а только при нажатой кнопке SB1, когда появляются импульсы тока, вырабатываемые мультивибратором. Посылка в антенну высокочастотных колебаний, созданных задающим генератором, происходит отдельными порциями, частота следования которых соответствует частоте импульсов модулятора.

В передатчике использованы транзисторы с коэффициентом передачи тока базы h21э не менее 60. Резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы — К10-7, КМ-6. Согласующая антенная катушка L1 имеет 12 витков ПЭВ-1 0,4 и намотана на унифицированном каркасе от карманного приемника с подстроечным ферритовым сердечником марки 100НН диаметром 2,8 мм. Катушка L2 бескаркасная и содержат 16 витков провода ПЭВ-1 0,8 намотанных на оправке диаметром 10 мм. В качестве кнопки управления можно использовать микропереключатель типа МП-7. Детали передатчика монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Антенна передатчика представляет собой отрезок стальной упругой проволоки диаметром 1…2 мм и длиной около 60 см, которая подключается прямо к гнезду X1, расположенному на печатной плате. Все детали передатчика должны быть заключены в алюминиевый корпус. На передней панели корпуса располагается кнопка управления. В месте прохождения антенны через стенку корпуса к гнезду X1 должен быть установлен пластмассовый изолятор, чтобы предотвратить касание антенны корпуса.

При заведомо исправных деталях и правильном монтаже передатчик не требует особой наладки. Необходимо только убедиться в его работоспособности и, изменяя индуктивность катушки L1, добиться максимальной мощности передатчика. Для проверки работы мультивибратора надо включить высокоомные наушники между коллектором VT2 и плюсом источника питания. При замыкании кнопки SB1 в наушниках должен прослушиваться звук низкого тона, соответствующий частоте мультивибратора. Для проверки работоспособности генератора ВЧ необходимо собрать волномер по схеме рис. 22.5.



Рис. 22.5. Принципиальная схема волномера для настройки передатчика


Схема представляет собой простой детекторный приемник, в котором катушка L1 намотана проводом ПЭВ-1 1…1,2 и содержит 10 витков с отводом от 3 витка. Катушка намотана с шагом 4 мм на пластмассовом каркасе диаметром 25 мм. В качестве индикатора используется вольтметр постоянного тока с относительным входным сопротивлением 10 кОм/В или микроамперметр на ток 50…100 мкА. Волномер собирают на небольшой пластине из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Включив передатчик, располагают от него волномер на расстоянии 50…60 см. При исправном генераторе ВЧ стрелка волномера отклоняется на некоторый угол от нулевой отметки. Настраивая генератор ВЧ на частоту 27,12 МГц, сдвигая и раздвигая витки катушки L2, добиваются максимального отклонения стрелки вольтметра.

Максимальную мощность высокочастотных колебаний, излучаемых антенной, получают вращением сердечника катушки L1. Настройка передатчика считается оконченной, если вольтметр волномера на расстоянии 1…1,2 м от передатчика показывает напряжение не менее 0,05 В.


Приемник радиоуправляемой модели

Для управления моделью радиолюбители довольно часто используют приемники, построенные по схеме сверхрегенератора. Это связано с тем, что сверхрегенеративный приемник, имея простую конструкцию, обладает очень высокой чувствительностью, порядка 10…20 мкВ. Схема сверхрегенеративного приемника для модели приведена на рис. 22.6.



Рис. 22.6. Принципиальная схема сверхрегенеративного приемника радиоуправляемой модели


Приемник собран на трех транзисторах и питается от батареи типа «Крона» или другого источника напряжением 9 В. Первый каскад приемника представляет собой сверхрегенеративный детектор с самогашением, выполненный на транзисторе VT1. Если на антенну не поступает сигнал, то этот каскад генерирует импульсы высокочастотных колебаний, следующих с частотой 60…100 кГц. Это и есть частота гашения, которая задается конденсатором С6 и резистором R3. Усиление выделенного командного сигнала сверхрегенеративным детектором приемника происходит следующим образом. Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой и его коллекторный ток пульсирует с частотой гашения. При отсутствии на входе приемника сигнала, эти импульсы детектируются и создают на резисторе R3 некоторое напряжение. В момент поступления сигнала на приемник продолжительность отдельных импульсов возрастает, что приводит к увеличению напряжения на резисторе R3. Приемник имеет один входной контур L1, С4, который с помощью сердечника катушки L1 настраивается на частоту передатчика.

Связь контура с антенной — емкостная. Принятый приемником сигнал управления выделяется на резисторе R4. Этот сигнал в 10…30 раз меньше напряжения частоты гашения. Для подавления мешающего напряжения с частотой гашения между сверхрегенеративным детектором и усилителем напряжения включен фильтр L3, С7. При этом на выходе фильтра напряжение частоты гашения в 5…10 раз меньше амплитуды полезного сигнала. Продетектированный сигнал через разделительный конденсатор С8 подается на базу транзистора VT2, представляющего собой каскад усиления низкой частоты, а далее на электронное реле, собранное на транзисторе VT3 и диодах VD1, VD2. Усиленный транзистором VT3 сигнал выпрямляется диодами VD1 и VD2. Выпрямленный ток (отрицательной полярности) поступает на базу транзистора VT3.

При появлении тока на входе электронного реле, коллекторный ток транзистора увеличивается и срабатывает реле К1. В качестве антенны приемника можно использовать штырь длиной 70…100 см. Максимальная чувствительность сверхрегенеративного приемника устанавливается подбором сопротивления резистора R1.


Монтаж приемника

Монтаж приемника выполняют печатным способом на плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размерами 100x65 мм. В приемнике используются резисторы и конденсаторы тех же типов, что и в передатчике. Катушка контура сверхрегенератора L1 имеет 8 витков провода ПЭЛШО 0,35, намотанных виток к витку на полистироловом каркасе диаметром диаметром 6,5 мм, с подстроечным ферритовым сердечником марки 100НН диаметром 2,7 мм и длиной 8 мм. Дроссели имеют индуктивность: L2 — 8 мкГн, a L3 — 0,07…0,1 мкГн. Электромагнитное реле К1 типа РЭС-6 с обмоткой сопротивлением 200 Ом.

Настройку приемника начинают с сверхрегенеративного каскада. Подключают высокоомные наушники параллельно конденсатору С7 и включают питание. Появившийся в наушниках шум свидетельствует об исправной работе сверхрегенеративного детектора. Изменением сопротивления резистора R1 добиваются максимального шума в наушниках. Каскад усиления напряжения на транзисторе VT2 и электронное реле особой наладки не требуют. Подбором сопротивления резистора R7 добиваются чувствительности приемника порядка 20 мкВ. Окончательная настройка приемника производится совместно с передатчиком.

Если в приемнике параллельно обмотке реле K1 подключить наушники и включить передатчик, то в наушниках должен прослушиваться громкий шум. Настройка приемника на частоту передатчика приводит к пропаданию шума в наушниках и срабатыванию реле.

22.3. Выключатель, управляемый звуком

Приходя ночью домой, иногда приходится долго искать в темноте выключатель света, что естественно вызывает некоторые неудобства. От этих неудобств можно избавится, если изготовить устройство включения света в результате хлопка руками (рис. 22.7).



Рис. 22.7. Принципиальная схема выключателя управляемого звуком


Устройство выключит свет через 3 минуты после нажатия кнопки выключателя и включит его тоже на 3 минуты, если подать звуковой сигнал, например, хлопнуть в ладоши. Устройство реагирует на звуковой сигнал даже в том случае, если не погас свет после первого нажатия на кнопку выключателя.


Описание схемы

Устройство по существу представляет собой автоматический электронный выключатель света, включающийся звуковым сигналом. Устройство подключается параллельно контактам выключателя SA1 и поэтому напряжение на нем появляется лишь когда погас свет. В этом случае начинает заряжаться конденсатор С3 через резистор R7, диод VD3 и цепь управляющего тринистора VS2. Тринистор VS2 открывается и замыкает собой диагональ моста VD4…VD7. В результате другая диагональ моста, подключенная параллельно контактам выключателя SA1, оказывается замкнутой по переменному напряжению. В связи с этим лампа HL1 продолжает гореть, пока тринистор VS2 продолжает оставаться открытым. По мере заряда конденсатора С3 ток управляющего электрода тринистора VS2 уменьшится и по прошествии некоторого времени тринистор VS2 закрывается, а лампа HL1 гаснет. Если теперь хлопнуть в ладоши, то звуковая волна дойдет до микрофона ВМ1 и на его выходе появится серия электрических импульсов. Первый положительный импульс откроет маломощный тринистор VS1 и приведет к разряду конденсатора С3 через резистор R4 и открытый тринистор VS1. Разрядный ток конденсатора С3 удерживает тринистор VS1 некоторое время в открытом состоянии, в течении которого через резистор R7, диод VD2 и тринистор VS1 в цепь управляющего электрода тринистора VS2 поступает пульсирующий ток. В начале каждого импульса открывается тринистор VS2 и загорается лампа HL1. Когда ток разрядки конденсатора СЗ станет недостаточным для удержания тринистора VS1 в открытом состоянии тринистор закроется, лампа HL1 погаснет. После этого конденсатор С3 опять начнет разряжаться через резистор R7, диод VD3 и управляющую цепь тринистора VS2, повторяя описанный процесс.

Время задержки выключения лампы HL1 составляет 3 мин и определяется емкостью конденсатора С3 и указанной на схеме его емкости. Чувствительность устройства к звуковым сигналам устанавливается переменным резистором R3. Автомат-выключатель предназначен для подключения к осветительной лампе мощностью не более 100 Вт. При применении более мощных выпрямительных диодов VD4…VD7, например Д246, и установки их и тринистора VS2 на радиаторы, можно включать лампу мощностью до 1 кВт.


Детали

В автомате-выключателе используются следующие радиокомпоненты. Электролитические конденсаторы С1 и СЗ типа К50-7, а конденсатор С2 может быть любого типа малогабаритный. Постоянные резисторы типа MЛT. Стабилитрон VD1 может быть также более ранних серий Д808…Д813, Д814А…Д814Д. В этом случае номинальное напряжение конденсатора С1 должно быть больше напряжения стабилизации используемого стабилитрона. В конструкции используется угольный микрофон типа МК-59 или МК-10, но можно применить и другой тип, включив его в схему соответствующим образом.

Все детали устройства, кроме микрофона и конденсатора С3 монтируют на печатной плате размерами 100x60 мм. Перед налаживанием устройства из схемы выпаивают резистор R8 и определяют выдержку автомата-выключателя. Если она больше 2 минут, то резистор можно не ставить, а если меньше, то следует подобрать значение этого резистора. Чем меньше сопротивление резистора R8, тем больше будут чувствительность тринистора и выдержка времени устройства. Устанавливать выдержку более 3…4 мин не рекомендуется, так как начальный ток управляющего электрода может оказаться очень большим и нарушит стабильность работы тринистора VS2.

22.4. Замок, управляемый звуком

Закрытие и открытие дверного замка можно осуществлять не только обычным ключом, но и звуком определенной частоты. Блок-схема такой системы управления дверной задвижкой приведена на рис. 22.8.



Рис. 22.8. Блок схема системы управления дверной задвижкой звуковым сигналом


Ключ представляет собой звуковой генератор с излучателем звукового сигнала определенной частоты, который включается кнопкой. Только на эту частоту реагирует электронный замок, состоящий из усилителя звуковой частоты, на входе которого включен микрофон, а на выходе — электромагнитное реле, которое при срабатывании включает питание электромагнита ЭМ1. Электромагнит ЭМ1 втягивает сердечник и отпирает дверную задвижку или задвижку накладного замка.

Принципиальная схема звукового ключа приведена на рис. 22.9.



Рис. 22.9. Принципиальная схема звукового ключа


Звуковой ключ представляет собой RC-генератор на транзисторе VT1, который вырабатывает колебания частотой 3000 Гц. Эти колебания усиливаются усилителем звуковой частоты на транзисторе VT2, на выходе которого включен наушник, излучающий звуковые колебания в пространство. Для питания ключа используется 7…8 дисковых аккумуляторов типа Д-0,06, которые соединены последовательно.

Частоту генератора можно установить в пределах от 500 до 5000 Гц. Для этого надо изменить номинальные емкости конденсаторов С1…С3.

Если задаться определенной частотой генератора (F в Гц), то емкости названных конденсаторов (в пФ) определятся по формулам:

C1 = 140/F, С2 = С1/13, С3 = С1/20.

В небольших пределах частоту генератора изменить подбором сопротивления резистора R1 (4,3…5,6 кОм).

В звуковом ключе используются малогабаритные радиокомпоненты. Резисторы МЛТ-0,125. Электролитический конденсатор К53-14, остальные конденсаторы типа КЛС, БМ-2, МБМ. В качестве излучателя можно взять наушник ТМ-2, в крайнем случае, электромагнитный телефон ТОН-2 или ТОН-2, что приведет к увеличению размеров ключа. В ключе можно использовать и транзисторы серии КТ315, но в этом случае придется поменять полярность подключения полюсов батареи питания и выводов конденсатора С4 на обратную, в сравнении с той, что указана на схеме. Кнопка SB1 должна быть малогабаритная.

Детали ключа кроме батареи питания и наушника монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Печатная плата с батареей питания и наушником помещается в пластмассовый корпус размером 60x36x26 мм. Вид печатной платы и монтаж на ней радиодеталей показан на рис. 22.10.



Рис. 22.10. Печатная плата звукового ключа с монтажом на ней радиодеталей и ее размещение в корпусе


Налаживание ключа заключается в установке коллекторных токов транзисторов, значения которых указано на схеме. Смонтированный из исправных деталей ключ начинает сразу работать и особой наладки не требует.

Принципиальная схема звукового замка приведена на рис. 22.11.



Рис. 22.11. Принципиальная схема звукового замка


Приемником звукового сигнала ключа является микрофон BM1, в качестве которого используется наушник ТМ-2. Принятый микрофоном ВМ1 сигнал усиливается трехкаскадным усилителем на транзистоpax VT1…VT3 до 2,5…3 В. Усиленный сигнал поступает на избирательное реле, состоящим из транзистора VT4, электромагнитного реле К1 и колебательного контура L1, С5. Настройка колебательного контура L1, С5 должна соответствовать частоте генератора звукового ключа, в данном случае 3000 Гц. При совпадении частот звукового ключа и контура L1, С5 замка резонансное сопротивление контура становится большим. Создавшееся на контуре напряжение прикладывается к базе транзистора VT4, усиливается им, выпрямляется диодом VD1 и с отрицательной полярностью поступает на базу транзистора VT4. Коллекторный ток VT4 увеличивается и срабатывает реле К1. Контакты К1.1 замыкаются и включают питание электромагнита ЭМ1, который и открывает дверную задвижку. Для уменьшения обгорания контактов реле К1.1 они зашунтированы конденсатором С7.

В звуковом замке используются те же типы резисторов, конденсаторов и транзисторов, что и звуковом ключе. Конструкция электромагнита исполнительного устройства представлена на рис. 22.12.



Рис. 22.12. Устройство электромагнита (ЭМ1) звукового замка:

а — общий вид, б — якорь, в — каркас катушки


Его катушка намотана на каркасе, изготовленном из текстолита или гетинакса, и имеет 2000…2500 витков провода ПЭВ 0,25. Якорь электромагнита вытачивается на токарном станке из мягкой стали. Реле К1 типа РЭС-6 (паспорт 145), РЭС-10 или подобное с сопротивлением обмоток 120…300 Ом. Силовой трансформатор Т1 может быть любой, главное чтобы его вторичная обмотка позволяла получить напряжение 8…10 В, а на выходе выпрямителя — около 9 В. Катушка индуктивности L1 имеет индуктивность 0,33 Гн и намотана на ферритовом кольце марки 1000 НМ с внешним диаметром 18 мм. Катушка L1 содержит 600 витков провода ПЭВ или ПЭЛ 0,1…0,12. Катушку можно намотать на каркасе с ферритовым стержнем марки 6000НН, имеющим диаметр 8 и длину 35 мм. В этом случае наматывается 2000 витков провода ПЭВ 0,18. При известной индуктивности катушки L1 емкость конденсатора С5 определится из формулы:

С5(пФ) = 2530·105/[F2(кГц)·L1(мкГн)].

В качестве микрофона замка используется наушник ТМ-1 илиТОН-1.

Большая часть деталей замка монтируется на печатной плате. Установка микрофона замка и процедура его открывания показаны на рис. 22.13.



Рис. 22.13. Установка микрофона (наушника) звукового замка и процедура открытия замка двери


Налаживание приемного устройства начинают с установки коллекторных токов транзисторов, значения которых показано на схеме. Далее, разместив включенный ключ на небольшом расстоянии от микрофона ВМ1 приемника, подбирают емкость конденсатора С5. При этом необходимо как можно точнее настроить контур L1, С5 на частоту генератора ключа. Чем точнее настроен контур, тем больше ток коллектора транзистора VT4. Ток должен быть 30…45 мА. В этом случае при прерывании звукового сигнала ключа реле К1 должно срабатывать четко, замыкая контактами К1.1 цепь исполнительного механизма. Отлаженный звуковой приемник вместе с блоком питания для защиты от пыли и механических повреждений следует поместить в корпус соответствующих размеров, сделанный из пластмассы или жести.

22.5. Акустически управляемая модель

Акустическое управление моделью возможно только в пределах небольшой площадки, но достаточной, чтобы управлять движением игрушечного автомобиля, танком и другими объектами. На рис. 22.14 представлено устройство акустического управления моделью автомобиля с двумя электромагнитными двигателями, которые позволяют модели двигаться прямо, направо или налево. Для питания устройства можно использовать две батарейки типа «Корунд» или аккумуляторы 7Д-0,1 или любые другие источники с напряжение 5… 10 В.



Рис. 22.14. Принципиальная схема устройства акустического управления модели


Акустический сигнал, попав в микрофон ВМ1, преобразуется им в электрический сигнал, который усиливается операционным усилителем DA1. Чувствительность усилителя устанавливается подстроечным резистором R1. С выхода ОУ сигнал через конденсатор С2 поступает на неинвертирующий вход ОУ DA2. На DA2 построен компаратор с гистерезисными свойствами, которые получены в результате введения положительной обратной связи. Благодаря обратной связи компаратор имеет два устойчивых состояния, которые соответствуют положительной и отрицательной полярности выходного напряжения ОУ. Условие переключения компаратора определяется равенством Ux = Uпор + Uос, где Uпор — пороговое напряжение, a Uос — напряжение обратной связи.

Пороговое напряжение Uпор подается на инвертирующий вход ОУ, то есть вывод 2 DA2. Величина этого напряжения определяется резисторами R7, R9 и его конкретное значение может быть установлено переменным резистором R9. Введение гистерезисных свойств позволяет избежать ложных срабатываний компаратора. Ширина гистерезиса определяется величиной сопротивления резистора R6. Выход компаратора подключен к ждущему мультивибратору на элементах DD1.2, DD1.4. Длительность его импульсов зависит от числа звуковых сигналов, а также емкости конденсатора С3 и сопротивления резистора R18.

Поданный на вход ждущего мультивибратора запускающий импульс переключает элемент DD1.2 в «единичное» состояние. Появляющийся в этот момент скачок положительного импульса на выходе DD1.2 передается через конденсатор С3 на вход элемента DD1.4, переводя его в «нулевое» состояние. Такое состояние элементов сохраняется и после окончания запускающего импульса. С появлением положительного импульса на выходе DD1.2 начинается зарядка конденсатора С3. В результате этого напряжение на входе DD1.4 уменьшается. При снижении его до порогового значения элемент DD1.4 переключается в «единичное» состояние, a DD1.2 — в «нулевое». В этот момент конденсатор разряжается через малое выходное сопротивление открытого элемента DD1.2 и устройство переходит в ждущий режим.

Счетчик импульсов построен на триггерах DD2.1 и DD2.2 и имеет коэффициент пересчета 4. Выходной сигнал с компаратора поступает также на вход С элемента DD2.1, а выходной сигнал ждущего мультивибратора поступает на входы R обоих триггеров. На триггерах DD3.1 и DD3.2 построен двухразрядный регистр нагрузок, выходы которого подключены к транзисторным ключам VT1 и VT2. При наличии логической 1 на выходе регистра включается соответствующая нагрузка, при логическом 0 — соответствующая нагрузка выключается.

В исходном состоянии, а также при отсутствии хлопков, звуковые и шумовые сигналы, поступающие на вход компаратора, не изменяют его состояния, так как амплитуда таких сигналов меньше порогового значения. В этом случае на выходе ОУ DA2 присутствует напряжение логической 1 и импульсов на выходе компаратора нет. Это говорит о том, что работа счетчика запрещена, на выходе R присутствует логическая 1, то есть триггеры принудительно обнулены.

