Электроника для начинающих


Содержание

Основы электроники для начинающих

Когда человек начинает интересоваться электроникой и радиотехникой впервые, его глаза разбегаются от огромного количества практических и теоретических знаний. Перед новичком всплывают сотни схем, которые он не понимает, а также множество непонятных формул теории.

Чтобы правильно и качественно научиться понимать электронные схемы и электронику в целом, надо последовательно погружаться в теорию, изучая общие термины и базисные формулы, а затем применять эти данные в простейших практических экспериментах. Для такого погружения были разработаны специальные книги, которые последовательно знакомят с общим курсом предмета, постепенно углубляясь дальше.

В этом материале будет рассмотрена книга «Электроника для чайников», некоторые теоретические моменты и другие книги для изучения.

Азы электроники для чайников

Книга «Электроника для чайников» содержит сотни микросхем и фотографий, позволяющих даже самому далекому от этого дела человеку разобраться в принципах электроники. Подробнейшие советы и инструкции по проведению опытов помогут разобраться, как функционируют те или иные электронные детали. Также материал содержит рекомендации по выбору важнейших инструментов для работы в этой области и их полные описания.

Важно! По мере ознакомления с каждой главой читатель постепенно погружается в предмет, который увлекает его все больше и больше. Теоретические знания закрепляются практикой путем сборки простейших, но интересных устройств.

Книга содержит следующие разделы:

  • «Основы теории электрических цепей», в котором дается определение напряжению, силе тока, проводникам, рассеиваемой мощности.
  • «Компоненты электросхем», где рассказывается о том, как простейшие элементы по типу резисторов, транзисторов, диодов и конденсаторов управляют током и задают его характеристики.
  • «Электрические схемы универсального предназначения». Здесь будет рассказано, как использовать простейшие цифровые и аналоговые схемы в сложных устройствах.
  • «Анализ электрических цепей», который познакомит с основными законами электроники и научит управлять силой тока и напряжением в электрической сети, научит применять эти закономерности на практике.
  • «Техника безопасности и рекомендации по ней». Этот раздел обучит безопасной работе с электрическими цепями и током в целом, поможет защищать себя и свои приборы от поражения током.

Начало изучения радиотехники начинающими

Перед тем, как изучать радиотехнику или электронику, нужно понять, зачем именно это нужно человеку. Если это увлечение на пару дней или месяцев, то лучше сразу бросить затею, поскольку, если относиться к электронике халатно и не соблюдать меры предосторожности, можно нанести сильный вред своему организму. Если данная сфера увлекала еще с детства, но не было времени начать заниматься, то сейчас самое время начать. Постепенное погружение подразумевает:

  • Получение или закрепление теоретических знаний физики. Для начала достаточно будет школьных знаний по электрофизике, включающих подробное изучение закона Ома – основы всей электрики.
  • Ознакомление с теорией. От более абстрактных вещей физики следует перейти к более осязаемым. Теория подразумевает точное и полное описание всех понятий, деталей, инструментов и приборов, которые будут использоваться на практике. Садиться и начать что-либо паять без теоретических основ не получится.
  • Применение на практике. Логическое завершение теории, позволяющее закрепить весь изученный материал и применить его при создании конкретных схем или приборов.

Напряжение и ток – понятия

Для работы любого электронного компонента требуется наличие электрического тока. Он создается электрическим потенциалом, то есть «напором» частиц. Самого потенциала недостаточно для течения тока. Нужен также проводник, способный пропустить его через себя. Если проводника нет, то потенциал уходит в воздух, который очень хорошо препятствует распространению тока. Объекты, которые останавливают ток, называются диэлектриками, а позволяющие протекать через них – проводниками.

Помимо проводника, для течения тока нужна разность потенциалов, возникающая в цепи. Аналогию можно провести с водопроводной трубой. Если с обеих ее сторон подается одинаковый напор, то каким бы сильным он ни был, вода не будет течь. Разность потенциалов называется напряжением. Оно обозначается буквой «U» и измеряется в вольтах. Сила тока же обозначается «I» и измеряется в амперах.

Важно! По общей договоренности считают, что ток течет от плюса к минусу, но на самом деле это условность. Все дело в том, что отрицательные электроны были открыты уже после этой договоренности. В схемах и на практике никто не вспоминает, откуда и куда течет ток.

Источники напряжения и тока

Под источниками часто понимают элементы, которые питают цепь электромагнитной энергией. Эту энергию потребляют пассивные элементы, запасают накопительные и расходуют в активном сопротивлении. Пример источника такой энергии – генератор постоянных, синусоидальных или импульсных сигналов различных форм. Для анализа электронных цепей удобно вводить идеализированные источники тока и напряжения, учитывающие основные свойства реальных источников.

Под источником напряжения понимается элемент цепи, обладающий двумя полюсами. Между этими полюсами образуется напряжение, которое задается некоторыми функциями от времени и не зависит тока в цепи. Этот источник в идеальном состоянии способен отдавать неограниченную мощность. Реальные же источники имеют внутреннее сопротивление, поэтому к ним сопротивление подключается последовательно.

Идеальный источник тока – это элемент цепи, через полюса которого протекает ток с заданной закономерностью изменения во времени. Он не зависит от напряжения между его выводами. Эта независимость означает, что внутренняя проводимость источника равно нулю, а внутреннее сопротивление бесконечно.

Электроника на практике

ПЭ – это раздел электроники, на практике показывающий основные закономерности электричества. Именно в практической части изучается каждый элемент цепи отдельно и применяется на деле в совокупности с другими. С этим названием вышла и книга, в которой можно найти много интересных статей по электротехнике, сформулированных на общедоступном языке.

Материал включает в себя фотографии и опыты, к которым даны полные инструкции. Прочитав его, можно спокойно разбираться во всех электронных и радиотехнических терминах, овладеть пайкой и получить навыки дл чтения простых схем.

Важно! Прошло второе переиздание книги, в котором были отредактированы небольшие ошибки и опечатки, учтены пожелания читателей. Второе издание стало стоящим и полезным учебником для начинающих радиолюбителей.

Какие еще есть книги для изучения электроники

Помимо двух материалов, которые были рассмотрены в этой статье, есть также множество других. Они, возможно, более придутся по душе читателю. Среди них:

  • Борисов В. Г. «Юный радиолюбитель».
  • Ревич Ю. В. « Занимательная электроника».
  • Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники в трех томах».

Таким образом, практическая электроника не сложна даже для начинающих. Подготовив себя теорией из книг и реализовав все примеры на практике, можно стать настоящим электронщиком.

Как научится читать электронные схемы

Для начинающих электронщиков важно понимать, как работают детали, как их рисуют на схеме и как разобраться в схеме электрической принципиальной. Для этого нужно сперва ознакомиться с принципом работы элементов, а как читать схемы электроники я расскажу в этой статье на примерах популярных устройств для начинающих.

Схема настольной лампы и фонарика на светодиоде

Схема – это рисунок на которых с помощью определенных символов изображаются детали схемы, линиями – их соединения. При этом, если линии пересекаются – то контакта между этими проводниками нет, а если в месте пересечения присутствует точка – это узел соединения нескольких проводников.

Кроме значков и линий на схеме изображены буквенные обозначения. Все обозначения стандартизированы, в каждой стране свои стандарты, например в России придерживаются стандарта ГОСТ 2.710-81.

Начнем изучение с простейшего – схемы настольной лампы.

Схемы не всегда читают слева направо и сверху вниз, лучше идти от источника питания. Что мы можем узнать из схемы, посмотрите в правую её часть.

— значит питание переменным током.

Рядом написано «220» — напряжением в 220 В. X1 и X2 – предполагается подключение в розетку с помощью вилки. SW1 – так изображается ключ, тумблер или кнопка в разомкнутом состоянии. L – условное изображение лампочки накаливания.

Краткие выводы:

На схеме изображено устройство, которое подключается к сети 220 В переменного тока с помощью вилки в розетку или других разъёмных соединений. Есть возможность отключения с помощью переключателя или кнопки. Нужно для питания лампы накаливания.

С первого взгляда кажется очевидным, но специалист должен уметь сделать такие выводы глядя на схему без пояснений, это умение даст возможность выносить диагноз неисправности и устранять её или же собирать устройства с нуля.

Перейдем к следующей схеме. Это фонарик с питанием от батарейки, в качестве излучателя в нём установлен светодиод.

Взгляните на схему, возможно, вы увидите новые для себя изображения. Справа изображен источник питания, так выглядит батарейка или аккумулятор, длинный вывод это плюс другое название – Катод, короткий – минус или Анод. У светодиода к аноду (треугольная часть обозначения) подключается плюс, а к катоду (на УГО выглядит как полоска) – минус.

Это нужно запомнить, что у источников питания и потребителей названия электродов наоборот. Две исходящие от светодиода стрелки дают вам понять, что этот прибор ИЗЛУЧАЕТ свет, если бы стрелки наоборот указывали на него – это был бы фотоприемник. Диоды имеют буквенное обозначение VDx, где х- порядковый номер.

Важно:

Нумерация деталей на схемах идет столбцами сверху вниз, слева направо.

Резистор – это сопротивление. Преобразует электрический ток в тепло, препятствую его движению, выглядит как прямоугольник, обычно на схемах имеет буквенное обозначение «R».

Как читать электронные схемы: увеличиваем уровень сложности

Когда вы уже разобрались с базовым набором элементов, пора ознакомится с более сложными схемами, давайте рассмотрим схему трансформаторного блока питания.

Главным средством преобразователя на схеме является трансформатор TV1, это новый для вас элемент. Предлагаю рассмотреть ряд подобных изделий.

Трансформаторы используются повсеместно, либо в сетевом (50 гц), либо в импульсном (десятки кГц) исполнении. Катушки индуктивности используются в генераторах, радиопередающих устройствах, фильтрах частот, сглаживающих и стабилизирующих приборах. Она выглядит следующим образом.

Второй незнакомый элемент на схеме – это конденсатор, здесь используется для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Вообще основная его функция – это накапливать энергию в качестве заряда на его обкладках. Изображается следующим образом.

Если к схеме добавить узел стабилизации, построенный по схеме параметрического стабилизатора, напряжение блока питания будет стабилизировано. При этом только от повышения питающего напряжения, при просадках ниже, чем Uстабилизации напряжение будет пульсирующем в такт с просадками. VD1 – это стабилитрон, они включаются в обратном смещении (катодом к точке с положительным потенциалом). Различаются по величине тока стабилизации (Iстаб) и напряжения стабилизации (Uстаб).

Краткие итоги:

Что мы можем понять из этой схемы? То, что блок питания состоит из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра на конденсаторе. Подключается первичной стороной (входом) к сети переменного тока с напряжением 220 Вольт. На его выходе имеет два разъёмных соединения – «+» и «-» и напряжение 12 В, нестабилизорванное.

Давайте перейдем еще более сложным схемам и познакомимся с другими элементами электрических цепей.

Как читать схемы с транзисторами?

Транзисторы – это управляемые ключи, вы можете закрыть их и открыть, а если нужно открыть не полностью. Данные свойства позволяют их применять, как в ключевом, так и линейном режимах, что позволяет их использовать в огромном спектре схемных решений.

Давайте рассмотрим популярную среди новичков схему – симметричный мультивибратор. Это по сути генератор, который на своих выходах выдаёт симметричные импульсы. Может применяться, как основа для простых мигалок, в качестве источника частоты для пищалки, в качестве генератора для импульсного преобразователя и во многих других цепях.

Пройдемся по знакомым деталям сверху вниз. Вверху мы видим 4 резистора, средние два – времязадающие, а крайние – задают ток резистора, также влияют на характер выходных импульсов.

Далее HL – это светодиоды, а ниже два электролита – это полярные конденсаторы, когда будете их монтировать оставайтесь внимательны – неправильное подключение электролитического конденсатора чревато выходом его из строя вплоть до взрыва с выделением тепла.

Интересно:

На графическом обозначении электролитического конденсатора всегда помечается «положительная» обкладка конденсатора, а на настоящих элементах – чаще всего есть пометка отрицательной ножки, не перепутайте!

VT1-VT2 – это новые для вас элементы, таким образом обознаются биполярные транзисторы обратной проводимости (NPN), ниже указана модель транзистора – «КТ315». У них обычно 3 ножки:

При этом на корпусе их назначение не указывается. Чтобы определить назначение выводов, нужно воспользоваться одним из поисковых запросов:

1. «Название элемента» — цоколевка.

2. «Название элемента» — распиновка.

3. «Название элемента» datsheet.

Это справедливо, как для радиоламп, так и для современных микросхем. Запросы имеют почти одинаковый смысл. Вот таким образом я нашел цоколевку транзистора КТ315.

На изображении с распиновкой должно быть четко видно: с какой стороны считать ножки, где находится ключ, срез или метка, чтобы вы правильно определили необходимый вывод.

Интересно:

У биполярных транзисторов стрелка на эмиттере обозначается направление протекания тока (от плюса к минусу), если стрелка ОТ базы – это транзистор обратной проводимости (NPN), а если К базе то прямой проводимости (PNP), часто вы можете заменить все NPN транзисторы на PNP, как в схеме мультивибратора, тогда нужно будет и поменять полярность источника питания (плюс и минус местами) ведь, повторюсь, стрелка на эмиттере указывает направление протекания тока.

На приведенной схеме положительный контакт источника питания подключен к верхней части схемы, а отрицательный к нижней. Так и на транзисторе стрелка указывает сверх-вниз – по направлению протекания тока!

В элементах с большим количеством ног имеет значение куда подключать, так же, как и в диодах и светодиодах, если вы перепутаете ножки – в лучшем случае схема не заработает, а в худшем – убьете детали.

Что мы смогли узнать, прочитав схему мультивибратора:

В этой схеме используются транзисторы и электролитические конденсаторы, питается она напряжением в 9 В (хотя может и больше, и меньше, например 12 В не повредят схеме, как и 5 В).

Стало ясно о способе соединения деталей и включения транзисторов. А также о том, что схема представляет собой прибор, работающий на принципе автогенератора основанного на процессе перезаряда транзисторов, которое вызвано попеременным открытием и закрытием транзисторов каждого по очереди, когда первый открыт, второй закрыт.

Проследив пути протекания тока (от плюса к минусу) и использовав знания о том, как работает биполярный транзистор мы делаем выводы о характере работы.

Тиристоры – полууправляемые ключи, учимся читать схемы

Давайте рассмотрим схему с не менее важным и распространенным элементом – тиристором. Я выбрал слово «полууправляемый» потому что, в отличие от транзистора, вы можете только открыть его, ток в нем прервется либо при прерывании питания, либо при смене полярности приложенного к нему напряжения. Открывается с помощью подачи на управляющий электрод напряжения.

Симисторы – содержат два тиристора соединённых встречно-параллельно. Таким образом, одним компонентом можно коммутировать переменный ток, при прохождении верхней части (положительной) полуволны синусоиды, при условии наличия сигнала на управляющем, электроде откроется один из внутренних тиристоров. Когда полуволна сменит свой знак на отрицательный – он закроется и в работу вступит второй тиристор.

Динисторы – разновидность тиристора, без управляющего электрода, а открываются они, подобно стабилитронам, по преодолению определенного уровня напряжения. Часто используются в импульсных блоках питания, как пороговый элемент для запуска автогенераторов и в устройствах для регулировки напряжения.

Вот так, собственно это выглядит на схеме.

Внимательно смотрим на подключение. Схема предназначена для подключения к сети переменного тока, например 220 В, в разрыв одного из питающих проводов, например фазного (L). Симистор VS1 – основной силовой элемент цепи, справа внизу дана его распиновка из даташита, 3 вывод – управляющий. На него через двунаправленный динистор VD1 модели DB3 рассчитанный на напряжение включения порядка 30 вольт, подаётся управляющий сигнал.

Так как все полупроводниковые приборы в этой конкретной схеме двунаправленные, регулировка осуществляется по обеим полуволнам синусоиды. Динистор открывается, когда на конденсаторе C1 появляется необходимой величины потенциал (напряжение), а скорость его заряда, следовательно, момент открытия ключей, задаётся RC цепью, состоящей из R1, переменного резистора (потенциометра) R2 и С1.

Эта простая схем имеет огромное значение и прикладное применение.

Выводы

Благодаря умению читать схемы электрические принципиальные, вы можете определить:

1. Что делает это устройство, для чего оно предназначено.

2. При ремонте – номинал вышедшей из строя детали.

3. Чем питать это устройство, каким напряжением и родом тока.

4. Примерную мощность электронного устройства, исходя из номиналов компонентов силовых цепей.

Важно не только знать условные графические обозначения элементов, но и принцип их работы. Дело в том, то не всегда те или иные детали могут использоваться в привычной роли. Но в пределах сегодняшней статьи рассмотреть все распространенные элементы довольно сложно, так как это займет очень большой объем.

Начинающим радиолюбителям

Раздел для начинающих радиолюбителей или как еще у нас любят говорить -«чайников». В основном здесь находится теория и азы по электронике: условные графические обозначения радиоэлементов, теория электротехники, уроки для радиолюбителей и др. Вопросы начинающих радиолюбителей обсуждаются в форуме для начинающих радиолюбителей, там на ваши вопросы постараются ответить грамотные специалисты и участники форума. Не стесняйтесь, задавайте свои вопросы в форуме, форум для этого и существует! Тем более там вы уже сможете найти ответы на многие вопросы!

Электроника для начинающих, Аливерти П., 2020

Электроника для начинающих, Аливерти П., 2020.

«Электроника — это просто!» — утверждает известный итальянский инженер-робототехник Паоло Аливерти. Если вы никогда не имели дела с электротехникой и хотите с чего-то начать или же ваши знания просто нужно освежить — эта книга для вас! Множество иллюстраций и простые, доступные новичку объяснения делают ее лучшим самоучителем по электронике.

Электрический ток.
Я начал интересоваться электрическими явлениями в возрасте десяти лет. Просматривая книги моего деда Джино, я нашел «Электротехнику в рисунках и чертежах». Это был простой и очень доступный текст, даже ребенок мог читать и понимать его. На страницах книги автор объяснял каждое понятие и электрическое устройство по аналогии с водой. Радиопередачи были объяснены с помощью рисунка разбрызгивателя для газона!

Среди невежд часто возникает путаница в таких терминах, как электричество, ток, напряжение, мощность и т. д. Естественно, все эти понятия очень разные. В соответствии со словарем, электричество — это свойство материи легко наблюдаемое, которое проявляется притяжением или отталкиванием тел под действием присутствующих электрических зарядов. Название происходит из греческого языка и означает янтарь: еще древние греки заметили, что если потереть тканью или шерстью кусок янтаря, то он станет отрицательно заряженным и сможет притягивать нетяжелые предметы, например, пух или кусочки бумаги. Теперь поговорим об электрическом токе и отнесемся к нему как к отдельному элементу. В реальности же ток, напряжение, сопротивление и мощность — это взаимозависимые и обратно пропорциональные величины, которые могут быть описаны математическими формулами, но на данный момент мы не будем это обсуждать.

Оглавление.
ВВЕДЕНИЕ.
Темы книги и описание глав.
Об авторе.
Предупреждение.
1.ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ, ТОК И НАПРЯЖЕНИЕ.
Диполи.
Электрический ток.
Напряжение и разность потенциалов.
Мощность.
Время и частота.
Узлы, ветви и контуры.
Закон Ома.
Электрические измерения.
Правда о воде и токе.
2.ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ.
Резисторы.
Светодиод
Конденсаторы.
Электрические кабели.
Катушки индуктивности.
Кнопки и переключатели.
Реле.
Электродвигатель.
Серводвигатели.
Электроника для начинающих.
Громкоговорители.
Микрофоны.
Решения.
3.ПОСТРОЕНИЕ ЦЕПЕЙ.
Лаборатория и инструменты.
Макетная плата.
Пайка.
Макетная плата Stripboard.
От схемы до прототипа.
4.ПОЛУПРОВОДНИКИ.
Диоды.
Биполярный транзистор.
Полевой транзистор.
Интегральные микросхемы.
5.ПРОЕКТЫ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ: ЗАХОДИМ В ЛАБОРАТОРИЮ.
Светодиод с кнопкой.
Заряд и разряд конденсатора.
Эксперимент со светодиодом и диодом.
Привет, транзистор.
Транзистор с реле.
Чувствительный светодиод.
6.СИГНАЛЫ И ИЗМЕРЕНИЯ.
Работа с сигналами.
Усилители.
Фильтры.
Модуляторы и демодуляторы.
Осцилляторы.
Таймер.
7.ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ СХЕМ.
Батареи и блоки питания.
Источники питания.
Построим стабилизированный источник питания.
Построим регулируемый стабилизированный источник питания.
Двухполярный источник питания.
Масса.
8.ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА.
Булева логика.
Логические семейства.
Комбинационные схемы.
Преобразователи.
Логические переключатели, мультиплексоры и демультиплексоры.
Схемы последовательного действия.
Тактовые генераторы.
Триггер.
Регистры.
Счетчики.
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.
Работа с различными логическими уровнями.
9.МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ.
Комплект для разработки
Компьютер в ботинке: программирование микросхем AVR.
Программирование ATtiny85.
Программирование в С.
10.ОТ ПРОТОТИПА К ГОТОВОМУ ПРОДУКТУ.
Печатные платы.
gEDA.
Fritzing.
Реализация печатной платы дома.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ПРИЛОЖЕНИЕ А. «АРДУИНО».
Что такое «Ардуино»?
ПРИЛОЖЕНИЕ В. АРДУИНОСКОП ССЫЛКИ В ИНТЕРНЕТЕ.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Электроника для начинающих, Аливерти П., 2020 — fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России. Купить эту книгу

Как самостоятельно изучить электронику с нуля?

Научиться можно только тому, что любишь.
Гёте И.

«Как самостоятельно изучить электронику с нуля?» — один из самых популярных вопросов на радиолюбительских форумах. При этом те ответы, которые я нашел, когда сам его задавал, мне мало помогли. Поэтому я решил дать свой.

Это эссе описывает общий подход к самообучению, а так как оно стало ежедневно получать множество просмотров, то я решил его развить и сделать небольшое руководство по самостоятельному изучению электроники и рассказать как это делаю я. Подписывайся на рассылку — будет интересно!

Творчество и результат

Чтобы что-то изучить надо это полюбить, гореть интересом и регулярно упражняться. Кажется, я только что озвучил прописную истину. Тем не менее. Для того, чтобы с лёгкостью и удовольствием изучать электронику надо её любить и относится к ней с любопытством и восхищением. Сейчас уже для всех привычно иметь возможность отправить видеосообщение на другой конец земли и мгновенно получить ответ. А это одно из достижений электоники. 100 лет труда тысяч ученых и инженеров.

Как нас обычно учат

Классический подход, который проповедуется в школах и университетах всего мира можно назвать подходом снизу-вверх. Сначала тебе рассказывают что такое электрон, атом, заряд, ток, резистор, конденсатор, индуктивность, заставляют решить сотни задач на нахождение токов в резисторных цепях, потом ещё сложней и т.д. Такой подход схож с восхождением на гору. Но лезть в гору сложней, чем спускаться. И многие сдаются так и не добравшись до вершины. Это верно в любом деле.

А что если спускаться с горы? Главная идея в том, чтобы сначала получить результат, а затем разобрать детально почему работает именно так. Т.е. это классический подход детских радиокружков. Он даёт возможность получить ощущение победы и успеха, которые в свою очередь стимулируют желание изучать электронику дальше. Понимаешь, очень сомнительная польза в изучении одной теории. Надо обязательно практиковаться, так как не все из теории 100% ложится на практику.

Есть такая старая инженерная шутка гласит: «Раз ты хорош в математике, то тебе надо пойти в электронику». Типичная чушь. Электроника — это творчество, новизна идей, практика. И не обязательно впадать в дебри теоритический расчетов, чтобы создавать электронные устройства. Ты вполне можешь освоить необходимые знания самостоятельно. А математику подтянешь в процессе творчества.

Главное — это понять основной принцип, и только потом тонкости. Такой подход просто переворачивает мир самостоятельного изучения. Он не нов. Так рисуют художники: сначала набросок, затем детализация. Так проектируют различные большие системы и т.д. Такой подход похож на «метод тыка», но только если не искать ответа, а тупо повторять одно и тоже действие.

Понравилось устройство? Собирай, разбирайся почему оно сделано именно так и какие идеи заложены в его конструкцию: почему именно эти детали используются, почему именно так соединены, какие принципы используются? А можно ли что-нибудь улучшить или просто заменить какую-нибудь деталь?

Конструирование — это творчество, но ему можно научиться. Для это надо только выполнять простые действия: читать, повторять чужие устройства, обдумывать результат, наслаждаться процессом, быть смелым и уверенным в себе.

Математика в электронике

В радиолюбительском конструировании считать несобственные интегралы вряд ли придётся, но знание закона Ома, правил Кирхгофа, формул делителя тока/напряжения, владение комплексной арифметикой и тригонометрией может пригодиться. Это азы азов. Хочешь уметь больше — люби математику и физику. Это не только полезно, но и чрезвычайно занимательно. Конечно, это не обязательно. Можно делать достаточно крутые устройства вообще ничего этого не зная. Только это будут устройства, придуманные кем-то другим.

Когда я, после очень длительного перерыва, понял, что электроника снова меня зовёт и манит в ряды радиолюбителей, то сразу стало ясно, что мои знания давно уже улетучились, а доступность компонентов и технологий стала шире. Что я стал делать? Путь был только один — признать себя полным нолём и стартовать из ничего: знакомых опытных электронщиков нет, какой-либо программы самообучения тоже нет, форумы я отбросил потому, что они представляют собой свалку информации и отнимают много времени (какой-то вопрос можно там узнать вкратце, но получить цельные знания очень сложно — там все такие важные, что лопнуть можно!)

И тогда япошел самым старым и простым путём: через книги. В хороших книгах тематика обсуждается наиболее полно и нет пустой болтовни. Конечно, в книгах есть и ошибки, и косноязычие. Просто надо знать какие книги читать и в каком порядке. После прочтения хорошо написанных книг и результат будет отличным.

Мой совет прост, но полезен — читайте книги и журналы. Я, к примеру, хочу не только повторять чужие схемы, а уметь конструировать свои. Создавать — это интересно и весело. Именно таким должно быть моё хобби: интересным и занимательным. Да и ваше тоже.

Какие книги помогут освить электронику

Много времени я провел выискивая подходящие книги. И понял, что надо сказать спасибо СССР. Такой массив полезных книг после него остался! СССР можно ругать, можно хвалить. Смотря за что. Так вот за книги и журналы для радиолюбителей и школьников надо благодарить. Тиражи бешеные, авторы отборные. До сих пор можно найти книги для новичков, которые дадут фору всем современным. Поэтому есть смысл пройтись по букинистам и поспрашивать (да и скачать все можно).

  1. Седов Е.А. — Мир электроники — 1990
  2. Борисов. Энциклопедия юного радиолюбителя
  3. Сворень. Электроника. Шаг за шагом
  4. Сворень. Транзисторы. Шаг за шагом. 1971
  5. Айсберг. Радио? Это очень просто!
  6. Айсберг. Транзистор? Это очень просто!
  7. Климчевский Ч. — Азбука радиолюбителя.
  8. Атанас Шишков. Первые шаги в радиоэлектронике
  9. Эймишен. Электроника? Нет ничего проще.
  10. Б.С.Иванов. Осциллограф — ваш помощник (как работать с осциллографом)
  11. В. Новопольский — Работа с осциллографом
  12. Хабловски. И. Электроника в вопросах и ответах
  13. Никулин, Повный. Энциклопедия начинающего радиолюбителя
  14. Ревич. Занимательная электроника
  15. Колдунов. Радиолюбительская азбука
  16. Шишков. Первые шаги в радиоэлектронике
  17. Радиоэлектроника. Понемногу — обо всём.
  18. Колдунов. Радиолюбительская азбука
  19. Бессонов В.В. Электроника для начинающих и не только
  20. В. Новопольский — Работа с осциллографом
  21. Тигранян. Хрестоматия радиолюбителя

Это мой список книг для самых «маленьких». Обязательно следует пролистывать и журналы Радио с 70х по 90е гг. После этого можно уже читать:

  1. Гендин. Советы по конструированию
  2. Хоровиц, Хилл. Искусство схемотехники.
  3. Кауфман, Сидман. Практическое руководство по расчетам схем в электронике
  4. Ленк. Электронные схемы. руководство
  5. Волович Г. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств
  6. Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд.
  7. Шустов М. А. Практическая схемотехника.
  8. Гаврилов С.А.-Полупроводниковые схемы. Секреты разработчика
  9. Барнс. Эллектронное конструирование
  10. Миловзоров. Элементы информационных систем
  11. Ревич. Практическое программирвоание МК AVR
  12. Белов. Самоучитель по Микропроцессорной технике
  13. Суэмацу. Микрокомпьютерные системы управления. Первое знакомство
  14. Ю.Сато. Обработка сигналов
  15. Д.Харрис, С.Харрис. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера
  16. Янсен. Курс цифровой электроники

Думаю, эти книги ответят на множество вопросов. Более специальные знания можно почерпнуть из более специальных книг: по аудиоусилителям, по микроконтроллерам и т.д.

И конечно же нужно практиковаться. Без паяльника вся теория в прорубь. Это как водить машину в голове.
Кстати, более подробные обзоры некоторых книг из списка выше можешь прочитать в разделе «Читалка».

Что еще следует делать?

Учиться читать схемы устройств! Учиться анализировать схему и стараться понять как работает устройство. Этот навык приходит только с тренировкой. Начинать надо с самых простых схем, постепенно наращивая сложность. Благодаря этому ты не только изучишь обозначения радиоэлементов на схемах, но и научишься их анализировать, а также запомнишь ходовые приемы и решения.

Дорого ли заниматься электроникой

К сожалению, деньги потребуются! Радиолюбительство не самое дешевое хобби и потребуется некоторый минимум фин. вложений. Но начать можно практически без вложений: книги можно доставать буккросингах или брать в библиотеках, читать в электронном виде, приборы можно купить для начала самые простые, а более продвинутые купить тогда, когда будет не хватать возможностей простых приборов.

Сейчас купить можно всё: осциллограф, генератор, источник питания и другие измерительные приборы для домашней лаборатории — всё это следует со временем приобрести (или сделать самому то, что в домашних условиях сделать можно)

Но когда ты маленький и начинающий можно обойтись пальником и деталями из сломанный техники, которую кто-нибудь выкидывает или просто валялась дома давно без дела. Главное иметь желание! А остальное приложится.