При хлопке на вход ОУ DA2 поступает электрический сигнал, который превышает порог срабатывания компараторов. Компаратор вырабатывает импульс, поступающий на счетный вход триггера DD2.1. При этом с приходом первого импульса ждущий мультивибратор разрешает счетчику считать и запрещает запись в регистр. По окончании хлопков ждущий мультивибратор возвращается в начальное состояние, разрешая запись состояния счетчика в регистр нагрузок. После этого происходит включение или выключение соответствующего электродвигателя.

В устройстве можно использовать в качестве ОУ такие ИМС: К140УД12, К140УД6, К140УД7, К140УД8, вместо микросхем К176ЛА7, К176ТМ1 (К176ТМ2) допустимо применить ИМС серий К561, К564. Транзисторы — серии КТ312, КТ315, КТ325 со статическим коэффициентом передачи тока не менее 40. Диоды — Д9, Д2. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25, подстроечные резисторы типа СПО, СПЗ-1а. Конденсаторы типа КМ-5. В качестве микрофона ВМ1 используется капсюль ДЭМШ-1, но можно использовать микрофон и другого типа, включив его соответствующим образом, например, как показано в разделе 3.3. Выключатель питания может быть любого типа, например, тумблер МТ-3. В устройстве используются микроэлектродвигатели, предназначенные для детских игрушек.

Все детали устройства акустически управляемой модели смонтированы на печатной плате размером 110x75 мм, изготовленной из листа фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1… 1,5 мм (рис. 22. 15).



Рис. 22.15. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) устройства акустического управления модели


Налаживание устройства заключается в установке движков подстроечных резисторов R1, R9 в такое положение, при котором на каждый хлопок состояние выходов счетчика меняется, то есть на них последовательно возникают комбинации 00, 10, 11, 00. Для получения требуемой частоты вращения электродвигателей или тока срабатывания реле, установленных вместо двигателей, нужно подобрать величины резисторов R16 и R17.


Заметим, что данное устройство акустического управления моделью может быть использовано и для других целей. Если в схему установить вместо электродвигателей обычные реле, то появится возможность включения различных бытовых радиоэлектронных устройств, замков, света и др. При этом для подачи акустического сигнала можно использовать не хлопки ладошами или крик, а и обычный свисток. Подача сигнала свистком даже предпочтительнее, так как устройство можно настроить только на сигналы, подаваемые им и тем самым обезопасить объект от посягательства на него посторонними.

Глава VI РАДИОЭЛЕКТРОНИКА В СВОЕМ РАЗНООБРАЗИИ

«Ах, молодой человек, сколько непередаваемых картин, сколько неизгладимых впечатлений ждет вас впереди!»

А. Некрасов. Прикючения капитана Врунгеля.

Шаг 23 Симбиоз радиоэлектроники и музыки

Соединить радиоэлектронику и музыку было суждено нашему соотечественнику в 20-х годах уходящего века, научному сотруднику Ленинградского физико-технического института, Льву Термену. Его музыкальный инструмент, получивший название терменвокса, до настоящего времени является непревзойденным, благодаря чрезвычайно тонким возможностям управления. В этом плане его можно сравнить со скрипкой. В настоящее время трудно представить какой-нибудь музыкальный ансамбль без электрогитар, синтезаторов, устройств для создания различного рода акустических эффектов. Некоторые из этих электронных инструментов можно сделать самому.

23.1. Адаптеризация акустической гитары

Простейший вариант электрогитары можно получить, если под струнами обычной акустической гитары установить, например, электромагнитный звукосниматель. С помощью звукоснимателя происходит преобразование механических колебаний струн гитары в электрический сигнал звуковой частоты. В настоящее время существует большое количество самых разнообразных по сложности конструкций электромагнитных звукоснимателей.


23.1.1. Простые конструкции звукоснимателей для акустических гитар

Если удастся найти обычный наушник от электромагнитных головных телефонов типа ТОН-1 или ТОН-2, то его можно использовать в качестве звукоснимателя в акустической гитаре. Сопротивление катушек таких наушников составляет, как правило, 2200 Ом или 1600 Ом соответственно. С этой целью в центре крышки, которая навинчивается на корпус наушника следует просверлить отверстие диаметром 7…8 мм. К этой же крышке, на ее наружной плоской поверхности, приклеивают в трех местах три фетровые прокладки, размером 10x10 мм (рис. 23.1.а). Далее, в центре металлической мембраны припаивают стальной гвоздь диаметром 0,2…0,3 мм шляпкой к мембране. Длину гвоздя выбирают с таким расчетом, чтобы его конец выступал над поверхностью приклеенных к крышке прокладок на высоту 4 мм. На этом переделка заканчивается, наушник собирают и получившийся звукосниматель крепят к гитаре. Крепление звукоснимателя производят путем осторожного накалывания на поверхность гитары, следя при этом за равномерным прижатием фетровых прокладок к ее корпусу (рис. 23.1.б). После этого выводы звукоснимателя подключают к выходу усилителя звуковой частоты и начинают игру на электрогитаре.



Рис. 23.1. Конструкция звукоснимателя для акустической гитары на базе наушника типа ТОН-1 (а) и его крепление на корпусе гитары (б)


Звукосниматель на базе телефонного наушника обладает серьезным недостатком: он, как правило, возбуждается от деки гитары. Дека гитары кроме колебаний струн воспринимает еще и посторонние шумы, Это снижает качество звучания и может быть причиной нежелательной акустической связи. Помимо этого колебания деки зависят от качества дерева, использованного для ее изготовления. В связи с этим, как показывает практика, если адаптеризировать недорогую акустическую гитару, то получить хороший звук с таким датчиком весьма затруднительно.

Более совершенными, почти лишенными этого недостатка, являются конструкции звукоснимателей с обшей катушкой, имеющей магнитный сердечник в виде бруска (рис. 23.2) или с несколькими небольшими электромагнитами, расположенными под каждой струной гитары (рис. 23.3).



Рис. 23.2. Конструкция электромагнитного звукоснимателя для гитары с одним сердечником



Рис. 23.3. Одна из возможных конструкций электромагнитного звукоснимателя, состоящая из отдельных магнитных систем


Это тип звукоснимателей реагирует только на колебания струн и не реагирует на деформации корпуса. Принцип работы таких датчиков следующий. При игре на гитаре колеблющиеся металлические струны изменяют величину магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, установленным под ними. В результате в обмотке катушки возникает переменная ЭДС, которая и поступает на вход УЗЧ. На рис. 23.4 представлено устройство электромагнитного звукоснимателя с одним сердечником.



Рис. 23.4. Один из вариантов конструкции электромагнитного звукоснимателя


В качестве сердечника следует использовать брусок из магнитного сплава или твердой углеродистой стали. Размеры бруска определяют исходя из минимального расстояния между струнами и декой, а также расстояния между крайними струнами. Катушка звукоснимателя бескаркасная и содержит 1000…2000 витков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,05…0,1 мм. Сопротивление катушки должно быть около 2…3 кОм. Следует иметь в виду, что при использовании провода большого диаметра возрастают размеры звукоснимателя. Катушку удобно наматывать на оправке, соответствующей размерам выбранного магнита. Начало и конец катушки желательно маркировать. Основание звукоснимателя изготовляют из стальной пластины согласно рис. 23.4.

Собирают датчик в такой последовательности. Основание крепят клеем или иным способом под струнами гитары, а затем к нему приклеивают сердечник, например, клеем типа «Момент». В катушку вставляют магнитный сердечник и устанавливают на металлическое основание. В удобном месте на корпусе гитары крепят гнездо разъема для подключения штеккера, соединенного экранированным проводом с усилителем звуковой частоты. После этого к соответствующим контактам гнезда припаивают концы катушки. Звукоснимателям этого типа присущ повышенный уровень шумов, что связано со значительным рассеиванием магнитного поля. Особенно это заметно при большом усилении.

Неплохие результаты получаются при использовании в звукоснимателях сердечника из ножовочного полотна. При адаптеризации шестиструнной гитары на отрезок ножовочного полотна длиной 70 мм наматывают 1000… 1500 витков провода ПЭЛ диаметром 0,05…0,08 мм (рис. 23.5.а). Такой звукосниматель можно использовать в помещениях с малыми наводками переменного тока. В противном случае обмотку делают из двух половинок, включенных навстречу друг другу (рис. 23.5.б).




Рис. 23.5. Конструкции электромагнитных звукоснимателей, с использованием в качестве сердечника ножовочного полотна, в зависимости от уровня наводок переменного тока в помещении:

 а — малый, б — большой


Звукосниматель укрепляют под струнами у голосника на расстоянии 5… 10 мм от струн и подключают к УЗЧ через предварительный усилитель (рис. 23.6). Потребляемый им ток составляет 1 мА. Для питания усилителя можно использовать три элемента типа 316 или четыре аккумуляторных элемента типа Д-0,25. Предварительный усилитель монтируют на небольшой печатной плате из фольгированного гетинакса и вместе с источником питания крепят на нижней стороне грифа инструмента. Для работы этого звукоснимателя необходимо 1–2 раза в месяц намагничивать струны гитары, проводя по ним постоянным магнитом.



Рис. 23.6. Принципиальная схема предварительного усилителя звуковой частоты для электромагнитных датчиков, собранных по схеме рис. 23.5


23.1.2. Более сложные конструкции звукоснимателей для акустических гитар

Электромагнитные звукосниматели с отдельными магнитными системами (рис. 23.3) имеют преимущества по сравнению с вышерассмотренными, так как обладают большей помехозащищенностью. При самостоятельном изготовлении такого звукоснимателя за основу может быть взят электромагнитный звукосниматель типа ЗС-6 или ЗС-4 для установки на шестиструнные и четырехструнные электрогитары любого типа. Устройства для различных гитар отличаются лишь количеством магнитных систем. Звукосниматель для шестиструнной гитары имеет шесть отдельных магнитных систем с общим ярмом и регулируемыми полюсными наконечниками (рис. 23.7).



Рис. 23.7. Конструкция электромагнитного звукоснимателя, состоящего из отдельных магнитных систем (а) и магнитной системы (б):

1 — полюсный наконечник, 2 — пружина, 3 — магнитный сердечник, 4 — катушка индуктивности, 5 — ярмо


В качестве полюсных наконечников используются винты с полукруглой головкой. Регулировка зазора между струной и полюсным наконечником осуществляется вкручиванием или выкручиванием винтов. С помощью такой регулировки можно корректировать громкость звучания каждой струны. Это особенно важно при конструировании высококачественных электрогитар. Струны гитары, как известно, имеют разный диаметр и поэтому наводимая ими ЭДС в катушках будет различной. В связи с этим наблюдается нарушение соотношения между громкостью звучащих струн. Наличие элементов регулировки позволяет свести к минимуму возникающие несоответствия. Для предохранения винтов от самоотвинчивания на каждый винт одевается небольшая цилиндрическая пружинка.

Постоянные магниты катушек имеют диаметр 5 мм и длину 8 мм. Для их изготовления берется сплав ЮНДК-24. Катушки звукоснимателя имеют по 2500 витков, их наматывают проводом ПЭВ-2 диаметром 0,06 мм между пластмассовыми щечками, надетыми на магнитные сердечники. При диаметре щечек 11 мм расстояние между ними должно составлять 5 мм. Магниты вклеиваются в отверстия, сделанные в ярме. Все детали звукоснимателя помещаются в стальной прямоугольный корпус, а его катушки соединяются последовательно. Верхнюю крышку корпуса изготовляют из латуни с прямоугольным окном, которое закрывается декоративной планкой из полистирола, в которой сделаны круглые отверстия под регулировочные наконечники. Использование металлического корпуса позволяет обеспечить хорошую помехозащищенность звукоснимателя. Звукосниматель крепится к гитаре шурупами. Активное сопротивление такого звукоснимателя составляет около 4,8 кОм, а полное сопротивление на частоте 1000 Гц — примерно 2,2 кОм. Габариты устройства 85x25x12 мм.

Среди известных конструкций датчиков для гитар более равномерную частотную характеристику и широкую полосу воспроизводимых частот имеет высокочастотный звукосниматель для гитары, схема которого приведена на рис. 23.8.



Рис. 23.8. Принципиальная схема высокочастотного звукоснимателя


Устройство совершенно не чувствительно к внешним магнитным полям, ввиду полной экранировки и благодаря хорошей развязки по цепям питания не создает радиопомех. Звукоснимателем является высокочастотный генератор. Одной обкладкой конденсатора контура генератора являются струны гитары, соединенные с общим проводом, а другой обкладкой — ряд удлиненных эллипсов, выполненных на плате из фольгированного гетинакса (рис. 23.9).



Рис. 23.9. Печатная плата конденсатора С1 в контуре гетеродина высокочастотного звукоснимателя


Эллипсы соединены между собой с противоположной стороны платы короткими проводниками, а их общий провод припаян к катушке L1. Данные катушек L1…L4 приведены в табл. 23.1. Заметим, что катушки L2, L3 размещаются на одном каркасе.



Детали звукоснимателя размещаются в латунном корпусе размерами 70x45x15 мм. Звукосниматель устанавливается под струнами на расстоянии 15…30 мм от подставки. Пластинка с вытравленным рисунком крепится параллельно струнам на расстоянии от них не менее 3 мм. Сигнал от звукоснимателя подается на УЗЧ по экранированному кабелю. Правильно собранный и настроенный звукосниматель имеет равномерную частотную характеристику и полосу воспроизводимых частот 16…25000 Гц.

Изготовить в домашних условиях хороший датчик бывает очень затруднительно. Между тем имеются и другие конструкции электрогитар и без использования различного рода датчиков. Сигнал электрогитары можно снимать непосредственно со стальных струн, которые колеблются в магнитном поле постоянного магнита. При этом напряжение на концах струны может достигать нескольких милливольт, которое может быть усилено предварительным усилителем. Для изготовления такой электрогитары струны акустической гитары соединяют в две группы, по схеме, представленной на рис. 23.10. Каждая группа струн подключается к своему предварительному усилителю, который собирается по схеме, данной на рис. 23.11.



Рис. 23.10. Конструкция электрогитары без адаптера



Рис. 23.11. Принципиальная схема одного из предусилителей электрогитары без адаптера


С выхода этих усилителей сигнал подается на общий У3Ч. При этом происходит ослабевание сигнала с каждой струны примерно в 3 раза из-за падения напряжения на резисторах. Соединять струны параллельно нельзя, так как сигнал с одной струны будет шунтирован низким сопротивлением остальных струн. При последовательном соединении струн невозможно играть аккорды, так как металлические лады на грифе будут замыкать накоротко отдельные струны. Этот недостаток устраняется при использовании пластмассовых ладов. Тембр гитары зависит от места расположения постоянного магнита. Если магнит расположить ближе к концу струны, то тем самым будут выделены высокие обертоны.

23.2. Солирующая электрогитара

Использование адаптеризированной акустической гитары в концертах вызывает некоторые трудности, особенно если она применяется как солирующая. В этом случае большое значение имеет свободный доступ руки играющего ко всему грифу. У акустической гитары доступны только 12…14 ладов, в то время как для солирующей гитары бывает недостаточно и 20 ладов. Другим недостатком электрогитары на базе акустической является то, что звукосниматель воспринимает колебания деки, как помехи. Все эти основные недостатки акустической гитары со звукоснимателем привели к необходимости создания особой по конструкции электрогитары. В такой электрогитаре у грифа делают вырезы с обеих сторон, а корпус не имеет акустического резонатора. В результате электрогитара приобретает вид, знакомый нам по эстраде (рис. 23.12). Электрогитары такой конструкции лишены недостатков простейших электрогитар.



Рис. 23.12. Общий вид современной электрогитары


В этом случае электрогитара конструктивно состоит из таких основных частей: корпуса, в котором размещены электрические узлы самой гитары и грифа, взятого от акустической гитары или изготовленного самостоятельно. Корпус такой гитары может быть изготовлен склеиванием четырех заготовок, вырезанных из листа березовой фанеры толщиной 9 мм. Форма заготовок 1…4 корпуса гитары приведена на рис. 23.13.



Рис. 23.13. Форма заготовок, вырезанных из 9 мм березовой фанеры, для корпуса самодельной электрогитары:

1…4 — элементы корпуса; 5 — основание гитары


Заготовки склеиваются казеиновым клеем и выдерживают под прессом в течении 12…15 часов. После сушки края склеенной заготовки обрабатывают напильником, а весь корпус тщательно зачищают наждачной шкуркой и шлифуют. Получившийся корпус красят анилиновым красителем и просушивают. После осматривают поверхность корпуса и если есть необходимость, то ворс древесины удаляют протиркой стружками, а затем наносят на поверхность 6…8 слоев бесцветного нитролака НЦ-228. Слои лака наносят после высыхания предыдущих слоев. Последний слой лака сушат около 20 часов, после чего поверхность корпуса полируют с помощью полировальной пасты № 290 или шлифовальной мази до появления ровного зеркального блеска. Такой же отделке подвергают и основание корпуса, деталь 5. Гриф берется готовый от обычной гитары или изготовляется из бруска бука, можно из ясеня, клена или дуба. Один из способов крепления грифа к корпусу с помощью металлической пластины показан на рис. 23.14. После крепления гриф должен иметь положение, показанное на рис. 23.15. Это необходимо для регулировки высоты струн при закреплении грифа. Поэтому пластину перед креплением необходимо немного изогнуть. В корпусе и грифе сверлят сквозные отверстия. Вставив в отверстия корпуса и грифа винты с потайной головкой и определенной длины, используя гайки, закрепляют соединительную планку. Более точный уровень наклона грифа подбирают, изменяя высоту распорки. Струны гитары крепят одним концом к колкам грифа, а другим — к втулке механического вибрато (рис. 23.16).



Рис. 23.14. Один из способов крепления грифа к корпусу самодельной электрогитары



Рис. 23.15. Положение грифа самодельной электрогитары после его закрепления



Рис. 23.16. Конструкция механических вибраторов и их крепление на электрогитаре:

а — с пружиной:

1 — втулка, 2 — плоские пружины, 3 — рукоятка, 4 — струны;

б — без пружины, с использованием колка гитары


Натянутые струны прижимают пружину 2 к корпусу гитары. Если нажать на рукоятку 3, то втулка 1 повернется сжимая пружину. Изменение натяжения струн приводит к понижению звука на 1/2… 1/4 тона. Поворот рукоятки вверх приводит к повышению звука струн. С помощью такого простого приспособления можно получить не только вибрацию звука, но и другие эффекты. Втулку 1 вытачивают на токарном станке из алюминия. Пружина 2 изготовляется из ножовочного полотна толщиной 1,5…2 мм и крепится к втулке 1 тремя винтами. Для рукоятки 3 берется пруток диаметром 4…6 мм, который изгибается соответствующим образом.

Расстояние места крепления устройства механического вибрато на деке от верхнего порожка грифа должно быть на 100…120 мм больше длины мензуры, то есть удвоенного расстояния от верхнего порожка до 12 лада. Распорка под струнами устанавливается точно на длину мензуры. Ее оптимальное положение определяется опытным путем. При правильной установке распорки каждая струна, прижатая на 12-м ладу, должна звучать в октаву с открытой струной. Высота распорки должна быть такой, чтобы высота струн над 12-м ладом составляла 3 мм.

Конструкция механического вибратора может быть выполнена и проще, без пружины. Такая конструкция состоит из дюралюминиевого барабана с отверстиями для крепления концов струн заклепками и червячной передачи, изготовленной на основе колка гитары (рис. 23.16.б). К концу червяка крепится рукоятка, сделанная из прутка нержавеющей стали. В месте крепления расклепанный конец рукоятки с отверстием в форме квадрата надет на ось червяка. Стойки крепления барабана привинчиваются к деке шурупами.

В упрощенном варианте электрогитары под струны устанавливают один звукосниматель, в случае солирующей — 2…3, которые при игре включаются поочередно с переключателем. Положение звукоснимателя на деке влияет на тембр звука гитары. Звукосниматель, расположенный под грифом, лучше передает низкие частоты, а расположенный у нижнего порожка — высокие частоты.

Между звукоснимателем и усилителем звуковой частоты, как правило, включают предварительный усилитель с регулировками тембра. Его включение позволяет хорошо согласовать низкоомный выход звукоснимателя с высокоомным входом основного УЗЧ. Схема простого предварительного усилителя звуковой частоты с термоблоком приведена на рис. 23.17.



Рис. 23.17. Принципиальная схема предварительного усилителя электрогитары


Детали предварительного усилителя кроме переменных резисторов R7, R9 и R10 монтируют на небольшой печатной плате, которую помещают в металлический корпус. Все соединения переменных резисторов, питающих проводов и звукоснимателя с предварительным усилителем производят экранированным проводом. Все детали предварительного усилителя размещают в корпусе гитары (рис. 23.18).



Рис. 23.18. Примерное размещение деталей предварительного усилителя в корпусе электрогитары:

1 — переключатель датчиков, 2 — предварительный усилитель, 3 — плата регулировки тембра, 4 — регулятор высших частот, 5 — регулятор низших частот, 6 — регулятор громкости, 7 — выходные гнезда для подключения основного У3Ч, 8 — гнезда для подключения питания


Для питания усилителя используют три элемента типа 316, помещенные в ячейки с контактами, расположенные в корпусе.

После сборки всех деталей в корпусе гитары, шурупами с потайной головкой крепится основание корпуса 5 (рис. 23.13). Лицевая сторона гитары закрывается декоративной панелью из цветного органического стекла толщиной 4 мм, размеры и форма которой выбираются по вкусу музыканта (рис. 23.19). На панель выносятся регуляторы тембра, громкости и переключатель.



Рис. 23.19. Форма декоративной панели электрогитары


Ритм-гитару можно изготовить по такой же методике. А можно сделать и по-другому, выбрать заранее тембр звука и расположить соответствующим образом звукосниматели. В этом случае не нужен предварительный усилитель регулировки тембра.

Бас-гитара получается, если в данной конструкции гитары установить только один звукосниматель, сигнал с которого подается непосредственно на УЗЧ с соответствующими фильтрами. Для лучшего воспроизведения низших частот и подавления высших, звукосниматель устанавливают таким образом, чтобы расстояние между ним и струнами составляло около 15…20 мм.

Заметим, что форма и общий вид электрогитар зависят от моды, царящей в данный момент на эстраде. В связи с этим почти каждая электрогитара является оригинальным изделием, носящим дух времени. На импортных электрогитарах наносится маркировка, состоящая из буквы и номера гитары. Буква указывает десятилетие XX века, в котором она была изготовлена: S — 70-е годы, I — 80-е годы и N — 90-е годы.

23.3. Усилители звуковой частоты для электрогитары

23.3.1. Усилитель звуковой частоты на транзисторах

Для работы с различными источниками, звукоснимателями электрогитар и других ЭМИ может быть использован усилитель звуковой частоты, схема которого представлена на рис. 23.20. Основные технические характеристики представленного УЗЧ указаны в табл. 23.2.



Рис. 23.20. Принципиальная схема усилителя для электрогитары



Питается УЗЧ от двухполярного блока питания, подключаемого к сети переменного тока напряжением 220 В. Блок питания обеспечивает на выходе напряжение ±25 В. Особенностью схемы усилителя является использование в предварительном и оконечном каскадах, двухтактных схем, что позволило добиться оптимального согласования каскадов и тем самым снизить нелинейные искажения. Благодаря симметричности всех каскадов усилителя, без принятия специальных мер в динамиках не слышны щелчки при включении и отключении питания.

Предварительный каскад усилителя выполнен на комплементарных парах транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4. Для стабилизации напряжения питания каскадов используются параметрические стабилизаторы, состоящие из стабилитронов VD1, VD2 и VD3, VD4 и из резисторов R19, R21. Для уменьшения пульсации питающего напряжения в схему включены конденсаторы СП, С12. Оконечный каскад усилителя выполнен также на комплементарных парах транзисторов VT5 и VT6, VT7 и VT8, VT9 и VT10. Для снижения нелинейных искажений в оконечный каскад введена глубокая местная отрицательная обратная связь (ООС). Напряжение ООС поступает с коллекторов выходных транзисторов VT9, VT10 через низкоомные делители напряжения, резисторы R26, R23 и R27, R24, включенные в эмиттеры транзисторов VT5, VT6 соответственно. Для температурной стабилизации тока покоя выходных транзисторов VT9, VT10 используются диоды VD5, VD6. Диод VD6 укреплен на отводящем радиаторе одного из выходных транзисторов.

Весь усилитель мощности охвачен общей ООС глубиной около 50 дБ. Напряжение ООС подается с выхода усилителя через резистор Rl 1 в эмиттерные цепи выходных транзисторов VT1, VT2. Цепочки С5, R9 и С8, R10, а также конденсатор С9 корректируют амплитудно-частотную характеристику каскадов усилителя и тем самым обеспечивают устойчивость его работы при наличии ООС. Резисторы R20, R32, конденсатор С13 и катушка индуктивности L1 являются элементами коррекции АЧХ усилителя в области высших звуковых частот при реактивном характере нагрузки усилителя.

В усилителе можно применять транзисторы без подбора их параметров. Вместо транзисторов КТ3102А можно использовать КТ3102Б, КТ342Г, КТ315В, а вместо КТ3107А — КТ3107Б, КТ361В, КТ3361Д. Транзистор КТ814А можно заменить транзисторами серий КТ502, КТ814, а КТ815А — КТ503, КТ815 с любым буквенным индексом. Транзисторы КТ814Б можно заменить на КТ814В, КТ814Г, а КТ815Б- КТ815В, КТ815Г. Выходные транзисторы КТ818А и КТ819А возможно заменить аналогичными р-n-р и n-p-n мощными транзисторами с любыми буквенными индексами. Постоянные резисторы — R29, R30 типа МЛТ, a R33, R34 типа МОН-0,5. Подстроечный резистор R5 типа СП-16. Резисторы R33 и R34 припаяны непосредственно к базам транзисторов VT9 и VT10 соответственно. Катушка L1 намотана на корпус резистора R32 проводом ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм в один слой по всей его длине. Все электролитические конденсаторы типа К50-6. Конденсатор С9 типа КТ-1, С18 — МБМ на номинальное напряжение не менее 400 В, остальные конденсаторы — КМ.

Для сетевого трансформатора Т1 можно использовать магнитопровод из пластин Ш24, толщиной набора 36 мм. Первичная обмотка содержит 900 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,35, а вторичная — намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 0,9 мм и имеет 156 витков с отводом от середины. Между первичной и вторичной обмотками имеется электростатический экран в виде слоя провода ПЭВ-2 диаметром 0,35.

Все детали усилителя кроме транзисторов VT9, VT10, резисторов R33, R34, конденсаторов C1, С2, С16, С17 и диода VD6 смонтированы на печатной плате из фольгированного гетинакса толщиной 1 мм. Рисунок печатной платы и размещение на ней деталей дан на рис. 23.21.




Рис. 23.21. Печатная плата (а) усилителя для электрогитары и схема размещения на ней деталей (б)


Транзисторы VT9 и VT10 установлены на ребристых радиаторах из алюминия площадью 300 см2. Радиаторы представляют собой прямоугольные алюминиевые пластины с размерами 40x20x2 мм. Для их крепления на печатной плате предусмотрены отверстия диаметром 2 мм. Диод VD6 приклеен к радиатору транзистора VT9 вблизи его корпуса.

Перед настройкой усилителя движок подстроечного резистора R5 устанавливают в среднее положение. Не подсоединяя нагрузку включают питание усилителя и подстроечным резистором R5 устанавливают нулевой потенциал на выходе усилителя. Измеряют ток покоя транзисторов VT3 и VT4, он должен быть 4,5…5,5 мА. В противном случае его устанавливают резистором R7, a R5 — нулевой потенциал на выходе усилителя, если он изменился. Подключив параллельно стабилитронам VD2 и VD3 резисторы сопротивлением по 1,5 кОм мощностью 0,25 Вт и подбором резистора R16, устанавливают ток покоя выходных транзисторов VT9 и VT10 в пределах 150…200 мА. После установки требуемых токов резисторы убирают. При появлении самовозбуждения усилителя на ультразвуковых частотах следует увеличить емкость конденсатора С9. В некоторых случаях самовозбуждение устраняется подключением параллельно резисторам R22 и R25 конденсаторов емкостью 500…5000 пФ.

В заключении подбором резистора R24 симметрируют оконечный каскад, добиваясь минимума четных гармоник на высших звуковых частотах при максимальной громкости. Полярность конденсатора С3 уточняют после подключения предусилителя.

С данным усилителем мощности следует использовать предусилители, обеспечивающие выходное напряжение не менее 1 В на нагрузке 20 кОм. Если для предусилителя требуется однополярный источник питания, то в этом случае напряжение на него следует подавать с конденсатора С16 или С17 через развязывающий фильтр. При этом конденсаторы С1 и С2 следует убрать, а стабилитроны VD1…VD4 заменить на Д814А, сопротивления резисторов R19 и R21 увеличить до 620 Ом. Пары стабилитронов VD1, VD4 и VD2, VD3 необходимо подобрать с одинаковыми напряжениями стабилизации. Разница их напряжений стабилизации при токе 10…20 мА должна быть меньше 5 %.


23.3.2. Усилитель звуковой частоты на микросхемах

Усилитель с большой выходной мощностью и малым коэффициентом нелинейных искажений можно построить, если в его конструкции использовать микросхемы PHILIPS. Так, например, ИМС TDA1514A имеет такие характеристики:

• Напряжение питания… двухполярное, 10…30 В.

• Выходная мощность при Uп = 27 В… не менее 50 Вт.

• Сопротивление нагрузки… 4…8 Ом.

• Коэффициент гармоник… не более 0,01 %.

• Полоса звуковых частот… 20…25000 Гц.

• Относительный уровень шума… 80 дБ.


На рис. 23.22 представлена блок-схема УМЗЧ на микросхемах TDA1514A и TDA1524A. Он состоит из предварительного усилителя-термоблока А1 на микросхеме TDA1524A, двух однотипных оконечных усилителей А2, АЗ на микросхемах TDA1514A, стабилизатора питающего напряжения DA1 и сетевого блока питания, собранного на элементах Tl, VD1, VD2, C1, С2. Переменные резисторы R1…R4 предназначены для следующих целей: R1 — громкость, R2 — тембр НЧ, R3 — тембр ВЧ, a R4 — баланс. Акустические системы подключаются к разъемам XS2 и XS3, а входной сигнал от электродатчика гитары величиной 0,25 мВ… 1,25 В подается на разъем XS1.

На рис. 23.23, 23.24 представлены принципиальные схемы блоков A1, А2 и АЗ.



Рис. 23.22. Блок-схема УМЗЧ на микросхемах фирмы PHILIPS



Рис. 23.23. Принципиальная схема предварительного усилителя термоблока А1



Рис. 23.24. Принципиальная схема оконечного каскада усилителя, блоки А2, А3


Детали

В усилителе использованы постоянные конденсаторы типа КМ, а электролитические конденсаторы типа К50-35, постоянные резисторы типа MЛT с мощностью, указанной на схемах. Силовой трансформатор самодельный и намотан на тороидальном сердечнике из электротехнической стали. Геометрические размеры тора: внешний диаметр 100 мм, внутренний 55 мм и высота 40 мм. Обмотка I содержит 1200 витков провода ПЭВ-2 0,14, а обмотки II и III содержат по 150 витков провода ПЭВ-1 1,2 мм. Сетевой выключатель SA1 импортный, содержащий внутри неоновую лампочку. Микросхемы TDA1514A в блоках А2 и АЗ установлены на радиаторах от мощного диода BЛ-200, распиленного пополам перпендикулярно ребрам. Детали блоков A1, А2 и АЗ смонтированы на печатных платах, вырезанных из листового стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм. На рис. 23.25, 23.26 даны печатные платы блоков A1, А2, АЗ и монтаж их деталей. На печатной плате блока А1 резисторы устанавливаются вертикально.



Рис. 23.25. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей блока А1 (б)



Рис. 23.26. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей оконечного каскада усилителя (б)


Все детали усилителя собраны на дюралюминиевом листе размером 330x200x5 мм, помещенном в металлический корпус (рис. 23.27).



Рис. 23.27. Конструкция УМЗЧ на ИМС фирмы PHILIPS


Для вентиляции напротив радиаторов в верней части корпуса и листе шасси просверлен ряд отверстий диаметром 4…5 мм.

Правильно собранный усилитель налаживания не требует. При необходимости конструкцию УМЗЧ можно дополнить светодиодным индикатором уровня.

23.4. Устройство для создания акустических эффектов на эстраде

В звучании электрогитар различной разновидности с помощью описываемого ниже устройства можно создавать эффекты «вау-вау», «мягкая атака», «бустер» (щелчок) и «вау-бустер» (рис. 23.28).



Рис. 23.28. Принципиальная схема устройства для создания акустических эффектов во время игры на электрогитаре


Устройство хорошо согласуется с гитарными звукоснимателями (уровень входного сигнала 10…100 мВ) и имеет простую коммутацию режимов работы. В режимах «бустер» и «вау-бустер» оно выполняет роль динамического ограничителя уровня шумов и препятствует возникновению возбуждения из-за акустической связи в паузах.

Устройство состоит из манипулятора на транзисторе VT1, который управляется напряжением гальванического элемента G1 через металлизированный медиатор и резонансный усилитель на транзисторах VT2 и VT3 с перестраиваемым Т-мостом в цепи обратной связи. В указанном на схеме положении переключателей SA1 и SA2 создается эффект «вау-вау». При нажатии на кнопку S1 происходит включение манипулятора «мягкой атаки».

Длительность атаки в пределах 0,5…3 с регулируется переменным резистором R3. В режимах «бустер» и «вау-бустер» транзистор VT1 включает в цепь Т-моста «вау»-устройства. В момент щипка струны медиатором происходит зарядка конденсатора С1 от элемента G1. Открывается транзистор VT1, а вслед за ним происходит перестройка Т-моста усилителя на более высокую частоту, происходит подчеркивание высокочастотных составляющих спектра сигнала.

По мере разрядки конденсатора С1 после щипка сопротивление транзистора VT1 растет и квазирезонансный пик на характеристике усилителя смещается в область низких частот. В зависимости от положения движков переменных резисторов R1 и R3 реализуются эффекты «мягкая атака» или «бустер». Если спектр звучания инструмента содержит высокочастотные составляющие, а длительность перестройки моста небольшая, то на слух этот процесс воспринимается как быстрая смена звука «и» на «у». При подключении на вход устройства нелинейного преобразователя спектра частот происходит изменение окраски щелчка и тембра звучания инструмента. Во время медленного темпа игры гитарист может реализовать эффект тембрового вибрато. Для этой цели необходимо только прикасаться свободным пальцем правой руки к металлизированному участку медиатора. Заметим, что для уменьшения влияния импульса зарядного тока конденсатора С1 при работе манипулятора, следует следить за тем, чтобы движок переменного резистора R1 не достигал крайнего левого положения по схеме. Можно поступить иначе, включив между гальваническим элементом G1 и переменным резистором R1 постоянный резистор сопротивлением 510 Ом. Установка переключателя SA1 в нижнее по схеме положение приводит к отключению всех эффектов.

В устройстве используются постоянные резисторы любого типа, переменные резисторы желательно взять группы Б. Электролитические конденсаторы К50-6, а постоянные — любого типа, имеющиеся у радиолюбителя. Транзистор VT1 должен иметь возможно большее отношение сопротивлений в закрытом и насыщенном состояниях. В качестве переключателя SA2 тумблер с соответствующим числом контактов. Гальванический элемент G1 любого типа.

Устройство выполняется в виде педали с ножным приводом. С подвижной платформой педали механически связывают ось переменного резистора R10 (рис. 23.28). При использовании устройства с бас-гитарой переключатель режима SA1 можно исключить из схемы, а пользоваться устройством только в режиме «бустер» и «вау-бустер».

23.5. Автомат световых эффектов

Автоматы световых эффектов (АСЭ) используются при оформлении концертных залов, кафе, дискотек и рекламных щитов. На рис. 23.29 приведена схема АСЭ, позволяющая при сравнительно простых схемотехнических решениях получить шестнадцать различных программ переключения четырех независимых источников света — миниатюрных ламп накаливания. Полная потребляемая мощность устройства около 9 Вт.


Рис. 23.29. Принципиальная схема автомата световых эффектов


Тактовый генератор с регулируемой частотой импульсов собран на логических элементах DD1.1 и DD1.2. Частота следования импульсов устанавливается с помощью подстроечного резистора R2. С выхода генератора импульсы поступают на делители DD2, DD3 и сдвигающие регистры DD4 и DD5. На выходе счетчика DD3 в каждый момент времени имеется один двоичный код из шестнадцати возможных, который поступает на информационные входы D1…D4 регистров DD4 и DD5. В случае если на управляющем входе EL присутствует логическая единица, то при поступлении положительного импульса на входы C1 и C2 происходит запись двоичного кода в регистр со входов D1…D4. Если же на управляющем входе EL присутствует ноль, то выполняется сдвиг информации. Выход 4 микросхем DD4 и DD5 соединен со входом последовательной записи D0. В связи с этим происходит сдвиг информации по кольцу. В результате на выходе регистров возникает эффект «бегущих огней».

Особенностью данной схемы АСЭ является то, что на мультиплексоры сигналы из регистров поступают в противофазе, то есть при ее работе создается как бы реверс световых эффектов. В каждый момент времени информация на мультиплексоры DD6 и DD7 может считываться только с выходов одной из микросхем DD4 или DD5. Работа регистров и мультиплексоров осуществляется противофазными управляющими сигналами логического элемента DD1.3. С выходов мультиплексоров сигналы поступают на управляющие транзисторы VT1…VT4.

В качестве нагрузки транзисторов используются миниатюрные лампочки накаливания. При желании можно использовать тиристорное управление лампочками накаливания. Для получения «мягкого» переключения гирлянд необходимо между базой и эмиттером транзисторов включить электролитические конденсаторы емкостью 20…50 мкФ.

Для питания АСЭ используется блок питания, собранный по схеме, приведенной на рис. 23.30. Коэффициент стабилизации напряжения подбирается в небольших пределах резистором R11. При настройке блока необходимо подстроечным резистором R12 на нагрузке 20…27 Ом установить напряжение 5 В. В качестве нагрузки можно использовать проволочный резистор ПЭ-7,5.



Рис. 23.30. Принципиальная схема блока питания автомата световых эффектов


Детали

В АСЭ используются широкораспространенные радиодетали. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, подстроечные резисторы R2 и R12 типа СПЗ-33 или СПЗ-15. Электролитические конденсаторы С1…С3, С5…С7, С9 типа К50-16. Конденсатор С8 типа КТ-1 или КД-2. Транзисторы VT1…VT4 используются с радиатором с общей площадью рассеивания не менее 50…60 см2, кроме типа, указанного на схеме, еще можно использовать транзисторы типа КТ815В, КТ815Г или им подобные. Лампочки накаливания HL1…HL16 типа СМН-6-20 с номинальным напряжением 6,3 В и током 20 мА.

В блоке питания транзистор VT5 используется с радиатором с площадью рассеивания не менее 100 см2. Транзистор VT6 можно заменить на ГТ402Б или КТ502 с любым буквенным индексом. Коэффициенты усиления транзисторов VT7 и VT8 должны быть не ниже 80. Трансформатор питания стандартный ТПП 238–127/220-50. При самостоятельном изготовлении силового трансформатора необходим сердечник Ш или ШЛ 20x20 сечением около 4 см2. При этом обмотка I содержит 2900 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0,15 мм, обмотка II — 260 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0,25 мм, а обмотка III — 100 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0,5 мм.

Для монтажа устройства используется комбинированный печатно-навесной монтаж. Печатным монтажом подключены цепи питания и цепи подключения логического «0», а все сигнальные цепи выполнены монтажным проводом соответствующего диаметра. Для окраски лампочек используется любой подходящий цветной лак.

Собранная из исправных деталей АСЭ в особой наладке не нуждается и после включения питания начинает сразу работать.

23.6. Блок «хорус» для ЭМИ

Описание схемы

Блок «хорус» является обязательной частью любой ЭМС и ЭМИ, основное его назначение — имитация скрипичной группы музыкального ансамбля. Простая схема «хорус» для ЭМИ или синтезатора, имеющего широкий спектр выходного сигнала (пилообразный или с большой скважностью), приведена на рис. 23.31.



Рис. 23.31. Принципиальная схема блока «хорус» для ЭМИ


Основой устройства являются три частотных фильтра с управляемой частотой среза, расположенной в «вокальной» зоне звучания. Частоты фильтров несколько смещены друг относительно друга с целью создания трехформатной характеристики и расширения области захвата «вокальной» зоны. Для управления фильтров используется трехфазный инфразвуковой генератор на трех кремниевых транзисторах VT1…VT3 (рис. 23.32).