Что делать, если не получается?

Продолжать! Редко что-то получается хорошо с первого раза. А бывает так, что результатов нет и нет — будто упёрся в невидимый барьер. Кто-то этот барьер преодолевает за полгода-год, а другие только через несколько лет.

Если сталкиваешься со сложностями, то не надо рвать волосы и думать о себе, что ты самый тупой на свете, так как Вася понимает, что такое обратный ток коллектора, а вот ты все никак не можешь понять почему он играет роль. Может быть Вася просто надувает щёки, а сам ни бум-бум =)

Качествои и скорость самообучения зависят не только от личных способностей, но и от окружения. Вот тут надо радоваться существованию форумов. На них все таки встречаются (и часто) вежливые профессионалы, готовые с радостью учить новичков. (Есть еще всякие грымзы, но считаю таких людей потерянной веткой эволюции. Мне их жаль. загибать пальцы — это понты самого низкого уровня. Лучше просто молчать)

Полезные программы

Обязательно следует ознакомиться с САПРами: рисовалками принципиальных схем и печатных плат, симуляторами, — полезные и удобные программы (Eagele, SprintLayout и т.д.). Я выделил на сайте целый раздел под них. Время от времени там будут появляться материалы по работе с программами, которые использую сам.


И самое главное — испытывайте радость творчества от радиолюбительства! На мой взгляд к любому делу следует относится как к игре. Тогда оно будет и занимательным и познавательным.

О практике

Обычно каждый радиолюбитель всегда знает какое устройство хочет сделать. Но если ты еще не определился, то я посоветую собрать источник питания, разобраться для чего нужна и как работает каждая его часть. Затем можно обратить внимание на усилители. И собрать, например, аудиоусилитель.

Можно поэксперементировать с самыми простыми электрическими цепями: делителем напряжения, диодным выпрямителем, фильтрами ВЧ/СЧ/НЧ, транзистором и однотранзисторными каскадами, простейшими цифровыми схемами, конденсаторами, индуктивностями. Всё это пригодится в дальнейшем, а знание таких основных цепей и компонентов придаст уверенность в своих силах.

Когда шаг за шагом идешь от простейшего к более сложному, тогда знания порционно накладываются друг на друга и легче освоить более сложные темы. Но иногда не ясно из каких кирпичиков и как следует сложить здание. Поэтому иногда следует действовать наоборот: поставить цель собрать какое-нибудь устройство и освоить множество вопросов при его сборке.

Электротехника для начинающих

Понятно желание людей любого возраста постичь такую науку, как электротехника. Помогут в этом основы электротехники для всех начинающих. В интернете и печати публикуется масса материалов, часто под заглавием «Электротехника для чайников». Начинать нужно с усвоения положений и законов электричества.

Понятия и свойства электрического тока

Начальные курсы электрика в первых главах дают определения понятию и свойствам электрического тока, объясняют природу и свойства электроэнергии, законы электричества и их основные формулы. Основываясь на великих открытиях, зарождалась и получила грандиозное развитие такая научная дисциплина, как электротехника. Сущность электричества заключена в направленном перемещении электронов (заряженных частиц). Они переносят электрический заряд в теле металлических проводов.

Важно! Для транзита электрической энергии используют провода, жилы которых сделаны из алюминия или меди. Это самые экономичные проводные металлы. Делать жилы проводов из других материалов дорого, поэтому невыгодно.

Ток бывает постоянного и переменного направления. Постоянное движение энергии всегда осуществляется в одном направлении. Переменный энергетический поток ритмично меняет свою полярность. Скорость, с которой меняется направление движения электронов, называют частотой. Её измеряют в герцах.

Что изучает электротехника

Основа электрики формировалась в XIX веке. Те времена называют эпохой грандиозных открытий основополагающих законов, дающих все представления об электричестве. Электротехника (ЭТ) как наука начинала делать свои первые шаги. Теория стала подкрепляться практикой. Появились первые электротехнические устройства, совершенствовались коммуникационные системы доставки электроэнергии от источника потребителю.

Базой развития электротехники стали достижения в области физики, химии и математики. Новая наука изучала свойства электрического тока, природу электромагнитных излучений и другие процессы. По мере накопления знаний ЭТ становилась наукой прикладного характера.

Современная научная дисциплина изучает устройства, в которых используется электрический ток. На основании исследований создаются новые более совершенные электротехнические установки, приборы и устройства. ЭТ – одна из передовых наук, являющаяся одним из основных двигателей прогресса человеческой цивилизации.

С чего начать изучение основ электротехники

Электротехника для начинающих доступна на многих информационных носителях. Современные средства массовой информации не испытывают дефицита в учебных пособиях по основам электричества. Самоучители по электрике приобретают в сети интернет или книжных магазинах. Уроки электрика новичок может получить в виде бесплатного видеокурса об основах электричества через интернет. Онлайн видео лекции в доступной форме обучают всех желающих основам электричества.

Обратите внимание! Книга, несмотря на доступные видеоресурсы в сети, до сих пор считается самым удобным источником информации. Пользуясь самоучителем по электрике с нуля, не нужно всё время включать ПК. Учебник всегда будет под рукой.

Самоучители служат незаменимыми помощниками для того, чтобы отремонтировать электропроводку, починить выключатель, розетку, установить датчик движения и заменить предохранители в бытовых электроприборах.

Основные характеристики тока

К основным характеристикам относятся сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Параметры электрического тока, протекающего по проводу, характеризуются именно этими величинами.

Сила тока

Параметр означает количество заряда, проходящего по проводу, за определённое время. Силу тока измеряют в амперах.

Напряжение

Это есть не что иное, как разница потенциалов между двумя точками проводника. Величина измеряется в вольтах. Один вольт – эта разность потенциалов, при которой для переноса заряда в 1 кулон потребуется произвести работу, равную одному джоулю.

Сопротивление

Этот параметр измеряется в омах. Его величина определяет сопротивление энергопотоку. Чем больше масса и площадь поперечного сечения проводника, тем больше сопротивление. Оно также зависит от материала и длины провода. При разнице потенциалов на концах проводника в 1 Вольт и силе тока 1 Ампер сопротивление проводника равно 1 Ому.

Мощность

Физическая величина выражает скорость протекания электроэнергии в проводнике. Мощность тока определяется произведением силы тока и напряжения. Единица мощности – ватт.

Закон Ома

Постижение основ электротехники нужно начинать с закона Ома. Именно он является фундаментом всей науки об электричестве. Выдающийся немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году сформулировал закон, в котором определяет взаимозависимость трёх основных параметров электрического тока: силы, напряжения и сопротивления.

Энергия и мощность в электротехнике

Электрика для начинающих даёт разъяснения терминов энергии и мощности. Эти характеристики напрямую связаны с законом Ома. Энергия может перетекать из одной в другую форму. То есть она может быть ядерной, механической, тепловой и электрической.

В динамиках звуковых устройств потенциал электрического тока преобразовывается в энергию звуковых волн. В электродвигателях токовый энергопоток превращается в механическую энергию, которая заставляет вращаться ротор мотора.

Любые электрические устройства потребляют нужное количество электроэнергии в течение определённого временного промежутка. Количество потреблённой энергии в единицу времени является мощностью потребителя электричества. Более подробное толкование мощности можно найти в главах учебного пособия, посвящённых электромеханике для начинающих.

Мощность определяют по формуле:

Измеряется этот параметр в ваттах. Единица измерения мощности Ватт означает, что ток силой в один Ампер перемещается под напряжением 1 Вольт. При этом сопротивление проводника равно 1-му Ому. Такая трактовка характеристики тока наиболее понятна для начинающих постигать основы электричества.

Электротехника и электромеханика

Электрическая механика – это раздел электротехники. Эта научная дисциплина изучает принципиальные схемы оборудования, двигателей и прочих приборов, использующих электрическую энергию.

Пройдя курс электромеханики для начинающих, новички могут самостоятельно научиться ремонтировать бытовые электрические устройства и приборы. Основные законы электромеханики дают возможность понять, как устроен электродвигатель, чем отличается трансформатор от стабилизатора, что такое генератор и многое другое.

Дополнительная информация. Несомненную пользу новичкам принесут учебные пособия и видео курсы по электротехнике и электромеханике. Если есть друзья или знакомые, разбирающиеся в этом деле, то это только поможет быстро освоить азы этих дисциплин.

Безопасность и практика

Основы электротехники для начинающих делают особое ударение на правилах техники безопасности. Их несоблюдение на практике порой может стать причиной получения электротравм и повреждения имущества. Для новичков в электротехнике надо следовать четырём основным требованиям ТБ.

Четыре правила техники безопасности для новичков:

  1. Перед работой с каким-либо устройством или оборудованием следует ознакомиться с его документацией. Все руководства по эксплуатации имеют раздел безопасности. В нём описаны опасные действия, которые могут вызвать короткое замыкание или удар электрическим током.
  2. Прежде, чем приступать к работе с электротехническими устройствами или электропроводкой, нужно отключить электричество. Затем произвести осмотр состояния изоляции проводников. Если обнаружено нарушение изоляционного покрытия, то оголённую часть проводников надо покрыть отрезком изоляционной ленты.
  3. При работе с проводкой и оборудованием под напряжением бытовой электросети надо использовать диэлектрические перчатки, защитные очки и обувь на толстой резиновой подошве. В электрораспределительных шкафах, щитах и электроустановках новичкам вообще делать нечего. Ими занимаются квалифицированные электрики, которые имеют допуск к работе под напряжением.
  4. Ни в коем случае нельзя касаться оголённых проводников руками. Для этого есть отвёртки-пробники, мультиметры и другие электроизмерительные приборы. Только убедившись в отсутствии напряжения, можно касаться проводов.

Электрика для чайников

Электроника окружает человека в виде различных устройств и приборов. Современная бытовая техника в большинстве своём управляется с помощью электронных схем. Курсы обучения основам электроники для начинающих нацелены на то, чтобы новичок мог отличать транзистор от резистора и понимать, как и для чего служит та или иная электронная схема.

Учебные пособия и видеокурсы способствуют пониманию принципов построения электронных схем. Что такое печатная плата, как создать схему своими руками – на все эти вопросы отвечают основы электроники для новичков. Усвоив азы электроники, домашний «мастер» сможет определить вышедшую из строя радиодеталь в телевизоре, аудио устройстве и другой бытовой технике и заменить её. Кроме этого, новичок приобретёт опыт работы с паяльником.

Видеокурсы, печатная продукция несут в себе массу информации по освоению основ электротехники, электромеханики и электроники. Приобрести знания в этих сферах можно, не выходя из дома. Просмотреть нужное видео, заказать учебники позволяет доступность сети интернета.

Электроника для начинающих

RadioHata.RU
Портал радиолюбителя, начинающему радиолюбителю, Arduino, Raspberry Pi, книги по радиотехнике и электронике, простые схемы, схемы, радиотехнические журналы, видео, программы для радиолюбителя.

Download Mgzine: AudioXpress, Circuit Cellar, CQ Amateur Radio, Electronics For You, Elektronika dla Wszystkich, Elektorlabs, Elektor Magazine DVD, Elektronika Praktyczna, Elettronica In, ELV Journal, Funkamateur, Hi-Fi World, Klang+Ton, Nuts and Volts, Prakticka Elektronika A Radio, Practical Electronics, Practical Wireless, QST, Servo Magazine, Silicon Chip, Swiat Radio, The MagPi.
Скачать: Журнал Радио, Журнал Радиомир, Журнал Радиоаматор, Журнал Радиолоцман, Журнал Радиоконструктор, Журнал Радиосхема, Журнал Радиохобби, Журнал Ремонт и сервис, Журнал Компоненты и технологии, Журнал Электронная техника.

Скачать книги: Начинающему радиолюбителю, Телевидение и Радио, Источники питания, Для дома и быта, Прием-передача, Автолюбителю, Аудиотехника, Справочники, Учебники, Микроконтроллеры, Arduino, Raspberry Pi, Электроника, Электрика
Скачать: Программы для радиолюбителя, Видеокурсы.

Рубрика: Схемы для начинающих

Перегреватель для паяльника

Эта поделка использует сетевые напряжения и конструировать ее следует осторожно и аккуратно. Наше главное оружие – это паяльник! Но порой, особенно когда надо что-то отпаять или заменить, сталкиваемся с тем, что температуры как-будто не хватает – припой на плате еле плавится, особенно если это точка пайки на полигоне значительной площади. В чем тут дело? Посмотрим …

Схема усилителя на TDA2030A

Схема усилителя на TDA2030 является самым простым и качественным усилителем, который может повторить даже школьник. Описание микросхемы TDA2030A В роли микросхемы усилителя в этой статье мы возьмем микросхему TDA2030A, которую можно купить абсолютно в любом радиомагазине по цене не дороже, чем буханка черного хлеба. TDA2030А – это микросхема, которая исполняется в корпусе Pentawatt (корпус с …

Автоматический выключатель

Схема до ужаса простая и надежная, как лом: Принцип работы такой: нажимая на кнопочку SB, у нас сразу же включается лампа HL. Через некоторое время она гаснет. В сборе на соплях у меня она выглядит приблизительно вот так: Как вы видите, здесь я взял конденсатор в 10 000 мкФ. Итак, как же работает данная схема? …

Самый простой усилитель звука

В наше время биполярные транзисторы уходят в прошлое, и теперь, чтобы собрать какой-либо простой усилитель, уже не надо мучаться с расчетами и клепать печатную плату больших размеров. Микросхемы TDA Сейчас почти вся дешевая усилительная техника делается на микросхемах. Самое большое распространение получили микросхемы TDA для усиления аудиосигнала. В настоящее время они используются в автомагнитолах, в …

Сторожевое устройство на одном транзисторе

Сторожевое устройство на одном транзисторе – самая простая схема, которую сможет собрать даже дошкольник. В ваши владения часто вторгаются без спроса, а вы при этом занимаетесь важным делом?) Пора забыть эти проблемы! Представляю вашему вниманию схему сторожевого устройства всего-то на ОДНОМ транзисторе! Благодаря этой схеме, вы сможете обезопасить свой дом и вовремя принять все необходимые …

ESR-метр

В этой статье мы с вами будем собирать ESR-метр. В первый раз слышите слово “ESR”? А ну-ка бегом читать эту статью! Для чего нужен ESR-метр Итак, для чего нам вообще собирать ESR-метр? Для тех, кто поленился читать статью про ESR давайте вспомним, чем оно нам вредит. Дело в том, что сейчас почти во всей электронной …

Лабораторный блок питания своими руками

У каждого радиолюбителя, будь он чайник или даже профессионал, на краю стола должен чинно и важно лежать блок питания. У меня на столе в данный момент лежат два блока питания. Один выдает максимум 15 Вольт и 1 Ампер (черный стрелочный), а другой 30 Вольт, 5 Ампер (справа): Ну еще есть и самопальный блок питания: Вот …

Акустический моргалик

Акустический моргалик – это схемка, которая реагирует вспышками светодиодов на какой-либо звук. Вот видео его работы: А вот и сама схема: Схема состоит из: – двух транзисторов КТ315Б, подробнее про их маркировку можно прочитать здесь – трех резисторов: 4700 Ом, 1 МегаОм, 10 КилоОм – электретного микрофона, более подробно про него можно прочитать здесь – …

Цветомузыка схема

Что такое цветомузыка Что такое цветомузыка и с чем ее едят, думаю, знают все. Некоторые ее еще называют светомузыкой, что в принципе тоже верно. Для меня цветомузыка – это разноцветное мелькание огоньков под такт музыки, а светомузыка – это просто мерцание какой-либо лампочки накаливания либо стробоскопа. В нашей статье мы будем собирать простую схему на …

Сенсорный включатель на двух транзисторах

Сенсорный включатель – очень простая схема, которая состоит всего их двух транзисторов и нескольких радиоэлементов. Сенсор – sensor – с англ. яз. – чувствительный или воспринимающий элемент. Данная схема позволяет подавать напряжение в нагрузку, прикоснувшись пальчиком к сенсору. В данном случае сенсором у нас будет проводок, идущий от базы транзистора. Итак, рассмотрим схемку: Рабочее напряжение …

Как освоить радиоэлектронику с нуля. Учимся собирать конструкции любой сложности (fb2)

Дригалкин В.В.
«Как освоить радиоэлектронику с нуля. Учимся собирать конструкции любой сложности»

От автора

Все вы, конечно, знаете об одной из широчайших областей современной техники — электронике. Смотрите ли вы телевизор, слушаете радиоприемник или пользуетесь музыкальным центром — всюду «работает» электроника. Это она «рисует» изображение на экране телевизора и «приносит» в квартиры голос диктора, превращает запись на магнитной ленте аудиокассеты и бороздках компакт-дисков в звук.

Внимательно посмотрите вокруг, и вы увидите немало приборов, которые благодаря электронике рождаются вторично, например наручные или настольные часы. Электронные устройства в них с большой точностью отсчитывают секунды и минуты, показывая на экране время. А возьмите телефонный аппарат: в нем появилась электронная память, способная сохранять десятки номеров. Набирать их необязательно — достаточно нажать на кнопку, которой соответствует определенный номер. В фотоаппарате электронный «глаз» следит за освещенностью объекта съемки и автоматически устанавливает нужную выдержку. Даже квартирные звонки — электронные. При нажатии на кнопку возле входной двери в квартире раздаются звуки, которые имитируют пение птиц или мелодию известной песни, а иногда женский или мужской голос, который говорит: «Откройте дверь!».

В настоящее время электроника дает возможность решать задачи, которые раньше казались неразрешимыми. Она помогает человеку изучать поверхность и окружающее пространство Луны и некоторых планет, например Венеры и Марса. С помощью электроники человек может наблюдать за развитием живой клетки; за доли секунды выполнять вычисления, на которые расходовались годы; видеть в полной темноте, как днем.

Порой электроника заменяет человека в его работе: сегодня можно встретить электронного диспетчера, секретаря, экскурсовода, закройщика, переводчика. Электронику даже научили играть в шахматы! И не просто играть, а выигрывать у гроссмейстеров!

На промышленных предприятиях электроника автоматически поддерживает заданную температуру и влажность в помещениях, руководит станками и поточными линиями, выполняет сложнейшие операции. В космонавтике без электроники невозможно точно рассчитать траекторию полета корабля, поддерживать видео и телефонную связь с космонавтами, руководить полетом искусственных спутников с Земли. Электроника пришла даже школу. Уже с 6-го класса детей учат программированию, основам веб-дизайна — всему тому, что ранее казалось фантастикой…

Какую бы профессию вы ни выбрали, с электроникой будете встречаться всюду. Чем раньше вы с ней «познакомитесь», тем плотнее будет дальнейшее «сотрудничество». Сделать первый шаг к такому знакомству поможет данная книга. С ее помощью вы научитесь собирать очень простые и сложные электронные самоделки. Многие начинают работать сразу, но есть и такие, которые придется налаживать с помощью измерительного прибора. Практически все самоделки — прототипы электронных приборов, используемых в быту или на промышленных предприятиях.

Не спешите сразу строить понравившуюся самоделку, ведь у вас нет опыта и знаний. На простейших устройствах постарайтесь понять принцип построения электронных схем и их монтажа. Постепенно постигая азбуку практической электроники, вы станете радиолюбителем, который умеет не только «читать» радиосхемы, но и монтировать, а также налаживать разнообразнейшие конструкции.

Будет лучше, если вы начнете изучать электронику вместе с друзьями, организовав домашний радиокружок, возможно, вместе со взрослыми при ЖЭКе. В таком кружке смогут заниматься ребята из ближайших домов.

Надеюсь, что моя книга станет добрым практическим руководством в работе. В дополнение к ней постарайтесь взять в библиотеке другие пособия. Они дадут возможность лучше разобраться в физических процессах, происходящих в созданных вами электронных устройствах, а также найти ответы на любые возникающие вопросы. Не забывайте и про ближайшие внешкольные учреждения (если таковые еще остались), где вы сможете получить любую консультацию и практическую помощь. Итак, дерзайте!

Глава 1 Уроки юного конструктора

Можно ли сесть за руль автомобиля, не зная, как запустить двигатель и для чего нужны педали и ручки управления?

Конечно, нет, скажете вы. Сначала надо ознакомиться с назначением каждой ручки, выучить строение автомобиля, а потом уже ездить на нем. Так и с нашими конструкциями. В них используются разнообразнейшие детали, каждая из которых выполняет свою заранее установленную функцию. Чтобы создать любое устройство, надо знать, для чего нужны детали, входящие в него, уметь проверять их, соединять между собой, налаживать созданную конструкцию.

Получить базовые знания об электрическом токе, радиодеталях и правилах создания изделий вам поможет этот раздел. Конечно, не все сведения, которые помещены в нем, будут понятны после первого прочтения. Не огорчайтесь — практика вам поможет! Главное — хорошо выучите правила безопасности работы и смелее беритесь за нее. А к этим материалам, имеющим в основном ознакомительный характер, обращайтесь при возникновении вопросов.

Знакомство с электричеством и другими величинами измерения

Представьте большой резервуар с водой, находящейся под давлением, которая в любой момент может вырваться наружу. От резервуара отходит труба с краном. Открыли кран, и вода полилась через трубу в бассейн. Если диаметр трубы маленький, скорость потока небольшая. С увеличением диаметра трубы вырастает и скорость потока. Происходит это потому, что труба с большим диаметром оказывает меньшее сопротивление напору воды, и она вытекает с более высокой скоростью.

Предположим, что резервуар с водой — это источник электрической энергии, который имеет определенное напряжение (давление воды), а труба — нагрузка, сопротивление (диаметр трубы), которое может изменяться. Тогда водный поток можно воспринять как электрический ток, который проходит через нагрузку.

Пока сопротивление нагрузки маленькое (диаметр трубы большой), через него идет значительный ток (большая скорость потока). Если же сопротивление возрастает (уменьшается диаметр трубы), электрический ток (скорость потока), наоборот, уменьшается. По такой аналогии вы, наверное, можете самостоятельно определить, как изменится ток при увеличении напряжения (повышении давления воды в резервуаре).

А теперь перейдем к единицам измерения напряжения, тока и сопротивления. Напряжение измеряют в вольтах, обозначая эту единицу буквой В (в английском варианте — V). Если вы посмотрите на этикетку, например пальчиковой батарейки, то заметите на ней надпись «1,5 В». Это значит, что напряжение батареи 1,5 В. На этикетке также есть знаки «+» и «-», чаще всего просто «+», что означает полярность выводов. Она указывает, в каком направлении будет идти ток, если к батарее подключить нагрузку, скажем, лампочку карманного фонаря.

Вы все, конечно, видели такую лампочку и знаете, что внутри стеклянного баллона в ней подвешен тонкий металлический волосок. Один его конец припаян к нарезной части лампочки, а второй — к контакту внизу. Нарезная часть и контакт — это выводы лампочки. Как только их подключают к выводам батареи, через волосок лампочки начинает течь электрический ток. Направление его будет определено — от плюсового вывода батареи к минусовому. Поскольку ток идет в одном направлении непрерывно, его называют постоянным, напряжение также — постоянным (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Подключение лампочки к батарее питания.

На рис. 1.2 показано, как данная цепь будет выглядеть на принципиальной схеме. Именно такие схемы мы научимся читать и подбирать к ним детали.

Рис. 1.2. Принципиальная схема подключения лампочки к батарейке.

Вернемся к электричеству. «А почему же не указывают полярности на гнездах сетевой розетки?» — спросите вы.

Дело в том, что сетевое напряжение переменное. Это значит, что в одном гнезде розетки напряжения плюс, в другом минус, и наоборот. Такое изменение полярности происходит 100 раз за секунду. При включении в розетку, например, настольной лампы через ее волосок потечет ток, направление которого будет изменяться столько же раз за секунду, сколько и полярность напряжения.

Силу электрического тока измеряют в амперах, обозначая эту единицу буквой А. Тем не менее на практике такой ток встречается крайне редко, поэтому используют меньшую единицу — миллиампер — тысячную частицу ампера, которую обозначают буквами мА. Существует и другая меньшая единица — микроампер (мкА), и применяется она для описания токов в микромощных электронных схемах.

Очень часто вам придется иметь дело с такой единицей измерения, как сопротивление. Измеряют его в омах (условное обозначение Ом). Кроме этой единицы, используют большие единицы: килоом (1 кОм = 1000 Ом) и мегом (1 МОм = 1000 кОм = 1 000 000 Ом).

Когда прохождение тока через проводник вызывает появление магнитного поля и в этом поле, окружающем проводник, накапливается энергия — то это величина измерения будет называться индуктивностью. Основное свойство индуктивности состоит в том, что она оказывает сопротивление изменениям протекающего тока. Основная единица измерения индуктивности — генри (Гн). На практике используются такие единицы, как миллигенри (мГн) — одна тысячная генри — и микрогенри (мкГн) — одна на миллион генри.

Существует еще одна довольно распространенная величина — электрическая емкость. Она характеризует способность удерживать электрический заряд. Основная единица измерения емкости — фарада (Ф). Фарада — это очень большая емкость, нечасто используемая в электронных схемах, поэтому мы обычно имеем дело с микрофарадами (мкФ) — миллионными долями фарады — и пикофарадами (пФ) — миллионными долями микрофарады. Нужно заметить, что конденсатор емкостью в несколько фарад способен некоторое время работать как аккумулятор. Поэтому многие умельцы ставят их в стационарные электронные часы, чтобы при пропадании электроэнергии, например кратковременном, они могли работать и не сбить свой ход.

В звукоусилительной технике часто используется единица измерения децибел (дБ) — это чувствительность человеческого уха к изменению звуковой мощности.

Мощность — это работа, выполненная в единицу времени. На практике (в том числе и в электронике) в качестве единицы мощности применяется ватт (Вт). В электрических схемах мощность равна напряжению на схемном компоненте или участке цепи, умноженному на ток, протекающий через них. Например, если напряжение 9 В приложено к некоторому компоненту или ко всей схеме и вызывает в них ток 0,5 А, то полная мощность будет равна 9 умножить на 0,5, то есть 4,5 Вт. Стоит отметить, что мощность в любом активном сопротивлении, в том числе в соединительных проводах и резисторах, выделяется в виде тепла.

Существует также единица отклонений от номинальных значений радиодеталей. Данная величина измеряется в процентах, и чем она ниже, тем лучше. В электронике это редко имеет столь большое значение. Более важна ваша внимательность и терпение.

Ознакомление с радиодеталями

Какие только детали не потребуются для изготовления конструкций, которые предлагаются! Здесь и резисторы, и транзисторы, и конденсаторы, и диоды, и выключатели. Из разнообразных радиодеталей нужно уметь быстро отличить по внешнему виду нужную, расшифровать надпись на ее корпусе, определить выводы и распознать ее на принципиальной схеме (схема самоделки). О том, как это сделать, и будет рассказано далее. Подробные сведения о радиодеталях вы найдете в описании конструкций самоделок. Не лишним будет купить справочник радиолюбителя. На данный момент с поиском такой литературы есть затруднения, поэтому, если отыщите на рынке какой-нибудь старенький справочник, покупайте, пригодится и такой. По моему мнению, на сегодняшний день лучший справочник — Интернет.

Эта деталь встречается практически в каждой конструкции. Она представляет собой фарфоровую трубочку (или стержень), на которую изнутри нанесена тончайшая пленка металла или сажи (углерода). Резистор имеет сопротивление и используется для того, чтобы установить нужный ток в электрической цепи. Вспомните пример с резервуаром: изменяя диаметр трубы (сопротивление нагрузки), можно получить ту или другую скорость потока воды (электрический ток разной силы). Чем тоньше пленка на фарфоровой трубочке или стержне, тем больше сопротивление тока.

Самые популярные из резисторов — постоянные, подстроечные и переменные. Из постоянных чаще всего используются резисторы типа МЛТ (металлизированный лакированный теплостойкий). Подстроечные резисторы предназначены для настройки аппаратуры, а резистор со сменным сопротивлением (переменный, или потенциометр) применяют для регулировки, например громкости в магнитофоне.

Резисторы различают по сопротивлению и мощности. Сопротивление, как вы уже знаете, измеряют в омах, килоомах и мегоомах, а мощность — в ваттах. Резисторы разной мощности отличаются размерами. Чем больше мощность резистора, тем больше его размеры. Внешний вид резисторов показан на рис. 1.3, их обозначение на принципиальных схемах на рис. 1.4.

Рис. 1.3. Внешний вид резисторов:

а — постоянные резисторы; б — переменные резисторы; в — подстроечные резисторы

Рис. 1.4. Обозначение резисторов на принципиальных схемах.

Сопротивление резистора обозначают на схемах рядом с его условным обозначением. Если сопротивление меньше 1 кОм, цифрами указывают число омов без единицы измерения. При сопротивлении от 1 кОм до 1 МОм указывают число килоомов и ставят рядом букву «К». Сопротивление 1 МОм и больше выражают числом мегаомов с написанием буквы «М».

Например, если на схеме рядом с обозначением резистора указано число 510, значит, сопротивление резистора 510 Ом. Обозначениям 3,6 к и 820 к отвечает сопротивление 3,6 кОм и 820 кОм. Надпись на схеме 1 М или 4,7 М означает, что используются резисторы сопротивлением 1 МОм и 4,7 МОм.

Илон Маск рекомендует:  Адаптивное сжатие текстов

Надо отметить, что чем больше размеры резистора, тем больше его мощность. Раньше на принципиальных схемах мощность резисторов обозначалась косыми линиями (рис. 1.5), теперь ее указывают только в случае использования мощных резисторов. Если рядом с резистором не указана его мощность, можно смело ставить самый маленький размер.

Рис. 1.5. Обозначение ваттности резисторов на принципиальных схемах.

В отличие от постоянных резисторов, которые имеют два вывода, у сменных резисторов таких выводов три. На схеме указывают сопротивление между крайними выводами сменного резистора. Сопротивление же между средним выводом и крайними изменяется при вращении оси резистора, которая выступает наружу. Причем, если ось вращают в одну сторону, сопротивление между средним выводом и одним из крайних возрастает, соответственно уменьшаясь между средним выводом и другим крайним. Если же ось возвращают назад, происходит обратное. Это свойство сменного резистора используют, например, для регулирования громкости звука, тембра в усилителях, приемниках, магнитофонах.

Резисторы издают шумы. Различают собственные шумы и шумы скольжения. Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Их возникновение связано с тепловым движением свободных электронов и прохождением электрического тока. Собственные шумы тем выше, чем больше температура и напряжение. Высокий уровень шумов резисторов ограничивает чувствительность электронных схем и создает помехи при воспроизведении полезного сигнала. Шумы скольжения (вращения) присущи переменным резисторам. Они возникают в динамическом режиме при движении подвижного контакта по резистивному элементу в виде напряжения помех. В приемных устройствах эти помехи приводят к различным шорохам и трескам. Поэтому в электронике стали использовать цифровую регулировку. В настоящее время в аппаратуре не часто встретишь регулятор громкости, построенный на потенциометре.

Кроме постоянных и переменных резисторов, существуют полупроводниковые нелинейные — изделия электронной техники, основное свойство которых заключается в способности изменять свое электрическое сопротивление под действием управляющих факторов: температуры, напряжения, магнитного поля и др. В зависимости от воздействующего фактора они получили название терморезисторы, варисторы, магниторезисторы. В последнее время их стали относить к управляемым полупроводниковым резисторам. Иными словами, это элементы, чувствительные к воздействию определенного управляющего фактора.

Терморезисторы, или термисторы, изменяют свое сопротивление в зависимости от температуры. Существуют терморезисторы как с отрицательным, так и с положительным температурным коэффициентом сопротивления — позисторы. Терморезисторы используются в системах дистанционного и централизованного измерения и регулирования температур, противопожарной сигнализации, теплового «контроля и защиты машин, измерения мощности, измерения вакуума, скоростей движения жидкостей и газов, в схемах размагничивания масок цветных кинескопов и др. Номинальное сопротивление RH — электрическое сопротивление, значение которого обозначено на терморезисторе или указано в нормативной документации, измеренное при определенной температуре окружающей среды (для большинства типов этих резисторов при 20 °C, а для терморезисторов с высокими рабочими температурами до 300 °C).

Варисторы — полупроводниковые резисторы, отличительной особенностью которых является резко выраженная зависимость электрического сопротивления от приложенного к ним напряжения. Их используют для стабилизации и защиты от перенапряжений, преобразования частоты и напряжения, а также для регулирования усиления в системах автоматики, различных измерительных устройствах, в телевизионных приемниках.

Магниторезисторы — полупроводниковые резисторы с резко выраженной зависимостью электрического сопротивления от магнитного поля. Действие таких резисторов основано на использовании магниторезистивного эффекта, который заключается в изменении сопротивления резистора при внесении его в магнитное поле. Регулируя напряженность управляющего магнитного поля или перемещая резистор в поле постоянного магнита, можно управлять сопротивлением. Их используют в регуляторах громкости высококачественной радиоаппаратуры, в качестве датчиков угла поворота в специальных устройствах автоматики и т. п.

Надо сказать, что конденсатор, как и резистор, можно увидеть во многих самоделках. Как правило, простейший конденсатор — это две металлические пластинки, с воздухом между ними. Вместо воздуха может быть фарфор, слюда или другой материал, который не проводит тока. Если резистор пропускает постоянный ток, то через конденсатор проходит только переменный. Благодаря такому свойству конденсатор ставят там, где надо отделить постоянный ток от переменного.

Как вы знаете, у резистора основной параметр — сопротивление, у конденсатора — емкость. Конденсаторы, как и резисторы, бывают постоянные, подстроечные и переменные. О постоянных конденсаторах нет смысла рассказывать, так как все было сказано выше, а вот про две другие разновидности этой детали стоить упомянуть. У подстроечных и переменных конденсаторов емкость изменяется при обращении оси, которая выступает наружу. Раньше они широко применялись в радиоприемниках. Именно конденсаторы переменной емкости крутили ваши родители для настройки на нужную радиостанцию.

В радиолюбительских конструкциях и промышленной аппаратуре за основу принята единица емкости — микрофарад. Однако чаще применяется другая единица — пикофарад. На схемах вы встретите и ту, и другую. Причем емкость до 9100 пФ включительно указывают на схемах в пикофарадах, а большую — в микрофарадах. Если, например, рядом с условным обозначением конденсатора написано 27, 510 или 6800, значит, емкость конденсатора соответственно 27, 510 или 6800 пФ. А вот цифры 0,015, 0,25 или 1,0 свидетельствуют о том, что емкость конденсатора составляет соответствующее число микрофарад.

Типов конденсаторов очень много. Они отличаются материалом между пластинами и конструкцией. Бывают конденсаторы воздушные, слюдяные, керамические, пленочные и т. п. Одна из разновидностей постоянных конденсаторов — электролитический. Их выпускают большой емкости — от 0,5 до 4000 мкФ. На схемах для них указывают не только емкость, но и максимальное напряжение, на котором их можно использовать.

Например, надпись 5,0×10 В означает, что конденсатор емкостью 5 мкФ надо взять на напряжение не ниже 10 В. Некоторые разновидности конденсаторов показаны на рис. 1.6, а их обозначение на принципиальных схемах на рис. 1.7.

Рис. 1.6. Внешний вид конденсаторов:

а — электролитические конденсаторы; б — слюдяные, керамические, пленочные конденсаторы; в — конденсаторы переменной емкости, подстроечные

Рис 1.7. Обозначение конденсаторов на принципиальных схемах.

Для сменных или подстроечных конденсаторов на схеме указывают крайние значения емкости, которые создаются, если вращать ось конденсатора от одного крайнего положения к другому или вертеть по кругу (как у подстроечных конденсаторов). Например, надпись 5-180 свидетельствует о том, что в одном крайнем положении оси емкость конденсатора составляет 5 пФ, а в другом -180 пФ. При плавном возвращении с одного положения в другое емкость конденсатора также плавно будет изменяться от 5 до 180 пФ или от 180 до 5 пФ.

Их составляет целая группа деталей: диоды, стабилитроны, транзисторы. В каждой детали использован полупроводниковый материал или более простой полупроводник. Что это такое? Все существующие вещества можно условно разделить на три большие группы. В первую входят медь, железо, алюминий и прочие металлы, хорошо проводящие электрический ток, то есть проводники. Вторую группу составляют материалы, не проводящие тока: древесина, фарфор, пластмасса. Это непроводники, то есть изоляторы (диэлектрики). В третью входят полупроводники, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Такие материалы проводят ток только при определенных условиях.

Из полупроводниковых приборов транзистор чаще всего применяется в радиоэлектронике. У него три вывода: база (б), эмиттер (е) и коллектор (к) (см. обозначение на принципиальных схемах — рис. 1.10).

Рис. 1.10. Обозначение транзисторов на принципиальных схемах.

Транзистор — усилительный прибор. Условно его можно сравнить с таким известным вам устройством, как рупор. Чтобы ваш голос был хорошо слышен человеку, находящемуся в нескольких десятках метров от вас, нужно всего лишь произнести что-нибудь перед узким отверстием рупора, направив широкое в сторону приятеля. Если воспринять узкое отверстие как вход рупора-усилителя, а широкое — как выход, то можно сказать, что исходный сигнал в несколько раз сильнее входного. Это и есть показатель усилительной способности рупора, его коэффициент усиления. Некоторые разновидности транзисторов представлены на рис. 1.8 и 1.9.

Рис. 1.8. Внешний вид устаревших транзисторов.

Рис. 1.9. Внешний вид современных транзисторов.

Если пропустить через участок база-эмиттер слабый ток, он будет усилен транзистором в десятки и даже сотни раз и потечет через участок коллектор-эмиттер. В зависимости от тока, который можно пропускать через коллектор, транзисторы бывают маломощные, средней и большой мощности. Кроме того, эти полупроводниковые приборы могут быть структуры p-n-р или n-p-n. Так различаются транзисторы с разным дежурством пластов полупроводниковых материалов (если в диоде два пласта материалов, то здесь их три).

Однако совсем не обязательно транзисторы разной структуры должны иметь разное усиление. Усилительная способность транзистора определяется его так называемым статическим коэффициентом передачи тока. Для некоторых конструкций этот коэффициент важен, и его указывают в описании.


В некоторых самоделках встречается еще одна разновидность транзистора — полевой. У него также три вывода, но называют их по-другому: затвор (как база), исток (эмиттер), сток (коллектор). Подбирать эти транзисторы по усилительной способности не придется, а вот проверять их надо. Чтобы во время подключения того или другого транзистора к деталям самоделки не перепутать выводы, нужно четко знать их расположение — цоколевку, или распиновку. Ее можно посмотреть в различных радиолюбительских справочниках.

Эти полупроводниковые приборы имеют два вывода: анод и катод. В прямом направлении (от анода к катоду) стабилитрон работает как диод, свободно пропуская ток. В обратном направлении он сначала не пропускает ток, а при увеличении подаваемого на него напряжения вдруг «пробивается» и начинает пропускать. Напряжение «пробоя» называют напряжением стабилизации. Оно будет оставаться неизменным даже при значительном увеличении входного напряжения. Благодаря этому свойству стабилитрон применяется в тех случаях, когда надо получить стабильное напряжение питания какого-либо устройства при колебаниях, например сетевого напряжения.

Этот прибор часто используют в блоках питания. Зачастую он похож на диод, поэтому мы покажем внешний вид диода (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Внешний вид диодов (стабилитроны имеют похожий вид).

У диода также два вывода: анод и катод. Если подключить к нему батарею: плюс — к аноду, минус — к катоду, в направлении от анода к катоду потечет ток. Сопротивление диода в этом направлении небольшое. Если же попробовать изменить полюса батарей, то есть включить диод «наоборот», то ток через диод не пойдет. В этом направлении диод имеет большое сопротивление.

Совокупность нескольких диодов — диодный мост (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Диодные мосты (сборки) — совокупность нескольких диодов.

Разновидностей диодов существует достаточно много (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Внешний вид некоторых полупроводниковых приборов.

Самый используемый в любых конструкциях — полупроводниковый. Существуют также выпрямительные диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Бывают универсальные и импульсные диоды, применяющиеся в импульсных режимах работы. Они имеют малую длительность переходных процессов включения и выключения. Туннельные диоды используются в усилителях, переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц. Обращенные диоды сделаны на основе полупроводника с критической концентрацией примеси, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении.

Существует и масса других элементов этой категории. Они используются не так часто, как перечисленные выше, но упомянуть о них стоит.

Варикап — полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения. Он применяется в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Тиристор — полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более р-n переходов. Он может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. В зависимости от способа управления тиристоры подразделяются на динисторы, трионые тиристоры, не проводящие в обратном направлении, запираемые тиристоры, симметричные тиристоры, оптронные тиристоры.

Светоизлучающий диод (светодиод) — полупроводниковый прибор с одним переходом, в котором осуществляется непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения вследствие рекомбинации электронов и дырок. Он предназначен для использования в устройствах визуального представления информации.

Излучающий диод ПК-диапазона — полупроводниковый диод, в котором осуществляется непосредственное преобразование электрической энергии в энергию инфракрасного (ИК) излучения.

Полупроводниковый знаковый индикатор — полупроводниковый прибор, состоящий из нескольких светоизлучающих диодов, предназначенный для использования в устройствах визуального представления информации в качестве индикатора знаков.

Оптопара — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь, обеспечивающая электрическую изоляцию между входом и выходом.

Акустические приборы. С одним из таких приборов вы сталкиваетесь каждый день, когда слушаете радио, плеер, магнитофон. Звук доносится из динамической головки (так называют динамик, или громкоговоритель), которая и превращает электрический ток, поступающий на ее выводы (их два), в колебания звуковой частоты (звук). Для простых приемников или усилителей выпускают наушные телефоны. Они состоят из двух капсюлей («наушников»).

С другими радиодеталями (выключателями, гальваническими элементами и батареями, трансформаторами и т. п.) вы сможете ознакомиться на собственном опыте или благодаря описаниям радиолюбительских самоделок.

В этом особых сложностей не будет. Чтобы вы смогли определить их на принципиальных схемах, обязательно запомните обозначение этих элементов на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Обозначение различных элементов на принципиальных схемах.

Изображение радиодеталей на принципиальных схемах разных стран практически одинаково, но иногда встречаются серьезные отличия (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Детали на принципиальных схемах разных стран.

Глава 2 Инструмент и устройства

Еще до ознакомления со строением конструкций и приобретения деталей надо запастись инструментом. Отвертка, кусачки, плоскогубцы, круглогубцы, пинцет, складной перочинный ножик или в крайнем случае лезвие бритвы — вот что нам понадобится для начала. И, конечно, паяльник. Лучше, если у вас будет паяльник мощностью 40 Вт, но можно пользоваться и менее мощным 25 Вт).

Рабочее место радиолюбителя

А теперь мы займемся устройством рабочего места. В первую очередь понадобится подставка для паяльника. Вы можете изготовить ее сами из толстой проволоки или купить готовую. А вот с емкостью для хранения мелких деталей вам нужно будет немного потрудиться самим. Из спичечных коробков надо сделать кассетницу — небольшой шкафчик с выдвижными ящиками. Для любой кассетницы возьмите 24 коробка и составьте из них два ряда. Один используйте для резисторов, другой — для конденсаторов. Поставьте их рядом и свяжите нитями или изоляционной лентой. На передней стенке каждого ящичка сделайте надписи.

На первом ящике для резисторов нужно написать 100 Ом, на втором — 510 Ом, на третьем — 1 кОм и потом 5,1 кОм, 10 кОм, 30 кОм, 62 кОм, 100 кОм, 300 кОм, 620 кОм, 1 МОм, 10 МОм. Это значит, что в первом ящичке будут храниться резисторы сопротивлением до 100 Ом, во втором — от 100 до 510 Ом, в третьем — от 510 Ом до 1 кОм (1000 Ом) и т. д. (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Кассетница для резисторов из спичечных коробков.

На ящичках для конденсаторов сделайте надписи 10 пФ, 51 пФ, 100 пФ, 300 пФ, 510 пФ, 820 пФ, 1000 пФ, 5100 пФ, 0,01 мкФ, 0,03 мкФ, 0,05 мкФ, 0,1 мкФ. Принцип размещения деталей такой же, как и резисторов. В качестве коробки для проводов можно использовать любой небольшой ящичек из металла или фанеры.

Измерительный прибор

Без измерительного прибора вам не обойтись, так как придется проверять сопротивление резисторов, напряжение и ток в разных цепях конструкций. Измерительный прибор, в народе авометр, или тестер, — должен иметь каждый радиолюбитель. Сейчас наиболее популярны цифровые приборы (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Некоторые виды современных цифровых приборов. Слева простой, справа более сложный.

Они многофункциональны, просты в использовании и сравнительно недороги.

Цифровые тестеры отличаются друг от друга функциями. Простым, дешевым тестером вы можете измерять сопротивление, напряжение, ток, а более сложным еще и проверять радиодетали. Но если вам в наследство от дедушки достался стрелочный прибор, то можно научиться пользоваться и им. Правда, для этого вам потребуются элементарные знания в математике для подсчетов.

Пользуемся цифровым прибором

Как правило, все цифровые тестеры производит Китай. И это совершенно не означает, что они плохие. Данные тестеры имеют режим прозвонки диодов, функцию определения коэффициента передачи биполярных транзисторов, измерения температуры, емкости конденсаторов и частоты.

Тестер, как и любой измерительный прибор, может измерять только сам себя. Запомните эту истину! Именно этот факт определяет способ подключения тестера в электрическую цепь для измерения величин.

Замечание. Во всех формулах, приведенных здесь, значения нужно подставлять в стандартной метрической системе. Мегаомы нужно переводить в омы, микрофарады — в фарады.

Измерение постоянного и переменного напряжения

Напряжением в радиотехнике называется разность потенциалов между двумя точками. Иногда применяется термин «падение напряжения». Прибор для измерения напряжения называется вольтметром. Как правило, на тестере режим вольтметра обозначается DCV и ACV, что расшифровывается как постоянное напряжение и переменное напряжение соответственно. Иногда эти режимы обозначаются как V и V

. Вольтметр подключается параллельно измеряемому участку цепи, то есть, если нам надо измерить падение напряжения на резисторе, контакты тестера подключаются к концам этого резистора без разрыва цепи.

Как известно из курса физики, при параллельном соединении проводников напряжение на них одинаково, и показания тестера, который, как мы помним, может измерять только сам себя, будут практически равны напряжению на измеряемом участке цепи. Но необходимые условия выполняются не всегда. Если показания не такие, как ожидалось, вспомните, что сопротивление тестера в режиме вольтметра очень велико и составляет около 10 МОм. Поэтому при измерении напряжения на сопротивлении, сравнимом уже с 1 МОм, тестер будет давать заниженные показания. Но в любительской радиотехнике такие сопротивления встречаются очень редко. Измерение напряжения между двумя несвязанными точками (например, напряжение в бытовой розетке) возможно в том случае, если источник напряжения может выдать ток значительно больший, чем U/10 МОм, где U — измеряемое напряжение. Для большинства источников это выполняется, но, скажем, при создании высоковольтных маломощных источников необходимо помнить об этом.

Есть еще одна проблема, и связана она с измерением переменного напряжения. Диоды, используемые для его выпрямления внутри тестера, имеют значительное падение напряжения и невысокую граничную частоту. Поэтому при измерении переменных напряжений в 1–3 В тестер будет выдавать заниженные показания. Это стоит помнить. Тестер также не умеет измерять высокочастотное напряжение и начинает «врать» (занижать реальные показания) уже с частот в несколько сотен килогерц.

Измерение постоянного тока

Ток есть число электрических зарядов, прошедших через проводник в единицу времени. Для того чтобы через тестер прошло такое же количество зарядов, как и через измеряемый проводник, авометр нужно включить последовательно с ним, то есть в разрыв электрической цепи. Как правило, для измерения больших токов у тестеров есть отдельный вход. Режим измерения постоянных токов обозначается, как правило, буквами DCA. Режим измерения больших токов обозначается как 10 А или 20 А. Здесь уместно напомнить, что хотя тестер используется для измерения токов в 10–20 А, подводящие провода для этого никак не предназначены и начинают греться и плавиться уже при токах в 4–5 А.

Переменный ток тестером измерить нельзя. В принципе, со значительной ошибкой это сделать можно, включив в разрыв измеряемого проводника резистор и измерив переменное напряжение на нем. Искомый ток находится по формуле:

где U — переменное напряжение, a R — сопротивление резистора, на котором это напряжение измерено. Этим методом измеряют только очень большие или очень маленькие токи. Причем в любом случае резистор надо стараться брать как можно меньшим, в случае больших токов — доли ома.

Омметр (измеритель сопротивления) обозначается греческой буквой омега W. Сопротивление измеряется при отсутствии какого-либо тока через резистор. В работающей схеме сопротивление измерять нельзя, так как параллельно измеряемому резистору будет включена вся остальная схема, сопротивление которой неизвестно, и показания омметра будут абсолютно неверными.

Помните, что нелинейные элементы (диоды, светодиоды, транзисторы, тиристоры и др.) обладают лишь дифференциальным сопротивлением, то есть сопротивлением, зависящим от приложенного напряжения. Дифференциальное напряжение напрямую тестером измерить нельзя. Косвенно его можно измерить, строя вольт-амперную характеристику элемента, но это требует создания небольшой дополнительной схемы.

Про реактивные элементы (конденсаторы, катушки) будет рассказано далее.

Режим прозвонки диодов обозначается, как правило, значком диода. Подключение его аналогично подключению омметра с теми же оговорками (не измерять в схеме и др.). Измерение производится в два этапа: сначала красный провод тестера подключить к аноду, затем — к катоду. В первом случае на экране должно отобразиться некоторое число, показывающее падение напряжения на диоде в милливольтах. Во втором — бесконечность (единичка в младшем разряде).

В режиме прозвонки диодов также можно определить распиновку биполярных транзисторов и их структуру. Делается это по следующему алгоритму:

1) Выбираем любой контакт транзистора и подсоединяем к нему красный провод тестера.

2) Пробуем другим контактом подсоединиться сначала к одному, а потом к другому контакту. Если в обоих случаях мы увидели какие-то цифры (они будут отличаться на 6–7 единиц, запомните их), то транзистор имеет структуру n-p-n, а контакт, к которому присоединен красный провод, — база. Коллектор — это тот контакт, при присоединении к которому черного провода число на экране было меньше. Оставшийся контакт соответственно эмиттер.

3) Если такой комбинации найти не удалось, повторяем алгоритм сначала, только поменяв провода местами (то есть ищем комбинацию, когда к одному из контактов подсоединен черный провод, а при касании красным других контактов появляются цифры на экране). Тогда транзистор — структуры n-p-n, а контакты определяются так же, как во втором пункте.

Измерение и проверка емкостей и индуктивностей

Если ваш тестер имеет специальные режимы для проверки емкости и индуктивности (обозначаются как С и L соответственно), пользоваться им нужно так же, как омметром (с теми же оговорками). Если у тестера нет таких режимов, можно просто проверить на работоспособность эти элементы с помощью омметра. Сопротивление катушки должно быть конечным и близким к нулю (иногда оно может составлять несколько кОм). Иногда на катушках с высокой индуктивностью цифры начинаются с больших значений и быстро уменьшаются. Так и должно быть. Конденсатор должен обладать бесконечным или очень большим (несколько мегаом) сопротивлением. Для больших конденсаторов можно приближенно определить их емкость. При подключении омметра (настроив его на максимально возможный предел для измерения сопротивлений порядка мегаома) к выводам конденсатора цифры начинают увеличиваться, постепенно приближаясь к бесконечности. Для больших емкостей (тысячи микрофарад) цифры увеличиваются очень медленно.

Пугаться этого не стоит. Емкость приблизительно будет равна

где t — время, за которое значения на экране выросли в е раз (е = 2.7), а R — входное сопротивление тестера (примем равным 10 МОм, но желательно откалибровать ее по конденсатору известной емкости).

Естественно, конденсатор нужно подключать в соответствии с полярностью: красный провод к положительной обкладке, черный — к отрицательной. Для неэлектролитических конденсаторов это не важно. При измерении емкости таким способом нельзя прикасаться руками к обоим выводам — сопротивление человеческого тела составляет иногда даже меньше мегаома.

Сразу хочу отметить — светодиоды тестером не проверяют. Падение их напряжения, как правило, больше того, что может измерить тестер. Очень яркие светодиоды можно спалить, так как в авометре нет ограничителя тока. Я бы не советовал измерять их тестером, но если вы все-таки решитесь можно заодно определить и выводы: если светодиод горит, значит, красный провод подключен к аноду.

Полевые транзисторы можно проверить на работоспособность — затвор должен быть изолирован от остальных контактов. Естественно, антистатический браслет не помешает, так как статическое электричество человека может вывести полевой транзистор из строя. Это касается и некоторых других деталей, например, микросхем, которые содержат в себе огромное количество разнообразных компонентов, в том числе и полевые транзисторы.

Электронные лампы можно проверить на предмет обрыва накала. У рабочей лампы сопротивление холодной накальной цепи составляет от сотен ом до долей ома, причем чем мощнее лампа, тем меньше сопротивление.

Микросхемы проверить можно только в схеме. Тестер тут не поможет.

Диодные мосты проверяются аналогично обычным диодам, ошибиться в подключении там нельзя.

Определить сетевую обмотку у трансформаторов тестером тоже нельзя, так как сопротивление сетевых обмоток у мощных трансформаторов может быть меньше, чем у вторичных. Я применяю следующий метод: включаю последовательно с тестируемой обмоткой лампочку на 60 Вт (то есть лампочка включается в разрыв сетевых проводов), если лампочка не горит или горит очень слабо — это и есть нужная обмотка, если горит — переходим к следующей. Трансформаторы на 400 Гц и тем более импульсные таким способом можно проверять только при подключении к источнику тока соответствующей частоты.

Пользуемся стрелочным прибором

Наверное, люди, которые пользуются цифровыми измерительными приборами, с иронией посмотрят на эту главу книги. Однако многие рекомендации, рассказанные здесь для стрелочного прибора, могут быть применимы и для цифрового тестера, так как в него также входит омметр.

Не все начинающие радиолюбители знают, что омметром можно проверять почти все радиоэлементы: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, диоды, тиристоры, транзисторы, некоторые микросхемы. В авометре омметр образован внутренним источником тока (сухим элементом или батареей), стрелочным прибором и набором резисторов, которые переключаются при изменении пределов измерения. Сопротивления резисторов подобраны таким образом, чтобы при коротком замыкании клемм омметра стрелка прибора отклонилась вправо до последнего деления шкалы. Это деление соответствует нулевому значению измеряемого сопротивления. Когда же клеммы омметра разомкнуты, стрелка прибора стоит напротив левого крайнего деления шкалы, которое обозначено значком бесконечно большого сопротивления. Если к клеммам омметра подключено какое-то сопротивление, стрелка показывает промежуточное значение между нулем и бесконечностью и отсчет производится по оцифровке шкалы. В связи с тем, что шкалы омметров выполнены в логарифмическом масштабе, края шкалы получаются сжатыми, поэтому наибольшая точность измерения соответствует положению стрелки в средней, растянутой части шкалы. Таким образом, если стрелка прибора оказывается у края шкалы, в сжатой ее части, для повышения точности отсчета следует переключить омметр на другой предел измерения.

Омметр производит измерение сопротивления, подключенного к его клеммам, путем измерения постоянного тока, протекающего в цепи. Поэтому к сопротивлению прикладывается постоянное напряжение от встроенного в омметр источника.

В связи с тем, что некоторые радиоэлементы обладают разными сопротивлениями в зависимости от полярности приложенного напряжения, для грамотного использования омметра необходимо знать, какая из клемм омметра соединена с плюсом источника тока, а какая — с минусом. В паспорте авометра эти сведения обычно не указаны, и их нужно определить самостоятельно. Это можно сделать либо по схеме авометра, либо экспериментально с помощью какого-либо дополнительного вольтметра или исправного диода любого типа.

Щупы омметра подключают к вольтметру так, чтобы стрелка вольтметра отклонялась вправо от нуля. Тогда тот щуп, который подключен к плюсу вольтметра, будет также плюсовым, а второй — минусовым. При использовании в этих целях диода его сопротивление измеряют два раза: сначала произвольно подключая к диоду щупы, а второй раз — наоборот. За основу берется то измерение, при котором показания омметра получаются меньшими. При этом щуп, подключенный к аноду диода, будет плюсовым, а щуп, подключенный к катоду, — минусовым.

При проверке исправности того или иного радиоэлемента возможны две различные ситуации: либо проверке подлежит изолированный, отдельный элемент, либо элемент, впаянный в какое-то устройство. Нужно учесть, что за редким исключением проверка элемента, впаянного в схему, не получится полноценной, возможны грубые ошибки. Они связаны с тем, что параллельно контролируемому элементу к схеме могут оказаться подключены другие элементы, и омметр будет измерять сопротивление не проверяемого элемента, а параллельного соединения его с другими элементами.

Возможность достоверной оценки исправности контролируемого элемента схемы можно определить путем изучения этой схемы, проверяя, какие другие элементы к нему подключены и как они могут повлиять на результат измерения. Если такую оценку произвести затруднительно или невозможно, следует отпаять от остальной схемы хотя бы один из двух выводов контролируемого элемента и только после этого производить его проверку. При этом также не следует забывать и о том, что тело человека также обладает некоторым сопротивлением, зависящим от влажности кожной поверхности и от других факторов. Поэтому при пользовании омметром во избежание появления ошибки измерения нельзя касаться пальцами обоих выводов проверяемого элемента.

Проверка постоянных резисторов производится омметром путем измерения их сопротивления и сравнения с номинальным значением, которое указано на самом резисторе и на принципиальной схеме аппарата. При измерении сопротивления резистора полярность подключения к нему омметра не имеет значения. Необходимо помнить, что действительное сопротивление резистора может отличаться от номинального на величину допуска. Поэтому, например, если проверяется резистор с номинальным сопротивлением 100 кОм и допуском ±10 %, действительное сопротивление такого резистора может колебаться в пределах от 90 до 110 кОм. Кроме того, сам омметр обладает определенной погрешностью измерения (обычно порядка 10 %). Таким образом, при отклонении фактически измеренного сопротивления на 20 % от номинального значения резистор следует считать исправным.

При проверке переменных резисторов измеряется сопротивление между крайними выводами, которое должно соответствовать номинальному значению с учетом допуска и погрешности измерения, а также необходимо измерять сопротивление между каждым из крайних выводов и средним выводом. Эти сопротивления при вращении оси из одного крайнего положения в другое должны плавно, без скачков изменяться от нуля до номинального значения.

При проверке переменного резистора, впаянного в схему, два из его трех выводов необходимо выпаивать. Если переменный резистор имеет дополнительные отводы, допустимо, чтобы только один вывод оставался припаянным к остальной части схемы.

Конденсаторы могут иметь следующие дефекты: обрыв, пробой и повышенная утечка. Пробой конденсатора характеризуется наличием между его выводами короткого замыкания то есть нулевого сопротивления. Пробитый конденсатор любого типа легко обнаруживается омметром путем проверки сопротивления между его выводами.

Конденсатор не пропускает постоянного тока, его со противление, которое измеряется омметром, должно быть бесконечно велико. Однако это оказывается справедливо лишь для идеального конденсатора. В действительности между обкладками конденсатора всегда имеется какой-то диэлектрик, обладающий конечным значением сопротивления, которое называется сопротивлением утечки. Его-то и измеряют омметром. В зависимости от используемого в конденсаторе диэлектрика устанавливаются критерии исправности по величине сопротивления утечки. Слюдяные, керамические, пленочные, бумажные, стеклянные и воздушные конденсаторы имеют очень большое сопротивление утечки, и при их проверке омметр должен показывать бесконечно большое сопротивление. Однако имеется большая группа конденсаторов, сопротивление утечки которых сравнительно невелико. К ней относятся все полярные конденсаторы, которые рассчитаны на определенную полярность приложенного к ним напряжения, и эта полярность указывается на их корпусах.

При измерении сопротивления утечки этой группы конденсаторов необходимо соблюдать полярность подключения омметра (плюсовой вывод омметра должен присоединяться к плюсовому выводу конденсатора), в противном случае результат измерения будет неверным. К этой группе конденсаторов относятся все электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Сопротивление утечки таких исправных конденсаторов должно быть не менее 100 кОм, остальных не менее 1 МОм. При проверке конденсаторов большой емкости нужно учесть, что при подключении омметра к конденсатору, если он не был заряжен, начинается его зарядка и стрелка омметра делает бросок в сторону нулевого значения шкалы. По мере зарядки стрелка движется в сторону увеличения сопротивлений. Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее движется стрелка.

Отсчет сопротивления утечки следует производить только после того, как она практически остановится. При проверке конденсаторов емкостью порядка 1000 мкФ на это может потребоваться несколько минут.