Рис. 23.32. Принципиальная схема инфразвукового трехфазного генератора блока «хорус»


Блок фильтров работает в средней полосе частот и ограничивает ВЧ спектр. Для прохождения ВЧ служит четвертый управляющий фильтр, который дополняет спектр высшими гармониками. Для его управления используется отдельный инфразвуковой генератор на микросхеме DA1 К122УН1Г (рис. 23.31). При отсутствии микросхемы К122УН1Г генератор можно собрать на дискретных элементах (рис. 23.33).



Рис. 23.33. Принципиальная схема инфразвукового генератора блока «хорус» на дискретных элементах при отсутствии микросхемы К122УН1 в схеме рис. 23.31


Данное устройство представляет собой простейшую конструкцию блока «хорус» и не производит частотной модуляции сигнала. Для полной имитации эффекта необходимо, чтобы синтезатор имел свое собственное вибрато. Вибрато включается в работу одновременно с блоком «хорус», способствуя мягкой «атаке» звука и небольшому послезвучанию.

В блоке «хорус» использованы широкораспространенные малогабаритные радиодетали. Все устройство собирается на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм.


Настройка

Налаживание блока начинают с проверки работы инфразвукового генератора. Для этого используют осциллограф или просто тестер в режиме измерения постоянного напряжения, фиксируя «дрожание» стрелки. Если трехфазный генератор не возбуждается, необходимо одновременно уменьшить сопротивления резисторов R2, R5, R8 или заменить транзисторы VT1…VT3 на аналогичные, но с большим коэффициентом усиления. После этого коллекторы управляющих транзисторов VT2 всех фильтров замыкают перемычками на землю и подают на вход устройства реальный звуковой сигнал. Разомкнув резисторы R6 в точке их соединения с конденсатором С5 проверяют на отсоединенных концах резисторов равенство сигнала по громкости и при необходимости изменяют сопротивление соответствующего резистора R6. Сняв перемычки, проверяют «плавность» работы каждого фильтра отдельно, прослушивая сигнал на резисторе R6 и подбирая режим генерации резистором R3. «Острота» работы каждого фильтра регулируется вплоть до резонанса и самовозбуждения резистором R7. Сопротивление резистора R7 выбирают исходя из компромисса между «остротой» эффекта и качеством звучания. Чем «острее» резонанс, тем меньший спектр частот пропускается. В заключении соединение резисторов R6 восстанавливают и прослушивают работу блока в целом. Если какой-нибудь из фильтров выделяется из общего ровного звучания, производят подгонку его параметров к общему звучанию.

Блок имеет большое входное сопротивление и хорошо работает при небольшом входном сигнале. В связи с этим в блоке следует использовать транзисторы с малым коэффициентом шума и помешать его в металлический корпус. Замена промышленного блока «хорус» в синтезаторе «Электроника ЭМ-04» при ремонте на вышеописанный показала его почти полную идентичность звучания промышленному образцу. В этом случае потребовалось только добавить генератор для ведущего генератора, так как в этом синтезаторе его нет.

Шаг 24 Использование радиоламп в современных радиоэлектронных устройствах

Немного истории

Появление в середине XX века транзисторов казалось приведет к полному вытеснению из радиотехники господствующих тогда электронных ламп. Одним из основных недостатков радиоламп считалась их низкая экономичность. Нагреваемый катод потреблял значительную энергию и имел малый срок службы. В упрек электронной лампе ставилась трудоемкость ее изготовления, необходимо было выдерживать высокоточную геометрию большого числа электродов в вакуумном баллоне лампы. Производство радиоэлектронной аппаратуры на лампах постепенно сворачивалось. В нашей стране количество выпускаемой аппаратура на радиолампах хотя и постепенно снижалось, но заводы по производству ламп продолжали работать. Как ни странно, это принесло отечественной промышленности в начале 90-х годов определенную выгоду. В этом основную роль сыграли меломаны. В конце концов оказалось, что усилители звуковой частоты на электронных лампах передают звукозапись лучше, более естественно, чем на полупроводниковых триодах. В настоящее время рынок Hi-Fi аппаратуры заполнен звуковоспроизводящей аппаратурой на электронных лампах, в основном, российского производства. Из всего этого можно сделать вывод, что конструирование радиоаппаратуры на электронных лампах на пороге начала XXI века не несет регресс в радиоэлектронику, а наоборот, позволяет по-новому, более разумно взглянуть на область применения электронных ламп.

24.1. Общие сведения

Принцип работы радиоэлектронной лампы основан на явлении термоэлектронной эмиссии. Процесс вылета электронов с поверхности твердых или жидких тел называют электронной эмиссией. Устройство радиолампы до гениальности простое. В стеклянном баллоне находятся расположенные определенным образом металлические электроды, один из которых нагревается электрическим током. Этот электрод называется катодом. Катод и предназначен для создания термоэлектронной эмиссии. В баллоне лампы под действием электрического поля электроны летят к другому электроду — аноду. Электронный поток управляется с помощью других электродов, находящихся в лампе, называемых сетками.


Условное графическое изображение

Простейшей усилительной лампой является триод. Его условное графическое изображение на радиоэлектронных схемах представляется в виде окружности. Внутри окружности, в верхней ее части, нарисована вертикальная прямая с перпендикулярным отрезком на конце, что символизирует анод, по диаметру окружности в виде штрихов обозначается сетка, а в нижней части, дугой с отводами на концах — нить накала. Дужкой над нитью накала обозначают подогреватёль катода.

Лампы с прямым накалом нити в своем условном графическом изображении не имеют такой дужки, например, батарейного типа 2К2П, а также некоторые другие типы ламп. В одном баллоне лампы может находиться триод в комбинации с другим типом ламп. Это так называемые комбинированные лампы. На схемах рядом с изображением лампы ставится ее буквенное обозначение (две латинские буквы V и L) с порядковым номером по схеме (например, VL1) и возле них тип используемой лампы в конструкции (например, VL1 6Н1П). Условное графическое изображение электронных ламп различных типов с буквенным обозначением приведено на рис. 24.1.



Рис. 24.1. Условное графическое изображение и буквенное обозначение электронных ламп различного типа на радиоэлектронных схемах:

а — триод; б, в — двойной триод; г — лучевой тетрод;

д — индикатор настройки; е — пентод; ж — гептод;

з — двойной диод-триод; и — триод-пентод;

к — триод-гептод; л — кенотрон;

м — двойной диод с раздельными катодами косвенного накала


На рисунке буквами с цифрами обозначены: а — анод, с1 — управляющая сетка, к — катод и н — нить накала. Для генерации, усиления и преобразования сигналов в настоящее время в конструкциях радиолюбителей используются, в основном, электронные лампы с октальным цоколем, пальчиковой серии и миниатюрной серии с гибкими выводами. Последние два типа ламп не имеют цоколя, выводы в них вплавлены прямо в стеклянный баллон. Баллоны перечисленных серий ламп, в основном, изготовлены из стекла, но встречаются и из металла (рис. 24.2).



Рис. 24.2. Варианты конструктивного изготовления электронных ламп:

а — стеклянный баллон, октальный цоколь;

б — металлический баллон, октальный цоколь;

в — стеклянный баллон с жесткими выводами (пальчиковая серия);

г — стеклянный баллон с гибкими выводами (безцокольная серия)


Электрические параметры

В современных высококачественных усилителях звуковой частоты, в основном, отдается предпочтение трехэлектродным лампам, называемых триодами. Общими основными электрическими параметрами приемо-усилительных ламп, которые обычно приводятся в справочниках, являются следующие: коэффициент усиления μ, крутизна характеристики S и внутреннее сопротивление Ri.

Важное значение имеют так называемые статические характеристики лампы: анодно-сеточная и анодная характеристики, которые представляются в виде графика.

Имея эти две характеристики, можно графически определить три приведенных выше основных параметра ламп. Для ламп различного назначения к перечисленным характеристикам добавляются специальные, характерные для них параметры.

Лампы, используемые в усилителях звуковой частоты, характеризуются еще такими параметрами, которые зависят от того или иного режима работы выходной лампы, в частности, выходной мощностью и коэффициентом нелинейных искажений.

У высокочастотных ламп характерными параметрами являются: входная емкость, выходная емкость, проходная емкость, коэффициент широкополосности и эквивалентное сопротивление внутриламповых шумов. При этом чем меньше суммарное значение входной и выходной междуэлектродных емкостей лампы и больше крутизна ее характеристики, тем больше усиление она дает на высших частотах. Отношение крутизны характеристики лампы к ее проходной емкости служит показателем устойчивости усиления. Большее усиление от высокочастотной лампы можно получить на высоких частотах, в случае когда меньше суммарное значение входной и выходной емкостей лампы и больше крутизна ее характеристики. При выборе лампы для первых каскадов усиления, особо следует обращать внимание на ее эквивалентное сопротивление внутриламповых шумов.

Эффективность работы частотопреобразовательных ламп оценивается крутизной преобразования. Крутизна преобразования, как правило, в 3…4 раза меньше крутизны характеристики лампы. Ее значение возрастает при увеличении напряжения гетеродина.

Для кенотронов основным параметром является амплитуда обратного напряжения. Наибольшие значения амплитуды обратного напряжения характерны для высоковольтных кенотронов.

На рис. 24.3 приведены основные параметры, типовой режим и цоколевка некоторых типов электронных ламп, широкоиспользующихся в радиоэлектронных конструкциях в настоящее время и использовавшихся в прошлом.




Рис. 24.3.Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения




Рис. 24.3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)




Рис. 24.3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)



S — крутизна анодно-сеточной характеристики; m — коэффициент усиления; Rc — наибольшее сопротивление в цепи сетки; Свх — входная емкость лампы (сетка катод), Свых — выходная емкость лампы (катод-анод, Спр — проходная емкость лампы (сетка-анод); Ра — наибольшая мощность, рассеиваемая анодом лампы


Рис. 24.3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)




Рис. 24.3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)



Рис. 24.3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)




Рис. 24.3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)



Рис. 24.3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)




Рис. 24.3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (окончание)

24.2. Особенности монтажа радиоэлектронных устройств на электронных лампах

Для монтажа аппаратуры, а это как правило в настоящее время усилители звуковой частоты на электронных лампах, используется в основном проволочный монтаж, хотя иногда применяют и печатный монтаж. Монтаж ведется на металлическом шасси, сделанном из листа дюралюминия или стали. Его форма и размеры устанавливаются при наличии всех радиодеталей, входящих в конструкцию, исходя из результатов макетирования компоновки деталей. Формы шасси бывают в основном коробчатого типа или в виде буквы «П». После изготовления шасси производится механическая сборка радиоэлектронного устройства. Сборка начинается с установки узлов и деталей, крепящихся непосредственно к шасси. Вначале устанавливают ламповые панельки, соединители (разъемы), переменные резисторы, переменные и электролитические конденсаторы, переключатели, трансформаторы, катушки индуктивности, монтажные планки и стойки и другие узлы. Ламповые панели при монтаже ориентируют таким образом, чтобы припаянные к их лепесткам радиодетали располагались наилучшим образом (рис. 24.4).



Рис. 24.4. Расположение ламповых панелей при монтаже


Очередность установки этих деталей и узлов должна быть такой, чтобы ранее установленные радиодетали не затрудняли выполнение операций по установке последующих деталей и узлов. Монтажные операции начинаются с распайки цепей накала ламп и цепей, подходящих к разъемам.

Для высокочастотных каскадов в основном используется жесткий монтаж, с использованием медного гололуженного или посеребренного провода диаметром 1…1,5 мм. На провод лучше надеть кембриковую трубку, так как полихлорвиниловая при пайке плавится и деформируется.

Постоянные конденсаторы, резисторы и полупроводниковые диоды распаивают непосредственно на лепестках ламповых панелек и на выводах крупных деталей. Если небольшие радиодетали нельзя укрепить, то для этого используют монтажные стойки. Не рекомендуется располагать близко и проводить параллельно провода цепей анода и управляющей сетки электронной лампы. На неизолированные пересекающиеся провода, во избежание замыкания, следует надевать кембриковые трубки. Соединение выводов радиодеталей с шасси производится с помощью заземляющих лепестков различного типа (рис. 24.5).



Рис. 24.5. Конструкция заземляющих лепестков, использующихся при монтаже аппаратуры на электронных лампах


В высокочастотных каскадах заземляющий провод надо рассматривать как часть колебательного контура. Неправильное его расположение может быть причиной нежелательной паразитной связи, которую бывает трудно обнаружить. Для предотвращения такого явления все подлежащие заземлению провода, относящиеся к контуру и одному каскаду усиления, соединяют в одну точку у катода соответствующей лампы (рис. 24.6).




Рис. 24.6. Соединение проводов, подлежащих заземлению в одной точке в различных каскадах аппаратуры на электронных лампах:

а — усилитель высокой частоты; б — преобразователь частоты;

в — усилитель промежуточной частоты; г — диодный детектор;

д — усилитель звуковой частоты


Для низкой и высокой частот катод образует нулевую точку каждого усилительного каскада и всегда должен быть соединен с шасси непосредственно, если в цепи катода имеется резистор, то через конденсатор. Соединение с шасси цепей каскадов, имеющих контура, которые настраиваются конденсаторами переменной емкости, лучше делать в точке соединения с шасси ротора конденсатора. К этой точке припаиваются желательно коротким и прямым путем концы катушек постоянных и подстроечных конденсаторов.

Для низкочастотных цепей, цепей питания и выпрямительных устройств применяют мягкий монтаж, используя гибкий многожильный провод. При неудачном монтаже деталей усилителя звуковой частоты могут возникать помехи. Поэтому соединения между деталями входного и последующего каскада должны выполняться кратчайшим путем. Общий провод схемы в ламповой аппаратуре — это «минус» делают медным проводом диаметром 1,5…2 мм. Этот провод нельзя заменить соединением деталей с шасси усилителя, его и отрицательные выводы электролитических конденсаторов необходимо изолировать от шасси. В каждом усилительном каскаде резисторы в цепи управляющей сетки, сеточного смещения, а также минусовые выводы конденсаторов в цепи катода и развязывающего фильтра соединяют в одной, «нулевой» точке (рис. 24.7).



Рис. 24.7. Соединение проводов при монтаже каскадов усиления звуковой частоты


Нулевые точки всех каскадов отдельными проводами сводят в общую точку у выходного конденсатора фильтра выпрямителя, в этом же месте общую точку соединяют с шасси усилителя звуковой частоты.

Монтаж радиоэлектронной аппаратуры желательно вести проводами в изоляции разного цвета, условно подобрав расцветку для различных цепей. Это поможет при необходимости быстро находить нужные соединения (табл. 24.1).



Для обеспечения надежного электрического контакта и механической прочности пайки все монтажные провода и выводы навесных радиодеталей механически закрепляются на контактных лепестках. Если в лепестке нет отверстия, то провод загибают вокруг лепестка с помощью пинцета и монтажных плоскогубцев. Излишки провода или вывода детали следует откусывать кусачками. К одному контактному лепестку рекомендуется подсоединять не более трех проводов. При монтаже натяжение проводов не допускается. У монтажного провода должен быть запас по длине 20…25 мм, чтобы в случае его обрыва можно было сделать повторное закрепление. При установке навесных деталей, сопротивлений, конденсаторов, полупроводников и т. д. расстояние от места закрепления до корпуса детали должно быть минимальным, но не менее 8…10 мм. Окончив монтаж всех деталей, производят очистку устройства от пыли и остатков монтажных материалов пылесосом. Проверяют монтаж и механическую прочность соединений. В заключение каждую качественную пайку закрашивают цветным прозрачным лаком, винтовые соединения — красной нитрокраской для предотвращения от саморазвинчивания.

24.3. Усилители звуковой частоты на электронных лампах

Современный уровень радиоэлектроники позволяет создавать усилители звуковой частоты на электронных лампах с такими высокими параметрами, которые соответствуют не только термину Hi-Fi (сокращенно от английского High Fidelity — «высокая верность»), но и другому новоявленному термину Hi-End. В таких конструкциях проблема приближения звучания к естественному звуку решается не только использованием высококачественных электронных компонентов, но и новыми схемными решениями. Эти решения затрагивают всю систему воспроизведения звука: источник сигнала, усилитель, колонки и даже межблочные и акустические кабели. Например, в некоторых конструкциях питание УЗЧ производится от двойного тороидального трансформатора с блоком стабилизации на П-фильтре, выходные трансформаторы наматываются особым образом или делаются двухкатушечными и т. д. Используются даже позолоченные разъемы. Безусловно, эти ламповые усилители стоят очень дорого, тысячи, а то и десятки тысяч долларов. В настоящее время такая аппаратура производится не только за границей, но и у нас в России во многих городах. Иметь ламповый усилитель звуковой частоты стало делом чести каждого меломана.

Решать эту задачу можно по-разному, в частности, если Вы приобрели радиолюбительские навыки в процессе прочтения этой книги, то можно взяться за изготовление одной из конструкций лампового усилителя, приведенного ниже. В связи с этим рассмотрим схемы ламповых усилителей звуковой частоты различной сложности, которые могут использоваться в составе Hi-Fi стереосистем.


24.3.1. Усилитель звуковой частоты на двух электронных лампах

В схеме усилителя звуковой частоты, представленной на рис. 24.8, используется всего две пальчиковые лампы. Усилитель имеет такие основные характеристики: номинальная выходная мощность 5 Вт, коэффициент нелинейных искажений менее 2 %, чувствительность 100 мВ, полоса равномерно усиливаемых частот 50…12000 Гц, сопротивление нагрузки 4…6 Ом. Два таких усилителя могут быть использованы для создания домашней стереофонической системы.



Рис. 24.8. Принципиальная схема усилителя звуковой частоты мощностью 5 Вт на двух электронных лампах


На двойном триоде 6Н2П (VL1) выполнен двухкаскадный усилитель напряжения, а в выходном каскаде используется мощный пентод типа 6П14П (VL2). На вход усилителя можно подать сигнал от CD-проигрывателя или УКВ-тюнера. Сигнал с переменного резистора R1, выполняющего функции регулятора громкости, подается на управляющую сетку триода VL1.1. После усиления сигнал через конденсатор связи С1 и корректирующие цепи подается на управляющую сетку R9, напряжение звуковой частоты через конденсатор С6 и резистор R13 поступает на управляющую сетку пентода VL2, который является усилителем мощности. Электрические колебания низкой частоты большой мощности, возникающие в анодной цепи пентода, с помощью выходного трансформатора Т1 подводятся к громкоговорителю ВА1.

В усилителе имеются плавные регулировки по низшим и высшим частотам. С помощью переменного резистора R5 производится регулировка низших частот, а с помощью переменного резистора R7 — по высшим частотам.

Необходимые начальные отрицательные напряжения смещения на управляющих сетках ламп VL1.1, VL1.2 и VL2 осуществляются резисторами R3, R10, R13, включенными в цепи их катодов.

Питается усилитель от выпрямителя, собранного по обычной мостовой схеме на четырех полупроводниковых диодах VD1…VD4. Напряжение на выпрямитель подается со вторичной обмотки трансформатора Т2, первичная обмотка которого может быть включена в сеть с напряжением 220 В или 127 В. Переключение на требуемое напряжение сети производится перестановкой плавкого предохранителя FU1 в соответствующие гнезда. Нити накала питаются от обмотки III силового трансформатора Т2. Для уменьшения шумов и фона переменного тока на нити накала ламп VL1.1 и VL1.2 предусилителя подается пониженное напряжение питания. С этой целью последовательна с нитью накала лампы VL1 включен резистор R11.

Самодельными деталями УЗЧ являются: шасси, выходной Т1 и силовой Т2 трансформаторы. Хотя, в принципе, можно использовать и трансформаторы промышленного производства, если таковые имеются в распоряжении радиолюбителя. Постоянные резисторы типа МЛТ, соответствующие мощности указанной на схеме. Переменные резисторы R1, R5 и R7 могут быть типа СПЗ-33. Электролитические конденсаторы С7 и С8 типа К50-27, остальные постоянные конденсаторы типа МБГО. Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на ток 0,5 А.

Для силового трансформатора Т2 при самостоятельном изготовлении используется сердечник из пластин Ш16 с окном площадью 6 см2 и толщиной набора 32 мм. Обмотка I содержит 2100 витков провода ПЭЛ 0,27 с отводом от 1220 витка, обмотка II — 2400 витков ПЭЛ 0,16, а обмотка III — 65 витков ПЭЛ 0,64. Экранирующая обмотка IV представляет собой плотный ряд витков провода ПЭЛ 0,27…0,31, уложенных между первичной обмоткой I и вторичными обмотками II и III трансформатора. В выходном трансформаторе Т1 может быть использован Ш-образный сердечник с площадью сечения среднего стержня 6…7 см2 и площадью окна не менее 6,5 см2. Его первичная обмотка I имеет 2500 витков провода ПЭЛ 0,16, а вторичная II — 75 витков ПЭЛ 0,8…0,9.