Внутренний обрыв или частичная потеря емкости

конденсатором не могут быть обнаружены омметром. Для этого необходим прибор, позволяющий измерять емкость. Однако обрыв конденсатора емкостью более 0,2 мкФ может быть обнаружен омметром по отсутствии начального скачка стрелки во время зарядки. Повторная проверка конденсатора на обрыв может производиться только после снятия заряда, для чего выводы конденсатора нужно замкнуть на короткое время.

Конденсаторы переменной емкости проверяются омметром на отсутствие замыканий. Для этого омметр подключается к каждой секции агрегата и медленно поворачивается ось из одного крайнего положения в другое. Омметр должен показывать бесконечно большое сопротивление в любом положении оси.

Проверка катушек индуктивности

При проверке омметром катушек индуктивности контролируется только отсутствие в них обрыва. Сопротивление однослойных катушек должно быть равно нулю, сопротивление многослойных — близко к нулю. Иногда в паспортных данных аппарата указывается сопротивление многослойных катушек постоянному току, и на его величину можно ориентироваться при их проверке. При обрыве катушки омметр показывает бесконечно большое сопротивление. Если катушка имеет отвод, нужно проверить обе секции, подключая омметр сначала к одному из крайних выводов катушки и к ее отводу, а затем — ко второму крайнему выводу и отводу.

Проверка низкочастотных дросселей и трансформаторов

Как правило, в паспортных данных аппаратуры или в инструкциях по ее ремонту указываются значения сопротивлений обмоток постоянному току, которые можно использовать при проверке трансформаторов и дросселей. Обрыв обмотки фиксируется по бесконечно большому сопротивлению между ее выводами. Если же сопротивление значительно меньше номинального, это может указывать на наличие короткозамкнутых витков. Однако чаще всего короткозамкнутые витки возникают в небольшом количестве, когда происходит замыкание между соседними витками и сопротивление обмотки изменяется незначительно.

Отсутствие короткозамкнутых витков можно проверить следующим образом: у трансформатора выбирается обмотка с наибольшим количеством витков, к одному из выводов которой подключается омметр с помощью зажима «крокодил», ко второму прикасаются слегка влажным пальцем левой руки. Держа металлический наконечник второго щупа омметра правой рукой, подключают его ко второму выводу обмотки, не отрывая от него пальца левой руки. Стрелка омметра отклоняется от своего начального положения, показывая сопротивление обмотки. Когда стрелка остановится, отводят правую руку с щупом от второго вывода обмотки. Если трансформатор исправен, то в момент разрыва цепи чувствуется легкий удар электрическим током. В связи с тем, что энергия разряда мизерна, никакой опасности такая проверка не представляет. Омметр при этом нужно использовать на самом меньшем пределе измерения, который соответствует наибольшему току измерения.

Полупроводниковые диоды отличаются резко нелинейной вольтамперной характеристикой, поэтому их прямой и обратный токи при одинаково приложенном напряжении различны. На этом основана проверка диодов омметром. Прямое сопротивление измеряется при подключении плюсового вывода омметра к аноду, а минусового вывода — к катоду диода. У пробитого диода прямое и обратное сопротивления равны нулю. Если диод оборван, оба сопротивления бесконечно велики. Заранее указать значения прямого и обратного сопротивлений или их соотношение нельзя, так как они зависят от приложенного напряжения, а это напряжение у разных авометров и на разных пределах измерения не одинаково. Тем не менее у исправного диода обратное сопротивление должно быть больше прямого. Отношение обратного сопротивления к прямому у диодов, рассчитанных на низкие обратные напряжения, велико (может быть более 100). У диодов, рассчитанных на большие обратные напряжения, это отношение оказывается незначительным, так как обратное напряжение, приложенное к диоду омметром, мало по сравнению с тем обратным напряжением, на которое диод рассчитан.

Методика проверки стабилитронов и варикапов не отличается от изложенной выше. Как известно, если к диоду приложено напряжение, равное нулю, ток диода также будет равен нулю. Для получения прямого тока необходимо приложить к диоду какое-то пороговое небольшое напряжение, что обеспечивает любой омметр. Однако если несколько диодов соединено последовательно (в одну сторону), пороговое напряжение, необходимое для отпирания всех диодов, увеличивается и может оказаться больше, чем напряжение на клеммах омметра. По этой причине измерить прямые напряжения диодных столбов или селеновых столбиков при помощи омметра невозможно.

Неуправляемые тиристоры (динисторы) могут быть проверены таким же образом, как диоды, если напряжение отпирания динистора меньше напряжения на клеммах омметра. Если же оно больше, динистор при подключении омметра не отпирается и омметр в обоих направлениях показывает очень большое сопротивление. Тем не менее, если динистор пробит, омметр это регистрирует нулевыми показаниями прямого и обратного сопротивлений.

Для проверки управляемых тиристоров (тринисторов) плюсовой вывод омметра подключается к аноду тринистора, а минусовой вывод — к катоду. Омметр при этом должен показывать очень большое сопротивление, почти равное бесконечному. Затем замыкают выводы анода и управляющего электрода тринистора, что должно приводить к резкому уменьшению сопротивления. Если после этого отключить управляющий электрод от анода, не разрывая цепи, для многих типов тринисторов омметр будет продолжать показывать низкое сопротивление открытого тринистора. Это происходит, когда анодный ток тринистора оказывается больше так называемого тока удержания. В этом случае тринистор обязательно остается открытым. Это требование является достаточным, но не обязательным. Отдельные экземпляры тринисторов одного и того же типа могут иметь значения тока удержания значительно меньше гарантированного. В этом случае тринистор при отключении управляющего электрода от анода остается открытым. Но, если при этом он запирается и омметр показывает большое сопротивление, нельзя считать, что тринистор неисправен.

Эквивалентная схема биполярного транзистора представляет собой два диода, включенных навстречу друг другу. Для транзисторов p-n-р эти эквивалентные диоды соединены катодами, а для транзисторов n-р-n — анодами. Таким образом, проверка транзистора омметром сводится к исследованию обоих p-n-переходов транзистора: коллектор-база и эмиттер база. Для проверки прямого сопротивления переходов транзистора p-n-р минусовой вывод омметра подключается к базе, а плюсовой вывод омметра — поочередно к коллектору и эмиттеру. Для проверки обратного сопротивления переходов к базе подключается плюсовой вывод омметра.

При проверке n-p-n-транзисторов подключение производится наоборот: прямое сопротивление измеряется при соединении с базой плюсового вывода омметра, а обратное сопротивление — при соединении с базой минусового вывода. При пробое перехода его прямое и обратное сопротивления оказываются равными нулю. При обрыве перехода его прямое сопротивление бесконечно велико. У исправных маломощных транзисторов обратные сопротивления переходов во много раз больше их прямых сопротивлений. У мощных транзисторов это отношение не столь велико, тем не менее омметр позволяет их различить.

Из эквивалентной схемы биполярного транзистора вытекает, что с помощью омметра можно определить тип проводимости транзистора и назначение его выводов. Сначала определяют тип проводимости и находят вывод базы транзистора. Для этого первый вывод омметра подключают к выводу транзистора, а другим выводом омметра касаются поочередно двух других выводов транзистора. Затем первый вывод омметра подключают к другому выводу транзистора, а другим выводом касаются свободных выводов транзистора. После чего тот же вывод омметра подключают к третьему выводу транзистора, а другим выводом касаются остальных. После этого меняют местами выводы омметра и повторяют указанные измерения.

Нужно найти такое положение омметра, при котором подключение его второго вывода к каждому из двух выводов транзистора, не присоединенных к первому выводу омметра, соответствует небольшому сопротивлению (оба перехода открыты). Тогда вывод транзистора, к которому подключен первый вывод омметра, является выводом базы. Если первый вывод омметра является плюсовым, значит, транзистор относится к n-р-n-проводимости, если — минусовым, значит, к р-n-р-проводимости.

Теперь нужно определить, какой из двух оставшихся выводов транзистора является выводом коллектора. Для этого омметр подключается к этим двум выводам, база соединяется с плюсовым выводом омметра при транзисторе n-p-n или с минусовым выводом омметра при транзисторе p-n-р и замечается сопротивление, которое измеряется омметром. Затем выводы омметра меняются местами (база остается подключенной к тому же выводу омметра, что и ранее), и вновь замечается сопротивление по омметру. В том случае, когда сопротивление оказывается меньше, база была соединена с коллектором транзистора.

Секреты правильной пайки

Неужели даже в таком деле, как паяние деталей, есть секреты? Казалось бы, что здесь может быть сложного, однако уметь хорошо паять — мастерство, которое дается не сразу, а в результате практики. Овладеть им — значит познать все секреты техники паяния.

Первый секрет — правильное применение припоя и флюса.

Припой — легкоплавкий металлический сплав, которым спаивают провода и выводы деталей. Лучший припой — чистое олово. Однако оно дорогое и используется в исключительных случаях. Во время радиомонтажа чаще применяют оловянно-свинцовые припои. По прочности спаивания они не уступают чистому олову. Плавятся такие припои при температуре 180–200 °C. Обозначали их в бывшем Союзе тремя буквами — ПОС (припой оловянно-свинцовый), за которыми идет двузначное число, показывающее содержимое олова в процентах, например ПОС-40, ПОС-60. Для наших целей лучшее брать припой ПОС-60. А вообще подойдет любой «модный» припой, который продается намотанным на пластмассовые катушки и т. п.

Флюс — это противоокисляющие вещества. Их применяют для того, чтобы подготовленные к паянию места деталей или проводников не окислялись во время паяния. Без флюса припой может не прикрепиться к поверхности металла.

Флюсы бывают разные. Например, для ремонта металлической посуды пользуются «паяльной кислотой» — раствором цинка в соляной кислоте. Паять радиоконструкции с таким флюсом нельзя — со временем он разрушает пайку. Для радиомонтажа надо применять флюсы, в которых нет кислоты, например, канифоль. В магазинах вы, наверное, встречали смычковую канифоль, которой музыканты натирают смычки своих инструментов, — ее также можно использовать для паяния.

Чтобы паять в труднодоступных местах, желательно запастись редким флюсом. Для его приготовления канифоль измельчают в порошок и добавляют борный спирт (лучший вариант) или глицерин. Помешивая раствор палочкой, подсыпают канифоль до образования густой кашеобразной жидкости. Такой флюс наносят на места пайки тонкой палочкой или кисточкой.

Второй секрет — чистота жала паяльника и его нагревание. Если жало грязное, им тяжело работать, — припой будет плавиться, но к поверхности жала не пристанет. Жало обязательно надо зачистить и залудить — покрыть тонким пластом припоя. Делается это так: разогрейте паяльник и зачистите его жало напильником или наждачной бумагой, погрузите жало в канифоль, а потом троньте им кусочек припоя. Затем в пласте расплавленного припоя поводите жало по деревянной палочке (или по подставке) так, чтобы вся его поверхность покрылась пластом припоя. С течением времени жало будет покрываться окислительным налетом темного цвета, который может помешать паянию. Тогда его нужно снова залудить.

Третий секрет — чистота поверхностей, которые спаиваются. Места проводников и деталей, предназначенных для паяния, должны быть зачищены до блеска. Хорошо зачищенный проводник кладут на кусок канифоли и хорошо прогревают паяльником. Канифоль быстро расплавится, а припой, который есть на паяльнике, растечется по проводнику. Вращая проводник и медленно двигая по нему жало паяльника, добиваются равномерного распределения припоя по поверхности проводника. Только не переусердствуйте, многие детали нельзя сильно нагревать.

Четвертый секрет — правильное соединение проводов и хорошее прогревание места спаивания деталей. Если вы паяете транзистор, придерживайте пинцетом его выводы во избежание их перегрева. Если нужно спаять концы двух залуженных проводников, плотно сдавите их друг с другом и до места их соприкосновения дотроньтесь паяльником с каплей припоя на конце жала. Как только поверхность прогреется, припой растечется и заполнит промежутки между проводниками. Плавным движением паяльника распределите припой равномерно по всему месту спаивания. Продолжительность паяния не должна превышать 5 секунд. Припой быстро твердеет и крепко соединяет детали. Однако не стоит сдвигать с места спаянные проводники еще в течение 10 секунд.

Во время монтажа нужно учитывать, что, налаживая конструкции, приходится перепаивать проводники или заменять детали. Например, концы деталей, которые соединяются с общим проводником в соответствии со схемой, следует припаивать не в одной точке, а на некотором расстоянии один от другого. Не рекомендуется закручивать концы деталей вокруг проводника.

Помните, что во время паяния выделяются вредные для здоровья пары олова и свинца. Ни в коем случае нельзя наклоняться над местом паяния и вдыхать испарения. Летом старайтесь паять возле открытого окна, зимой чаще проветривайте помещение во время работы. Закончив паяние, обязательно вымойте руки теплой водой с мылом.

Глава 3 Основные правила безопасности

Радиолюбителям, занимающимся конструированием различных электронных устройств, постоянно приходится иметь дело с электрическим током. Любая неосторожность в процессе изготовления, наладки и эксплуатации устройств может привести к печальным последствиям, поэтому необходимо тщательно выполнять несложные правила техники безопасности.

Правила необходимо знать и соблюдать!

Безопасным для человека считается напряжение, не превышающее 36 В. Разумеется, речь идет о нормальных условиях — сухое помещение, чистая и сухая кожа. Поскольку при питании устройств от гальванических элементов и батарей напряжение ниже, следует соблюдать безопасность при работе с устройствами, имеющими сетевое питание. Значение тока, протекающего через тело человека, зависит от сопротивления конкретного человека. У всех людей оно разное. Необходимо помнить, что сопротивление снижается, когда руки или одежда влажные. Не следует начинать работу, если вы больны или устали, — реакция снижена, увеличивается вероятность несчастного случая.

При попадании человека под напряжение электрический ток обычно протекает от одной руки к другой, а также от руки к ноге. Поэтому не следует двумя руками одновременно прикасаться к элементам устройства, а также держаться рукой за трубу отопления или водопровода. Под ноги желательно подкладывать резиновый коврик, являющийся изолятором.

Жало паяльника следует заземлять — это обеспечит безопасность работы при нарушении изоляции паяльника и появлении на корпусе фазного напряжения (в этом случае сработают предохранители, и сеть будет обесточена).

Предохранители электросети (плавкие вставки или электромеханические «пробки») должны быть исправными. Замену элементов налаживаемой конструкции следует производить только в обесточенном состоянии. Если в устройстве имеются высоковольтные конденсаторы, их необходимо разрядить (вообще при проектировании устройства надо предусматривать разрядку таких конденсаторов после отключения напряжения питания). Для разрядки достаточно замкнуть контакты конденсатора, при этом возникнет искра. Если необходимо измерить напряжение на элементах, то один щуп вольтметра следует подключить к требуемой точке при обесточенном устройстве (например, с помощью лабораторного зажима типа «крокодил»). После включения устройства в сеть вторым щупом прикасаются к выводу элемента. При этом не следует пользоваться щупом, имеющим неизолированную часть (спицу) значительной длины — в этом случае можно надеть отрезок изоляционной трубки, оставив неизолированный конец длиной 2–3 мм.

Измерение лучше выполнять одной рукой. Некоторые радиолюбители проверяют наличие напряжения на зажимах с помощью языка. Так делать ни в коем случае нельзя, даже если известно, что напряжение не превышает 5–7 В. Говорят, что незаряженное ружье один раз в год стреляет — на этих зажимах может оказаться значительное напряжение.

В последнее время радиолюбители собирают приборы, используя транзисторы и микросхемы, питание которых осуществляется безопасным напряжением. Как правило, такие устройства питаются от сети через понижающий трансформатор. В этом случае опасное напряжение имеется на выводах первичной обмотки трансформатора, выключателя питания и патроне предохранителя (применение их обязательно). Монтаж этой части прибора, связанной с сетью, следует выполнять особенно тщательно, все соединения нужно изолировать поливинилхлоридной трубкой, лакотканью или изоляционной лентой. Если устройство не содержит трансформатор, то все элементы имеют гальваническую связь с сетью. При настройке и эксплуатации такого устройства следует соблюдать особую осторожность. В процессе его налаживания желательно питать его через разделительный трансформатор, у которого первичная и вторичная обмотки рассчитаны на напряжение сети. Плату и элементы устройства необходимо тщательно изолировать от корпуса, а сам корпус лучше выполнять из непроводящего материала. Изнутри его желательно выложить асбестовыми пластинами.

Ручки переменных резисторов, колпачки переключателей, другие элементы управления следует выполнять из изоляционного материала. Прежде чем включать прибор в сеть, подключите омметр к выводам сетевой вилки и убедитесь в отсутствии короткого замыкания.

При работе начинающего радиолюбителя с электронными устройствами желательно, чтобы в этом помещении находился второй человек, который в случае необходимости может отключить напряжение и оказать помощь.

Таковы основные правила техники безопасности при работе с электроустановками. Их необходимо соблюдать каждому радиолюбителю.

Действие электрического тока на человека

В зависимости от условий, при которых человек подвергается действию электрического тока, последствия могут быть различны. Но наиболее опасно влияние на нервную систему. Как известно, работа сердца регулируется нервными импульсами, исходящими от нервной системы, под действием которых происходит его сокращение в определенном ритме. Дыхание также управляется нервной системой. Действие электрического тока нарушает нормальное функционирование нервной системы, что может привести к беспорядочному сокращению мышц сердца, называемому фибрилляцией. Это равносильно его остановке и грозит летальным исходом.

Воздействие тока выражается в виде электрического удара и шока. Электрический удар в зависимости от последствий можно условно разделить на пять степеней:

• едва ощутимое сокращение мышц;

• судорожное сокращение мышц с сильными болями без потери сознания, при этом могут быть механические травмы под действием сокращения мышц;

• судорожное сокращение мышц с потерей сознания;

• потеря сознания с нарушением работы сердца и дыхания;

При оказании своевременной помощи человека можно спасти! Шок от удара электричеством имеет две фазы: возбуждения и торможения. Фаза возбуждения характеризуется сохранением активности и работоспособности, но потом она переходит в фазу торможения. Она характеризуется понижением давления, учащением пульса, ослаблением дыхания, возникает угнетенное состояние, потом клиническая смерть, которая без оказания помощи может перейти в биологическую.

Возможны и другие воздействия тока на человека. Тепловое воздействие характеризуется различными ожогами, химическое сопровождается электролизом крови и других веществ в организме, нарушением их химического состава и функций в организме. Механическое воздействие приводит к различным травмам частей тела под действием непроизвольного сокращения мышц. Основное значение имеет величина проходящего через тело человека тока, но важен и род тока, его частота, путь через тело, продолжительность воздействия тока и индивидуальные особенности пострадавшего.

Различные величины тока частотой 50 Гц действуют следующим образом:

• 5-10 мА — боль в мышцах, их судорожное сокращение, руки с трудом можно оторвать от электродов;

• 10–20 мА — боли, руки невозможно оторвать от электродов;

• 25–50 мА — боль в руках и груди, дыхание затруднено, возможен паралич дыхания и потеря сознания;

• 50–80 мА — при длительном действии возможна клиническая смерть;

• 100 мА и более — при длительности более трех секунд возможна клиническая смерть.

Будьте внимательны и осторожны!

Что представляет собой молния?

Каждый из нас неоднократно наблюдал грозу, видел молнии и слышал гром. И, конечно, хотел узнать, что это такое. Изучением этого явления природы занимались многие ученые, в частности Б. Франклин, М. В. Ломоносов, Г. В. Рихман. В 1753 году, исследуя атмосферное электричество, Г. В. Рихман погиб от удара молнии.

Как же образуются грозовые облака? При нагревании атмосферы теплые воздушные массы поднимаются, а холодные опускаются. В результате соприкосновения различные воздушные потоки и облака электризуются. При этом одна часть облака электризуется положительно, а другая — отрицательно (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Принцип образования грозовых облаков

Напряжение между двумя облаками, а также между облаками и землей достигает десятков миллионов вольт. В результате между облаками или между облаком и землей возникает гигантская искра — молния. Длина ее достигает нескольких километров, а диаметр ее канала иногда составляет метр и больше. Сила тока в канале молнии огромна: от 1 до 200 кА. Однако длительность разряда мала: она составляет тысячные доли секунды.


Удары молний очень опасны. Молния может разрушить здание, опору электропередач, заводскую трубу, вызвать пожар и т. д. Ее удар смертелен для всего живого, но в людей и животных молния ударяет сравнительно редко и только в тех случаях, когда сам человек из-за незнания создает для этого благоприятные условия. Находясь в поле, нельзя скрываться от дождя под одиноко стоящим деревом или в копне сена, в лесу надо уходить от очень высоких деревьев. В горах лучше всего прятаться от дождя в пещеру или под глубокий уступ.

Молния чаще ударяет в высокие предметы, а из двух предметов одинаковой высоты — в тот, который является лучшим проводником. Для защиты одиноко стоящих сооружений (зданий, опор линий электропередач и т. д.) вблизи них устанавливают мачту с заостренным металлическим стержнем, который хорошо соединен (спаян, сварен) толстым проводом с металлическим предметом, закопанным глубоко в землю. Это устройство получило название молниеотвода (часто называют громоотводом). Упрощенно принцип работы молниеотвода можно объяснить так. Грозовая туча своим электрическим полем вызывает в молниеотводе электрический заряд, у которого знак противоположен знаку заряда тучи. Этот заряд, стекая с острия молниеотвода, нейтрализует заряд тучи. Защищаемое молниеотводом пространство на поверхности земли определяется высотой молниеотвода.

Глава 4 Закон Ома

Предполагалось, что книга не будет содержать формул, и в принципе можно было бы для начала обойтись без них, но в электронике абсолютно все связано с законами физики, которые выражаются, как правило, формулами. И совершенно не последнюю роль играет закон Ома.

Основной принцип закона Ома

Закон Ома — это физический закон, определяющий соотношение между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи. Назван в честь его первооткрывателя Гeopra Ома. Суть закона проста: порождаемый напряжением ток обратно пропорционален сопротивлению, которое ему приходится преодолевать, и прямо пропорционален порождающему напряжению. Именно такое определение вы бы прочитали в учебнике по физике. Я же попробую объяснить это на примере с водопроводной трубой.

Припоминаете, что такая же аналогия использовалась, когда мы говорили о токе?

Представьте себе, что вода — некое подобие электрического тока, образуемого направленным движением электронов в проводнике, а напряжение — аналог давления (напора) воды. Сопротивление — это та сила противодействия среды их движению, которую приходится преодолевать электронам (воде), в результате выделяется теплота. Именно такая модель представлялась Георгу Ому в 1820-е годы, когда он занялся исследованием природы происходящего в электрических цепях. Чем выше давление воды в трубе, тем относительно большая доля энергии расходуется на преодоление сопротивления, поскольку в трубах усиливается турбулентность потока.

Из этого исходил Ом, приступая к опытам по измерению зависимости силы тока от напряжения. Очень скоро выяснилось, что ничего подобного в электрических проводниках не происходит: сопротивление вещества электрическому току вовсе не зависит от приложенного напряжения. В этом, по сути, и заключается закон Ома, который (для отдельного участка цепи) записывается очень просто:

где V — напряжение, приложенное к участку цепи, I — сила тока, a R — электрическое сопротивление участка цепи (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Для этой цепи, согласно закону Ома, напряжение V равно силе тока I, измеренной амперметром А, умноженной на сопротивление R.

Сегодня мы понимаем, что электрическая проводимость обусловлена движением свободных электронов, а сопротивление — столкновением этих электронов с атомами кристаллической решетки. При каждом таком столкновении часть энергии свободного электрона передается атому, который, начинает колебаться более интенсивно, и в результате мы наблюдаем нагревание проводника под действием электрического тока. Повышение напряжения в цепи никак не сказывается на доле тепловых потерь такого рода, и соотношение напряжения и электрического тока остается постоянным.

Однако, когда Георг Ом сформировал свой закон, атомная теория строения вещества находилась в зачаточном состоянии, а до открытия электрона было еще несколько десятилетий. Таким образом, для него формула V = I x R была чисто экспериментальным результатом. Сегодня мы имеем достаточно стройную и одновременно сложную теорию электропроводности и понимаем, что закон Ома в его первозданном виде — всего лишь грубое приближение. Однако это не мешает нам с успехом использовать его для расчета самых сложных электрических цепей, применяющихся в промышленности и быту. Единица электрического сопротивления системы СИ называется Ом — в честь этого выдающегося ученого.

Немного истории

Гeopr Симон Ом (1789–1854) родился в Эрлангене в семье потомственного слесаря. Роль отца в воспитании мальчика была огромной. Пожалуй, всем тем, чего добился Ом в жизни, он обязан отцу. После окончания школы Гeopг поступил в городскую гимназию, которая курировалась университетом и представляла собой учебное заведение, соответствующее тому времени.

Успешно окончив гимназию, Гeopг весной 1805 года приступил к изучению математики, физики и философии на философском факультете Эрлангенского университета. Проучившись три семестра, Ом принял приглашение от частной школы швейцарского городка Готтштадта занять место учителя математики. В 1809 году Гeopгy была предложена должность преподавателя математики в городе Нейштадт. К Рождеству он перебрался на новое место, но мечта окончить университет не покидала его. В 1811 году он возвращается в Эрланген.

Самостоятельные занятия Ома были настолько плодотворными, что он в том же году смог окончить университет, успешно защитить диссертацию и получить степень доктора философии. Сразу же по окончании университета он стал приват-доцентом кафедры математики этого же университета. Преподавательская работа вполне соответствовала желаниям и способностям Ома. Но, проработав всего три семестра, он по причине материальных проблем, которые почти всю жизнь преследовали его, был вынужден подыскать более оплачиваемую должность. Королевским решением от 16 декабря 1812 года Ом был назначен учителем математики и физики школы в Бамберге. В феврале 1816 года это учебное заведение закрыли, и ему предложили за ту же плату проводить занятия в переполненных классах местной подготовительной школы. Потеряв всякую надежду найти подходящую преподавательскую работу, отчаявшийся доктор философии неожиданно получает предложение занять место учителя математики и физики в иезуитской коллегии Кельна. Он немедленно выезжает к месту будущей работы.

В Кельне он проработал девять лет. Наличие свободного времени способствовало «превращению» Ома из математика в физика и формированию его как физика-исследователя. Он с увлечением отдается новой работе, просиживая долгие часы в мастерской коллегии и в хранилище приборов. Занимается исследованиями электричества, начинает свои эксперименты с определения относительных величин проводимости различных проводников. Применив метод, который стал теперь классическим, он подключал последовательно между двумя точками цепи тонкие проводники из различных материалов одинакового диаметра и изменял их длину так, чтобы получалась определенная величина тока.

Как пишет В. В. Кошманов: «Ом знал о появлении работ Барлоу и Беккереля, в которых были описаны экспериментальные поиски закона электрических цепей. Знал он и о результатах, к которым пришли эти исследователи. Хотя и Ом, и Барлоу, и Беккерель в качестве регистрирующего прибора использовали магнитную стрелку, соблюдали особую тщательность в соединении цепи, и источник электрического тока в принципе был одной и той же конструкции, однако полученные ими результаты были различными. Истина упорно ускользала от исследователей. Необходимо было прежде всего устранить самый значительный источник погрешностей, каким, по мнению Ома, была гальваническая батарея.

Уже в своих первых опытах Ом заметил, что магнитное действие тока при замыкании цепи произвольной проволокой уменьшается со временем… Это снижение практически не прекращалось с течением времени, и ясно было, что заниматься поиском закона электрических цепей при таком положении дел бессмысленно. Нужно было или использовать другой тип генератора электрической энергии из уже имеющихся, или создавать новый, или разрабатывать схему, в которой изменение ЭДС не сказывалось бы на результатах опыта. Ом пошел по первому пути».

Илон Маск рекомендует:  Что такое код ncurses_resetty

После опубликования первой статьи Ома немецкий физик Поггендорф посоветовал ему отказаться от химических элементов и воспользоваться термопарой медь-висмут, незадолго до этого введенной Зеебеком. Ом прислушался и повторил свои опыты, собрав установку с термоэлектрической батареей, во внешнюю цепь которой включались последовательно восемь медных проволок одинакового диаметра, но разной длины. Силу тока он измерял с помощью своего рода крутильных весов, образуемых магнитной стрелкой, подвешенной на металлической нити. Когда ток, параллельный стрелке, отклонял ее, Ом закручивал нить, на которой она была подвешена, пока стрелка не оказывалась в своем обычном положении — сила тока считалась пропорциональной углу, на который закручивалась нить. Ом пришел к выводу, что результаты опытов, проведенных с восемью различными проволоками, могут быть выражены уравнением: частное от а, деленного на X + В, где X означает интенсивность магнитного действия проводника, длина которого равна X, а А и В — константы, зависящие соответственно от возбуждающей силы и от сопротивления остальных частей цепи. Условия опыта были разные: заменялись сопротивления и термоэлектрические пары. Но результаты все равно сводились к приведенной выше формуле, которая очень просто переходит в известную нам, если заменить X силой тока, А — электродвижущей силой и В + X — общим сопротивлением цепи. Ом проводит опыты и с четырьмя латунными проволоками — результат тот же. «Отсюда следует важный вывод, — пишет Кошманов, — что найденная Омом формула, связывающая физические величины, характеризующие процесс протекания тока в проводнике, справедлива не только для проводников из меди. По этой формуле можно рассчитывать электрические цепи независимо от материала проводников, используемых при этом…

Кроме того, Ом установил, что постоянная В не зависит ни от возбуждающей силы, ни от длины включенной проволоки. Этот факт дает основание утверждать, что величина В характеризует неизменяемую часть цепи. Так как сложение в знаменателе полученной формулы возможно только для величин одинаковых наименований, то, следовательно, постоянная В, заключает Ом, должна характеризовать проводимость неизменяемой части цепи.

В последующих опытах Ом изучал влияние температуры проводников на их сопротивление. Он вносил исследуемые проводники в пламя, помещал их в воду с толченым льдом и убеждался, что электрическая проводимость проводников уменьшается с повышением температуры и увеличивается с понижением ее.

Получив свою знаменитую формулу, Ом пользуется ею для изучения действия мультипликатора Швейггера на отклонение стрелки и для изучения тока, который проходит во внешней цепи батареи элементов в зависимости от того, как они соединены — последовательно или параллельно. Таким образом, он объясняет, чем определяется внешний ток батареи, — вопрос, который был довольно темным для первых исследователей.

В 1826 году в журнале «Журнал физики и химии» выходит знаменитая статья Ома «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата и мультипликатора Швейггера». Появление этой публикации, содержащей результаты экспериментальных исследований в области электрических явлений, не произвело впечатления на ученых. Никто из них даже не мог предположить, что установленный Омом закон электрических цепей представляет собой основу для всех электротехнических расчетов будущего.

В 1827 году в Берлине он опубликовал свой главный труд «Гальваническая цепь, разработанная математически». Ом вдохновлялся в своих исследованиях работой «Аналитическая теория тепла» (1822) Жана Батиста Фурье (1768–1830).

Ученый понял, что механизм «теплового потока», о котором говорит Фурье, аналогичен электрическому току в проводнике. И подобно тому, как в теории Фурье тепловой поток между двумя телами или между двумя точками одного и того же тела объясняется разницей температур, Ом объясняет возникновение электрического тока разницей «электроскопических сил» в двух точках проводника.

Ом вводит понятия и точные определения электродвижущей силы, или «электроскопической силы», по выражению самого ученого, электропроводности и силы тока. Выразив выведенный им закон в дифференциальной форме, приводимой современными авторами, Ом записывает его и в конечных величинах для частных случаев конкретных электрических цепей, из которых особенно важна термоэлектрическая цепь. Исходя из этого, он формулирует известные законы изменения электрического напряжения вдоль цепи.

Теоретические исследования Ома также остались незамеченными. Только в 1841 году его работа была переведена на английский язык, в 1847 году — на итальянский, а в 1860 — на французский. Раньше других зарубежных ученых закон Ома признали русские физики Ленц и Якоби. Они помогли и его международному признанию. При участии русских физиков 5 мая 1842 года Лондонское Королевское общество наградило Ома золотой медалью и избрало своим членом. Ом стал вторым ученым Германии, удостоенным такой чести.

Очень эмоционально отозвался о заслугах немецкого ученого его американский коллега Дж. Генри: «Когда я первый раз прочел теорию Ома, она мне показалась молнией, вдруг осветившей комнату, погруженную во мрак».

О значении исследований Ома точно сказал профессор физики Мюнхенского университета Е. Ломмель при открытии памятника ученому в 1895 году: «Открытие Ома было ярким факелом, осветившим ту область электричества, которая до него была окутана мраком. Ом указал единственно правильный путь через непроходимый лес непонятных фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, за которыми мы с удивлением наблюдали в последние десятилетия, могли быть достигнуты только на основе открытия Ома. Лишь тот в состоянии господствовать над силами природы и управлять ими, кто сумеет разгадать законы природы. Ом вырвал у природы так долго скрываемую тайну и передал ее в руки современников».

Глава 5 Мои первые самоделки

После изучения нудных на первый взгляд и нужных в жизни правил безопасности можно приступать и к созданию своей первой радиолюбительской самоделки. В старых самоучителях авторы всегда начинали практику с изготовления детекторного приемника. Мы пойдем другим путем, так как на сегодняшний день время детекторных приемников прошло.

Вспышки на светодиоде

Надеюсь, вы уже обзавелись всем необходимым: канифолью, припоем, паяльником, тестером. Наверное, раздобыли и пару деталей, для чего разобрали старый телевизор. Вот теперь можно приступать к созданию своей первой радиолюбительской конструкции.

Начнем, пожалуй, с самой простой. Она будет представлять собой своеобразный интерес для начинающего радиолюбителя — это схема вспышек на светодиоде (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Принципиальная схема вспышек на светодиоде.

Данная схема может использоваться для индикации тревоги. Самоделка подключается к стабилизированному источнику питания с напряжением 12 В. Таким источником может быть блок питания с регулируемым напряжением на выходе, купленный на радиорынке. Стабилизированным источник питания называется потому, что содержит стабилизатор, который держит выходное напряжение на определенном уровне.

Наша схема максимально проста, содержит всего лишь 4 детали: транзистор КТ315 структуры n-p-n, резистор на 1,5 кОм, электролитический конденсатор на 470 мкФ и напряжением не менее 16 В (напряжение конденсатора должно быть всегда на порядок больше, напряжения питания самоделки) и светодиод (в нашем случае красного свечения).

Для правильного подключения деталей надо знать их цоколевку (распиновку). Распиновка транзистора и светодиода данной конструкции представлена на рис. 5.2.

а — транзистора КТ315Б; б — светодиода АЛ307Б

Транзисторы серии КТ315 по внешнему виду такие же, как и КТ361. Отличие только в размещении буквы. У первых буква размещается сбоку, у вторых — посередине. Теперь с помощью паяльника и проводов попробуем собрать наше устройство. На рис. 5.3 показано, как вы должны соединить между собой детали.

Рис. 5.3. Внешний вид собранного устройства.

Синие линии — это провода, жирные черные точки — места пайки. Такой монтаж называется навесным, существует также монтаж на печатных платах, но с ним мы познакомимся немного позже. Проверьте правильность соединения деталей и подключите устройство к блоку питания. Свершилось чудо — светодиод стал ярко вспыхивать. Ваша первая самоделка заработала!

Электронная канарейка

В продолжение нашей учебы предлагаю собрать устройство на двух транзисторах структуры p-n-р, которое будет имитировать пение канарейки (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Принципиальная схема электронной канарейки.

Если предыдущее устройство было сделано на скорую руку, без лишних комментариев, то данная самоделка будет подробно описана, чтобы у вас появилось представление о работе устройств.

Имитатор трелей канарейки представляет собой генератор, составленный по схеме, которую называют в технике мультивибратором. Его отличительная особенность в том, что каскады на транзисторах соединены симметрично (см. рис. 5.4) — коллектор каждого транзистора подключен через конденсатор к базе другого. Тем не менее емкость конденсаторов неодинакова (сравните: 50 мкФ и 5100 пкФ), поэтому мультивибратор называют несимметричным. Кроме того, между базами транзисторов установлен круг связи из конденсатора С1 и резистора R2. Элементы мультивибратора подобраны так, что он генерирует сигналы, которые, поступая на громкоговоритель (другое название динамическая головка) SPK1, превращаются им в звуковые колебания, похожие на трели канарейки.

Какие детали потребуются, чтобы составить это устройство? Прежде всего, конечно, транзисторы (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Цоколевка транзистора серии КТ361.

Кроме показанных на схеме подойдут транзисторы КТ361 с любой буквой, но они должны быть с одинаковыми или по возможности близкими коэффициентами передачи тока — не меньшими 60. Что это значит? Каждый транзистор имеет свой коэффициент передачи тока, для некоторых устройств он должен быть большим, для более простых это не имеет значения.

Коэффициент передачи тока можно измерить цифровым тестером, но если такого нет под рукой, то ставьте транзисторы наугад. Электролитические конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на напряжение не менее 10 В. Емкость конденсатора С3 может колебаться в пределах 4700–5600 пкФ. Динамическая головка подойдет самая маленькая, которую вы только сможете приобрести. Выключатель питания S1 любого типа, источник питания V1 — батарея типа «Крона» или другой стабилизированный источник питания на 9 В. Как видите, деталей не так уж и много.

Соберите самоделку так же, как и предыдущую, навесным монтажом. Впрочем, есть еще один простой способ — использовать картон. Пробиваете шилом отверстия под детали, а потом соединяете их проводами.

Настало время подвергнуть испытанию самоделку. Прежде всего проверьте внимательно монтаж и убедитесь в правильности всех соединений и надежности паек. Потом подайте выключателем питание и послушайте звуки в громкоговоритель. Они должны звучать через 1–2 секунды после включения устройства. Сначала будет слышно клацанье, которое имитирует трель канарейки, а потом настанет пауза, после которой трели возобновятся. Так будет длиться до тех пор, пока включено питание.

Возможно, вы пожелаете изменить звучание «электронной канарейки». Для этого надо знать влияние параметров тех или других деталей на трели, которые имитируются. Например, тональность трели зависит от конденсатора С3: с уменьшением его емкости звуки становятся более резкими, увеличение же емкости конденсатора смягчает звуки. Количество звуков трели (иначе говоря, частоту их появления) определяет конденсатор С1. Если уменьшить его емкость, частота звуков-клацаний (а значит и количество их) возрастет. Влияет на это и резистор R2, но основное его назначение — прекращать трель после определенного количества звуков, причем от сопротивления этого резистора зависит продолжительность последнего звука трели. Она увеличивается с повышением сопротивления резистора. Однако сильно изменять сопротивление резистора опасно, так как это может привести к нарушению нормальной работы устройства. Так, при чрезмерном увеличении сопротивления последний звук трели начнет беспрерывно повторяться, и услышать новую трель удастся только после кратковременного выключения питания. Уменьшение же сопротивления резистора вообще приведет к прекращению трелей. А когда случайно выйдет из строя (например, при обрыве проводов) резистор R2 или конденсатор С1, в громкоговорителе будет слышен постоянный негромкий свист. Конденсатор С2 определяет продолжительность каждой трели и паузы между ними — с увеличением емкости конденсатора они также увеличиваются.

Наше устройство может иметь самое разное применение. Его можно использовать в качестве дверного звонка. Для этого вам потребуется поменять выключать S1 на кнопку.

Индикатор занятой телефонной линии

С каждым новым устройством у нас появляется большее количество транзисторов, и следующая самоделка не исключение. Когда к одной телефонной линии подключено несколько телефонов, которыми в свою очередь пользуются несколько абонентов, всегда сложно угадать — занят телефон или нет. Можно, конечно, поднять трубку, но это приводит к невольному нарушению конфиденциальности чужого разговора. Устройство, схема которого приведена на рис. 5.6, поможет вам этого избежать. Данная схема не требует дополнительного питания, так как питается от самой телефонной линии.

Рис. 5.6. Принципиальная схема индикатора занятой телефонной линии.

Детали нашего индикатора могут быть любыми, важно, чтобы стабилитрон был на 15 В. Если не найдете подходящего, составьте его из двух последовательно включенных стабилитронов, например Д814А и КС168А. Сумма максимального стабилизированного напряжения двух стабилитронов должна быть 15 В. К сожалению, их размеры оставляют желать лучшего, как и размеры КС215Ж. Советую приобрести импортный малогабаритный стабилитрон.

Импортный диодный мост DB107 можно заменить на отечественный КЦ405. Внешний вид транзисторов (а также цоколевка), диодного моста показан на рис. 5.7.

а — транзисторов КТ502 и КТ503; б — диодного моста КЦ405

При свободной телефонной линии светодиод HL1 светится, при занятой — гаснет. В данной самоделке мы ознакомимся с новыми транзисторами.

В этой конструкции мы увидим новые детали: диодный мост и стабилитрон. Диодный мост — это совокупность четырех определенно включенных диодов. Диодный мост (на рис. 5.6 — D1) позволяет преобразовать переменный ток в постоянный, то есть превратить ток с неопределенной полярностью в плюс и минус. Поэтому диодные мосты — это обязательная часть любого блока питания. Еще одна важная деталь нашей конструкции — стабилитрон (на рис. 5.6 — D2). Он позволяет удерживать напряжение в точно заданной позиции. Например, стабилитрон на 5 В, будет держать 5 В, на 10 — будет держать 10 В и т. д. Но это совсем не означает, что он не может удерживать меньшее напряжение. А вот большее — нет.

При правильной сборке данная самоделка не нуждается в налаживании и при подключении к телефонной линии сразу начинает работать.

Глава 6 Знакомство с микросхемами

Микросхема (от англ. chip — чип) представляет собой электронный «мини-кирпичик», содержащий транзисторы, диоды, резисторы и другие активные и пассивные элементы, общее число которых может достигать нескольких тысяч. Разновидностей микросхем достаточно много. Среди них — логические, операционные усилители, специализированные. Мы поговорим о некоторых из них.

Микросхемы широкого применения

Большая часть микросхем представляет собой пластмассовый корпус прямоугольной формы с гибкими пластинчатыми выводами (рис. 6.1), расположенными вдоль обеих сторон корпуса. Сверху на корпусе есть условный ключ — метка, от которой ведется нумерация выводов. Если на микросхему смотреть сверху, то отсчитывать выводы нужно против движения часовой стрелки, а если снизу — то в направлении движения часовой стрелки. Микросхемы могут иметь любое количество выводов.

Особой популярностью среди микросхем пользуются логические. Принцип их работы построен на двух условных уровнях: низком или высоком, что эквивалентно состоянию логического 0 или логической 1. Так, для микросхем серии К155 за низкий уровень, соответствующий логическому 0, приняты напряжения от 0 до 0,4 В, а за высокий, соответствующий логической 1, — не менее 2,4 В и не более напряжения источника питания — 5 В. Для микросхем серии К176, рассчитанных на питание от источника, напряжением 9 В, соответственно 0,02-0,05 и 8,6–8,8 В. На первый взгляд это сложно понять, но на самом деле не так и трудно. Условные графические обозначения основных элементов микросхем показаны на рис. 6.2 — логические элементы И, ИЛИ, НЕ и И-НЕ. Там же приведены таблицы истинности, дающие представление о логике действия этих элементов.

Символом логического элемента И служит знак & (союз и в английском языке), находящийся внутри прямоугольника. Слева — два (или больше) входных вывода, справа — один выходной вывод. Действие этого элемента таково: напряжение высокого уровня появится на выходе тогда, когда сигналы такого же уровня будут на всех его входах. Такой же вывод можно сделать, глядя на таблицу истинности, характеризующую электрическое состояние элемента И и логическую связь между его выходным и входными сигналами. Так, например, чтобы на выходе (Вых.) элемента было напряжение высокого уровня, что соответствует единичному (1) состоянию элемента, на обоих входах (Вх. 1 и Вх. 2) должны быть напряжения такого же уровня. Во всех других случаях элемент будет в нулевом (0) состоянии, то есть на его выходе будет действовать напряжение низкого уровня.

Условный символ логического элемента ИЛИ — цифра 1 в прямоугольнике. У него, как и у элемента И, могут быть два и больше входов. Сигнал на выходе, соответствующий высокому уровню (логической 1), появляется при подаче сигнала такого же уровня на вход 1, на вход 2 или одновременно на все. Проверьте эти логические взаимосвязи выходного и входного сигналов по таблице истинности этого элемента.

Условный символ элемента НЕ — тоже цифра 1 внутри прямоугольника. Но у него один вход и один выход. Небольшой кружок, которым начинается линия связи выходного сигнала, символизирует логическое отрицание «НЕ» на выходе элемента. На языке цифровой техники «НЕ» означает, что элемент НЕ является инвертором, то есть электронным «кирпичиком», выходной сигнал которого по уровню противоположен входному. Другими словами, пока на его входе присутствует сигнал низкого уровня, на выходе будет сигнал высокого уровня, и наоборот. Об этом говорят и логические уровни в таблице истинности работы этого элемента.

Логический элемент И-НЕ является комбинацией элементов И и НЕ, поэтому на его условном графическом обозначении есть знак & и небольшой кружок на линии выходного сигнала, символизирующий логическое отрицание. Выход один, а входов два и больше. Логика работы элемента такова: сигнал высокого уровня на выходе появляется лишь тогда, когда на всех входах будут сигналы низкого уровня. Если хотя бы на одном из входов будет сигнал низкого уровня, на выходе элемента И-НЕ будет сигнал высокого уровня, то есть он будет в единичном состоянии, а если на всех входах будет сигнал высокого уровня — в нулевом состоянии.

Элемент И-НЕ может выполнять функцию элемента НЕ, то есть стать инвертором. Для этого надо соединить вместе все его входы. Тогда при подаче на такой объединенный вход сигнала низкого уровня на выходе элемента будет сигнал высокого уровня, и наоборот. Это свойство элемента И-НЕ очень широко используется в цифровой технике.

Триггер — электронное устройство, обладающее двумя устойчивыми электрическими состояниями. Переключение триггера из одного состояния в другое происходит под воздействием входных электрических импульсов. Каждому из двух состояний триггера соответствует свой фиксированный уровень выходного напряжения, что позволяет использовать триггеры в качестве ячеек хранения цифровой информации. Кроме того, эти устройства служат основой счетчиков импульсов, делителей частоты, регистров и многих других цифровых микросхем функционального назначения. Сейчас разговор пойдет о функционировании лишь одного из семейства триггеров — D-триггера.

Условное графическое обозначение D-триггера показано на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Условное графическое обозначение D-триггера

У него четыре входа — R, D, С, S и два выхода — прямой и инверсный. Символом прямого выхода служит буква Q, а инверсного, кроме кружка на линии выходного сигнала, такая же буква, но с черточкой вверху. Уровень сигнала на инверсном выходе всегда противоположен сигналу на прямом выходе. Если, например, триггер находится в единичном состоянии и, следовательно, на его прямом выходе действует напряжение высокого уровня, в это время на инверсном выходе будет напряжение низкого уровня.

Входы R и S — установочные: при подаче напряжения низкого уровня на R-вход триггер устанавливается в нулевое состояние, на С-вход — в единичное. Нулевое состояние считается исходным режимом работы триггера. D-вход триггера, или, как еще говорят, информационный вход, предназначен для приема информации, а С-вход — вход тактовых импульсов синхронизации, источником которых обычно служит генератор импульсного напряжения. Если на D-входе сигнал высокого уровня, то триггер по фронту первого же импульса на С-входе устанавливается в единичное состояние, а если низкого, то в нулевое. На спады синхронизирующих импульсов на С-входе триггер не реагирует.

Каждое же изменение логического состояния триггера означает запись в его память принятой информации, которая может быть передана следующему за ним триггеру или считана соответствующей цифровой микросхемой. По сигналам на этих входах триггер может работать как коммутатор электрических цепей, что и используется в некоторых устройствах автоматики, например в переключателях елочных гирлянд.

Еще раз стоит напомнить, что за рубежом иное представление микросхем на принципиальных схемах, чем в странах СНГ. Это наглядно представлено на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Зарубежные логические элементы.

Эти элементы классифицируются следующим образом:

инвертирование — преобразование «1» в «О» и наоборот. То есть если на входе была «1», то на выходе будет «0». Если был «0» на входе, то на выходе — «1». Обозначается NOT. Микросхема — 7404;

умножение — на выходе «1», когда на обоих входах «1». Обозначается AND. Микросхема — 7408;

сложение — на выходе «1», когда хотя бы на одном входе. «1». Обозначается OR. Микросхема — 7432;

исключающее ИЛИ— на выходе «0», когда на двух входах одинаковые положения: две единицы или два нуля. Обозначается XOR. Микросхема — 7486;

элементы OR и AND с инвертором на выходе. Тогда их называют NOR (микросхема 7400) и NAND (микросхема 7402) соответственно.

Если вам захочется больше узнать о той или иной логической микросхеме, поищите ее в сети Интернет. Интернет — это большой кладезь информации.

Микросхемы специального назначения

К этой категории микросхем относятся чипы, которые предназначены для чего-то определенного. Например, существуют микросхемы усилителей мощности, стереоприемников, различных декодеров. Все они могут иметь совершенно разный вид. Если одна из таких микросхем имеет металлическую часть с отверстием (рис. 6.5) — это означает, что ее нужно привинчивать к радиатору. Делается это для того, чтобы микросхема могла рассеивать свое тепло.

Рис. 6.5. Микросхемы, которые необходимо привинчивать к радиатору.

Со специализированными чипами работать куда приятнее, чем с кучей транзисторов и резисторов. Если раньше для сборки приемника надо было множество деталей, то теперь можно обойтись одной микросхемой. Об этих типах микросхем мы узнаем далее.

Глава 7 Применение специализированных микросхем на практике

На сегодняшний день микросхемы специального назначения стали неотъемлемой частью любого электронного устройства — от самого маленького до огромнейшего. Их настолько много, что перечислить все просто нереально. К тому же электроника не стоит на месте, и с каждым днем корпорации разрабатывают все новые и новые чипы.

Мой первый усилитель мощности

Каждый радиолюбитель, особенно начинающий, со временем проявляет интерес к звуковоспроизведению. Хочется собрать что-нибудь вроде магнитофона или усилителя звуковой частоты и продемонстрировать его друзьям. Благодаря новым технологиям стереофонический или квадрофонический усилитель звуковой частоты можно собрать всего на одной микросхеме.

Как известно, звук делится на несколько категорий — моно, стерео, квадро и т. д. Монофонический звук уже давно ушел в прошлое, стереозвук тоже начинает терять свои позиции, а вот остальные категории приобретают все большую популярность. Технически стерео- и квадрозвук называются Digital Surround и Dolby Digital Pro Logic II. В народе — звук 5.1 E и 1) или звук 7.1 G и 1). Это означает, что звук разделяется на несколько колонок — 6 и 8 соответственно. При этом колонки системы 5.1 имеют 5 сателлитов — маленьких колоночек и 1 сабвуфер — большую колонку, а 7.1–7 сателлитов и 1 сабвуфер. На сателлиты усилитель звуковой частоты подает сигналы высоких и средних частот, а на сабвуфер — низких частот. Благодаря такому разделению звук получается насыщенным и живым, близким к реальному.

В усилителях звука есть свое сокращение — УМЗЧ (усилитель мощности звуковой частоты) или УНЧ (усилитель низкой частоты). В последнее время чаще всего используется вторая аббревиатура, так как низкие частоты (басы) — это то, на что в первую очередь ориентируется покупатель при выборе музыкального центра или домашнего кинотеатра. Надо также учитывать диапазон воспроизводимых частот, коэффициент шума и искажений.

Например, высококачественный музыкальный центр или акустика должны воспроизводить звук в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц. Обращайте внимание на шум в колонках, он не должен резать слух. Для музыкального центра очень важно, чтобы на большой громкости компакт-диск не перепрыгивал с трека на трек. Ну и, конечно, не делайте акцент на громоздкие сателлиты, так как они воспроизводят только средние и высокие частоты, важную роль в мощности звука играет сабвуфер.

Итак, приступим к сборке своего первого УНЧ. Собирать мы будем усилитель мощности на микросхеме фирмы Philips — TDA7050 (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Внешний вид микросхемы TDA7050 и ее распиновка.

Она имеет прекрасные частотные характеристики, защиту от переполюсовки (если вдруг вы неправильно подключите питание, она не сгорит), низкое напряжение питания и потребляемый ток, абсолютно неприхотлива в работе. TDA7050 — находка для разработчиков портативной радиоаппаратуры. Технические характеристики усилителей мощности на этой микросхеме вы можете увидеть ниже.

Номинальная выходная мощность: 2×75 мВт, 150 мВт в мостовом включении

Коэффициент нелинейных искажений не более: 10 %

Входное сопротивление: 2 мОм

Сопротивление нагрузки: 32 Ом на стереоканал

Потребляемый ток не более: 6 мА

Напряжение питания: 1,8–6 В

На принципиальной схеме (рис. 7.1) показаны два усилителя мощности.

Рис. 7.1. Принципиальные схемы усилителей мощности на TDA7050.

На самой верхней схеме — стереофонический усилитель для наушников, в которых мы зачастую слушаем плеер, на нижней — монофонический (так называемое мостовое включение). На выходе подключена малогабаритная динамическая головка, что дает более мощный, громкий сигнал. Вы можете собрать любой из представленных усилителей. Так как питание УНЧ всего 3 В (две батарейки по 1,5 В, подключенные последовательно), его часто используют в плеерах.

Как видите, на схеме появилось новое обозначение. Это так называемый общий провод (или земля). Все выводы, отмеченные данным обозначением, необходимо соединить вместе и подключить к минусу питания.

В УНЧ использовано очень мало деталей: на входах усилителей стоят переменные резисторы R1 и R4, которыми регулируется громкость, на самой верхней схеме для регулирования громкости используется сдвоенный переменный резистор.

Большинство стереотелефонов (наушников) при воспроизведении сигналов сильно ослабляют низкие звуковые частоты. Чтобы компенсировать этот недостаток, многие фирмы вводят в свои изделия системы Bass Boost. Для желающих использовать подобное усовершенствование для улучшения качества звучания, на рис. 7.3 приведена принципиальная схема простого пассивного Bass Boost.

Рис. 7.З. Принципиальная схема Bass Boost.

На каждый канал соберите по одному такому устройству и подключите к выводам 2 и 3 микросхемы. Резистором R1 регулируется громкость, переключателем S1 — включение/выключение Bass Boost (на схеме выключено). Переключатель поставьте такой, чтобы включение/выключение эффекта было одновременно для двух стереоканалах.

УНЧ можно собрать навесным монтажом или на куске картона. При правильной сборке он начинает работать сразу. Для того чтобы на скорую руку проверить его работоспособность, подключите к усилителю питание и дотроньтесь пальцем до какого-нибудь входа. В наушниках или громкоговорителе вы услышите треск — это будет означать, что устройство работает. Подключив ко входу усилителя выход музыкального центра, звуковой платы компьютера или телевизора, вы сможете прослушивать звук на своем УНЧ.

Для подключения источника сигнала к УНЧ используется экранированный провод (рис. 7.4). Такой провод позволяет избавиться от лишних шумов. Основной провод подсоединяется ко входу усилителя, а общий соответственно к общему проводу. Другой конец экранированного провода подсоединяется к выходу источника сигнала таким же образом.

Рис. 7.4. Внешний вид экранированного провода.

Собираем мощный автомобильный УНЧ

Простой, надежный и мощный усилитель (рис. 7.5) можно собрать на микросхеме PhilipsTDA1552Q. Данный чип содержит встроенный стабилизатор напряжения, защиту от перегрева, короткого замыкания в нагрузке, переполюсовки питания. Технические характеристики усилителя мощности на TDA1552Q перечислены ниже.

Номинальная выходная мощность при напряжении питания 14,4 В: 2X22 Вт

Коэффициент нелинейных искажений не более: 10 %

Входное сопротивление: 60 кОм

Уровень собственных шумов не более: -80 дБ

Сопротивление нагрузки: 4–8 Ом

Напряжение питания: 6-18 В

Рис. 7.5. Принципиальная схема усилителя мощности нa TDA1552Q.

Компонентами СЗ и R1 задается время задержки подключения динамиков, что избавляет их от характерных хлопков при включении питания усилителя. Задержку можно регулировать, изменяя сопротивление резистора или емкость конденсатора.

Внешний вид микросхемы представлен на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Внешний вид микросхемы TDA1552Q и ее распиновка.

Обязательно привинтите микросхему к радиатору. Им может быть кусок алюминиевой пластины размером 120×50 мм. Чем больше радиатор, тем большую мощность будет отдавать микросхема в нагрузку, меньше перегреваться и ее внутренняя защита не будет срабатывать. Напряжение питания должно быть нестабилизированным, как уже упоминалось выше, микросхема содержит встроенный стабилизатор напряжения. В качестве источника питания подойдет автомобильный аккумулятор, для питания от него собственно и рассчитана данная микросхема. Но, если вы захотите использовать усилитель в домашнем обиходе, вам понадобится блок питания.

Блок питания усилителя может быть собран по схеме, представленной на рис. 7.7.

Рис. 7.7. Принципиальная схема блока питания усилителя.

Он не содержит стабилизатора, так как «зашит» в самой микросхеме. Вам понадобится сетевая вилка (X1, Х2) с проводом, предохранитель F1 на ток не более 1 А, трансформатор Т2 с первичной обмоткой 220 В с вторичной на 10–13 В, диодный мост D1 и конденсатор на большую емкость С1. И самое важное — провода питания идущие к микросхеме УНЧ, должны быть скручены, иначе при повышении громкости микросхему будет «заваливать» (на слух — это ужасные искажения).

Так как данный блок питания питается от электрической сети, вы должны быть очень внимательны при подключении всех деталей и соблюдать правила безопасности. Лучше попросить кого-то проверить правильность соединения, а потом подключить устройство к сети. Прежде чем подсоединять блок питания к УНЧ, проверьте также тестером напряжение между общим проводом и контактом Х3. В этой цепи должно быть не более 17 В, так как сама микросхема рассчитана на максимальное напряжение 18 В.

В качестве громкоговорителей SPK L и SPK R могут использоваться динамики ваттностью не менее 20. Вы можете также подключить колонки от музыкального центра. Внешний вид собранного блока питания вы можете увидеть на рис. 7.8.

Рис. 7.8. Внешний вид собранного блока питания.

Регулятор громкости, баланса и тембра УНЧ

Вы собрали себе мощный УНЧ, но хотелось бы регулировать то громкость, баланс и тембр, не правда ли? Куда приятнее самому добавить басов или сделать погромче звук тарелок ударной установки. Эту проблему разрешит интегральная микросхема от фирмы Philips TDA1524A. Технические характеристики регулятора громкости, баланса и тембра на этой микросхеме вы видите ниже.


Регулировка тембра на частоте 40 Гц (bass): -19…+17 Дб

Регулировка тембра на частоте 16 кГц (treble): -15…+15 Дб

Регулировка баланса: -40 дБ

Входное сопротивление: 10–60 кОм

Выходное сопротивление: 300 Ом

Регулировка громкости не менее: -80…21,5 дБ

Коэффициент гармоник не более (искажение сигнала): 0,3 %

Относительный уровень шумов не более: -80 дБ

Напряжение питания: 6-18 В

Вы можете заменить данную микросхему ее аналогом от фирмы RFTА1524А. Микросхема представляет собой двухканальный (стереофонический) регулятор громкости, баланса и тембра низких и высоких частот. Есть также loudnes (частотная компенсация). Она компенсирует низкие частоты при малом уровне звука. Вы, наверное, слышали, как иногда при уменьшении громкости в некоторых музыкальных центрах очень резко пропадали басы? Это происходило из-за отсутствия частотной компенсации. Такую технику не стоит покупать, так как она не отвечает даже среднему классу.

Регулятор громкости, баланса и тембра представлен на рис. 7.9.

Рис. 7.9. Принципиальная схема регулятора громкости, баланса и тембра на микросхеме TDA1524А.

Переменные резисторы R1, R2, R3, R4 можно использовать любые, так как все регулировки в данной микросхеме осуществляются электронным способом. Подстрочными резисторами R7 и R8 регулируется усиление выходного сигнала. Кнопка S1, включающая частотную компенсацию регулятора громкости (на схеме выключена), должна быть с фиксацией. Тем, кто хочет постоянно использовать частотную компенсацию без возможности отключения, можно исключить из схемы элементы S1 и R9.

В процессе работы микросхема U1 нагревается. Чтобы повысить надежность работы чипа и срок его службы, приклейте к нему (например, клеем «Момент») небольшой П-образный радиатор из алюминия. Если вы этого не сделаете, это не означает, что микросхема сгорит через неделю.

Раз мы уже начали создавать такие сложные самоделки, пришло время научиться делать печатные платы.