Усилитель монтируется на П-образном металлическом шасси размерами 200x140x45 мм, с учетом рекомендаций, изложенных в разделе 24.2.

На горизонтальной поверхности шасси укреплены ламповые панели, электролитические конденсаторы С7, С8 и два трансформатора Т1 и Т2. На одной боковой стороне шасси укреплены выключатель сети, регуляторы громкости и тембра звука, а другой — соединители для подключения усилителя к источнику звука и сети. Для уменьшения переменного фона важно найти оптимальное расположение силового трансформатора относительно выходного. С этой целью, во время макетирования по компоновке деталей, временно подключают к сети силовой трансформатор и, поворачивая его в разных направлениях, прослушивают наушники, подключенные к первичной обмотке выходного трансформатора, на наводимый в них переменный ток. По минимальному уровню низкого тона в наушниках определяют оптимальное расположение трансформаторов.

При исправных деталях и правильном монтаже при включении усилителя в сеть в громкоговорителе должен прослушиваться ровный шум. При вращении регулятора громкости должно происходить плавное нарастание громкости звучания. При вращении регуляторов тембра должна происходить окраска звука в сторону низких или высоких частот. В случае возникновения неисправности в усилителе следует с помощью вольтметра проконтролировать значения напряжений, указанные на схеме. Допустимое отклонение их значений от указанных на схеме может составлять ±20 %. Качество работы усилителя оценивают при прослушивании музыки различных жанров, от рока до классики.


24.3.2. Усилитель звуковой частоты мощностью 10 Вт

Для получения высококачественного воспроизведения музыкальных произведений как показывает практика необходим усилитель с выходной мощностью около 10 Вт и более. Получить такую мощность от однотактного усилителя звуковой частоты представляет определенные трудности, хотя и возможно. В этом случае более приемлемым является использование двухтактного усилителя звуковой частоты.

Принципиальная схема двухтактного усилителя звуковой частоты с выходной мощностью 10 Вт приведена на рис. 24.9.



Рис. 24.9. Принципиальная схема усилителя звуковой частоты мощностью 10 Вт на четырех электронных лампах


Полоса воспроизводимых частот усилителем составляет 10…12000 Гц, коэффициент нелинейных искажений менее 5 %, чувствительность 100 мВ, потребляемая мощность составляет 60 Вт. Усилитель построен на четырех лампах и состоит из трех каскадов: предварительного каскада усиления, фазоинвертора и выходного каскада. Через регулятор громкости напряжение звуковой частоты от источника сигнала поступает на сетку предварительного каскада усиления, который выполнен на электронной лампе типа 6ЖЗП. На резисторе R4, являющемся нагрузкой лампы VL1, выделяется усиленное напряжение звуковой частоты. Это напряжение через разделительный конденсатор С2 поступает на сетку лампы VL2, которая выполняет роль фазоинвертора. Фазоинвертор служит для получения сдвинутых по фазе на 180° двух равных по величине переменных напряжений, которые необходимы для нормальной работы двухтактного усилителя. Напряжение возбуждения через разделительные конденсаторы С6 и С8 подается на сетки ламп VL3 и VL4 выходного каскада. Напряжение смещения на сетках ламп VL2 и VL3 образуется за счет падения напряжения на резисторе R15, которое зашунтировано электролитическим конденсатором С10. В анодную цепь ламп выходного каскада включен выходной трансформатор Т1, имеющий среднюю точку для подачи на аноды ламп постоянного напряжения. Ко вторичной обмотке трансформатора Т1 подключен громкоговоритель, имеющий сопротивление 4 Ом. Переменный резистор R7 служит для регулировки тембра в области высших частот. Для питания усилителя используется двухполупериодный выпрямитель на полупроводниковых диодах VD1…VD4, включенных по мостовой схеме.

В усилителе используются те же типы конденсаторов и резисторов, что и в предыдущем усилителе. Предохранитель FU1 также рассчитан на ток 0,5 А. Силовой трансформатор Т2 самодельный. Его сердечник набран из пластин Ш30, толщиной набора 40 мм. Обмотки: I содержит 400 витков, а II — 500 витков провода ПЭЛ диаметром 0,41 мм. Обмотка III — 1200 витков ПЭЛ диаметром 0,35 мм, а накальная обмотка VI имеет 30 витков ПЭЛ диаметром 1,0 мм.

Выходной трансформатор Т1 выполнен на сердечнике типа УШ19, толщина набора 25 мм. Его первичная обмотка I имеет 2x1500 витков провода ПЭЛ 0,16 мм, а вторичная II — 50 витков ПЭЛ 01,2 мм.

Детали усилителя монтируются на П-образном шасси размером 250x185x50 мм (рис. 24.10). Шасси изготовляется из листового дюралюминия толщиной 2,5…3 мм. На передней стенке шасси укреплены переменные резисторы R1 и R7, а на задней — входные и выходные соединители. Методика монтажа деталей усилителя и его настройка аналогичны предыдущей конструкции УЗЧ.



Рис. 24.10. Чертеж развертки шасси усилителя звуковой частоты мощностью 10 Вт

24.4. Гибридный усилитель для стереонаушников

В современной электронике уже давно сделан выбор в пользу полупроводниковых приборов, транзисторов и микросхем, но, не взирая на это, есть области, где использование электронных ламп оправдано и дает ощутимый результат. Как известно наиболее высокое качество прослушивания стереофонических передач на стереонаушники можно получить, если пользоваться маломощным усилителем звуковой частоты. Построение таких усилителей является достаточно сложной задачей, так как к их характеристикам предъявляются высокие требования, иногда достаточно противоречивые. Усилители должны иметь широкую полосу рабочих частот, малый уровень собственных шумов на выходе, малые нелинейные искажения при максимальной выходной мощности и большое переходное затухание между каналами.

При увеличении выходной мощности усилителя происходит рост нелинейных искажений, а с расширением полосы пропускания увеличивается уровень шумов на выходе.


Описание схемы

Проведенные исследования показали, что достигнуть малого уровня собственных шумов при широкой полосе рабочих частот стереоусилителя наиболее просто, если его входные каскады выполнить на электронных лампах. При этом оказалось, что этот каскад можно питать пониженным анодным напряжением 12…25 В. В этом случае коэффициент нелинейных искажений во всем рабочем диапазоне частот оказывается минимальным, не превышающим 0,2 %. Ко всему прочему, усилитель, содержащий электронную лампу на входе, имеет высокое входное сопротивление. На рис. 24.11 приведена принципиальная схема лампово-транзисторного усилителя для стереонаушников, который может быть подключен к плейеру, радиоприемнику, проигрывателю виниловых пластинок или CD-проигрывателю. Для работы с усилителем необходимы стереонаушники с сопротивлением по постоянному току 8…16 Ом.

Усилитель имеет такие основные характеристики:

• номинальная выходная мощность каждого канала усилителя… 0,025 Вт;

• чувствительность… около 400 мВт;

• полоса рабочих частот… 20…60000 Гц;

• неравномерность частотной характеристики… не более ±1,5 дБ;

• коэффициент нелинейных искажений… 0,2 %;

• уровень собственных шумов при открытом входе… не более 75 дБ.


Рис. 24.11. Принципиальная схема гибридного УЗЧ для стереонаушников


Стереоусилитель имеет два идентичных канала усиления. На входе каждого усилителя включены вакуумные триоды VL1.1, VL1.2, которые конструктивно находятся в одном баллоне электронной лампы (двойной триод) типа 6Н23П. Каскад на одном таком триоде обеспечивает усиление сигнала примерно в 4 раза. Анодной нагрузкой каждого триода являются резисторы R5 и R7. Подстроечный резистор R6 необходим для выравнивания коэффициента усиления каждого каскада. Постоянные резисторы R4 и R8, включенные в катоды триодов, обеспечивают отрицательную обратную связь и малые нелинейные искажения усилителя. Выходной каскад усилителя выполнен на кремниевых транзисторах VT1 и VT2, которые включены по схеме эмиттерного повторителя.

Использование между каскадами гальванической связи позволило получить высокую стабильность фазовых характеристик усилителя. Стереонаушники ВА1 подключаются к усилителю через разделительные электролитические конденсаторы С4 и С5. Уровень громкости в каждом канале устанавливается сдвоенными резисторами R1 и R2. Для питания усилителя используется самодельный блок питания, собранный по стандартной схеме, представленной на рис. 24.12. Заметим, что нить накала лампы питается постоянным напряжением 6,3 В, а не переменным как обычно, что способствует снижению уровня шумов усилителя.



Рис. 24.12. Принципиальная схема блока питания гибридного УЗЧ для стереонаушников


Детали

Лампу 6Н23П можно заменить на 6Н16Б или 6НЗП. Транзисторы КТ602Б можно заменить на КТ604Б, КТ801А или Б, КТ807 или КТ815 с любым буквенным индексом. Конденсаторы С1 и С2 типа МБМ или БМ, С4 и С5 — К50-6, С3 — К53-1 или К50-6. Постоянные резисторы типа МЛТ. Подстроенный резистор R6 типа СП5-1А или СПЗ-1А, СПЗ-1Б, СП-0,5. Переменные резисторы R1 и R2 типа СПЗ-236 или СПЗ-12а, СП-1 группы В. Транзисторы усилителя VT1 и VT2 желательно установить на радиаторе размерами 80x50 см2.

Для трансформатора Т1 в блоке питания используется магнитопровод УШ 16x24. Обмотка I содержит 2400 витков провода ПЭВ-2 0,13, обмотка II — 270 витков провода ПЭВ-2 0,44, а обмотка III — 68 витков провода ПЭВ-2 0,59. Вместо диодов Д237А можно использовать диоды серий Д7, Д226, Д229 с любым буквенным индексом. Конденсатор С1 типа БМ или МБМ на напряжение не менее 400 В. Электролитические конденсаторы С2…С5 типа К50-6, а резисторы типа МЛТ. Вместо транзистора КТ801А может быть использован транзистор типа КТ807 или подобный. В блоке питания транзистор VT1 устанавливается на радиаторе площадью 50 см2.

Детали усилителя распаиваются на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Рисунок платы и монтаж на ней деталей приведены на рис. 24.13.



Рис. 24.13. Печатная плата (а) и монтаж на ней (б) деталей гибридного УЗЧ для стереонаушников


Собранный из заведомо исправных деталей усилитель начинает сразу работать. Включив усилитель, дают ему прогреться около 5 мин. На вход усилителя, соединенные вместе контакты 1 и 3 и контакт 2 (корпус), подают сигнал от звукового генератора частотой 1000 Гц и амплитудой 0,1 В. Вращая движок резистора R6, добиваются равенства амплитуд усиливаемого сигнала на базах транзисторов VT1 и VT2.

Для контроля амплитуды напряжения можно использовать вольтметр с относительным входным сопротивлением не менее 20 кОм/В, но лучше осциллограф. Если выходная мощность окажется недостаточной, то можно уменьшить немного величину сопротивления резисторов R9 и R10. Качество работы усилителя оценивают на слух, прослушивая различного рода музыкальные произведения.

24.5. Не выбрасывайте старые радиоприемники!

В нашей стране телевизоры и радиоприемники на электронных лампах выпускались вплоть до середины 70-х годов XX века, пока транзисторы не заняли доминирующего положения. К этому моменту почти в каждой квартире имелась какая-нибудь радиоэлектронная аппаратура на лампах. С покупкой новой аппаратуры на полупроводниках старая постепенно становилась ненужной. К тому же она имела большие габариты и занимала больше места в сравнении с новой аппаратурой, что имело немаловажное значение для наших малогабаритных квартир. Аппаратуру на лампах более бережливые люди не выбрасывали, а хранили в квартирах или относили в гаражи или сараи. С позиций сегодняшнего дня можно сказать, что мы понесли невосполнимые потери реликвий истории техники с одной стороны и хороших звуковоспроизводящих устройств с другой стороны. Дело в том, что почти вся радиоаппаратура на лампах имела деревянные корпуса, а некоторые ее экземпляры имели даже отдельные акустические системы. Если в то время была бы такая широкая сеть радиовещательных станций УКВ как сегодня и возможность установки в ламповые приемники простых УКВ-приставок, приемников на микросхемах, то наверное никто не стал бы отказываться от радиоприемника с усилителем звуковой частоты класса Hi-Fi, что в некоторой мере и поспособствовало сохранению реликвий. К сожалению, этого не случилось.

В настоящее время радиоаппаратура ретро еще украшает некоторые наши квартиры. Для тех, кто хочет вдохнуть жизнь в свою старую радиоаппаратуру и стать обладателем усилителя звуковой частоты класса Hi-Fi, предназначен данный раздел.


24.5.1. Эксплуатация старых ламповых радиоприемников на рубеже XXI века

Если ламповый радиоприемник не работает по причине вышедших из строя ламп, которые вы не можете найти, то некоторые типы ламп можно заменить другими типами. В любых ламповых приемниках без всякого ухудшения их работы можно некоторые лампы одного типа заменять лампами другого:

6Ф6 = 6Ф6С, 6Г7С = 6Г7, 6К7 = 6К7С = 6К9М, 6SA7 = 6А10, 6С5 = 6J5 = 6Ж5, 6ПЗ = 6Л6 = 6L6 = 6Л6С, 30П1М = 25П1С = 25L6G, СО-242 = СБ-242, 5Ц4 = 5Ц4С = 5Z4 = 5V4G, ВО-116 = ВО-118, ВО-125 = ВО-202, 30Ц6С = 25Z6G = 30Ц1М.

Практически допустима взаимозаменяемость таких ламп:

6Л6 = 6V6 = 6Ф6, 6К7 = 6Ж7, 6Г7 = 6Р7, 6SK7 = 6SL7, 6SQ7 = 6SR7, 6А8 = 6К8, 2Ж2М = 2К2М, 1А1П = 1А2П, 1К1П = 1К2П, 1Б1П = 1Б2П, 2П1П = 2П2П.

Для ответа на вопрос о работоспособности радиолампы, следует собрать простой тестер по схеме, представленной на рис. 24.14.



Рис. 24.14. Принципиальная схема тестера для проверки работоспособности радиоламп


Тестер помогает быстро определить эмиссию катода, замыкание между электродами и обрыв выводов от электродов ламп и экрана. Об эмиссионной способности катода лампы судят по показаниям микроамперметра РА1, который включен между катодом и первой сеткой. Микроамперметр работает как милливольтметр и измеряет величину потенциала первой сетки. Величина потенциала колеблется в широких пределах от 10 до 500 мВ и зависит от типа ламп, а также качества их катодов.

Показания прибора РА1 сравнивают с эмиссией заведомо хороших, то есть калибровочных ламп. Для калибровки тестера необходимо использовать возможно большее количество ламп и полученные данные следует занести в таблицу.

При проверке диодов и кенотронов микроамперметр РА1 включают тумблером SA7 между катодом и анодом. Все остальные электроды лампы подключаются тумблерами SA3…SA8. При этом показания прибора РА1 должны возрастать, что свидетельствует об отсутствии междуэлектродных замыканий и обрыва выводов. Тестирование взятых из работающей радиоаппаратуры ламп 6П6С и 5Ц4С дало следующие результаты. Например, при проверке лампы 6П6С прибор АВО-5М (пределы 60 и 300 мкА) показывал ток в цепи первой сетки 50 мкА, при подключении второй сетки — 70 мкА, а при подключении анода 90 мкА. При тестировании кенотрона 5Ц4С, прибор «Школьный АВО-63» в цепи первого анода показывал ток 4,9 мА, а при подключении второго анода — 10 мА. Тестером можно проверить также эмиссию кинескопов и осциллографических трубок.

Для изготовления устройства для проверки ламп необходим понижающий трансформатор мощностью 10…20 Вт, микроамперметр на 50…300 мкА и 8 тумблеров. Трансформатор Т1 может быть самодельным с такими параметрами. Обмотки наматываются на сердечник из пластин ШЛ16 толщиной набора 25 мм. Первичная обмотка I содержит 1100 витков провода ПЭЛ 0,35 плюс 800 витков ПЭЛ 0,27, а вторичная обмотка II — соответственно 48 + 12 + 18 + 78 + 84 + 120 витков ПЭЛ 0,12.

Все детали тестера монтируются на металлическом шасси. Для проверки радиоламп с разными цоколями можно к основной панельке, например с 10 гнездами, сделать переходные цоколи, в которые вставлять лампы с иным типом цоколя. А можно сделать иначе, прямо на шасси установить 12 типов ламповых панелек, которые соединены между собой параллельно.

Настройка собранного тестера заключается в подборе резисторов R1 и R2 при регулировке его по показателям наилучших ламп.

Во многих старых приемниках прием должен вестись на наружную антенну. Установить наружную антенну, особенно в городских условиях, по разным причинам бывает затруднительно. Выйти из этого положения можно, если использовать имеющуюся телевизионную антенну типа волновой канал. В этом случае, от одной антенны будут работать телевизор и радиоприемник. Так как телевизионные и радиовещательные диапазоны значительно отличаются по частоте, можно установить простой разделительный фильтр, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора (рис. 24.15).



Рис. 24.15. Принципиальная схема подключения лампового радиоприемника к телеантенне для приема средних и длинных волн


Реактивное сопротивление XL катушки индуктивности в таком фильтре для устранения короткого замыкания должно быть высоким в телевизионном диапазоне и небольшим на длинноволновом и средневолновом диапазонах. Если, к примеру, использовать катушку с индуктивностью 5,5 мкГн, то XL на частоте 1 МГц можно вычислить по известной формуле

XL = 2πf·L1

В этом случае, реактивное сопротивление составит 34 Ом, в то время как на частоте 50 МГц — 1,7 кОм.

Реактивное сопротивление XL конденсатора фильтра С1 должно быть малым в теледиапазоне в сравнении с входным сопротивлением телевизора и большим на длинноволновом и средневолновом диапазонах для устранения короткого замыкания на входе приемника. В этом случае подойдет конденсатор С1 с емкостью 200 пФ, его реактивное сопротивление Хс на частоте 50 МГц равно 16 Ом, а на частоте 1 МГц— 800 Ом, исходя из известной формулы

Xc = 1/(2πf·C1)

Обычно телевизоры имеют разделительный конденсатор в цепи антенны примерно такой же емкости, поэтому в этом случае дополнительный конденсатор в фильтре можно не устанавливать.

Соединительный кабель, идущий от фильтра к антенному гнезду приемника, должен быть как можно короче, чтобы его емкость не влияла на настройку приемника. Влияние дополнительной входной емкости зависит от типа связи входной цепи приемника с антенной. Катушка индуктивности антенного фильтра может быть самодельной или промышленного изготовления, например, дроссель типа ДМ-0,1 с соответствующей индуктивностью.


24.5.2. УКВ-тюнеры к ламповым радиоприемникам

В ламповом приемнике прошлых лет почти в каждом есть гнезда для подключения звукоснимателя. К этим гнездам можно подключить самодельный УКВ-тюнер на микросхеме, который питается от отдельной батарейки или от блока питания самого радиоприемника. В итоге получается полноценный УКВ приемник с усилителем звуковой частоты класса Hi-Fi.

Принципиальная схема УКВ-тюнера с использованием микросхемы приведена на рис. 24.16. Тюнер предназначен для приема УКВ-станций в диапазоне 66…74 МГц, его чувствительность составляет 5 мкВ. Для питания тюнера используется два гальванических элемента типа АЗ16.



Рис. 24.16. Принципиальная схема УКВ-тюнера к ламповому радиоприемнику


Радиоприемное устройство собрано на микросхеме К174ХА34 и трех транзисторов. На транзисторе VT2 собран предварительный каскад усиления звуковой частоты, а на транзисторе VT3 — эмиттерный повторитель, необходимый для согласования выхода тюнера со входом лампового УЗЧ. Наличие этих двух каскадов способствует также устранению фона, наводок и частотных искажений, которые могут возникнуть при коммутировании низкочастотного сигнала. На транзисторе VT1 собран генератор стабильного тока, поддерживающий значение тока, проходящего через нагрузку HL1, R1, R2 на уровне 0,5 мА. В тюнере используется электронная настройка на станции с помощью варикапа.