Глава 8 Разработка и изготовление печатных плат

Печатная плата — это кусок гетинакса, или стеклотекстолита, покрытый медной пленкой (фольгой), которая позже превращается в проводники. Данный материал бывает односторонним и двусторонним. В первом варианте медная пленка нанесена на одну сторону, а во втором — на две. При разработке различных устройств радиолюбители обычно пользуются двумя способами изготовления печатных плат: прорезанием канавок и травлением рисунка с помощью стойкой краски или лака. Первый способ прост, но непригоден для выполнения сложных устройств. Второй — более универсален, но порой пугает радиолюбителей сложностью из-за незнания некоторых правил при проектировании и изготовлении плат. Об этих правилах и пойдет далее речь.

Основные правила разработки плат

Проектировать печатные платы наиболее удобно в масштабе 1:1 на миллиметровке или другом материале, на котором нанесена сетка с шагом 5 мм (например, на тетрадном листе). Все отверстия под выводы деталей в печатной плате целесообразно размещать в узлах сетки, что соответствует шагу 2,5 мм на реальной плате. С таким шагом расположены выводы у большинства микросхем в пластмассовом корпусе, у многих транзисторов и других радиокомпонентов. Меньшее расстояние между отверстиями следует выбирать лишь в тех случаях, когда это крайне необходимо.

Сначала вам надо примерно расставить детали. В первую очередь рисуете точки под выводы микросхемы, потом располагаете мелкие элементы — резисторы, конденсаторы, а далее большие — реле и т. п. Их размещение обычно связано с общей конструкцией устройства, определяемой размерами имеющегося корпуса или свободного места в нем. Часто, особенно при разработке портативных приборов, размеры корпуса определяют по результатам разводки печатной платы. Иногда приходится переделывать рисунок печатных проводников несколько раз, чтобы получить желаемый результат — минимизацию и функциональность.

Если в вашей самоделке не более пяти микросхем, все печатные проводники обычно удается разместить на одной стороне платы и обойтись небольшим числом проверочных перемычек, впаянных со стороны деталей. Попытки изготовить одностороннюю печатную плату для большего числа цифровых микросхем приводят к резкому увеличению трудоемкости разводки и чрезмерно большому числу перемычек. В этих случаях разумнее перейти к двусторонней печатной плате.

Мы будем называть ту сторону платы, где размещены печатные проводники, стороной проводников, а обратную — стороной деталей, даже если на ней вместе с деталями проложена часть проводников. Особый случай представляют платы, у которых и проводники, и детали размещены на одной стороне, причем детали припаяны к проводникам без отверстий. Платы такой конструкции применяют редко. Микросхемы размещают так, чтобы все соединения на плате были как можно короче, а число перемычек было минимальным. В процессе разводки проводников взаимное размещение микросхем приходится менять не один раз.

Рисунок печатных проводников аналоговых устройств любой сложности обычно удается расположить на одной стороне платы. Аналоговые устройства, работающие со слабыми сигналами, и цифровые на быстродействующих микросхемах (например, серий КР531, КР1531, К500, КР1554) независимо от частоты их работы целесообразно собирать на платах с двусторонним фольгированием. Фольга той стороны платы, где располагают детали, будет играть роль общего провода и экрана. Фольгу общего провода не следует использовать в качестве проводника для большого тока, например, от выпрямителя блока питания, от выходных ступеней, от динамической головки.

Далее можно начинать собственно разводку. Лучше заранee измерить и записать размеры мест, занимаемых элементами. Резисторы МЛТ-0,125 устанавливают рядом, соблюдая расстояние между их осями 2,5 мм, а между отверстиями под выводы одного резистора — 10 мм. Так же размечают места для чередующихся резисторов МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25 либо двух резисторов МЛТ-0,25, если при монтаже слегка отогнуть один от другого (три таких резистора поставить вплотную к плате уже не удастся). С такими же расстояниями между выводами и осями элементов устанавливают большинство малогабаритных диодов и конденсаторов КМ-5 и КМ-6, вплоть до КМ-66 емкостью 2,2 мкФ. «Толстые» детали (более 2,5 мм) следует чередовать с «тонкими». Расстояние между контактными площадками той или иной детали можно увеличить, если это необходимо.

В этой работе удобно использовать небольшую пластину-шаблон из стеклотекстолита или другого материала, в которой с шагом 2,5 мм насверлены рядами отверстия диаметром 1–1,1 мм. На ней можно применить возможное расположение элементов относительно друг друга.

Если резисторы, диоды и другие детали с осевыми выводами располагать перпендикулярно печатной плате, можно существенно уменьшить ее площадь, однако рисунок печатных проводников усложнится. При разводке следует учитывать ограничения числа проводников, умещающихся между контактными площадками, предназначенными для подпайки выводов радиоэлементов. Для большинства деталей диаметр отверстий под выводы может быть равен 0,8 мм. Ограничения на число проводников для типичных вариантов расположения контактных площадок с отверстиями такого диаметра приведены на рис. 8.1 (сетка соответствует шагу 2,5 мм на плате).

Рис. 8.1. Типичные варианты расположения контактных площадок и отверстий на печатных платах.

Между контактными площадками отверстий с межцентровым расстоянием 2,5 мм провести проводник практически нельзя. Однако, если у одного или обоих отверстий такая площадка отсутствует (например, у неиспользуемых выводов микросхемы), это сделать можно (см. рис. 8.1 — сверху по центру). Вполне возможна прокладка проводника между контактной площадкой и краем платы, через который на расстоянии 2,5 мм проходит центр этой площадки (см. рис. 8.1 — справа).

Микросхемы, у которых выводы расположены в плоскости корпуса (серии 133, К134 и др.), можно смонтировать, предусмотрев для этого соответствующие фольговые контактные площадки с шагом 1,25 мм, однако это заметно затрудняет и разводку, и изготовление платы. Целесообразнее чередовать подпайку выводов микросхемы к прямоугольным площадкам со стороны деталей и к круглым площадкам через отверстия — на противоположной стороне (рис. 8.2 — ширина выводов микросхемы показана не в масштабе). Плата здесь — двусторонняя.

Рис. 8.2. Контактные площадки для микросхем в планарных корпусах.

Подобные микросхемы, имеющие длинные выводы (например, серии 100), можно монтировать так же, как пластмассовые, изгибая выводы и пропуская их в отверстия платы. Контактные площадки в этом случае располагают в шахматном порядке (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Контактные площадки для микросхем с длинными выводами.

При разработке двусторонней платы надо постараться, чтобы на стороне деталей осталось как можно меньше соединений. Это облегчит исправление возможных ошибок, налаживание устройства и, если необходимо, его модернизацию. Под корпусами микросхем проводят общий провод и провод питания, но подключать их нужно только к выводам питания микросхем. Проводники к входам микросхем, подключаемым к цепи питания или общему проводу, прокладывают на стороне проводников, причем так, чтобы их можно было легко перерезать при налаживании или усовершенствовании устройства. Если же устройство настолько сложно, что на стороне деталей приходится прокладывать и проводники сигнальных цепей, позаботьтесь о том, чтобы любой из них был доступен для подключения к нему и перерезания.

При разработке радиолюбительских двусторонних печатных плат нужно стремиться избегать специальных перемычек между сторонами платы, используя для этого контактные площадки соответствующих выводов монтируемых деталей. Выводы в этих случаях пропаивают с обеих сторон платы.

На сложных платах иногда удобно подпаивать некоторые детали непосредственно к печатным проводникам.

Когда в качестве общего провода используется сплошной слой фольги, отверстия под выводы, не подключаемые к этому проводу, следует раззенковать со стороны деталей. Обычно узел, собранный на печатной плате, подключают к другим узлам устройства гибкими проводниками. Чтобы не испортить печатные проводники при многократных перепайках, желательно на плате в точках соединений сделать контактные стойки (удобно использовать штыревые контакты диаметром 1 и 1,5 мм). Стойки вставляют в отверстия, просверленные точно по диаметру, и пропаивают. На двусторонней печатной плате контактные площадки для распайки каждой стойки должны быть на обеих сторонах.

Предварительную разводку проводников удобно выполнять мягким карандашом на листе гладкой бумаги. Сторону печатных проводников рисуют сплошными линиями, обратную сторону — штриховыми, чтобы не путаться. По окончании разводки и корректировки чертежа под него кладут копировальную бумагу красящим слоем вверх и красной или зеленой шариковой ручкой обводят контуры платы, а также проводники и отверстия, относящиеся к стороне деталей. В результате на обороте листа получится рисунок проводников для стороны деталей.

Далее из фольгированного материала следует вырезать заготовку соответствующих размеров и разметить ее с помощью штангенциркуля сеткой с шагом 2,5 мм. Кстати, размеры платы удобно выбрать кратными 2,5 мм. — в этом случае размечать ее можно с четырех сторон. Если плата должна иметь какие-либо вырезы, их делают после разметки. Двустороннюю плату размечают со стороны, где проводников больше. После этого фломастером размечают «по клеточкам» центры всех отверстий, накалывают их шилом и сверлят все отверстия сверлом диаметром 0,8 мм. Для сверления плат удобно пользоваться самодельной миниатюрной электродрелью, которую можно купить на радиорынке.

Обычные стальные сверла при обработке стеклотекстолита довольно быстро тупятся; затачивают их небольшим мелкозернистым бруском, не вынимая сверла из патрона.

После сверления платы заусенцы с краев отверстий снимают сверлом большего диаметра или мелкозернистым бруском. Плату обезжиривают, протерев салфеткой, смоченной спиртом или ацетоном, после чего, ориентируясь на положение отверстий, переносят на нее нитрокраской рисунок печатных проводников в соответствии с чертежом. Для этого обычно используют стеклянный рейсфедер, но лучше изготовить простой самодельный чертежный инструмент. К концу обломанного ученического пера припаять укороченную до 10–15 мм инъекционную иглу диаметром 0,8 мм. Рабочую часть иглы надо зашлифовать мелкозернистой наждачной бумагой. В воронку инструмента каплями заливают нитрокраску и, осторожно взяв ее в губы, слегка дуют, для того чтобы краска прошла через канал иглы. После этого надо лишь следить за тем, чтобы воронка была наполнена краской не менее чем наполовину. Нужную густоту краски определяют опытным путем по качеству проводимых линий. При необходимости ее разбавляют ацетоном или растворителем 647. Если же надо сделать краску более густой, ее оставляют на некоторое время в открытой посуде.

В первую очередь рисуют контактные площадки, затем проводят соединения между ними, начиная с тех участков, где проводники расположены тесно. После того как рисунок в основном готов, следует по возможности расширить проводники общего провода и питания, что уменьшит их сопротивление и индуктивность, а значит, повысит стабильность работы устройства. Целесообразно также увеличить контактные площадки, особенно те, к которым будут припаяны стойки и крупногабаритные детали. Для защиты больших поверхностей фольги от травильного раствора их заклеивают любой липкой пленкой. Если вы ошиблись при нанесении рисунка, не торопитесь сразу же все исправлять — поверх неверно нанесенного проводника проложите правильный, а лишнюю краску удалите при окончательном исправлении рисунка (его проводят, пока краска не засохла). Острым скальпелем или бритвой прорезают удаляемый участок по границам, после чего его выскребают. Специально сушить нитрокраску после нанесения рисунка не нужно. Пока вы исправляете плату, отмываете инструмент — краска просохнет.

Травление печатных плат

Чтобы получить проводники после нанесения рисунка на фольгу, плату следует вытравить. Основным материалом для травления служит раствор хлорного железа. Для его получения нужно насыпать в стакан примерно 3/4 порошка хлорного железа и залить теплой водой. Для травления используйте стеклянную или пластмассовую посуду, например фотографическую кювету. Положите плату в раствор рисунком вверх, чтобы вся поверхность платы была залита раствором. Процесс травления ускоряется, если сосуд покачивать или подогревать. При травлении образуются ядовитые испарения, поэтому работайте либо в хорошо проветриваемом помещении, либо на открытом воздухе. Периодически проверяйте состояние платы, приподнимая ее для осмотра деревянными или пластмассовыми палочками — металлические инструменты и приспособления для этой цели применять нельзя. Убедившись в том, что фольга в незащищенных местах полностью исчезла, прекратите процесс травления.

Перенесите плату, например с помощью бельевой прищепки, под струю проточной воды и тщательно промойте, после чего просушите ее при комнатной температуре. Если вы собираетесь использовать раствор повторно, слейте его в плотно закрывающуюся посуду и храните в прохладном темном месте. Учтите, что при повторном использовании эффективность раствора снижается. При работе с раствором хлорного железа помните, что он не должен попадать на руки и другие открытые части тела, а также на поверхности ванн и раковин, поскольку на последних могут остаться трудно смываемые желтые пятна.

Раствор хлорного железа можно изготовить и другим способом: обработать железные опилки соляной кислотой. Возьмите 25 весовых частей 10-процентной соляной кислоты и смешайте с одной весовой частью железных опилок. Выдержите смесь в плотно закрытой посуде в темном месте 5 суток. Переливая раствор в сосуд для травления, не взбалтывайте его: осадок должен остаться в той посуде, в которой раствор готовился. Длительность процесса травления платы в растворе хлорного железа обычно составляет 40–50 минут и зависит от концентрации раствора, его температуры, толщины фольги.

Растворы для травления плат можно приготовить не только на основе хлорного железа. Для многих радиолюбителей более доступным может оказаться водный раствор медного купороса и поваренной соли. Приготовить его нетрудно — растворите в 500 мл горячей воды (температура около 80 °C) 4 столовые ложки поваренной соли и 2 столовые ложки растолченного в порошок медного купороса. Эффективность раствора повышается, если его выдержать в течение 2–3 недель. Время травления платы в таком растворе — три часа и более. Значительного сокращения периода травления можно добиться, используя растворы на основе кислот. Процесс травления платы, например, в концентрированном растворе азотной кислоты, длится всего 5–7 минут. После травления плату тщательно промойте водой с мылом.

Хорошие результаты дает применение раствора соляной кислоты и перекиси водорода. Для его приготовления возьмите 20 частей (по объему) соляной кислоты плотностью 1,19 г/см 3 , 40 частей аптечной перекиси водорода и 40 частей воды. Сначала смешайте воду с перекисью водорода, затем осторожно добавьте кислоту. Рисунок в этом случае делается нитрокраской. Растворы на основе кислот заливайте в стеклянную или керамическую посуду, работайте с ними только в хорошо проветриваемых помещениях.

Представляет интерес способ гальванического травления плат. Для этого потребуется источник постоянного тока напряжением 25–30 В и концентрированный раствор поваренной соли. При помощи зажима «крокодил» соедините положительный полюс источника с не закрашенными участками фольги платы, а к оголенному и свернутому в петлю концу провода, идущему от отрицательного полюса источника, прикрепите ватный тампон, обильно пропитанный раствором соли. Перемещайте его по поверхности платы, слегка прижимая к фольге. Движение тампона должно напоминать вырисовывание цифры 8. Фольга при этом будет как бы «смываться». По мере загрязнения меняйте вату.

Радиолюбители советуют

Довольно быстро изготавливать печатные платы, используя лазерный принтер (или копир), утюг и пленку фирмы Techniks или DynaArt (все остальное — фольгированный текстолит, хлорное железо, сверла — как обычно), предлагают нам профессиональные радиолюбители. Пленка и утюг нужны для того, чтобы перенести рисунок печатной платы на медь. Подготовив рисунок печатной платы с помощью любого пакета для разработки печатных плат или какого-нибудь редактора для рисования картинок, делаем пробную печать.

Выводим на чистый лист изображение печатной платы. Затем вырезаем из пленки фрагмент с запасом около 1 см с каждой стороны. Приклеиваем его скотчем глянцевой стороной к бумаге поверх рисунка. Вставляем лист с пленкой в принтер и печатаем еще раз. Получаем пленку с нанесенным на нее изображением печатной платы. Затем готовим текстолит. По-моему, для этого великолепно подходит чистящее средство «Суржа» (не пренебрегайте элементарными нормами безопасности — используйте резиновые перчатки). После промывания и высушивания платы прикладываем к ней тонером пленку и проглаживаем утюгом в течение 1,5–4 минут при температуре 135–160 °C. Когда плата остывает, под струей воды аккуратно снимаем пленку-рисунок перенесен. Осматриваем плату и при наличии огрехов подправляем их спиртовым маркером. Теперь можно травить с помощью раствора хлорного железа.

Очистить тонер с готовой платы можно старым лезвием, пользуясь им как скребком. Для производства двусторонних печатных плат подойдет этот же метод. Для совмещения слоев можно применить такую хитрость: нарисовать три опорные точки на обоих слоях в одном и том же месте — лучше всего по периметру платы. После переноса первого слоя сверлим в этих точках отверстия. Совмещаем точки на пленке для второй стороны с отверстиями. Для пленки Techniks этот вариант не подходит, так как она непрозрачная. Можно сделать так: на рисунке печатной платы добавляются 4 параллельные линии в обоих слоях на расстоянии 5 мм от границы платы. После переноса первого слоя прикладываем линейку поверх линии и продлеваем до конца заготовки. Делаем отметку на торцах заготовки и переносим линии на другую сторону платы. Совмещается вторая пленка с линиями — можно переводить второй слой. Качество таких плат очень хорошее.

Существует технология изготовления печатных плат с помощью обычной чертежной кальки. Она мало отличается от технологии со специальной пленкой. Перед применением кальку необходимо пропустить через принтер или прогладить утюгом для устранения термоусадки. Дальше — все аналогично. После остывания плату с тонером и калькой опускаем в теплую воду, ждем, пока калька размокнет, и аккуратно тряпочкой скатываем бумагу. После этого подправляем маркером. Надо отметить, что качество плат при этом несколько хуже, но значительно дешевле.

Для нанесения рисунка на плату можно пользоваться и спиртовым маркером (лучше всего немецким), но это подходит лишь для простых плат в единичном экземпляре. Качество — как с калькой, а трудностей — неизмеримо больше. Но для простых вещей подойдет.

Компоновка радиодеталей на плате

Наиболее распространенной ошибкой начинающего радиолюбителя-конструктора является то, что при компоновке элементов он стремится получить как можно меньшие габариты устройства, пренебрегает возможными паразитными взаимосвязями между элементами различных каскадов, располагая элементы без учета принципа их работы. Чтобы не допустить таких ошибок, необходимо прежде всего тщательно рассмотреть возможные варианты компоновки элементов. Не располагайте печатную плату и другие детали вблизи мощного резистора, который греется в процессе работы. При монтаже усилителей очень важно размещать входы и выходы отдельно. Это будет способствовать меньшему количеству различных помех. В усилительной аппаратуре рекомендуется подводить провода питания в скрученном виде. Не забывайте размечать на плате все механические крепления и места под винты и гайки, заклепки и т. д. С опытом сборки различных самоделок вы и сами сможете определить, что и как будет лучше сделать.

Глава 9 Профессиональная схемотехника

Под профессиональной схемотехникой подразумевается изготовление и налаживание устройств, монтаж на печатной плате с соблюдением всех правил. В этой главе будут представлены уже известные нам самоделки, а также совершенно новые, собранные на незнакомых пока микросхемах из новых деталей. Здесь вы увидите рисунки печатных плат изготавливаемых устройств.

Стереофонический УНЧ с темброблоком

За основу данной схемы мы взяли уже знакомые нам устройства темброблока на TDA1524A и УНЧ на TDA1552Q и связали между собой (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Принципиальная схема стерео УНЧ с термоблоком.

Подробно описывать данную схему нет смысла, так как мы уже хорошо знакомы с такими самоделками. Напомню, что резисторами R7 и R8 регулируется уровень сигнала, подаваемый на усилитель мощности. Микросхема TDA1524A питается от стабилизированного блока питания, TDA1552Q — от нестабилизированного. Если вы будете использовать данный УНЧ в качестве автомобильного, то оба плюсовых контакта можно соединить вместе и подключить к автомобильному аккумулятору. Если с различными источниками питания (о них мы поговорим позже) у вас возникнут проблемы, соединяйте оба провода вместе и подключайте к нестабилизированному блоку питания на 12 В. В этом случае в колонках будет слышен фон, создаваемый источником питания, но с ним можно смириться.

Печатная плата стереофонического УНЧ с темброблоком представлена на рис. 9.2.

Перенесите данный рисунок на кальку в зависимости от ваших радиодеталей, после чего приступайте к созданию платы.

Рис. 9.2. Печатная плата стерео УНЧ с темброблоком.

Стереофонический приемник FM-диапазона

Мы собрали хороший и мощный усилитель с темброблоком. Не плохо бы его дополнить стереоприемником FM-диапазона, чтобы слушать свои любимые радиостанции. Приемник также будет создан на специализированной микросхеме (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Принципиальная схема стереофонического FM (88-108 МГц) приемника на СХА1238S.

На этот раз мы отдали предпочтение чипу фирмы SonyCXA1238S. Он обладает повышенной чувствительностью, экономичностью и отличным встроенным декодером для преобразования моносигнала в стерео.

Конструкция не содержит дефицитных и дорогих деталей, а также трудоемких в изготовлении катушек. Работает на частотах в пределах 88-108 МГц. Приемник сохраняет полную работоспособность при снижении напряжения питания до 1,9 В, а потребляемый им ток настолько мал, что при питании от двух батареек, он сохранит свою работоспособность в течение месяца. Сигналы левого и правого стереоканалов формируются на выводах 6 и 5 микросхемы U1 соответственно.

Для вас на схеме появилось несколько новых деталей. Их описание представлено на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Разъяснение новых деталей на принципиальной схеме.

Обратите внимание, вокруг сверхвысокочастотного транзистора идет пунктирная линия — это один из его выводов. Мы подключим его к общему проводу.

В нашем приемнике можно использовать резисторы любых типов с допуском не хуже ±20 %, оксидные конденсаторы — лучше импортные малогабаритные, остальные конденсаторы керамические. Во всех приемниках с УКВ-диапазоном применяются широкополосные, малогабаритные пьезокерамические фильтры. Внешний вид фильтров U2, U3 изображен на рис. 9.5.

Рис. 9.5. Распиновка пьезокерамического фильтра, варикапа и транзистора.

Средний вывод подключается к общему проводу, остальные — без разницы. Фильтр U4 похож на предыдущие, но имеет два вывода и окрашен в светло-коричневый цвет. Транзистор Q1 — КТ368А, КТ368Б, КТ3102 с буквенными индексами от А до Е. Транзистор Q2 — КТ368А, КТ368Б, КТ339 или КТ399 с любыми буквенными индексами. Индуктивность дросселя L1 может быть в пределах от 22 до 220 мкГн (я ставил на 100 мкГн). Дроссель с такой индуктивностью можно приобрести готовый. Катушки L2, L4 и L5 бескаркасные с внутренним диаметром 3 мм. Катушка L2 имеет 8 витков с отводом от середины (для удобного монтажа я намотал две катушки по 4 витка каждая). Катушка L4 содержит 6 витков, L5 — 5 витков. Точное число витков зависит от длины и расположения дорожек, ведущих к катушкам на печатной плате, и уточняется при настройке. Обычно катушки наматывают на какую-нибудь трубку нужного диаметра, а потом вытаскивают ее. В итоге вы получаете бескаркасную катушку.

С помощью многооборотного переменного резистора R21 настраивают приемник на нужную радиостанцию. Корпуса транзисторов соединяются с общим проводом. Размеры печатной платы 52×46 мм. Резистор R8 и конденсатор С21 прикрепляются со стороны печатных проводников. Приемник соединен с антенной экранированным проводом. Возле антенны экран обрывается, а «горячая» жила соединяется с антенной. Обратите внимание, что на печатной плате (рис. 9.6) обозначены не все элементы. Цепь индикации R4 D1 монтируется вне зоны печатной платы.

Рис. 9.6. Печатная плата приемника.

Во время настройки подключите приемник к усилителю. Если его монтаж выполнен без ошибок, при подаче питания в колонках должен появиться характерный шум. Растягивая и сжимая витки гетеродинной катушки L5, добейтесь устойчивого приема какой-либо радиостанции. Если этого сделать не удастся, попробуйте изменить число витков гетеродинной катушки. Постоянно работающая система автоматической подстройки частоты (АПЧ) даст вам знать, что вы настроились на зеркальный канал — настройка будет «плавающей», нечеткой. В этом случае растяните витки катушки L5 или уменьшите число ее витков до появления той же станции с четкой настройкой.

После того, как вы настроите приемник, залейте катушки парафином — используйте для этого парафиновую свечку. При этом немного сдвинется частотный диапазон, но зато катушки будут защищены от внешних механических воздействий.

Индикатор выходного сигнала

Ни один звуковоспроизводящий комплекс не обходится без индикатора выходного сигнала (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Принципиальная схема индикатора выходного сигнала на КА2281.

В основе устройства — интегральная микросхема фирмы SamsungKA2281 (двухканальный пятиразрядный усилитель индикации с логарифмической шкалой). Отличается данное включение микросхемы от типового только введением дополнительных светодиодов D11 и D12, которые загораются сразу при включении устройства и сигнализируют о готовности к работе. Чувствительность индикатора регулируется резисторами R3 и R4 для каждого стереоканала отдельно, а конденсаторами С1 и С2 настраивается скорость гашения светодиодов.

Зажигание светодиодов начинается справа налево (см. рис. 9.7) для обоих стереоканалов. Для индикации сигнала поставьте светодиоды D1 и D6 красного свечения (на схеме все светодиоды АЛ307В — зеленого свечения).

Для данного устройства не разрабатывалась печатная плата, так как все детали были собраны в навесном виде. Подключается индикатор к линейному выходу музыкального центра, телевизора, звуковой карты. Если захотите использовать его в нашем УНЧ, подключите входы индикатора ко входам микросхемы U2 (см. рис. 9.1) — выводам 1 (L) и 13 (R), не путая каналы.

Глава 10 Электричество — друг человека

Электричество уже давно стало неотъемлемой частью нашей жизни. Многие не представляют свой вечер без компьютера или телевизора. Домохозяйки впадают в панику, когда перестает работать стиральная машина или микроволновая печь. Электричество действительно наш лучший друг, и далее мы еще раз подтвердим этот факт…

Источник питания своими руками

Блоки питания есть практически во всех электрических приборах и предназначены для того, чтобы из электрической розетки шло меньшее напряжение. Это немного грубое определение, но в действительности так оно и есть. Как известно, любое электронное устройство питается от небольшого напряжения. Источники питания представляют собой гасители избыточного напряжения, и больше всего напряжения гасится на трансформаторах, поэтому они, как правило, нагреваются. И чем большее напряжение гасится на трансформаторе, тем сильнее он нагревается. На его нагрев влияет также уровень потребления тока устройством: чем больший ток потребляет устройство, тем больше греется трансформатор. Блоки питания бывают стабилизированными и нестабилизированными, а также импульсными. Последние стараются использовать реже, так как есть сомнения в их надежности, а вот первые и вторые довольно часто. В стабилизированном источнике питания есть стабилизатор, нестабилизированный его не имеет. В предыдущей главе мы собрали УНЧ с темброблоком, приемник и индикатор выходного сигнала. Блок питания для этих устройств, собранных воедино, можно увидеть на рис. 10.1.

Илон Маск рекомендует:  Как правильно выбирать ключевые слова

Рис. 10.1. Схема блока питания.

Как видите, для питания стереоприемника (и индикатора выходного сигнала) и темброблока используются микросхемные стабилизаторы U1 и U2, а питание на УНЧ подается в обход стабилизатора сразу после диодного моста D1. Вот так отличается нестабилизированный источник питания от стабилизированного. Микросхемные стабилизаторы заменяют стабилитрон, несколько транзисторов и резисторов — такая совокупность деталей применялась раньше. Сейчас все это находится в одной микросхеме с тремя ножками (рис. 10.2), причем данные чипы делают на разное напряжение и ток.

Рис. 10.2. Распиновка микросхемного стабилизатора.

Сетевой трансформатор T1 c двумя вторичными обмотками. Одна из них на 3–9 В, другая — 10–12 В. В принципе, если вам надо получить на выходе стабилизатора, например, 5 В, то берите трансформатор с таким же напряжением вторичной обмотки. То есть выходное напряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть таким же, какое вы хотите получить от стабилизатора.

В микросхемном стабилизаторе есть отверстие для крепления его к радиатору. Обязательно привинтите чип к небольшой алюминиевой пластине. Если заметите, что микросхема и пластина сильно нагреваются, увеличьте пластину.

Блок питания для электромеханических часов

Следующая схема (рис. 10.3) будет полезна для тех, у кого дома есть электромеханические часы.

Рис. 10.3. Принципиальная схема блока питания электромеханических часов.

При наличии напряжения в сети часы питаются от этой микросхемы во время положительных полупериодов, а во время отрицательных полупериодов (когда в сети нет напряжения) — энергией, запасенной аккумулятором G1 и конденсатором СЗ. Энергии аккумулятора хватит на несколько суток и даже недель непрерывной работы часов — в зависимости от значения потребляемого ими тока.

Конденсаторы С1 и С2 выступают в роли балластных, гасящих избыточное напряжение сети. Помните, как в блоке питания, мы гасили избыток напряжения с помощью трансформатора. Тут мы гасим его с помощью конденсаторов.

Данная конструкция не имеет полной изоляции от сети, поэтому во время ее работы не дотрагивайтесь до деталей. Помните о правилах безопасности! При отрицательной полуволне сетевого напряжения на верхнем (по схеме) проводе диод VD1 откроется, и через него будут заряжаться конденсаторы С1 и С2. При положительных же полуволнах конденсаторы станут перезаряжаться, ток потечет в первую очередь через открытый диод VD2, и начнут подзаряжаться аккумулятор G1 и конденсатор СЗ. Напряжение полностью заряженного аккумулятора будет не менее 1,35 В, а на светодиоде HL1 — около 2 В. Поэтому светодиод начнет открываться и тем самым ограничивать зарядный ток аккумулятора. Следовательно, аккумулятор постоянно будет в заряженном состоянии. Резистор R1 служит для разрядки конденсаторов С1 и С2 при отключении устройства от сети.

Конденсаторы С1 и С2 должны быть пленочными и рассчитаны на номинальное напряжение не менее 300 В, СЗ — электролит (желательно танталовый, который сможет достаточно долго держать энергию). Диоды VD1 и VD2 — любые выпрямительные малогабаритные. Светодиод HL1 надо брать такой, у которого прямое напряжение при токе 10 мА составит 1,9–2,1 В. Аккумулятор — никель-кадмиевый Д-0.1, лучше — Д-0.125.