В тюнере используются постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, постоянные конденсаторы типа КЛС, КМ, КТ. Переменный резистор R3 типа СПЗ-36 (используются в блоках настройки телевизоров). Для приема радиостанций используется телескопическая антенна. Катушка L1 содержит 10 витков провода ПЭВ-2 00,41…0,44 мм, намотанных на оправке диаметром 3 мм, можно использовать винт М3. Детали устройства собираются на печатной плате из фольгированного текстолита. Плата помещается в пластмассовый корпус, в котором имеется отсек для двух гальванических элементов питания. К корпусу тюнера крепят телескопическую антенну.

Для подключения устройства ко входу УЗЧ лампового приемника используют экранированный провод, имеющий на конце обычную вилку. При отсутствии у радиоприемника специальных гнезд «Звукосниматель» поступают следующим образом. У переменного резистора, выполняющего функции регулятора громкости, находят провод, идущий от усилителя промежуточной частоты, этот провод, не имеющий соединения с корпусом, и отпаивают. На его место припаивают провод, идущий с выхода тюнера. Этот провод желательно, чтобы был в металлической оплетке.

Оплетка припаивается одним концом к минусу тюнера, а другим — к заземленному выводу регулятора громкости. Если у приемника высокочастотная часть работающая и вы его периодически слушаете, то тогда следует поставить переключатель, который бы при необходимости позволял производить подключение тюнера или высокочастотной части приемника к УЗЧ. В противном случае этого делать не нужно.

Тюнер, собранный из исправных деталей, в особой наладке не нуждается и при включении питания готов к работе. Включив ламповый приемник, дают ему прогреться некоторое время. Вставляют вилку тюнера в гнезда приемника для подключения звукоснимателя и включают питание тюнера. Установив средний уровень громкости приемника, вращают ручку настройки тюнера, пытаясь настроиться на какую-нибудь станцию УКВ. Укладка УКВ диапазона производится путем сжатия и раздвигания витков катушки L1. Если при работе тюнера будут наблюдаться звуковые искажения, то необходимо поменять местами концы подключения вилки к гнездам звукоснимателя.

Питать тюнер можно и от силового трансформатора лампового приемника. Наиболее проще для этих целей использовать накальное напряжение ламп, изготовив простой выпрямитель (рис. 24.17).



Рис. 24.17. Принципиальная схема выпрямителя для питания УКВ-тюнера от накальной обмотки лампового радиоприемника


При отсутствии соответствующей микросхемы, тюнер можно выполнить полностью на дискретных элементах. Проще всего приемную часть выполнить на одном транзисторе по схеме сверхрегенератора (рис. 24.18).



Рис. 24.18. Принципиальная схема сверхрегенеративного УКВ-тюнера к ламповому радиоприемнику


Сверхрегенератор выполнен по известной схеме емкостной трехточки. Резисторы R1 и R2 образуют регулируемый делитель напряжения смещения на базе транзистора VT1. От величины смещения зависит ток коллектора транзистора и, соответственно, коэффициент усиления транзистора. Это позволяет регулировать уровень регенерации без изменения положительной обратной связи. Для стабилизации напряжения питания каскада на транзисторе VTI используется стабилитрон VD1.

Если для его питания пользоваться гальваническими элементами, то тогда стабилитрон VD1 из схемы можно исключить. Хотя при этом расход энергии и уменьшится, но увеличится зависимость работы каскада от изменения напряжения источника питания. Для устранения наводок от сети переменного тока на антенну и устранения эффекта изменения настройки входного контура С5, L1 и режима регенератора (за счет вносимых в контур емкостей от окружающих антенну предметов), связь антенны WA1 с контуром выбрана индуктивная.

В сверхрегенеративном тюнере постоянные конденсаторы C1, С4 и С7 должны быть обязательно керамические, остальные — любого типа. Емкости их некритичны. Электролитические конденсаторы любого типа, например, К50-6. Переменный конденсатор С5 желательно взять с воздушным диэлектриком. Пределы изменения его емкости некритичны. Можно, конечно, использовать любой подстроечный керамический конденсатор, но он не удобен при частой настройке на радиостанции. В таком случае, лучше ввести в схему тюнера электронную настройку на варикапе (рис. 24.19).



Рис. 24.19. Принципиальная схема введения электронной настройки в сверхрегенеративный УКВ-тюнер к ламповому радиоприемнику


При замене транзистора VT1 на транзисторы другой серии, например КТ315, необходимо вначале попробовать в работе несколько таких транзисторов, а после выбрать среди них лучший. Для приема радиостанций в FM-диапазоне катушка L1 представляет собой полувиток диаметром 30 мм с линейной частью 20 мм из провода ПЭЛ диаметром 1 мм. Катушка L2, в этом случае, имеет 2…3 витка провода ПЭЛ диаметром 0,7 мм, намотанных на оправке диаметром 15 мм. Катушка L2 располагается внутри полувитка L1. Для приема радиостанций в ЧМ-диапазоне катушка L1 имеет 5 витков провода ПЭЛ диаметром 0,7 мм, намотанных с шагом 1…2 мм на пластмассовом каркасе диаметром 5 мм, рядом наматывается тем же проводом катушка L2. Катушка L2 имеет 2…3 витка.

Детали тюнера монтируются на печатной плате, вырезанной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,8 мм. Рисунок печатной платы можно вырезать резаком или вытравить в растворе хлорного железа соответствующей концентрации.

Налаживание тюнера заключается в установке пределов регулировки смещения на базе транзистора VT1 путем подбора величины сопротивления резистора R2. Ток коллектора транзистора VT1 должен быть не более 0,5 мА. Изменением емкости подстроечного конденсатора С6 устанавливают положительную обратную связь такой величины, чтобы при средних положениях движка переменного резистора R1 достигался порог генерации. Этот момент фиксируется в динамике как глухой щелчок с последующим шумом. После этого переменным конденсатором С5 можно настраиваться на радиостанции.

Глава VII АЗБУКА РАДИОСВЯЗИ

«А морзе зато — лучше и не придумаешь: точка — кольнет незаметно, как булавочкой, а уж тире — точно кто шуруп туда закручивает».

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля.

Шаг 25 Радиолюбительская связь

25.1. Диапазоны частот радиолюбительских станций

В мировом эфире кроме широковещательных и специальных станций можно услышать и радиолюбительские. Радиолюбительская связь осуществляется на специально выделенных частотах в любое время суток телефоном, телеграфом и телетайпом. Телетайп представляет собой специальный передающий аппарат с клавиатурой пишущей машинки. Он автоматически печатает на бумаге информацию, которая передается в эфир. Успех в осуществлении дальних связей зависит от благоприятного прохождения в данный момент радиоволн определенной длины и конструкции радиостанции. Кроме установления связи с дальними корреспондентами, радиолюбители вносят также свой посильный вклад в изучение распространения радиоволн, проводят соревнования по скорости приема и передачи радиограмм, обеспечивают связью различные экспедиции оказавшихся в экстремальных условиях, конструируют радиоэлектронную аппаратуру и антенны. В 1925 г. в нашей стране был создан Международный радиолюбительский союз, который с той поры начал проводить регулярные соревнования радиолюбителей на коротких волнах, а позднее и на ультракоротких. Для любительской радиосвязи выделены участки частот в диапазонах средних, коротких и ультракоротких волн (табл. 25.1). Из таблицы видно, что только в диапазонах 160 м и 10 м указаны конкретные участки для определенных видов излучения, в других диапазонах такого подразделения нет.



Заметим, что к перечисленным в табл. 25.1 диапазонам недавно прибавился еще один диапазон. В 1998 г. Государственная комиссия по радиочастотам (ГКЧ) Госкомсвязи России приняла решение № 2851-ОР, которое разрешает радиолюбителям использовать диапазон частот 135,7…137,8 кГц, который, как известно, относится к длинным волнам. Этим решением Россия откликнулась на рекомендации Европейской конференции администраций почты и связи (СЕРТ) и тем самым присоединилась к большинству европейских стран, в которых радиолюбители используют длинноволновый диапазон. В настоящее время идет быстрое осваивание этого диапазона отечественными радиолюбителями.

Методика работы в новом диапазоне не отличается от работы на КВ, за исключением того, что скорость передачи не превышает 8…12 WPM (групп в минуту). На расстоянии в несколько сот километров скорость передачи падает до 5…6 WPM и используется CCW (Convention CW).

Радиолюбительские диапазоны волн, кроме радиосвязи, используются и для различных соревнований, которые как и радиосвязь относятся к техническим видам спорта. К ним, между прочим, относится и так называемая «охота на лис» — нахождение с помощью радиоприемника спрятанных передатчиков. Начинать заниматься коротковолновой связью желательно на коллективных радиостанциях, на станциях юных техников или в организациях РОСТА (бывшее ДОСААФ). Постройка (приобретение) и эксплуатация любительских радиостанций осуществляется только после получения разрешения в региональном управлении Госсвязьнадзора России. Перед получением такого разрешения необходимо сдать квалификационный экзамен но основам электро- и радиотехники, техники безопасности и правил работы в эфире. После этого в региональное управление подаются следующие документы:

• заявление-анкета;

• 4 фотокарточки размером 4,5x6 см;

• справка квалификационной комиссии о сдаче экзаменов.

По прошествии некоторого времени, заявитель получает письменное разрешение регионального управления Госсвязьнадзора, дающего право на постройку (приобретение) радиостанции для открытия собственной любительской радиостанции. На основании этого разрешения заявитель должен установить аппаратуру радиостанции и подготовить ее к работе в срок не позднее шести месяцев со дня получения разрешения. По истечении вышеуказанного срока владелец, не предъявивший для контроля построенную (приобретенную) радиостанцию или не продливший срок действия разрешения, теряет право на постройку (приобретение) радиостанции. Заявитель, после установки радиостанции, на основе акта технического осмотра радиостанции получает в региональном управлении Госсвязьнадзора разрешение на ее эксплуатацию. Заметим, что разрешение на эксплуатацию любительских радиостанций 1-й категории выдаются лицам, достигшим 16-летнего возраста, 2-й категории — достигшим 14-летнего возраста, а 3-й и 4-й категорий — лицам, достигшим 8-летнего возраста. Разрешение на эксплуатацию любительской радиостанции выдается сроком на 5 лет. Радиолюбитель ежегодно вносит денежный эксплуатационный сбор на расчетный счет регионального управления Госсвязьнадзора в первом квартале текущего года.

После того как урегулированы все вопросы по постройке (приобретению) и эксплуатации любительской радиостанции, региональное управление Госсвязьнадзора выдает постоянный позывной сигнал. Любительским радиостанциям индивидуального и коллективного пользования присваиваются шестисимвольные позывные сигналы. Получение позывного сигнала дает основание на выход радиолюбителя в эфир для установки двухсторонних сеансов радиосвязи.

С некоторыми особенностями работы коротковолновиков можно познакомиться и самостоятельно. Для этого следует прослушать работу в эфире опытных коротковолновиков, то есть стать наблюдателем. В данном случае не надо специального разрешения и квалификация интересующегося радиоспортом не играет роли.

25.2. Переделка широковещательного приемника на любительские диапазоны

Для проведения радионаблюдений необходим коротковолновый приемник, имеющий любительские диапазоны. Можно для этих целей приспособить имеющийся старый приемник «ВЭФ-202». Чтобы получить в приемнике диапазон 20 м, следует достать дополнительную планку 25 м, а если не удастся, то тогда придется доработать имеющуюся согласно схемы рис. 25.1.

Доработка заключается в следующем. Вначале нужно от имеющихся контурных катушек L1 и L4 отмотать по одному витку, считая от нижнего по схеме вывода. После этого подпаивают конденсаторы емкостью по 180 пФ параллельно уже имеющимся С1 и С4.



Рис. 25.1. Принципиальная схема входных и гетеродинных катушек диапазона 20 м


Диапазон волн 80 м получают доработкой планки 52…75 м, удалив имеющиеся конденсаторы С5 и С6 емкостью по 240 пФ и установив новые по 120 пФ согласно схеме рис. 25.2. Планки новых диапазонов устанавливают в свободные ячейки или заменяют диапазоны, которыми мало пользуются.



Рис. 25.2. Принципиальная схема входных и гетеродинных катушек диапазона 80 м


Для приема диапазона 160 м берется планка и переделывается согласно схеме рис. 25.3. Вначале сматываются старые катушки и наматываются новые, которые должны иметь следующее количество витков: L9 — 60 витков провода ПЭВ-2 0,2 с отводом от 17 витка, L10 — 20 витков провода ПЭВ-2 0,2, L11 — 10 витков провода ПЭВ-2 0,18 и L12 — 58 витков провода ПЭВ-2 0,18 с отводом от 18 витка.



Рис. 25.3. Принципиальная схема входных и гетеродинных катушек диапазона 160 м


Настраивают планки в такой последовательности. Вращают сердечники гетеродинных катушек L4, L8 и L12 до положения, когда будут приниматься радиолюбительские станции соответствующего диапазона, а после этого, вращая сердечники катушек L1, L5 и L9, добиваются наибольшей громкости приема.

После такой модернизации на радиоприемник можно будет принимать любительские станции, работающие с амплитудной модуляцией.

При приеме телеграфных сигналов (CW) требуется дополнительный гетеродин — телеграфный, например, собранный по схеме рис. 25.4.



Рис. 25.4. Принципиальная схема телеграфного гетеродина


В конструкции этого генератора можно использовать любой маломощный транзистор серий МП39…МП42 со статическим коэффициентом передачи тока 40…60. В качестве контура L1, С2 подойдет контур УРЧ вещательного радиоприемника, либо самодельный, намотав 32x3 витков провода ЛЭШО 5x0,06 на стандартный трехсекционный каркас, и поместить его в ферритовые чашки марки 600НН диаметром 8,6 с подстроечными сердечниками длиной 12 мм из того же материала. Телеграфный гетеродин собирают на небольшой печатной плате и помещают внутри корпуса приемника недалеко от каскадов УРЧ. Подбирая емкость конденсатора С2 или вращая сердечник катушки, устанавливают наиболее приемлемую тональность телеграфных сигналов.

В принципе перестроить на любительский диапазон 160 м можно любой радиовещательный радиоприемник, в частности и переносной, без измерительных приборов. Сделать это можно так. Снять заднюю крышку приемника, включить его и настроиться на радиостанцию, работающую на частоте 1600 кГц, как правило, на этой частоте работает радиостанция «Маяк». Найти на монтажной плате гетеродинную катушку и, взяв отвертку, вывернуть ее подстроечный ферритовый стержень, сделав ею один полуоборот. Прием «Маяка» исчезнет, так как диапазон сдвинулся. После нужно опять попытаться настроиться на «Маяк». Теперь он должен приниматься на делении шкалы «1200 кГц» или около. Если нет, тогда, вращая гетеродинный сердечник, добиваются приема радиостанции «Маяк» на частоте 1200 кГц.

После этого подстраивают входные контурные катушки. У приемника, имеющего магнитную антенну, сдвигая катушку СВ, добиваются максимальной громкости приема принимаемой станции. Если приемник имеет внешнюю антенну, то, вывинчивая подстроечный сердечник его входной катушки, также добиваются максимальной громкости приема принимаемой станции. После этого приемник будет принимать любительские радиостанции на участке от 2000 кГц до 925 кГц.

25.3. Прием SSB сигналов

В настоящее время в радиолюбительском эфире работает очень мало AM станций, основная масса работает телеграфом (CW) или с однополосной модуляцией (SSB). Сокращенное название SSB составлено из начальных букв английских слов Single Side Band, означающих одна боковая полоса. Диапазоны 20 и 40 метров есть на широковещательных радиоприемниках с коротковолновыми диапазонами, но услышать радиопереговоры радиолюбителей использующих SSB не представляется возможным. Дело в том, что коротковолновики ведут свои передачи несколько отлично, нежели радиовещательные станции. Они ведут передачу более экономно. Передатчики радиолюбителей посылают в антенну только необходимую для передачи информацию. Это дает возможность сэкономить много электроэнергии и получить хорошую слышимость на большом расстоянии. Все это позволяет разместить на узком любительском диапазоне работу большого количества радиостанций. Если рассмотреть спектр частот типичной радиовещательной радиостанции (рис. 25.5. а), то видно, что сильная, однородная несущая волна передается непрерывно даже в том случае, когда нет передачи, например, в перерывах между передачами, словами, предложениями и звуками. Практически несущая волна не передает никакой информации. Информация содержится в боковых полосах. Различают нижнюю и верхнюю боковые полосы, которые идентичны и представляют зеркальное отображение друг друга. Зная все это, радиолюбители передают только одну боковую частоту (рис. 25.5. б). Это и есть однополосный сигнал SSB, представляющий собой амплитудно-модулированное колебание с подавленными одной боковой и несущей.



Рис. 25.5. Спектр частот широковещательной радиостанции (а) и SSB сигнала (б)


В месте приема передачи сигнала SSB, чтобы его продетектировать необходимо восстановить несущую. Недостающая ее часть воспроизводится достаточно простым способом.

После суммирования принятой части с воспроизведенной появляются звуки, переданные любителем. Хотя радиовещательные приемники не имеют возможности это сделать и поэтому не могут помочь услышать передачи радиолюбителей, но такая возможность все же может появиться у приемника, если его дополнить специальным устройством. В этом случае можно услышать коротковолновиков, работающих как телефоном, так и телеграфом. Таким устройством может быть простой генератор несущей волны (рис. 25.6).



Рис. 25.6. Принципиальная схема генератора восстановления несущей


Настройка частоты генератора электронная. Его частота определяется индуктивностью катушки L1, емкостью конденсатора С5 и емкостью р-n перехода стабилитрона VD1. Настройка производится изменением напряжения на стабилитроне с помощью переменного резистора R5. Чем больше напряжение на стабилитроне, тем меньше его емкость р-n перехода, тем, следовательно, больше частота колебаний контура генератора. Диапазон генерируемых частот устанавливается подбором емкости С5 в пределах 51…100 пФ.

В контуре генератора можно использовать кремниевые стабилитроны типа КС182, КС182А или ранних выпусков Д808, Д809, Д814.

Вместо указанного на схеме транзистора КТ315 можно использовать любые другие высокочастотные транзисторы с коэффициентом усиления 50…100. Катушка L1 бескаркасная и содержит 25 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,7 мм, намотанных на оправке диаметром 12 мм виток к витку. Детали генератора размещаются на печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита. Если при подключении источника питания ток, потребляемый устройством, составляет около 0,7 мА, то никакой наладки дальше делать не нужно. В противном случае необходимо подобрать резистор R1. В вечернее время включают радиоприемник и настраивают его немного левее отметки 40 м, в сторону более низких частот. В этом месте должны быть слышны неразборчивые звуковые сигналы, напоминающие искаженную речь. Следует как можно точнее настроиться на более сильный сигнал. После располагают генератор возле приемника. Включают генератор и, медленно вращая ось резистора R5, пытаются совместить сигнал генератора и радиолюбительской станции. Иногда для лучшего совмещения приходится сдвигать или раздвигать витки катушки. В момент совмещения непонятные звуки должны стать разборчивыми.

Приобретя опыт, наблюдатель в дальнейшем, выполнив определенные требования, может получить право на самостоятельную работу в эфире, то есть приобрести собственную радиостанцию для работы в любительских диапазонах. Индивидуальные любительские радиостанции в нашей стране делятся на 2 вида (КВ и УКВ), которые, в свою очередь, подразделяются на категории в зависимости от квалификации радиолюбителя. Отметим некоторые из условий, которые требуются для того, чтобы иметь собственную радиостанцию: пробыть наблюдателем не менее 6 месяцев, провести 1000 наблюдений, получить определенное количество подтверждающих QSL-карточек (см. словарь) от радиолюбителей различных областей России и зарубежных стран мира, иметь собственный КВ или УКВ приемник, принимать и передавать телеграфом со скоростью не менее 60 знаков в минуту (для коротковолновиков) и т. д. Выполнив соответствующие требования и сдав квалификационный экзамен комиссии, наблюдатель получает разрешение на постройку радиостанции третьей категории. После проверки станции общественным контроллером и при его положительном отзыве, наблюдатель получает разрешение на работу в эфире.

25.4. Мелодии радиоэфира

Азбука Морзе

Рекорды сверхдальних связей радиолюбители устанавливают с помощью телеграфа. В этом случае в эфир передается не речь, а бесконечная песня из точек и тире — азбука Морзе. Такой тонкий сигнал имеет лучшее прохождение в эфире. Для того чтобы пользоваться телеграфом, необходимо знать азбуку Морзе.

Радиотелефонная или радиовещательная станция занимает в эфире определенную полосу частот. Структура полосы зависит от состава модулирующего низкочастотного сигнала. При отсутствии модуляции радиостанция излучает колебания только несущей частоты. В процессе амплитудной модуляции в соответствии с изменением тока высокой частоты в антенне изменяется и излучаемая в пространство мощность. Если при отсутствии модуляции излучается мощность Р, то при максимальной 100 % модуляции излучается мощность 4Р. В то же время слышимость радиотелефонной станции определяется, в основном, мощностью боковых полос, которая при 100 % модуляции составляет 0,5Р. Рассмотренное говорит о том, что мощность радиостанции используется не совсем рационально.

При телеграфном режиме мощность радиостанции используется более эффективно. Так, передающая антенна радиостанции излучает в эфир смодулированные незатухающие колебания, которые прерываются в такт с телеграфными сигналами. Преобразование немодулированных колебаний в звуковые сигналы при приеме на слух производятся в самом радиоприемнике. Сила принятого сигнала радиостанции, работающей в телеграфном режиме, определяется, в основном, мощностью на несущей частоте, условия приема в данном случае лучше, чем при телефонном режиме. Для передачи без искажений телеграфного сигнала требуется обеспечить прохождение очень узкой полосы частот. В связи с этим для приема телеграфных сигналов применяют, как правило, узкополосные приемники, имеющие большую чувствительность, чем приемники для приема вещательных станций.

Исходя из этого следует, что с помощью радиотелеграфа можно установить связь на более значительное расстояние, чем при работе телефоном. Это достигается благодаря рациональному использованию мощности передатчика, большой помехоустойчивости связи и применению особо чувствительных узкополосных радиоприемников.

Для изучения азбуки Морзе необходимо собрать генератор, который бы вырабатывал сигналы в виде точек и тире. Схема такого простого генератора приведена на рис. 25.7.



Рис. 25.7. Принципиальная схема генератора для изучения азбуки Морзе


В генераторе можно использовать любой транзистор обратной проводимости с коэффициентом усиления более 30. Если же использовать транзистор прямой проводимости, например, типа МП42Б, то в этом случае необходимо изменить полярность подключения батареи GB1. Генератор собирают на небольшой печатной плате, сделанной методом вырезания дорожек. Плату помещают в пластмассовую коробочку, имеющую внутри клеммы для подключения гальванических элементов, а на одной из боковых сторон — гнезда для подключения наушников BF1 и телеграфного ключа Q1. Если устройство собрано из исправных деталей, то при замыкании ключа в наушниках должен прослушиваться ровный звуковой шум, свидетельствующий о том, что генератор работает. Важной деталью генератора является телеграфный ключ, он может быть самодельный или промышленного изготовления. Лучше всего начать работать промышленным ключом, это позволит с самого начала правильно поставить руку при передаче (рис. 25.8).



Рис. 25.8. Правильное положение пальцев на головке телеграфного ключа


Изучать азбуку Морзе лучше всего вдвоем с товарищем или в группе, один передает сигналы Морзе, а другой их принимает. Телеграфная азбука Морзе приведена в табл. 25.2.




При изучении телеграфной азбуки следует придерживаться таких правил:

• Изучать азбуку по группам:

1. Е, И, С, X, 5, точка;

2. Т, М, О, Ш, 4, ноль;

3. А, У, Ж, 4, запятая;

4. Н, О, Б, 6, знак раздела;

5. В, Ю, Й, 1, 2, 3;

6. Г, 3, Ч, 9, 8, 7;

7. Р, П, Л, Ф, Я, Э;

8. К, Ь, Ы, Ц, Щ.

• Головку ключа необходимо держать тремя пальцами — большим и средним с боков. Локоть руки держат на уровне головки.

• При передаче «тире» необходимо нажать ключ и сосчитать до трех и отпустить. Все тире должны быть равны по времени. При передаче точки нажать ключ и сосчитать «раз» и отпустить. Для удобства передачи можно считать вслух. Для быстрого запоминания букв в свободные минуты насвистывают или напевают мелодию букв азбуки.

• Заучивать буквы надо на слух в целом, как музыкальную фразу. Например, букву «Ф» (.._.) можно спеть как «те-тя Ка-тя», а цифру 2 (.._ _ _) как «я на горку шла». Нив коем случае нельзя запоминать, сколько в букве тире и точек, так как при большой скорости передачи все тире и точки сливаются в определенную музыкальную мелодию, которую надо принимать только на слух, при этом считать знаки будет некогда.

• При передаче букв пауза между знаками должна быть очень короткой, а между словами чуть длиннее.

Следует заметить, что полученные юношами знания в радиоспорте могут быть полезными не только в гражданской жизни, но и при их службе в армии.

25.5. Трансивер SSB

Трансивер предназначен для проведения радиолюбительской связи с однополосной модуляцией в одном из выбранных диапазонов 160 м, 80 м и 40 м.

Параметры приемного тракта:

• чувствительность при отношении сигнал/шум 10 дБ… не хуже 1 мкВ;

• избирательность по зеркальному каналу… не хуже 40 дБ;

• диапазон ручной регулировки усиления… не менее 60 дБ.

Параметры передающего тракта:

• выходное пиковое напряжение на нагрузке 50 Ом… не менее 50 мВ;

• подавление побочных каналов… не хуже 40 дБ.

Трансивер функционально состоит из трех узлов: А1 — основная плата (приемопередающий тракт, УЗЧ, кварцевый гетеродин 500 кГц), А2 — генератор плавного диапазона (ГПД), А3 — усилитель мощности (рис. 25.9).



Рис. 25.9. Функциональная схема трансивера SSB


Принципиальная электрическая схема основной платы представлена на рис. 25.10, а на рис. 25.11 — схема ГПД.



Рис. 25.10. Принципиальная схема основной платы трансивера SSB



Рис. 25.11. Принципиальная схема генератора плавного диапазона трансивера SSB


В обозначениях деталей первая цифра указывает номер узла, в котором находится деталь. В режиме приема ВЧ сигнал поступает через антенный разъем Х4, контакты антенного реле К2.1 на основную плату А1 (рис. 25.9). Сигнал, выделенный двухконтурным полосовым фильтром, подается на вывод 3 смесителя 1DA1 (рис. 25.10). На выводы 5, 7 через контакты реле 1K1.1 и трансформатор 1Т1 поступает напряжение ГПД. Нагрузкой смесителя является ЭМФ 1Z1, который выделяет сигнал ПЧ нужной боковой полосы. С выхода ЭМФ сигнал поступает на выводы 2, 3 смесителя 1DA2. На выводы 5, 7 этой микросхемы через контакты реле 1К1.2 и трансформатор 1Т2 поступает напряжение кварцевого гетеродина. Нагрузкой смесителя по звуковой частоте является резистор 1R6. Через фильтр нижних частот, состоящий из элементов 1С16, 1L6, 1С23, сигнал звуковой частоты поступает на усилитель 1DA3 с коэффициентом усиления около 40 дБ и далее на головные телефоны (наушники). Регулировка усиления приемного тракта производится переменным резистором R2 путем изменения питающего напряжения микросхемы 1DA1.

В режиме передачи следует нажать кнопку S1 «ТХ», через контакты которой подается напряжение на реле К1. С помощью контактов реле К1.1 осуществляется коммутация питающего напряжения. При подаче напряжения +12 В на контакт 8 узла А1 происходит включение электретного микрофона BMI. Сигнал с микрофона через фильтр нижних частот, состоящий из элементов 1С2, 1L2, 1С6, подается на вывод микросхемы 1DA1. Вывод 3 для напряжения звуковой частоты заземлен через конденсатор IC8 и часть индуктивности 1L3. Для точной балансировки смесителя используется подстроечный резистор 1R3. При подаче напряжения 12 В на контакт 7 узла А1 срабатывает реле 1К1. При этом напряжение кварцевого гетеродина поступает на микросхему 1DA1, а напряжение ГПД поступает на микросхему 1DA2. Сформированный DSB, а после фильтрации в ЭМФ SSB сигнал промежуточной частоты микросхемой 1DA2 преобразуется в сигнал нужной частоты любительского диапазона. Нагрузкой смесителя 1DA2 по высокой частоте является двухконтурный полосовой фильтр, состоящий из 1С18, 1L4, 1С19, 1С20, 1L5. Через контакт 15 узла А1 высокочастотный сигнал подается на вход усилителя мощности (АЗ). Индикатором выходной мощности служит токовый трансформатор Т1, с детектором VD3 (рис. 25.9). Показания микроамперметра 31 пропорциональны току в нагрузке.

ГПД собран по схеме «емкостной трехтонки» (рис. 25.11). Настройка на нужную станцию производится конденсатором переменной емкости С3. Диапазон перестройки составляет 4,1…4,15 МГц. Питание ГПД осуществляется от стабилизатора напряжения, имеющегося в узле А1.


Детали

В трансивере используются малогабаритные резисторы и конденсаторы. Реле 1К1 типа РЭС47 (паспорт РФ4.500.432), К1 — РЭС10 (паспорт РС4.524.303) или аналогичное с допустимым током коммутации не менее 1А. Реле К2 типа РЭС49, РЭк23 или подобное малогабаритное. Для 80 м диапазона катушки имеют следующие данные. Катушки 1L1, 1L3, 1L4, 1L5 намотаны на каркасах диаметром 5 мм с подстроенными сердечниками из феррита 100НН и содержат по 30 витков провода ПЭВ-2 0,1. Отводы у катушек 1L1 и 1L5 сделаны от 6 витка, считая от заземленного конца; отвод у катушки 1L3 сделан от середины обмотки.

Дроссель 1L2 — стандартный ДПМ-0,1 индуктивностью 100 мГн, а дроссель 1L6 намотан на ферритовом кольце К10х6х3 марки М2000НН и имеет 200 витков провода ПЭВ-2 0,1. Трансформаторы 1Т1 и 1T2 намотаны на ферритовых кольцах К7х4х2 марки М1000НН. Намотка ведется в два провода по 30 витков провода ПЭВ-2 0,2. Катушка 2L1 намотана на каркасе 016 мм с подстроечными сердечниками из феррита 100НН и содержат 30 витков провода ПЭВ-2 0,8. Трансформатор Т1 (рис. 25.9) изготовлен на таком же магнитопроводе, что и трансформаторы 1Т1, 1Т2. В качестве первичной обмотки используется антенный провод, пропущенный сквозь кольцо. Вторичная обмотка содержит 6 витков провода ПЭВ-2 0,2. Микрофон. ВМ1 типа МКЭ332 или подобный. При отсутствии фильтра ЭМФДП-500В-3.1 можно применить фильтр ЭМФ-9Д-500-ЗВ, включив его по схеме рис. 25.12.



Рис. 25.12. Принципиальная схема включения фильтра ЭМФ-9Д-500-38 вместо ЭМФДП-500В-3.1 на рис. 25.10


Прибор Р1 — любой микроамперметр с током полного отклонения 50…200 мкА. В качестве головных телефонов можно использовать любые стереонаушники для плейеров, например, отечественные ТДС-9Б.


Настройка

Настройку трансивера начинают с платы А2. Подстройкой катушки 2L1 и при необходимости конденсатором 2C1 устанавливают рабочий диапазон перестройки ГПД 4,1…4,15 МГц с некоторым запасом (10…20 кГц) по краям диапазона. Переключив трансивер в режим приема, настраивают входной двухконтурный полосовой фильтр по максимальной громкости приема, после этого подбирают емкости конденсаторов 1C10 и 1C12. После этого переключают трансивер в режим передачи, подключают высокочастотный милливольтметр к выходу ЭМФ и при отключенном микрофоне производят балансировку смесителя подстроечным резистором 1R3 по максимальному подавлению несущей.

Подав на микрофонный вход с генератора сигнал звуковой частоты с уровнем 3…5 мВ, подсоединяют милливольтметр к контактам 14 и 15 платы А1 и настраивают выходной полосовой фильтр по максимальному уровню высокочастотного сигнала в рабочем диапазоне частот. На этом заканчивается настройка малосигнальной части трансивера.

Измеритель выходной мощности передатчика настраивают при работе усилителя мощности на согласованную нагрузку. В режиме передачи на микрофонный вход трансивера подают сигнал звуковой частоты с генератора. Подбирая сопротивление резистора R3 устанавливают стрелку прибора Р1 в удобном для отсчета секторе шкалы. При работе трансивера на реальную антенну по снижению показаний прибора Р1 можно судить о степени согласования антенны с передатчиком.

При изготовлении многодиапазонного трансивера для упрощения коммутации выходных диапазонных фильтров в схему узла А1 следует внести изменения согласно схемы рис. 25.13.



Рис. 25.13. Принципиальная схема коммутации выходных диапазонных фильтров при изготовлении многодиапазонного трансивера SSB

25.6. Микрофонный усилитель трансивера

Низкочастотный сигнал, подаваемый на модулятор (смеситель) трансивера, как известно, не должен превышать определенного уровня, за которым появляются значительные нелинейные искажения. Появление таких искажений ухудшает качество передающегося сигнала. Предотвратить появление нелинейных искажений можно, если микрофон подключать к трансиверу через специальный усилитель.

Схема такого микрофонного усилителя представлена на рис. 25.14.



Рис. 25.14. Принципиальная схема микрофонного усилителя трансивера


Усилитель собран на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером. Усиленный сигнал через конденсаторы С4 и С5 поступает на ограничитель, выполненный на германиевых диодах VD1 и VD2. Сигнал, в зависимости от типа используемых диодов, ограничивается до уровня 100…200 мВ. Ограниченный сигнал через С6, R4 и С7, R6 поступает на базу транзистора VT2. Каскад на транзисторе VT2 представляет собой обычный эмиттерный повторитель, который позволяет подключить микрофонный усилитель к любым смесителям. Дополнительная регулировка уровня выходного сигнала от нуля до порога ограничения диодов производится переменным резистором R4. Включение переменного резистора R4 после ограничителя сигнала, а не на входе усилителя, значительно упрощает налаживание трансивера на передачу. Эта особенность микрофонного усилителя показывает свои преимущества в схемах трансиверов, в которых отсутствует регулировка усиления по ПЧ в режиме передатчика, а также в трансиверах прямого преобразования. Для предотвращения возможного самовозбуждения, в схему усилителя включены резисторы R1 и R5. Кремниевый диод VD3 служит для упрощения коммутаций «прием-передача».

Усилитель не критичен к типу радиодеталей, главное, чтобы они были исправны и малогабаритные. Все детали микрофонного усилителя монтируются на небольшой печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Плату желательно поместить в металлический корпус для предотвращения различного типа наводок.

Налаживание микрофонного усилителя сводится к подбору значения сопротивления резистора R2, при котором на коллекторе транзистора VT1 напряжение равно 1/2 Uпит и подбору R6, при котором на эмиттере транзистора VT2 напряжение также равно 1/2 Uпит.

Эксплуатация описанного микрофонного усилителя на радиолюбительских радиостанциях показывает, что ему присуще хорошее качество сигнала и отсутствие искажений при значительном изменении уровня сигнала с микрофона трансивера.

Шаг 26 Конструирование радио- и телеантенн

26.1. Радиоантенны для приема радиовещательных станций

Находясь вдали от передающих антенн радиовещательных станций, для увеличения дальнобойности приемника и улучшения приема, как правило, подключают к радиоприемникам наружную антенну, а иногда и заземление. Выбор типа антенны зависит от конкретных условий приема в данной местности. Установить антенну на открытой местности, на даче или в деревне не очень сложно. Сложнее это сделать в больших жилых домах, где нет места для проводки антенны. В любом случае, антенна должна быть как можно длиннее (минимум 5…10 м). Ее надо вертикально или, в крайнем случае, наискось подвесить на открытом пространстве. Провод антенны должен находиться как можно дальше от стен здания, деревьев, столбов, проводов и т. д. От правильности сделанной антенны зависит качество и сила звука радиоприемника. Если в приемник от антенны будет приходить мало энергии, то он будет работать неудовлетворительно.

Форм антенн существует очень много, но наиболее распространенными, благодаря своей простоте, являются так называемые Г-образные и Т-образные. В зависимости от того, в каком месте антенны делается снижение провода, который соединяет горизонтальную часть антенны с приемником, антенна и получает свое название. Если антенна имеет снижение в начале горизонтальной части, напоминая своим видом букву «Г», то ее называют Г-образной (рис. 26.1).



Рис. 26.1. Конструкция Г-образной радиоантенны


Если снижение сделано в ее средней части, то антенна — Т-образная. Г-образная антенна чаще применяется в сельской местности, где нет сильных помех радиоприему (рис. 26.1). Эта антенна хорошо работает с детекторным приемником. Т-образная антенна по качеству приема не уступает Г-образной. Она хорошо работает с детекторным приемником, если ее высота и длина такие как у Г-образной антенны. Горизонтальная часть антенны обычно делается из специального бронзового канатика, если его нет, то можно использовать любой провод диаметром 1,5…4 мм. Материал провода особого значения не имеет. Можно применить даже стальной провод, желательно, чтобы он был оцинкованный. Если провод имеет шелковую изоляцию или ей подобную, ее необходимо снять, так как она во время дождя намокнет и утяжелит антенну, что может привести к ее обрыву.

Горизонтальную часть антенны располагают на высоте не менее 2…3 метров от земли или крыши дома. Необходимо заметить, что при приеме на внешнюю антенну большое значение имеет высота антенны над землей. Чем выше будет подвешена антенна, тем лучше будет работать приемник. У Г-образной антенны горизонтальная и вертикальная (снижение) части должны быть выполнены из одного куска провода или канатика. В то время как у Т-образной антенны снижение обязательно припаивают. Горизонтальная часть антенны составляет обычно 15…20 м, в условиях сельской местности ее увеличивают до 40 м. Практически между антенной длинной 10 м и 30 м нет никакой разницы в силе принятых сигналов. Значительно более короткая антенна проигрывает в коэффициенте полезного действия. Более длинная антенна не примет больше станций, а лишь примет больше местных помех, т. е. помех, возникающих в районе от работы электрических установок. Горизонтальная часть антенны крепится на цепочке изоляторов. В цепочке должно быть не менее 2 изоляторов, обычно устанавливают по 3 изолятора с каждой стороны антенны. Делается это с целью избежать токов утечки между антенной и мачтами крепления. Изоляторы используют различного типа промышленного изготовления, обычно орешковые. Если нет орешковых роликов, то можно использовать обычные фарфоровые, которые используются для открытой комнатной электропроводки. В крайнем случае, можно изготовить антенные изоляторы из прямоугольных кусочков текстолита, гетинакса или дерева, размером 300x100 мм. Дерево должно быть твердой породы: дуб, бук или береза. После вырезки дощечек их необходимо проварить в парафине в течение 1 часа и только потом использовать как изоляторы.


Установка внешней антенны

Установку внешней антенны обычно начинают с выбора места. Антенна должна располагаться подальше (порядка 10 м) от высоковольтных линий электропередач, радиотрансляционных линий и других антенн. Один конец антенного провода крепится к цепочке изоляторов, которая, в свою очередь, прикрепляется стальной проволокой к деревянному шесту или высокому дереву. Другой конец антенны, который будет подключаться к приемнику в случае Г-образной антенны укрепляют на крыше дома аналогично первому. У Т-образной антенны конец закрепляют, предварительно припаяв снижение антенны в ее средней части. Место пайки необходимо обязательно защитить от воздействия внешней среды и покрыть влагозащитной краской или липкой изоляцией. С целью предотвращения обрыва горизонтального провода антенны при сильном ветре желательно один из ее концов крепить с помощью блока и груза. Подбирая массу груза, можно регулировать натяжение провода антенны. Если деревья, к которым крепится антенна, не очень высокие и необходимо увеличить высоту подвеса антенны, то на вершинах деревьев крепят деревянные шесты.

Снижение антенны вводят в помещение через предварительно сделанное отверстие в стене или оконной раме. В отверстие желательно вставить фарфоровую или резиновую трубку и уже через них вводить снижение антенны. Снижение подводится вертикально таким образом, чтобы оно не касалось стен и крыши. Провод снижения должен проходить на расстоянии 30 см от стены дома, чем дальше, тем лучше. С этой целью его прикрепляют к изолятору, находящемуся на специальной стойке, укрепленной на крыше.