Подсветка для выключателя

Наверное, многие сталкивались с тем, что, приходя вечером домой, в полной темноте начинали искать в коридоре выключатель, чтобы зажечь свет и не задеть при этом какой-нибудь предмет. Данная схема (рис. 10.4) позволяет решить эту проблему. Теперь ваш выключать будет подсвечиваться при выключенном состоянии, а при включенном подсветка будет гаснуть. Самоделка постоянно питается от сети, но при этом не потребляет много электроэнергии и совершенна безопасна.

Рис. 10.4. Принципиальная схема подсветки для выключателя.

Схема предлагаемого устройства собрана на основе двух деталей: неоновой лампы L2 и резистора R1. При выключенном светильнике ток проходит через нить накала его (светильника) лампы L1 и через сопротивление R1, на котором гаситься больше половины напряжение, и поступает на неонку L2, которая светиться при этом. Как только контакты выключателя S1 замыкаются, неонка гаснет и включается светильник в коридоре.

Неоновую лампу можно брать любую, но лучше импортного производства (она меньше размером). Сопротивление может отличаться от номинального, от него зависит яркость свечения неонки: чем больше сопротивление, тем меньше яркость и наоборот. Важно, чтобы ваттность сопротивления резистора была не меньше 0,25 Вт (на схеме 0,5 Вт). Устройство подключается параллельно контактам выключателя и размещается прямо в нем. Где сделать отверстие для неонки в выключателе, решать вам. Будьте предельно внимательны при сборке устройства! Перед подключением самоделки к электричеству попросите кого-нибудь из взрослых проверить правильность всех соединений.

Регулятор яркости светильника

Регуляторы яркости свечения электроосветительных приборов все чаще применяются в домашнем обиходе, и это не случайно. Взять, к примеру, бра: если этот настенный светильник снабдить таким регулятором, то его можно использовать в качестве ночника.

Любительский регулятор яркости, схему которого вы видите на рис. 10.5, позволяет это осуществить. Кроме того, он обеспечивает плавное нарастание яркости свечения электролампы до заранее установленного уровня в течение 5-10 с.

Рис. 10.5. Принципиальная схема регулятора яркости светильника.

Такой режим включения светильников продлевает срок службы электроламп. В предлагаемом устройстве используется так называемый фазоимпульсный способ регулирования среднего тока через нагрузку. Он изменяется благодаря тому, что нагрузка-светильник подключается к сети электронным ключом через некоторое время после появления очередной полуволны сетевого напряжения. Функцию электронного ключа выполняет тринистор VS1. Мощность, потребляемую нагрузкой от сети, можно регулировать практически от нуля до максимума, изменяя это время. Для лампы светильника это означает изменение яркости ее свечения. Ручная регулировка яркости свечения лампы L1 (светильника) осуществляется переменным резистором R4: чем меньше его сопротивление, тем ярче светится лампа.

Все резисторы берите на 0,25 Вт, кроме R8 (2 Вт). При монтаже расположите этот резистор в 2 мм над поверхностью платы, чтобы не нагревались остальные детали. Конденсатор С1 — пленочный, тринистор КУ202Л можно заменить на КУ202К, КУ202М или КУ202Н. Соблюдайте условия его включения в схеме. Цоколевку транзисторов серий КТ315, КТ361 и тринистора КУ202 вы можете увидеть на рис. 10.6.

В корпусе, где вы поместите устройство, обязательно просверлите отверстия для вентиляции, так как элементы R8 и VS1 немного нагреваются в процессе работы.

а — транзисторов серий КТ315, КТ361; б — тринистора КУ202

Фазометр своими руками

Прежде чем приступать к описанию этой конструкции, давайте разберемся, что же такое фазометр? Мы знаем, что в электрической сети напряжение постоянно меняется, отчего и появился термин переменное напряжение. Но это еще не все: в розетке один из выводов является землей, а другой фазой. При проведении электромонтажных работ зачастую приходится выявлять фазный провод сети. Без индикатора фазы (фазометра) сделать этого не удастся. Простейший индикатор, предлагаемый вашему вниманию, состоит из последовательно соединенных между собой неоновой лампы и токоограничительного резистора сопротивлением в несколько сотен килоом. В принципе такой фазометр можно приобрести в магазине за небольшую цену. Он выглядит, как отвертка с прозрачной ручкой. Принципиальную схему такого фазометра вы можете увидеть на рис. 10.7.

Рис. 10.7. Принципиальная схема фазометра внутри отвертки.

Свободный вывод лампы соединен с сенсорным контактом — небольшим кусочком медной или любой другой пластины, к которой можно легко припаять контакт неоновой лампы. Держась пальцем за контакт, жалом отвертки, к которому подключен резистор, касаются проверяемых цепей. Если пробник подключают к фазному проводу, через элементы пробника и тело человека протекает небольшой ток, которого достаточно, чтобы лампа зажглась. У такого устройства есть один недостаток — слабое свечение неоновой лампы, которое практически не заметно при ярком освещении. Поэтому нужно закрыть лампу, оставив небольшое окошечко, через которое можно будет легко увидеть свет. Корпус отвертки не должен проводить ток. Сделайте его, например, из испорченного пластмассового маркера. В устройстве можно использовать любую неоновую лампу, резистор ваттностью 0,25 Вт. Уменьшением сопротивления резистора R1 можно увеличить яркость свечения лампы, но не рекомендуется делать его менее 150 кОм, в этом случае вы будете чувствовать прохождения по телу электрического тока…

Искатель скрытой проводки

Определить место прохождения скрытой электрической проводки в стенах помещения поможет простой искатель, выполненный на трех транзисторах (рис. 10.8).

Рис. 10.8. Принципиальная схема искателя скрытой проводки.

На двух биполярных транзисторах (Q1, Q3) собран мультивибратор, а на полевом (Q2) — электронный ключ. Принцип действия этого устройства основан на том, что вокруг электрического провода образуется электрическое поле — его и улавливает искатель.

Рис. 10.9. Цоколевка полевого транзистора серии КП103.

Если кнопка выключателя SB1 нажата, но электрического поля в зоне антенного щупа WA1 нет, значит, искатель находится далеко от сетевых проводов. В этом случае транзистор Q2 открыт, мультивибратор не работает, светодиод HL1 погашен. Достаточно приблизить антенный щуп, соединенный с цепью затвора полевого транзистора, к проводнику с током либо просто к сетевому проводу, транзистор VT2 закроется, шунтирование базовой цепи транзистора Q3 прекратится и мультивибратор вступит в действие — начнет вспыхивать светодиод. Перемещая антенный щуп по стене, нетрудно проследить за пролеганием в ней сетевых проводов. Прибор позволяет отыскать и место обрыва фазного провода. Для этого нужно включить в розетку нагрузку, например настольную лампу, и перемещать антенный щуп прибора вдоль проводки. В месте, где светодиод перестает мигать, нужно искать неисправность.

Для данного устройства можно брать любой полевой транзистор из серии, указанной на схеме (рис. 10.9), а биполярные — любые из серий КТ312, КТ315. Все резисторы — МЛТ-0,125, светодиод также любой из серии АЛ307, источник питания — батарея «Крона» либо аккумуляторная батарея напряжением 6–9 В. Антенным щупом может быть отрезок длиной 80-100 мм толстого E мм) высоковольтного провода, используемого в телевизоре.

Если при поиске места обрыва фазного провода чувствительность прибора окажется чрезмерной, ее нетрудно снизить уменьшением длины антенного щупа. Искатель можно применять и для контроля работы системы зажигания автомобилей. Поднося антенный щуп искателя к высоковольтным проводам, по миганию светодиода определяют цепи, на которые не поступает высокое напряжение, или отыскивают неисправную свечу зажигания.

Глава 11 Подборка принципиальных схем

Вы узнали достаточно много, чтобы стать настоящим радиолюбителем. С каждым днем электроника совершенствуется, разрабатываются и воплощаются в жизнь новые идеи гениальных ученых, а нам остается только успевать следить за ними, дабы постоянно пополнять знания в области электроники. Чтобы закрепить текущие знания, предлагаю собрать несколько новых самоделок…

Предварительный усилитель

Предварительные усилители используют для «раскачки» входного сигнала, подаваемого на УНЧ. Например, у вас есть усилитель мощности, но, подключая к нему магнитофон, вы не получаете от него всей возможной мощности. Поставив между магнитофоном и УНЧ предусилитель, вы увеличите мощность звука.

Простой двухкаскадный предусилитель на комплементарной паре транзисторов (рис. 11.1) обеспечивает усиление напряжения в 32 раза (30 дБ). Оно зависит от соотношения сопротивлений резисторов R6 и R2. Варьируя величину R2, изменяют усиление в большую или в меньшую сторону. Вместо указанных на схеме транзисторов можно применить отечественные аналоги, например КТ3102, КТ3342, КТ315 (n-p-n) и КТЗ107, КТ209, КТ361 (p-n-р), а также КТ3107, КТ209, КТ361 (p-n-р) с любыми буквенными индексами, но с возможно большим значением коэффициента усиления по току.

Рис. 11.1. Принципиальная схема предварительного усилителя.

УНЧ с необычным темброблоком

Интересный усилитель низкой частоты с необычным темброблоком можно собрать по схеме, представленной на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Принципиальная схема УНЧ с необычным темброблоком

В основе схемы — микросхема А210К. Регулятор громкости и тембра состоит всего из двух переменных резисторов: частотнокомпенсированного регулятора громкости R7 и тембра R4. Нам нужен переменный резистор R7 с отводом от середины. Сразу предупреждаю, что найти такой проблематично. В крайнем верхнем положении движка R4 подчеркиваются высшие частоты, в нижнем — низшие. В среднем положении движка частотная характеристика линейна. Мощность усилителя при напряжении питания 9 В около 0,5 Вт, а при 12 В достигает 2 Вт. Аналог микросхемы А210К — отечественный чип К174УН7. Распиновку этой микросхемы вы можете увидеть на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Распиновка микросхемы К174УН7.

Музыкальный квартирный звонок

Сейчас уже никто не удивляется, если при нажатии на кнопку дверного звонка, вместо привычного «тр…р» или «динь-дон» раздается отрывок популярного музыкального произведения, голоса животных или трель птиц. В магазинах бытовой электроники продается много различных российских и зарубежных музыкальных звонков, которые зачастую дешевле электромеханических. Большинство отечественных звонков строятся на основе микросхем серии УМС-7 или УМС-8, собранных почти по типовой схеме. В радиолюбительской литературе неоднократно описывались недостатки типовой схемы (резкий звук, вызванный импульсным характером выходного сигнала; при кратковременном нажатии на кнопку «Пуск» первая мелодия звучит не до конца и др.) и предлагались усовершенствованные варианты схемы включения. На рис. 11.4 показана схема еще одного варианта такого звонка.

Рис. 11.4. Принципиальная схема музыкального квартирного звонка.

Ее отличие от типовой в том, что звучание более спокойное и мягкое, а при кратковременном нажатии на кнопку S3 (Bell) устройство полностью проигрывает музыкальный фрагмент.

Резкость звука звонка, включенного по типовой схеме, вызвана тем, что на динамическую головку, подсоединенную к коллекторной цепи выходного транзисторного ключа, поступают однополярные прямоугольные импульсы тока. Такой сигнал богат высокочастотными гармониками, которые, входя в резонанс с катушкой динамика и его механической системой, а также акустическим оформлением, придают музыкальному фрагменту несвойственную ему окраску. Кроме того, ток, протекающий через звуковую катушку динамика, содержит постоянную составляющую, которая смещает диффузор и уменьшает громкость звучания. В промежутках между различными участками музыкального фрагмента появляются громкие и резкие щелчки, вызванные перепадом этой постоянной составляющей. Работа транзистора в ключевом импульсном режиме на низкоомную нагрузку приводит к тому, что сопротивление транзистора в режиме насыщения оказывается намного больше, чем сопротивление звуковой катушки динамической головки. Именно поэтому значительная часть энергии тратится на нагревание транзистора, а не на раскачку диффузора.

Эти недостатки можно устранить, если динамик подключить к выходу транзисторного каскада через согласующий трансформатор (Т1), имеющий высокоомную первичную обмотку A) и низкоомную вторичную B). Кроме того, включив параллельно первичной обмотке конденсатор (С3), мы получаем колебательный контур, настроенный на среднюю частоту музыкальных фрагментов. Наличие трансформатора согласует низкоомную катушку динамика с относительно высокоомным выходом ключа, а наличие резонансного контура сглаживает прямоугольные импульсы, делая их более близкими к синусоидальным и подавляет ненужные высокочастотные гармоники.


Поскольку добротность контура невысокая, воспроизводятся все ноты, заложенные в музыкальный автомат. Наличие резонанса в контуре приводит к тому, что напряжение на первичной обмотке трансформатора получается немного выше напряжения питания микросхемы, что приводит к увеличению громкости звука.

Второй дефект типовой схемы состоит в том, что при кратковременном непродолжительном нажатии на кнопку Bell мелодия звучит не до конца. Дело в том, что время звучания в этом случае определяется не продолжительностью музыкального фрагмента, а емкостью конденсатора, блокирующего пусковую кнопку. В схеме (см. рис. 11.4) с инверсного выхода микросхемы (вывод 14) импульсы через С1 поступают на детектор на D1 и D2, поэтому на 13-м выводе микросхемы единица будет присутствовать все время, пока звучит музыкальный фрагмент.

Питается музыкальный звонок от бестрансформаторного источника питания на выпрямителе D7 и параметрическом стабилизаторе, состоящем из цепочки диодов D3-D6 и конденсатора С4, гасящего реактивное сопротивление. На диоды D3-D6 падает напряжение 2–2,5 В. Конденсатор С2 сглаживает пульсации полученного постоянного тока.

Трансформатор Т1, как уже говорилось ранее, должен иметь высокоомную первичную обмотку и низкоомную вторичную. Это можно померить тестером. Устройство не нуждается в налаживании, разве что конденсатором СЗ можно подстроить желаемый тембр звучания.

Новогодняя гирлянда

На сегодняшний день существует масса интересных елочных гирлянд, которые мигают и по-разному переливаются. Стоят они относительно недорого, но нет ничего лучше, чем собрать гирлянду самому. Пусть она будем менее функциональна, но знать, что это сделано собственными руками — это, признайтесь себе, приятно. Предлагаемое устройство (рис. 11.5) предназначено для управления гирляндой. Оно не требует налаживания и начинает работать сразу после включения питания.

Рис. 11.5. Принципиальная схема простой новогодней гирлянды.

В самоделке можно использовать следующие детали: диоды любого типа на ток не менее 300 мА и напряжение 250–300 В, например старые серии Д7, Д226, Д237 или один диодный блок КЦ402, КЦ405, КЦ410 с любым буквенным индексом; тиристор с такими же рабочими характеристиками, например КУ201К, КУ201Л, КУ202К — КУ202Н, КУ208В, КУ208Г, ТС122-8, ТС122-9.

Гирлянду лучше всего составить из 20 ламп на напряжение по 12 В или из 10 ламп на напряжение по 26 В. Остальные детали — любого типа. Частоту включения гирлянды можно изменять, увеличивая или уменьшая емкость конденсатора.

Автомат периодического включения и выключения нагрузки

В домашнем обиходе часто требуется, чтобы электробытовые приборы работали в периодическом режиме. Например, электронагреватель и вентилятор должны включаться и выключаться с определенными промежутками времени. Данное устройство (рис. 11.6) понадобится вам в такой ситуации, также оно может пригодиться, если ваш холодильник перестал отключаться.

Рис. 11.6. Принципиальная схема автомата периодического включения и выключения нагрузки.

Работает устройство так: при подаче питания на микросхему U1 начинает заряжаться конденсатор С1, в результате на выводе 3U1 появляется напряжение, близкое к напряжению питания. По окончании зарядки конденсатора С1 внутри микросхемы U1 открываться транзистор, соединяющий ее седьмой и первый выводы, вследствие чего конденсатор С1 разряжается через резистор R2. После этого цикл работы прибора повторяется. Время работы и отключения нагрузки представлены в табл. 11.1. Сверяясь с ней, легко рассчитать другое время.

Обязательно прикрепите симистор Q1 к радиатору. Размеры радиатора зависят от мощности коммутируемой нагрузки: чем больше мощность, тем больше радиатор.

Универсальное зарядное устройство

Эта самоделка (рис. 11.7) предназначена для зарядки любого количества никель-кадмиевых аккумуляторов. Достигается это изменением подачи определенного входного напряжения +VCC на устройство.

Рис. 11.7. Принципиальная схема универсального зарядного устройства.

Входное напряжение должно быть больше суммы заряжаемых аккумуляторов на 2 В, то есть, если вы заряжаете два аккумулятора, каждый естественно является носителем 1,5 В (а это в общем 3 В), подаваемое входное напряжение должно быть 5 В. Для этого устройства можно подобрать любые компоненты, главное, чтобы диоды были способны выдержать зарядный ток. Резисторы на схеме ваттностью 0,25 Вт, транзистор КТ814 можно заменить на КТ816. В процессе зарядки светодиод HL2 горит, по окончании гаснет.

Зарядное устройство собрано на плате из текстолита (рис. 11.8) размерами 76429 мм. На ней размещены детали и аккумуляторный отсек. Размеры платы рассчитаны на монтаж батарейного отсека на два аккумулятора. На рисунке слева представлен фрагмент платы, в котором исключен батарейный отсек. Далее дело за вами…

Рис. 11.8. Печатная плата универсального зарядного устройства.

Цифровые электронные часы

Цифровые электронные часы (рис. 11.9), предлагаемые вашему вниманию, собраны на хорошо известном радиолюбителям комплекте микросхем — К176ИЕ18 (двоичный счетчик для часов с генератором сигнала звонка), К176ИЕ13 (счетчик для часов с будильником) и К176ИД2 (преобразователь двоичного кода в семисегментный). Поэтому на рассказе о работе этих микросхем мы не будем останавливаться.

Рис. 11.9. Принципиальная схема электронных часов.

При включении питания в счетчик часов, минут и в регистр памяти будильника микросхемы U2 автоматически записываются нули. Для установки времени следует нажать кнопку S4 (Time Set) и, придерживая ее, нажать кнопку S3 (Hour) — для установки часов или S2 (Min) — для установки минут. При этом показания соответствующих индикаторов начнут изменяться с частотой 2 Гц от 00 до 59 и далее снова 00. В момент перехода от 59 к 00 показания счетчика часов увеличатся на единицу. Установка времени будильника происходит также, только придерживать нужно кнопку S5 (Alarm Set). После чего следует нажать кнопку S1 для включения будильника (контакты замкнуты). Кнопка S6 (Reset) служит для принудительного сброса индикаторов минут в 00 при настройке. Светодиоды D3 и D4 играют роль разделительных точек, мигающих с частотой 1 Гц. Цифровые индикаторы на схеме расположены в правильном порядке: индикаторы часов, две разделительные точки (светодиоды D3 и D4) и индикаторы минут.

В часах использовались резисторы R6-R12 и R14-R16 ваттностью 0,25 Вт остальные — 0,125 Вт. Кварцевый резонатор XTAL1 на частоту 32768 Гц — обычный часовой (лучше «совковый» в виде лодочки, импортные желательно не ставить, так как они не очень точные). Транзисторы КТ315А можно заменить на любые маломощные кремниевые соответствующей структуры, КТ815А — на транзисторы средней мощности со статическим коэффициентом передачи тока базы не менее 40, диоды — любые кремниевые маломощные. Пищалка BZ1 — динамическая, без встроенного генератора, сопротивление обмотки 45 Ом. Кнопка S1 естественно с фиксацией.

Индикаторы TOS-5163AG зеленого свечения, можно применить любые другие с общим катодом, не уменьшая при этом сопротивление резисторов R6-R12. На рис. 11.10 вы видите распиновку данного индикатора, выводы показаны условно, так как представлен вид сверху.

а — транзистора КТ315; б — транзистора КТ815; в — индикатора TOS-5163AG (вид сверху)

После сборки часов, возможно, понадобится подстроить частоту кварцевого генератора. Лучше всего это сделать, контролируя цифровым частотомером период колебаний 1 с на выводе 4 микросхемы U1. Настройка генератора по ходу часов потребует значительно большей затраты времени. Может быть, придется также подстроить яркость свечения светодиодов D3 и D4 подбором сопротивления резистора R5, чтобы все светилось равномерно ярко. Потребляемый часами ток не превышает 180 мА.

Часы питаются от обычного блока питания (рис. 11.11), собранного на плюсовом микросхемном стабилизаторе 7809 (рис. 11.12) с выходным напряжением +9 В и током 1,5 А.

Рис. 11.11. Принципиальная схема блока питания часов.

Рис. 11.12. Распиновка плюсового микросхемного стабилизатора 7809.

Трансформатор должен быть с выходным напряжением -9-12 В, лучше

9 В, потому что в этом случае падение напряжения на микросхемном стабилизаторе будет минимальным, соответственно и его нагрев тоже. Это немаловажно для часов, питающихся от сети непрерывно.

Не забудьте поставить микросхемный стабилизатор на небольшой радиатор, сделанный из куска дюралюминиевой пластины. Конденсатор СЗ расположите вблизи цепи питания микросхем. Элементы часов лучше собрать в корпусе, спаянном из стеклотекстолита, и соединить его фольгу с общим проводом питания. Это устранит помехи в работе часов.

Глава 12 Софт радиоконструктора

В этой главе речь пойдет о компьютерных программах, которые помогают радиолюбителям (рисовальщики принципиальных схем, разработчики печатных плат, программы для определения номиналов радиодеталей и т. д.). Особого внимания заслуживает комплекс программ CircuitMaker 2000.

Описание пакета CircuitMaker

Пакет программ CircuitMaker 2000 предназначен в основном для обучения навыкам схемотехнического моделирования смешанных аналого-цифровых устройств и разработки печатных плат на компьютерах под управлением Windows 95/98/2000/NT/XP. Он имеет некоторые особенности, ориентированные на применение в учебном процессе. CircuitMaker (рис 12.1), разработанный фирмой MicroCode, в настоящее время принадлежит компании Altium.

Рис. 12.1. Внешний вид программы для рисования принципиальных схем.

Существует несколько разновидностей этой программы, их вы можете увидеть в табл. 12.1. С помощью CircuitMaker производится графический ввод принципиальных электрических схем, моделирование смешанных аналого-цифровых устройств и разработка печатных плат.

Фактически в одном пакете содержится компьютерная виртуальная электронная лаборатория, выполняющая цикл сквозного проектирования электронной аппаратуры широкого профиля. Программа CircuitMaker обеспечивает графический ввод принципиальных схем и их моделирование, разработка печатных плат производится с помощью входящего в состав пакета программы TraxMaker (рис. 12.2) или внешних программ PADS, P-CAD, Protel и др.

Рис. 12.2. Внешний вид программы для рисования печатных плат.

Однако обратим внимание, что в наиболее привлекательной для студентов версии пакета список соединений проекта, необходимый для разработки плат, выполняется только в формате программы ТгахМакег, которая не входит в его состав. Поэтому студенческую версию возможно использовать только для схемотехнического моделирования, а для разработки плат следует применять коммерческие версии. Стандартная версия (Standard Edition) обладает характеристиками, которые вы можете увидеть ниже.

Редактор принципиальных схем:

• чертеж схемы располагается на одном или нескольких листах;

• при создании схемы используются символы стандартных электрорадиоэлементов и макромодели нестандартных элементов, создаваемых пользователями;

• имеются удобные средства для изменения параметров источников сигналов и других компонентов;

• имеются средства имитации неисправностей (короткое замыкание контактов, разрыв цепи, неверные номиналы компонентов и др.);

• списки соединений схемы составляются в форматах ТгахМакег, Protel, Tango (используется в P-CAD для Windows) и OrCAD;

• в текстовых надписях символы кириллицы не допускаются;

• ограничений на количество компонентов, выводов, узлов цепей не имеется.

• использует расширенную версию алгоритма SPICE 3F5 для моделирования аналоговых устройств и алгоритм XSPICE для моделирования смешанных аналого-цифровых устройств. При этом полностью поддерживаются встроенные модели и макромодели аналоговых компонентов в формате SPICE, разрабатываемые фирмами — производителями электронных компонентов и публикуемые в Интернете (для цифровых компонентов эта практика менее распространена);

• имеет встроенные модели полупроводниковых приборов (диодов, фотодиодов, тиристоров, биполярных и полевых транзисторов, МОП- и БСИП-транзисторов [последние в виде макромоделей], оптоэлектронных приборов), электронных ламп, индикаторов, ключей, примитивов элементов цифровой логики, цифровых ИС, аналоговых линейных ИС, регуляторов напряжения, линий задержки, линий передачи, устройств выполнения математических операций, источников аналоговых и цифровых сигналов, виртуальных инструментов (осциллографов, измерителей частотных характеристик, цифровых мультиметров, анализаторов логических сигналов);

• библиотека моделей содержит модели 4000 компонентов;

• выполняет стандартные виды анализа: расчет режима нелинейных схем по постоянному току (ОР) и передаточных характеристик в режиме по постоянному току (DC), расчет частотных характеристик (АС) и переходных процессов (Transient), включая расчет спектров (Fourier), выполняет одновременную вариацию двух параметров (Parameter Sweep);

• предусмотрена возможность отображения текущих результатов моделирования;

• для аналоговых устройств рассчитываются токи, напряжение и другие характеристики, для цифровых — временные диаграммы логических состояний;

• имеется постпроцессор обработки результатов моделирования;

• предусмотрена «горячая» связь между схемой и экраном отображения результатов моделирования.

Редактор печатных плат:

• печатные платы имеют до 8 электрических слоев (6 сигнальных и 2 слоя металлизации), а также средства нанесения масок краски и пасты;

• поддерживается английская и метрическая система единиц;

• максимальный размер платы 32×32 дюйма;

• разрешающая способность 1 мил = 0,001 дюйма = 00254 мм;

• поддерживаются компоненты как со штыревыми, так и с планарными выводами;

• библиотека корпусов содержит 2000 компонентов;

• списки соединений схемы проекта загружаются в форматах TraxMaker, Protel, Tango (используется в P-CAD для Windows), PADS и OrCAD;

• имеются средства автоматического размещения компонентов и трассировки сеточного типа;

• создаются Gerber-файлы в формате RS274 (D и X) и управляющих файлов для сверлильных станков;

• создаются отчеты о проекте, DXF-файлы и данные для оборудования автоматического монтажа компонентов.

Студенческая версия (Student Edition) предназначена только для применения на домашних компьютерах и не может использоваться в учебных заведениях. Эта версия в целом аналогична Standard Edition, но имеет следующие ограничения:

• не более 50 компонентов в проекте;

• библиотека моделей ограничена 1000 компонентами;

• редакторы символов и макромоделей (иерархических структур) недоступны;

• список соединений схемы проекта, передаваемый редакторам печатных плат, формируется только в формате программы TraxMaker.

Профессиональная версия (Professional Edition)

отличается от стандартной наличием 6 дополнительных видов моделирования (расчет комплексных сопротивлений двухполюсников, вариация температуры, статистический анализ по Монте-Карло, анализ наихудшего случая, расчет передаточных функций по постоянному току, анализ уровня внутреннего шума). Она также имеет новые встроенные модели компонентов, библиотека увеличена до 6000 моделей, расширены возможности импорта/экспорта данных и усовершенствованы алгоритмы трассировки проводников печатных плат (в частности, добавлен новый волновой алгоритм с возможностями Ripup & Retry), библиотека корпусов компонентов расширена до 5400 типов. Кроме того, предоставляется возможность описания моделей цифровых устройств на языке высокого уровня SimCode. В ее состав включена также программа TraxCAM PRO для просмотра и редактирования Gerber-файлов.

CircuitMaker 2000 дополняется обучающей программой CircuitMaker CBT (Computer Based Training), имеющей 28 разделов по основам электроники и методам моделирования. Она поставляется на отдельном компакт-диске вместе с учебником для студентов и ответами к упражнениям.

Подводим итоги

CircuitMaker — это один из наиболее удобных пакетов для работы со схемами, хотя, конечно, не без недостатков, а где их нет? Во всяком случае, затраты времени на рисование схем и печаток в пакете CircuitMaker небольшие. Имея минимум знаний по теории электроники (электронных приборов), вы можете успешно использовать CircuitMaker, чтобы разрабатывать и моделировать электрические цепи. Для новичков CircuitMaker идеально подходит для изучения и экспериментирования с электроникой (электронным приборами) и проектированием интегральных микросхем.

Основная и грубая ошибка программы, оставшаяся из предыдущей версии, заключается в том, что при размере схемы больше, чем экран монитора, и при экспорте файла в формат BMP, соединительные точки, а иногда и детали исчезают. Выход из этой ситуации — экспорт файла в WMF, а затем его конвертация в любой другой формат, здесь особых проблем нет. Все остальное в программе работает отлично.

Справочный листок

Я решил дополнить эту книгу полезной информацией, необходимой в электронной практике, так как без справки радио любителю очень-очень трудно.

Учимся выбирать батарейки

Батарейки типоразмеров в блистерной упаковке, как правило, отличаются высоким качеством в своей подгруппе. Блистер — это прозрачная пластмассовая коробочка, в которой лежат 1–4 батарейки. Коробочка приклеена к цветной картонной открытке, на которой указывается:

• название фирмы (DURACELL, EVEREADY);

• тип батареек — самая важная, по мнению фирмы, информацию (extra power, nothing lasts longer, heavy duty);

• обозначение типоразмера по разным стандартам (С, А-343, LR14, LR20, D);

• обязательно срок годности (install by jan 2000, best before mar 2000).

На обороте открытки на нескольких языках (включая русский) сообщаются сведения о гарантиях, режиме работы, развернутая информация по типоразмерам, штриховой код (который можно вырезать и отправить на фирму с претензией по качеству), название страны, где изготовлены батарейки. Кроме блистеров используют еще два вида упаковок — прозрачную термоусаживаемую пленочную или в виде мешочка (у 9-вольтовых батареек), а также коробки — обычно на 24 штуки. В таких картонных коробках батарейки могут размещаться в блистерах, в пленке или без индивидуальной упаковки. На коробке обязательна информация, о которой говорилось выше.

Батарейки совершенно разные, они подразделяются на несколько групп:

1. Первая группа — простые элементы Лекланше (например, отечественный элемент 373). Отрицательный вывод — донышко цинкового стаканчика, положительный — латунный колпачок на конце графического стержня. Специального защитного корпуса нет, стаканчик обернут кабельной бумагой или помещен в тонкую картонную трубку, на поверхности которой напечатаны основные данные.