В больших городах, где много различных промышленных помех, иногда устанавливают самую простую внешнюю антенну, вертикальную или штырьевую. Эта антенна подобна снижению антенны. Сделать такую антенну гораздо проще, чем вышеупомянутые. Вертикальная антенна дает меньшее напряжение сигнала, нежели Г- и Т-образные антенны и имеет коэффициент полезного действия до 75 %. Такую антенну применяют только для ламповых и транзисторных приемников, у которых есть запас чувствительности. Детекторный приемник работает с такой антенной удовлетворительно в том случае, если она поднята на высоту более 20 метров. Конструктивно вертикальная антенна представляет собой металлический штырь длиной 2…6 м, закрепленный на изоляторе, установленном на высоком шесте. Иногда свободный конец штыря расщепляют на три части. Другой вариант конструктивного исполнения такой антенны представляет шест, к вершине которого крепится провод антенны через два изолятора. Вертикальная антенна работает лучше всего, если она настроена таким образом, что имеет длину l, равную l = 1/4, где l — длина рабочей волны.

Известные типы антенн, метелки, ежи и т. д. по существу являются штырьевыми антеннами и своими формами и усложнениями не увеличивают коэффициент полезного действия. Штырьевую антенну желательно устанавливать как можно выше над землей. Нужно помнить, что железная крыша или заземленная труба представляют собой землю. Исходя из этого, установка антенны на пятиэтажном или семиэтажном доме мало скажется на коэффициенте полезного действия антенны.


Заземление

Кроме самой антенны и снижения, составной частью каждого радиоприемника является заземление, которое как бы есть вторым полюсом антенного устройства. Надежное заземление особенно необходимо для радиоприемников с невысокой чувствительностью, например, детекторных. Заземление, к тому же защищает радиоприемник от ударов молнии в антенну. Заземление представляет собой закопанный в землю металлический лист с припаянным к нему проводником, который включается в гнездо «Земля» радиоприемника.

Главным для заземления является то, чтобы земля, в которую закопан лист, была достаточно влажной, то есть была хорошим проводником. На даче или в сельской местности заземление можно сделать таким образом (рис. 26.2).



Рис. 26.2. Варианты устройства заземления


Взять ненужный металлический предмет, например, оцинкованное ведро, корыто и т. д. Главное, чтобы он не был покрыт краской. К металлическому предмету припаивают железный или медный провод диаметром 3…4 мм и место пайки покрывают масляной краской. Выкопав яму глубиной 1… 1,5 м, кладут в нее сделанную деталь, закапывают и плотно утрамбовывают землю. Для повышения качества заземления, в яму насыпают слой древесного угля.

Древесный уголь легко втягивает воду и долго удерживает влажность, увеличивая тем самым электропроводность. Время от времени при сухой погоде необходимо поливать водой или еще лучше раствором поваренной соли (стакан соли на ведро воды) место расположения заземления. Если же поблизости есть колодец, то его можно использовать для установки заземления. Для этого на его дно опускают оцинкованный лист железа или оцинкованное ведро, с припаянным толстым медным проводом диаметром 1,5…2 мм, который будет использоваться для подключения к приемнику. Этот провод можно закопать в землю на небольшую глубину, чтобы удобно было его подвести к приемнику. Перед опусканием в колодец такой конструкции заземления, необходимо металлический лист и провод залудить (покрыть слоем олова). Это делается с целью предотвращения отравления воды.

Сделать качественное заземление в сельской местности как видим не проблема, в то время как в городе это не всегда удается. Чаще всего приходится мириться с несовершенством сделанного заземления. В городе лучше использовать в качестве заземления водопроводные трубы. Место на водопроводной трубе тщательно очищается от краски и ржавчины. Лучше поверхность зачистить до блеска, так как плохой контакт является источником помех. На подготовленное место крепят с помощью винта и гайки металлическую скобу, к которой и припаивают заземление. Для заземления можно использовать и трубы центрального отопления, но качество его в этом случае будет ниже. Нужно ПОМНИТЬ, что использовать в качестве заземления газовые трубы и телефонные кабели строго запрещается.

Заведенные в помещение снижение антенны и провод заземления подсоединяют к грозовому переключателю (рис. 26.3).



Рис. 26.3. Конструкция грозового переключателя


Переключатель необходим для отключения антенны от приемника и переключения ее на заземление при приближении грозы, а также после окончания радиоприема. Лучше всего держать антенну заземленной и подключать ее только при радиоприеме. Заземленная антенна представляет собой хороший молниеотвод. Следуя этому правилу, вы полностью обезопасите себя при пользовании радиоприемником. Если не удастся достать готовый грозовой переключатель, то его можно сделать самому. Для этого вырезают металлические полоски шириной 10 мм и делают из них 6 уголков с отверстиями диаметром 3 мм для крепления. Далее вырезают из металла две одинаковые пластинки размером 20x200 мм с зубцами. Нож переключателя представляет собой прямоугольную пластину 10x90 мм из листовой латуни толщиной 1 мм. На одном конце ножа закрепляют деревянную или пластмассовую ручку, а на другом — отверстие диаметром 3 мм. Собирают переключатель на панели размером 160x40 мм из дерева или пластмассы.

Только теперь, когда антенна, заземление и грозовой переключатель готовы, можно пользоваться внешней антенной для приема радиопередач промышленным или самодельным радиоприемником.

26.2. Антенны для радиолюбительских диапазонов

Антенны, используемые в радиолюбительской связи, несколько отличаются от антенн для приема широковещательных станций. Важным элементом любой радиолюбительской радиостанции является антенно-фидерное устройство, которое состоит из излучающей или принимающей антенны и фидера. Фидер представляет собой линию питания, по которой электромагнитная энергия передается от антенны к радиоприемнику или от радиопередатчика к антенне. Формы, размеры и конструкции антенно-фидерных устройств разнообразны и зависят от их назначения. Правильный выбор антенны во многом определяет устойчивость, качество и дальность радиосвязи. Конструируя и совершенствуя аппаратуру радиосвязи, необходимо правильно рассчитать и изготовить антенну, выбрать оптимальное место для ее установки. В противном случае, даже при большой мощности передатчика, установление дальних радиосвязей станет проблемой.

Для успешной работы в эфире радиолюбители имеют несколько типов антенн, которые подключают в зависимости от используемого диапазона. Приведем описание некоторых типов антенн для популярных любительских диапазонов 28,0…29,7 и 144… 146 МГц.


Антенна типа «американка»

Антенна типа «американка» представляет собой простейшую антенну для 10-метрового диапазона (рис. 26.4).



Рис. 26.4. Конструкция антенны типа «американка» для радиолюбительских диапазонов


Антенна имеет излучение типа «восьмерки», перпендикулярное горизонтальному проводнику. Для ее изготовления необходим антенный канатик или медный провод диаметром 3…4 мм.

Штырьевая антенна имеет круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и небольшой угол излучения (рис. 26.5).

С ее помощью в 10-метровом диапазоне удаются дальние связи. Антенна состоит из штыря (металлическая труба диаметром 10…15 мм) и противовесов (изготовляются из антенных канатиков). Четыре противовеса расположены к горизонту под углом 45°, а к друг другу и под углом 90°. Противовесы у основания штыря соединены между собой. Штырь и противовесы изолированы друг от друга. В качестве снижения используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Центральная жила кабеля подключена к штырю, а оплетка — к противовесам.



Рис. 26.5. Штырьевая антенна для радиолюбительских диапазонов


Антенна «двойной квадрат»

Антенна «двойной квадрат» имеет оптимальные размеры, большую направленность в вертикальной плоскости и пологий угол излучения (рис. 26.6). На диапазоны 28,0; 21,0; 14,0 МГц антенна изготовляется из антенного канатика, укрепленного на каркасе, изготовленном из бамбука или другого дерева. Конструктивно антенна состоит из двух рамок, находящихся на расстоянии (0,1…0,25)l друг от друга, — длина волны. Одна из рамок является активным вибратором, а другая — рефлектором. Антенна излучает в одном направлении, обратное излучение у нее сильно ослаблено. Коэффициент усиления этой антенны составляет 8…10 дБ. Входное сопротивление антенны составляет 75 Ом, если рамки находятся на расстоянии 250 мм. Это позволяет питать антенну коаксиальным кабелем с соответствующим волновым сопротивлением.



Рис. 26.6. Варианты антенны «двойной квадрат» для радиолюбительских диапазонов


Антенна типа «волновой канал»

Антенна типа «волновой канал» имеет усиление около 14 дБ и волновое сопротивление 90 Ом (рис. 26.7). Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости составляет 240, полоса пропускания ±1,5 МГц, что позволяет практически работать во всем диапазоне частот без потерь. Симметрирование антенны с коаксиальным кабелем осуществляется с помощью симметрирующего устройства (рис. 26.8). Антенна изготовляется из медных или дюралюминиевых трубок диаметром 8… 10 мм, которые крепятся на несущей трубке из того же материала длиной 2,5 м и диаметром 20…25 мм.

При установке мачты для крепления антенны необходимо предусмотреть грозозащиту антенн. С этой целью заземляют мачту проводом диаметром 10 мм. Следует помнить, что на хорошую работу радиостанции влияет также и состояние заземления. Поэтому за ним необходимо регулярно следить и время от времени поливать его водой. Использовать водопровод и трубы центрального отопления нельзя.



Рис. 26.7. Конструкция антенны «волновой канал» для радиолюбительских диапазонов



Рис. 26.8. Симметрирующее устройство антенны «волновой канал»

26.3. Простые телевизионные антенны

В зависимости от условий приема при выборе телеантенны руководствуются такими основными ее параметрами: диаграммой направленности, коэффициентом усиления и входным сопротивлением. Рассмотрим конструкции некоторых простых телеантенн доступных в изготовлении начинающими радиолюбителями.


Антенна на 12 каналов

Для приема программ в метровом диапазоне при небольшом расстоянии от телецентра (в зоне уверенного приема) радиолюбители иногда используют простую антенну, конструкция которой представлена на рис. 26.9. Антенна состоит из двенадцати металлических трубок (лучей), которые приварены к двум полукольцам. Вся эта конструкция крепится к деревянной раме соответствующих размеров. Лучи антенны имеют длину 1500 мм и изготовляются из металлических трубок диаметром 10…20 мм. Трубки могут быть медные, латунные или алюминиевые. Деревянная рама имеет размеры 400x400 мм. На рис 26.9 показаны точки (а, б) подсоединения коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. К точке «а» припаивается оплетка кабеля снижения, а к точке «б» — его центральная жила.

Антенну располагают таким образом, чтобы ее плоскость была перпендикулярна направлению на телецентр.



Рис. 26.9. Телевизионная антенна на 12 каналов:

1 — металлические трубки, 2 — металлические полукольца, 3 — деревянная рамка


Логопериодическая антенна

В настоящее время широкое распространение получило телевизионное вещание на дециметровых волнах. Для качественного приема программ этого диапазона необходимы соответствующие антенны. В настоящее время имеет большое распространение так называемая логопериодическая антенна. Популярность антенны объясняется тем, что она имеет простую конструкцию и на нее можно принимать программы дециметрового диапазона (ДМВ), с 21-го по 60-й канал (470…790 МГц). Один из вариантов конструкции такой антенны представлен на рис. 26.10. Антенна может быть подключена к любому телевизионному приемнику отечественного или зарубежного производства, который рассчитан на прием сигналов ДМВ. Входное сопротивление антенны 75 Ом, что позволяет использовать коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Антенна принимает электромагнитные волны с горизонтальной и вертикальной поляризацией.



Рис. 26.10. Конструкция логопериодической наружной телеантенны для приема ДМВ


Конструкция антенны представляет собой две параллельные металлические трубки диаметром 16… 19 мм, у которых концы с одной стороны закреплены в отверстиях металлической пластины, а с другой — в текстолитовой, размеры пластин 87x30x5 мм. Крепление концов трубок приведено на рис. 26.10. В металлических трубках, вдоль их длин, на заданном согласно рис. 26.10 расстоянии, просверлены отверстия диаметром 3,3 мм и в них нарезана резьба М4. В полученные отверстия вкручено 14 директоров, изготовленных из прутка 05 мм, на одном конце каждого прутка, на длине 10 мм, нарезана резьба М4. Длины директоров, с учетом части длины конца с нарезанной резьбой, согласно номеру вибратора, указанному на рис. 26.10, приведены в табл. 26.1.

Коаксиальный кабель проходит внутри одной из трубок и распаян согласно рис. 26.10. После окончания сборки антенны необходимо места подпайки кабеля закрасить водостойкой краской для защиты места соединения от влаги. Антенна в особой настройке не нуждается, надо только ее направить в сторону телецентра, и после подпайки телевизионного штеккера она готова к работе.


26.4. Подключение нескольких телевизоров к одной антенне

Часто возникает ситуация, когда к одной телевизионной антенне надо подключить несколько телевизоров. В этом случае главное правильно согласовать волновые сопротивления фидеров антенны и телевизоров, обеспечив минимальное затухание сигнала. На рис. 26.11 приведена схема подключения трех телевизоров к одной телеантенне.



Рис. 26.11.Принципиальная схема подключения трех телевизоров к одной телеантенне


По такой же схеме можно подключить большое количество в разумных пределах телевизоров, но следует помнить, что с увеличением количества телевизоров, увеличится затухание сигнала. При расчетах таких схем подключения принимают, что волновые сопротивления фидеров и согласующих резисторов R1…R4 равны между собой. Тогда сопротивления согласующих резисторов определятся из следующей формулы

Rn = (n — 1)·(n + 1)·W,

где W — волновое сопротивление, n — количество телевизоров. Коэффициент передачи цепи определяется из выражения Кn = 1/n. В табл. 26.2 приведены значения коэффициента передачи цепи и согласующих резисторов в зависимости от количества подключаемых телевизоров, при использовании широкораспространенного кабеля с волновым сопротивлением W = 75 Ом. Если какой-нибудь выход согласующего блока не используется, то к нему следует подключить балластный резистор сопротивлением 75 Ом.


26.5. Двухканальная телеантенна

При значительной разности частот принимаемых телеканалов, как правило, используют одну широкополосную антенну или устанавливают столько антенн, сколько принимают каналов. В последнем случае используют кабель снижения для каждой антенны и подключение антенн производят простым подсоединением выбранного штеккера требуемой антенны к антенному гнезду телевизора. Чаще всего антенны соединяют через согласующее устройство и используют один кабель снижения. В этом случае удается иногда использовать достаточно простые антенны и без согласующих устройств. На рис. 26.12 представлена конструкция двухканальной телеантенны и электрическое соединение ее элементов.



Рис. 26.12. Конструкция двухканальной телеантенны для приема MB и соединение ее элементов кабелем


Конструктивно антенна состоит из двух линейных симметричных полуволновых вибраторов, которые расположены один над другим. Верхняя антенна рассчитана на прием 4 канала, нижняя — 8 канала. Вибраторы изготавливают из медных трубок диаметром 10 мм и укрепляют на покрашенных деревянных брусьях сечением 40x60 мм металлическими скобами. Брусья прибиты гвоздями к деревянной мачте (рис. 26.13).



Рис. 26.13. Конструкция узла крепления двухканальной телеантенны для приема MB


В сельской местности высота мачты должна составлять около 11 м. Полуволновые вибраторы состоят из двух трубок одинаковой длины, расположенных на одной прямой. Расстояние между трубками составляет 50…80 мм, а расстояние между внешними их концами равно половине длины волны принимаемого канала (рис. 26.14).



Рис. 26.14. Конструкция линейного симметричного полуволнового вибратора и присоединение к нему кабеля снижения


Диаграмма направленности полуволнового вибратора, как известно, в горизонтальной плоскости представляет вид восьмерки, а в вертикальной — круга. Расстояние между антеннами равно 0,8 м, что соответствует примерно 1/4 длины волны 4 канала и 1/2 длины волны 8 канала.

Характерно, что полуволновые вибраторы подсоединены к общему кабелю снижения без всяких согласующих устройств (рис. 26.12). В качестве кабеля снижения используется распространенный кабель марки РК-75-9-14 с волновым сопротивлением 75 Ом. В табл. 26.3 приведены электрические и конструктивные данные радиочастотных (РЧ) кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом. При приеме слабых сигналов следует использовать кабель как можно с меньшим коэффициентом затухания. Обычно, чем больше наружный диаметр кабеля, тем меньше в нем потери телевизионного сигнала.



Примечание: М — медная проволока; МЛ — луженая медная проволока; СМЛ — луженая биметаллическая (стальная) проволока; ОМ — оплетка медной проволокой; ОМЛ — оплетка луженой медной проволокой; П — полиэтилен: В — поливинилхлоридный пластикат.


Необходимая длина вибратора с учетом укорочения для 1…12 каналов приведена в табл. 26.4.



Описанная конструкция двухканальной антенны хорошо зарекомендовала себя в работе. Она дает достаточно качественные цветные телепередачи даже в сложных условиях приема, когда телецентры находятся в диаметрально противоположных направлениях.

26.6. «Народная» телеантенна

Появление персональных компьютеров привело к вытеснению больших ЭВМ типа ЕС. В нашей стране вычислительные центры, приобретя персональные компьютеры, сразу демонтировали и выбрасывали большие ЭВМ просто на свалку. Многим деталям, входящих в состав выброшенных ЭВМ, наш смекалистый народ нашел применение. Так появилась простая антенна, выполненная на основе алюминиевого диска магнитной памяти ЭВМ ЕС «Ряд», которая была в свое время широко распространена в нашей необъятной стране. И сейчас, по прошествии 10 лет после «славной» перестройки в нашей стране, антенну можно приобрести на рынке по приемлемой цене. Из-за своей простоты конструкции, в сочетании с неплохими характеристиками, антенна получила широкое распространение и поистине стала народной конструкцией.

Эта антенна представляет собой диск с внешним диаметром 356 мм, внутренним — 170 мм и толщиной 1 мм, в котором сделан пропил шириной 10 мм (рис. 26.15. а). На место пропила устанавливается печатная монтажная плата из стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 26.15. б). В этой плате имеются два отверстия для крепления антенны винтами М3. К печатной плате, прикрепленной к антенне, припаиваются выводы согласующего трансформатора и кабеля снижения. Анализ качества работы показал, что ее работа во многом определяется наличием согласующего трансформатора Т1 (рис. 26.16). Для трансформатора лучше всего использовать кольцевой сердечник с внешним диаметром 6… 10 мм, внутренним — 3…7 мм и толщиной 2…3 мм.



Рис. 26.15. Конструкция телеантенны из алюминиевого диска магнитной памяти ЭВМ (а) и присоединяемая к ней монтажная пластина (б)



Рис. 26.16. Конструкция согласующего трансформатора телеантенны из алюминиевого диска


Обмотки трансформатора наматываются одножильным изолированным проводом с диаметром жилы 0,2…0,25 мм и имеют одинаковое число витков, от 2 до 3 витков. Длина отводов катушек составляет примерно 20 мм. При наличии такого трансформатора возможен прием в метровом и дециметровом диапазонах на удалении 25…30 км от телецентра. При удалении от телецентра до 50 км антенна с трансформатором удовлетворительно работает только на дециметровых каналах.

При расстоянии более 50 км от передающей телевышки качество приема получается плохое. Без согласующего трансформатора дальность приема телепрограмм на антенну уменьшается в два раза. В этом случае появляется двоение изображения и теряется его четкость. Причина лежит в несогласованности антенны и кабеля снижения, антенна имеет симметричный выход, а кабель — несимметричный.

Практика показывает, что значительно повысить качество приема на эту антенну можно и без согласующего трансформатора. Для этого необходимо собрать антенну из двух дисков и подключить кабель снижения прямо к выводам антенны (рис. 26.17).



Рис. 26.17. Конструкция телеантенны из двух алюминиевых дисков магнитной памяти ЭВМ без согласующего трансформатора


Конструктивно такая антенна выполняется из двух дисков с пропилами шириной 10 мм, которые соединяются двумя монтажными пластинами из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита размером 30x90 мм. Соединение можно выполнить и пластинами из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, латуни или меди толщиной 0,5…1 мм. Для соединения дисков используется 8 винтов М3 или М4. Центральная жила кабеля подпаивается к точке 1, а оплетка — к точке 2. Качество приема телесигналов на антенну с двумя дисками выше, чем с одним диском, что заметно особенно на большом удалении от телецентра.

26.7. Проверка и настройка телевизора по испытательной таблице

В период времени, когда нет телепередач, на экране телевизора частот можно увидеть цветную таблицу, которая носит название «Универсальная электрическая испытательная таблица» (УЭИТ) (рис. 26.18).



Рис. 26.18. Вид на экране телевизора универсальной электрической испытательной таблицы (УЭИТ)


УЭИТ позволяет произвести оценку и контроль следующих параметров телевизионного изображения:

• равномерность яркости по полю изображения, яркость, контрастность;

• количество воспроизводимых градаций яркости;

• формат, размер изображения, линейность вертикальной (кадро