Недостатки: малая емкость, ненадежная конструкция (цинковый стаканчик в процессе работы разрушается, и электролит через бумажную оболочку протекает внутрь аппарата), малый срок годности (от 9 до 12 месяцев).

Достоинства: низкая цена.

2. Вторая группа — усовершенствованные элементы Лекланше (например, японские UM-3, отечественные 316, «Уран»). Основные отличия этого типа батареек от предыдущего не в конструкции, а в технологии изготовления, при которой обеспечивается более плотная набивка активных материалов, что увеличивает емкость примерно на 30 %. Здесь использован более эффективный хлоридный электролит.

Недостатки: ненадежная конструкция, малый срок годности (до 12 месяцев).

Достоинства: повышенная емкость, невысокая цена.

3. Третья группа — современные элементы с хлоридным электролитом. Электрохимическая система та же, но в активные материалы добавлены вещества, улучшающие качество. Конструкция более надежна, положительный вывод достаточно герметичен, есть особая прокладка между цинковым стаканчиком и наружным металлическим или пластмассовым корпусом. Эти батарейки бывают двух разновидностей: первая имеет емкость на 60–70 % больше, чем у простого элемента Лекланше, а вторая — практически вдвое больше.

Японские фирмы обозначают такие элементы SUM. Используют и другие обозначения (HD или ED), которые, к сожалению, у всех фирм разные.

Недостатки: трудно различать разновидности по символической или словесной информации.

Достоинства: современная конструкция, приемлема цена, достаточно высокая герметичность, повышенный срок годности — до 24 месяцев.

4. Четвертая группа — алкаличесткие элементы. К основному названию у них добавляется буква L (вместе R20 — LR20). Главное отличие — использование щелочного электролита и особо надежная конструкция корпуса, основой которого является стальной наружный стакан. Они обладают наивысшей степенью герметичности, а емкость в 6 и более раз выше, чем у простых элементов Лекланше.

Недостатки: высокая цена и большая, чем у предыдущих элементов, масса (на 15–25 %).

Достоинства: надежная герметичность, высокая емкость (а значит, большой срок службы), сохранность (до 5 лет).

Если в цилиндрических батарейках донышко отрицательного вывода элемента типоразмера R6 плоское, то это элемент первой или второй группы (то есть с невысокими показателями). Если донышко выполнено в виде фасонной штампованной шайбы — это современный элемент третьей группы. Все современные зарубежные элементы типоразмеров R14 и R20 второй и третьей групп по конструкции одинаковы, отрицательный вывод у них выполнен в виде фасонной штампованной шайбы.

Качество 9-вольтовой батарейки можно определить только по информации на корпусе, но ни в коем случае не по донышку. Обратите внимание на шифр и срок годности. По этим данным 9-вольтовые батарейки можно разделить на две группы:

• простые батарейки с шифром 6F22, 006F или 1604 — они самые дешевые, малой емкости, со сроком годности до 12 месяцев;

• улучшенные батарейки. По японским стандартам используют обозначение S — 006Р, по американским — 1604S. Эти батарейки дороже, имеют увеличенную емкость и срок годности до 18 месяцев.

Современные алкалические батарейки с обозначениями 6LF22 или 6LR61 имеют самую высокую емкость и срок годности до 60 месяцев. При обозначении срока годности зарубежные фирмы, как правило, указывают конечную дату использования, отечественные — дату изготовления, после которой в течение года гарантируется нормальная работа. В последнее время стали использовать и зарубежную систему маркировки, что часто приводит к неопределенности и путанице.

Использование в конструкции батареек вредных для человека и природы химических веществ требует соблюдения определенных правил хранения и утилизации элементов и батарей, особенно недостаточно экологически чистых.

Конструкция сильно влияет на эксплуатационную надежность. При разъедании корпуса батареи, выполненной по схеме Лекланше, электролит вытекает и может испортить не только батарейный отсек аппарата, но и сам аппарат.

Алкалические элементы могут вызвать замыкание с металлическим корпусом аппарата или другого конструктивного элемента, что может привести к быстрому разряду элемента, вытеканию вредных химических веществ, а при неправильном включении — к взрыву. Наиболее надежны конструкции корпусов, выполненные из металла и изолированные от выводов элементов и батарей. По такой схеме, в частности, сделаны практически все батареи галетного типа на 9 В и современные элементы на 1,5 В.

Батарейки можно подзаряжать. В отечественной научно-популярной литературе прежде довольно часто встречались рекомендации по повторным подзарядкам батарей с помощью специальных зарядных устройств или просто за счет кратковременного нагревания. В настоящее время этого делать не рекомендуется, а порой запрещается, чтобы уберечь человека от возможных взрывов, выбросов химически активных и вредных веществ и других неприятных и опасных воздействий.

При покупке внимательно осмотрите элементы и батарейки — убедитесь, что на них и на упаковке нет никаких дефектов. Обязательно проверьте срок годности и реальность гарантии. Общеизвестно, что европейские и японские батарейки дорогие. Батарейки из регионов Юго-Восточной Азии дешевы благодаря использованию не очень качественных материалов и устаревших технологий. Кроме того, там чаще встречаются подделки, случается, на одном и том же конвейере на одинаковые батарейки наклеивают разные этикетки, например, Philips, Panasonic и т. п.

При эксплуатации отечественных изделий проверьте отсутствие подтеков электролита на отрицательном выводе, при необходимости подожмите пружинные контакты батарейки и чернильным ластиком зачистите контакты элементов. Не оставляйте элементы и батарейки в батарейном отсеке, если знаете, что аппарат вам долго не понадобится.

Помните, что миниатюрные плееры весьма «прожорливы» и их (как и магнитолы) лучше «кормить» алкалическими батарейками — они дороже простых батареек в 4–5 раз, но будут работать дольше в 6–8 раз.

Емкость никель-цинковых аккумуляторов равна или меньше емкости обычных МЦ батарей и элементов, но их преимущество в том, что они допускают 200–400 циклов «заряд-разряд». Недостаток — частая смена аккумуляторов, необходимость контроля конечного напряжения.

Отечественные 9-вольтовые батареи типоразмера АЕ22 по емкости и стоимости эксплуатации выгоднее зарубежных в два-три раза. Но их следует эксплуатировать в индивидуальной полиэтиленовой упаковке, чтобы предохранить от утечек электролита в батарейный отсек.

Отечественные 1,5-вольтовые элементы «Прима М», незначительно уступая американским и швейцарским по величине емкости, втрое дешевле. Их конструктивный недостаток — слишком длинные лепестки изоляционной шайбы. Однако при установке в батарейный отсек ее можно аккуратно подрезать и таким образом обеспечить надежный контакт.

Отечественные и литовские 1,5-вольтовые элементы А343 по емкости в два-три раза превышают элементы фирм Eveready и Varta, но при этом их стоимость в 3–5 раз ниже. Отечественный 1,5-вольтовый элемент типоразмера R2 °C73) для эксплуатации при заметных разрядных токах не пригоден. Его с определенными предосторожностями можно использовать только при малых разрядных токах (например, в электромеханических часах). Отечественная батарейка «Корунд» в экспортном исполнении превосходит зарубежные аналоги по величине емкости на 23–35 % и почти в 6 раз дешевле.

Если в ваших наручных часах или калькуляторе батарейка села в самый неподходящий момент, воспользуйтесь типичным способом по восстановлению ее сил. Для этого большую и полную сил батарейку на 1,5 В соедините с маленькой и обессилившей, обязательно проследив, чтобы плюс подсоединялся к плюсу, а минус к минусу. Уже через 10–15 минут зарядки маленькая батарейка начнет «оживать» и сможет питать ваш прибор несколько часов. Для того чтобы батарейка зарядилась лучше, мы рекомендуем оставить их в таком положении на ночь. За это время реанимируемая батарейка получит такой «заряд бодрости», что ваши электронные часы смогут проходить еще несколько месяцев. Причем батарейкой-донором тоже можно будет пользоваться.

Предупреждение: если маленькая батарейка имеет напряжение 3 В, то для ее зарядки надо использовать две включенные последовательно батарейки по 1,5 В.

Сокращенное обозначение номиналов на резисторах и конденсаторах

Номинальное значение на резисторах и конденсаторах принято обозначать на их корпусах условными буквенными и цифровыми знаками. Такое сокращение часто возникает из-за нехватки места на радиодетали.

Единицу сопротивления Ом сокращенно обозначают буквой Е, килоом — буквой К, мегаом — М. Сопротивления резисторов от 100 до 910 Ом выражают в частицах килоома, а сопротивления от 100 000 до 910 000 — в частицах мегаома.

Если номинальное сопротивление резистора выражают целым числом, то буквенное обозначение единицы измерения ставят после этого числа, например: ЗЗЕ (33 Ом), 47К (47 кОм), 10М (10 мОм). Когда же сопротивление резистора выражают десятичной дробью меньшим за единицу, то буквенное обозначение единицы измерения размещают перед числом, например: К22 (220 Ом), М47 (470 кОм). Выражая сопротивление резистора целым числом с десятичной дробью, целое число ставят впереди буквы, а десятичную дробь — после буквы, которая символизирует единицу измерения (буква заменяет запятую после целого числа), например: 1Е5 (1,5 Ом), 2К2 (2,2 кОм), 1М5 (1,5 мОм).

Номинальные емкости конденсаторов до 91 пФ выражают в пикофарадах, используя для обозначения этой единицы емкости букву П. Емкости от 100 до 9100 пФ выражают в частицах нанофарады (1 нФ = 1000 пФ, или 0,001 мкФ), а от 0,01 до 0,091 мкФ — в нанофарадах, обозначая нанофараду буквой Н. Емкости от 0,1 мкФ и больше выражают в микрофарадах, используя для обозначения этой единицы букву М.

Если емкость конденсатора выражают целым числом, то буквенное обозначение емкости ставят после этого числа, например: 12П (12 пФ), 15Н (15 нФ = 15 000 пФ, или 0,015 мкФ), 10М (10 мкФ). Чтобы выразить номинальную емкость десятичной дробью, буквенное обозначение единицы емкости размещают перед числом: Н15 (0,15 нФ = 150 пФ), М22 (0,22 мкФ).

Для выражения емкости конденсатора целым числом с десятичной дробью буквенное обозначение единицы ставят между целым числом и десятичной дробью, заменяя ее запятой, например: 1П2 (1,2 пФ), 4Н7 (4,7 нФ = 4700 пФ), 1М5 (1,5 мкФ).

Цветовая маркировка постоянных резисторов

В последнее время постоянные резисторы все чаще маркируют цветовым кодом. Маркировку наносят на цилиндрическую поверхность резистора в виде точек или круговых полос (поясков). Она обозначает номинальное сопротивление резистора и допускаемое отклонение его сопротивления от номинального значения. Номинальное сопротивление выражено в омах двумя или тремя цифрами (в случае трех цифр последняя не равна нулю) и множителем 10n, где n — любое целое число от 2 до 9.

Для резисторов с номинальным сопротивлением, выражаемым двумя цифрами и множителем, цветовая маркировка состоит из четырех знаков или трех при допуске +20 % (такой допуск маркировкой не наносят).

Маркировочные знаки расположены ближе к одному из торцов резистора. Первым считают знак, нанесенный рядом с торцом. Если длина резистора не позволяет сдвинуть маркировку к одному из торцов, последний знак делают в 1,5 раза крупнее остальных. Маркировочные знаки располагают на резисторе слева направо в следующем порядке: первый знак — первая цифра; второй знак — вторая; третий — множитель (номинальное сопротивление), четвертый знак — допускаемое отклонение сопротивления.

Для резисторов с номинальным сопротивлением, выраженным тремя цифрами и множителем, цветовая маркировка состоит из пяти знаков: первые три знака — три цифры номинала, четвертый знак — множитель, пятый — допустимое отклонение сопротивления.

Цвета маркировочных знаков и соответствующие им числа номинала и допуска указаны в табл. 13.1.

Возиться с расчетами всегда хлопотно, поэтому, чтобы не тратить драгоценное время, купите цифровой тестер. Он себя с лихвой оправдает.

Последовательное и параллельное соединение резисторов и конденсаторов

Если вы испытываете нехватку каких-нибудь номиналов резисторов или конденсаторов, то можете компенсировать ее последовательным или параллельным соединением радиодеталей.

Например, при параллельном соединении резисторов (рис. 13.1) вы получите половину их общего сопротивления, то есть, если вы параллельно соединяете два резистора сопротивлением 100 Ом, вы получите 50 Ом, 220 кОм — 110 кОм и т. д. При последовательном соединении резисторов вы получите сумму их сопротивлений, то есть, если вы соединяете два резистора сопротивлением 100 Ом, вы получите 200 Ом, если 220 кОм — 440 кОм и т. д.

Рис. 13.1. Примеры соединения резисторов:

а — параллельное; б — последовательное

Совсем иначе обстоит дело с конденсаторами — здесь все наоборот. Если вы параллельно соединяете два конденсатора емкостью 100 мФ, вы получаете 20 мФ, 220 мФ — 440 мФ и т. д. При последовательном соединении конденсаторов вы получите половину их общей емкости, то есть, если вы соединяете два конденсатора емкостью 100 мФ, вы получите 50 мФ т. д. Последнее соединение не используется радиолюбителями, так как потребность в уменьшении емкости конденсаторов отсутствует и не оправдывает себя.

Зарубежные выпрямительные диоды и мосты

Корпуса всех диодов — пластмассовые, цилиндрические. Выводы — проволочные жесткие луженые. Внешний вид диодов показан на рис. 13.2.


Рис. 13.2. Внешний вид современного зарубежного выпрямительного диода.

Чем больше диод, тем он мощнее. Кольцевая метка контрастного цвета на корпусе диодов расположена вблизи катодного вывода. Электрические характеристики диодов представлены в табл. 13.2.

Зарубежные мосты (рис. 13.3) почти всегда имеют металло-пластиковую конструкцию корпуса. Выводы этих мостов либо пластинчатые жесткие, рассчитанные на разъемное соединение с помощью стандартных наконечников, либо проволочные жесткие луженые для монтажа пайкой. Некоторые мосты имеют в корпусе отверстие, это значит, что мост рассчитан на крепление к теплоотводу. Маркировка мостов нанесена на верхнюю или боковую поверхность корпуса. У большинства типов мостов там же указана их цоколевка. Электрические характеристики диодных мостов представлены в табл. 13.3.

Рис. 13.3. Внешний вид современных зарубежных выпрямительных мостов.

Микросхемные стабилизаторы напряжения

Один из важных узлов радиоэлектронной аппаратуры — стабилизатор напряжения в блоке питания. Еще совсем недавно такие узлы строили на стабилитронах и транзисторах. Общее число элементов стабилизатора было довольно большим, особенно если от него требовались функции регулирования выходного напряжения, защиты от перегрузки и замыкания выхода, ограничения выходного тока на заданном уровне. С появлением специализированных микросхем ситуация изменилась. Микросхемные стабилизаторы напряжения способны работать в широких пределах выходных напряжения и тока, часто имеют встроенную систему защиты от перегрузки по току и от перегревания — как только температура кристалла микросхемы превысит допустимое значение, происходит ограничение выходного тока.

В настоящее время ассортимент отечественных и зарубежных стабилизаторов напряжения настолько широк, что ориентироваться в нем стало уже довольно трудно. Помещенные ниже табл. призваны облегчить предварительный выбор микросхемного стабилизатора для того или иного электронного устройства.

В табл. 13.4 представлен перечень наиболее распространенных на отечественном рынке трехвыводных микросхем линейных стабилизаторов напряжения на фиксированное выходное напряжение и их основные параметры.

Рис. 13.4. Внешний вид и цоколевка микросхемных стабилизаторов.

На рис. 13.4 упрощенно показан внешний вид приборов, а также указана их цоколевка.

В таблицу включены лишь стабилизаторы с выходным напряжением в пределах от 5 до 27 В — в этот интервал укладывается подавляющее большинство случаев из радиолюбительской практики. Конструктивное оформление зарубежных приборов может отличаться от показанного. Следует иметь в виду, что сведения о рассеиваемой мощности при работе микросхемы с теплоотводом в паспортах приборов обычно не указывают, поэтому в таблицах даны некоторые усредненные ее значения, полученные из графиков, имеющихся в документации. Отметим также, что микросхемы одной серии, но на разные значения напряжения, по рассеиваемой мощности могут различаться. Существует также иная маркировка, например, перед обозначением стабилизаторов групп 78, 79, 78L, 79L, 78М, 79М, перечисленных в таблице, в действительности могут присутствовать одна или две буквы, кодирующие, как правило, фирму-изготовитель. Позади указанных в таблице обозначений также могут быть буквы и цифры, указывающие на те или иные конструктивные или эксплуатационные особенности микросхемы.

Типовая схема включения микросхемных стабилизаторов на фиксированное выходное напряжение показана на рис. 13.5 (а и б).

Рис. 13.5. Схема включения стабилизаторов:

а — плюсового; б — минусового

Для всех микросхем керамических или оксидных танталовых конденсаторов емкость входного конденсатора С1 должна быть не менее 2,2 мкФ, для алюминиевых оксидных конденсаторов — не менее 10 мкФ, а выходного конденсатора С2 — не менее 1 и 10 мкФ соответственно. Некоторые микросхемы допускают и меньшую емкость, но указанные значения гарантируют устойчивую работу любых стабилизаторов. Роль входного может исполнять конденсатор сглаживающего фильтра, если он расположен не далее 70 мм от корпуса микросхемы.

Если требуется нестандартное значение стабилизированного выходного напряжения или его плавное регулирование, удобно использовать специализированные регулируемые микросхемные стабилизаторы, поддерживающие напряжение 1,25 В между выходом и управляющим выводом. Их перечень представлен в табл. 13.5.

На рис. 13.6 изображена типовая схема включения для стабилизаторов с регулирующим элементом в плюсовом проводе.

Рис. 13.6. Схема включения регулируемого стабилизатора.

Резисторы R1 и R2 образуют внешний регулируемый делитель напряжения, который входит в цепь установки уровня выходного напряжения. Обратите внимание на то, что в отличие от стабилизаторов на фиксированное выходное напряжение регулируемые конденсаторы не работают без нагрузки. Минимальное значение выходного тока маломощных регулируемых стабилизаторов равно 2,5–5 мА, мощных — 5-10 мА. В большинстве случаев применения стабилизаторов нагрузкой служит резистивный делитель напряжения R1, R2 на рис. 13.6.

По такой схеме можно включать и стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением. Однако, во-первых, потребляемый ими ток значительно больше (2–4 мА), и, во-вторых, он менее стабилен при изменении выходного тока и входного напряжения. По этим причинам максимально возможного коэффициента стабилизации устройства достичь не удастся. Для снижения уровня пульсаций на выходе, особенно при большем выходном напряжении, рекомендуется включать сглаживающий конденсатор С3 емкостью 10 мкФ и более. К конденсаторам С1 и С2 требования такие же, как и к соответствующим конденсаторам фиксированных стабилизаторов.

Если стабилизатор работает при максимальном выходном напряжении, то при случайном замыкании входной цепи или отключении источника питания микросхема оказывается под большим обратным напряжением со стороны нагрузки и может быть выведена из строя. Для защиты микросхемы по выходу в таких ситуациях параллельно ей включают защитный диод VD1. Другой защитный диод VD2 защищает микросхему со стороны заряженного конденсатора С3. Диод быстро разряжает этот конденсатор при аварийном замыкании выходной или входной цепи стабилизатора.

Маркировка к характеристика тиристоров

Тиристор (рис. 13.7) является ключевым элементом.

Рис. 13.7. Внешний вид расположения выводов тиристоров.

Его используют для включения и выключения тока через реле, электродвигатели, лампы накаливания, для создания мощных импульсов тока вследствие разряда конденсаторов, а также для управления током через другие силовые нагрузки. Через тиристор, находящийся в выключенном состоянии, проходит незначительный ток утечки. Если же он включен и находится в проводящем состоянии, то при протекании значительного тока (достигающего иногда десятков и сотен ампер) остаточное напряжение на нем мало и не превышает десятых долей — единиц вольт.

Тиристоры подразделяются на диодные (динисторы), триодные (тринисторы), симметричные (симисторы) и запираемые (рис. 13.8).

Рис. 13.8. Примеры маркировки транзисторов.

В наших самоделках мы уже имели дело с одной из разновидностей тиристоров — тринисторами, но их выводы были обозначены цифрами. На самом деле правильнее их называть своими именами — анод, катод и управляющий электрод.

Цоколевка транзисторов

Эта глава — справочный листок по цоколевкам. Здесь вы ознакомитесь с несколькими рисунками разных цоколевок отечественных транзисторов. Примеры маркировки транзисторов вы сможете увидеть на рис. 13.8. На рис. 13.9 представлена маркировка и характеристика тиристоров.

Рис. 13.9. Маркировка и характеристика тиристоров.

На рис. 13.10 — цветовая и кодовая маркировка транзисторов. А вот цоколевка отечественных транзисторов малой, средней и большой мощности, а также полевых изображена на рис. 13.11, 13.12 и 13.13.

Рис. 13.10. Цветовая и кодовая маркировка транзисторов.

Рис. 13.11. Цоколевка отечественных транзисторов малой мощности.

Рис. 13.12. Цоколевка отечественных транзисторов средней и большой мощности.

Рис. 13.13. Цоколевка отечественных полевых транзисторов.

Музыкальные синтезаторы серии УМС

Микросхемные музыкальные синтезаторы (рис. 13.14) разработаны для воспроизведения фрагментов музыкальных произведений в будильниках электронных часов, поэтому первоначально их выпускали в бескорпусном варианте. В целях расширения области применения синтезаторов в дальнейшем был начат выпуск микросхем в пластмассовом корпусе (два конструктивных варианта) для сувениров, игрушек, дверных звонков и других устройств. Это также обусловило широкое использование синтезаторов в радиолюбительской практике.

Рис. 13.14. Внешний вид и распиновка музыкальных синтезаторов.

Микросхемы серии УМС выполняют по технологии КМОП, что обеспечивает их высокую экономичность. Основной узел прибора — постоянное запоминающее устройство, в которое в виде кода записывают несколько (до восьми) различных мелодий. В табл. 13.6 представлен ассортимент выпускаемых синтезаторов и список записанных мелодий. Многие из синтезаторов, кроме мелодий, способны воспроизводить прерывистый звуковой сигнал — последовательность коротких тональных посылок.

Англо-русский технический словарик

Здесь собраны слова, часто встречающиеся в зарубежной технической документации. Зная их, вы сможете с легкостью читать различную техническую (включая компьютерную) документацию на английском языке.

Abort — прерывать, прекращать.

Above — свыше, более.

ADC — Analog-to-Digital Converter — АЦП (аналого-цифровой преобразователь).

Addition — дополнение, добавление.

Allow — позволять, допускать.

Area — площадь, участок.

Bidir. См. Bidirectional.

Block diagram — структурная схема (блок-схема).

Bottom — дно, нижний [ant: top].

Bus — шина (пачка проводов).

Canceller — подавитель (noise с. — шумоподавитель).

Cause — быть причиной, вызывать.

CCW — счетчик по часовой стрелке.

Change — смена, менять.

Charge — заряжать [ant: discharge].

Circuit — цепь, схема (short circuit — короткое замыкание).

Clockwise — по часовой стрелке.

Column — колонка, столбец.

Condition — состояние, условие.

Conductor — электрический проводник (как материал), проводник, кондуктор.

Configure — конфигурировать, настраивать.

Contain — вмещать, включать в себя (что-либо).

Continue — продолжение, продолжать.

Continuous — продолжительный, длительный.

Convert — преобразование, конвертация.

Counter clockwise — против часовой стрелки.

Current — ток, текущий.

CW — по часовой стрелке.

DAC — Digital-to-Analog Converter — ЦАП (цифрово-аналоговый преобразователь).

Damage — вред, вредить.

Decrement — декремент, уменьшение на 1.

Depend of — зависеть от.

Description — разъяснение, описание.

Different — различный, другой.

Discharge — разряжать [ant: charge].

DRAM — Dynamic RAM — динамическое ОЗУ.

EEPROM — Eraseable Electrically Programmed ROM — стираемое, электрически программируемое ПЗУ.

Enable — давать разрешение.

EPROM — Electrically Programmed ROM — электрически программируемое ПЗУ.

ESD — Electrostatic Discharge — разряд статического электричества.

Fall — падение, падать [ant: rise].

Falling edge — срез (у импульса).

Features — «фишки» — особенности, отличительные черты.

Feedback — обратная связь.

Field — поле, область.

Flip-flop — триггер («защелка»).

Following — следующий, имеющий продолжение.

Gate — вентиль (в микросхеме), калитка, ворота.

Goto (go to) — перейти на.

Hardware — «железо» — аппаратные средства устройства [ant: software].

Include — включать в себя.

Increment — инкремент, увеличение на 1.

Input — вход, входящий.

Insert — вставлять, помещать.

Invalid — недостоверный [ant: valid].

Jump — прыгать, перепрыгивать.

Key — клавиша, ключ.

Kit — набор, комплект.

Last — предыдущий, последний.

Latch — замок, защелка.

Main — главный, основной.

Master — ведущий, мастер.

Next — следующий [ant: previous].

Output — выход, выходящий.

PCM- Pulse-Code Modulation — импульсно-кодовая модуляция.

Pin — вывод элемента (ножка).

Power — мощность, вывод питания.

Previous — предыдущий [ant: next].

PWM — Pulse-Width Modulation — широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Query — вопрос, сомнение.

RAM — Random Access Memory — оперативная память, ОЗУ.

Random — произвольный, вразнобой.

Rate — скорость, интенсивность, частота.

Recent — недавний, последний.

Relation — отношение, in relation — относительно.

Remote control — дистанционное управление.

Retention — удержание, сохранение, задержка.

Retry — пытаться заново.

Rise — подъем, подниматься, [ant: fall].

Rising edge — фронт (у импульса).

ROM — Read Only Memory — постоянная память, ПЗУ

Sample — пример, сэмпл (выборка данных аналогового потока)

Sample rate — частота выборки данных, частота дискретизации

Save — сохранять, спасать.

Set — ставить, устанавливать.

Slave — ведомый, рабочий.

Software — «софт» — программные средства [ant: hardware].

Solder — паять, паяльник.

Space — пространство, расстояние.

SRAM — Static RAM — статическое ОЗУ.

Supply voltage/s. current — напряжение питания/ток потребления.

Тор — верхний, сверху [ant: bottom].

Top view — вид сверху.

Valid — действительный, достоверный [ant: invalid].

Verify — верификация, проверка на подлинность.

Электроника для начинающих (часть 1), Набор для изучения основ электротехники

Только в рознице.
Цена и сроки поставки по запросу − +

Электроника для начинающих — это готовый набор различных электронных компонентов, который позволит вам пройти первые 11 экспериментов по отличной одноимённой книге от Чарльза Платта.
Персональный код на скачивание электронной версии этой книги включён в набор. Набор будет интересен взрослым и подросткам, кто пока ещё мало понимает в схемотехнике, но хочет разобраться с электричеством, различными компонентами и тем, как создаются электронные устройства. Вы разберётесь со всем этим не через сухую теорию, а в увлекательной форме, через серию небольших проектов, которые создадите своими руками.

Эксперименты
Эксперимент 1. Проверьте напряжение на вкус!
Эксперимент 2. Давайте сожжём батарейку!
Эксперимент 3. Ваша первая схема
Эксперимент 4. Изменение напряжения
Эксперимент 5. Давайте сделаем батарейку
Эксперимент 6. Очень простое переключение
Эксперимент 7. Включение светодиодов с помощью реле
Эксперимент 8. Релейный генератор
Эксперимент 9. Время и конденсаторы
Эксперимент 10. Транзисторное переключение
Эксперимент 11. Модульный проект

Когда с первыми 11 экспериментами будет покончено, можно переходить ко второй части набора, которая содержит дополнительные компоненты, позволяющие дойти до 25-го эксперимента.

Комплектация:
10 х Резистор на 100 Ом, 1/4 Вт
10 х Резистор на 180 Ом, 1/4 Вт
10 х Резистор на 220 Ом, 1/4 Вт
10 х Резистор на 330 Ом, 1/4 Вт
10 х Резистор на 470 Ом, 1/4 Вт
10 х Резистор на 680 Ом, 1/4 Вт
10 х Резистор на 1 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 2.2 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 4.7 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 10 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 15 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 27 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 33 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 51 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 100 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 330 кОм, 1/4 Вт
10 х Резистор на 470 кОм, 1/4 Вт
1 х Потенциометр линейный 24 мм на 2 кОм
2 х Потенциометр линейный 24 мм на 1 МОм
10 х Конденсатор керамический на 4.7 нФ
10 х Конденсатор керамический на 47 нФ
10 х Конденсатор электролитический на 2.2 мкФ, 25 В
10 х Конденсатор электролитический на 22 мкФ, 25 В
2 х Конденсатор электролитический на 1000 мкФ, 25 В
4 х Кнопка тактовая (SPST) 6 мм
1 х Кнопка на панель (SPST)
5 х Предохранитель стеклянный на 1 А
8 х Светодиод красный с линзой 5 мм
4 х Светодиод жёлтый с линзой 5 мм
5 х Транзистор биполярный NPN-типа общего назначения BC337
5 х Тиристор (однопереходный транзистор) 2N6027
1 х Динамик импедансом 8 Ом
2 х Реле двухполюсное двухпозиционное (DPDT) с катушкой на 12 В
2 х Тумблер однополюсной двухпозиционный (SPDT)
5 х Зажим-крокодил чёрный
5 х Зажим-крокодил красный
5 х Провод с крокодилом на обоих концах
65 х Макетные провода «папа-папа»
1 х Разъём для батарейки «Крона»
1 х Отсек для 1 батарейки АА
1 х Отсек для 2 батареек АА
1 х Отсек для 4 батареек АА
1 х Breadboard
1 х Блок питания с настраиваемым напряжением на 600 мА
1 х Персональный код на электронную книгу Чарльза Платта (PDF, до 10 загрузок)

В дополнение рекомендуем приобрести:
— 6 любых батареек АА. Они используются, как источник питания в большинстве экспериментов;
— Батарейку «Крона». Она применяется в нескольких экспериментах;
— Мультиметр. Он просто необходим для прохождения экспериментов, поэтому, если у вас его нет, понадобится его приобрести или у кого-нибудь одолжить;
— Бокорезы. Они сделают работу с новыми компонентами приятнее;
— Вторую часть набора. Чтобы можно было сразу же продолжить эксперименты, следующие за одиннадцатым.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Кодинг, CSS и SQL