Юный техник, 2009 № 02

Как показывает опыт, сканирование можно с успехом заменить обычным цифровым фотоаппаратом. Необходимо лишь сделать приспособление для его жесткой установки. Сделать его можно из старого фотоувеличителя. Он состоит из столика с укрепленной на нем штангой, по которой скользит кронштейн с осветителем и объективом. Для наших целей нужен только кронштейн. Снимите все лишнее, и у вас останется квадратная рамка с отверстием. А дальше посмотрите на ваш цифровой аппарат. Все дело в том, что размеры и конструкции их очень разнообразны. Но у всех на передней стенке имеются окошки, где расположены датчики автофокуса (они же определяют экспозицию и диафрагму при съемке в автоматическом режиме). Если размеры фотоаппарата малы, можно просто положить его на рамку, и в ее отверстии свободно поместится и объектив, и окошки датчиков, и аппарат. В таком случае вам останется лишь закрепить аппарат при помощи резиновых колечек. Если вспышка окажется перекрыта рамкой увеличителя, можно вырезать в ней дополнительное окошко выхода света и снимать со вспышкой или, отключив ее, снимать при внешней подсветке.

Цифровой фотоаппарат, установленный на простейшем приспособлении, позволяет копировать книги с очень высокой четкостью.

Если аппарат не помещается в отверстие рамки, замените ее на другую, вырезанную из фанеры. Примерные размеры рамки для крепления одного из фотоаппаратов приведены на рисунке. Эта рамка крепится к кронштейну при помощи двух болтов диаметром 6 мм и состоит из полки, на которой крепится фотоаппарат, упора для крепления к кронштейну и двух ребер жесткости. Вся конструкция собирается на клею ПВА и стягивается винтами-саморезами.

Теперь вернемся к разговору о подсветке. Она должна быть прежде всего равномерной, что легко проверяется при помощи монитора фотоаппарата. Для подсветки годятся настольные лампы или торшеры. Обычные лампы накаливания могут давать на снимках некоторую желтизну, и если необходимо более высокое качество цветопередачи, используйте светильники с галогенными лампами накаливания.

Очень равномерную подсветку можно получить с длинными люминесцентными лампами. Однако их свет мелькает с частотой 100 раз в секунду. Чтобы это не отразилось на съемке, нужно выбирать экспозицию длительностью 0,1–0,5 секунды. Компактные люминесцентные лампы допускают более короткие экспозиции.

После того как съемка книги закончится, подключите аппарат к компьютеру и отправьте информацию на жесткий диск. После этого вы можете ее перезаписать на CD-диск стоимостью всего лишь 7 рублей, на нем может поместиться до 1000 страниц! А память своего аппарата вы можете очистить для новой работы.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

ПОЛИГОН

Наблюдаем невидимок

Ученым и инженерам нередко приходится иметь дело с телами едва заметными, а порою и совершенно невидимыми. Так, очень многие микроорганизмы в капле воды практически не видны, а ведь ученым нужно подробно разглядеть их внутреннее строение. Как быть?

Можно применить краску. Микроорганизмы четко окрашиваются, становятся видны детали их строения. Но от краски они «заболевают» и перестают двигаться. И все же выход из положения есть. Взгляните на рисунок, где ярко светятся на черном фоне обычно бледные и едва заметные микроорганизмы. Более того, есть приемы, позволяющие увидеть поток воздуха в воздухе и даже звук выстрела.

При правильном освещении живая клетка становится хорошо видна.

Как это удается? Прежде чем ответить, разберемся в том, что значит быть невидимым.

Все видимые тела отражают, поглощают либо сами испускают свет. Мы видим дым лишь потому, что он поглощает свет. А чистый воздух свет не задерживает, и потому, казалось бы, понятно, почему мы его не видим. Но некоторые сорта стекла так же слабо поглощают свет, как и воздух, но при этом хорошо заметны.

Причина в том, что у стекла коэффициент преломления гораздо выше, чем у воздуха, и оно выдает себя тем, что изменяет направление проходящего через него света.

Август Теплер (1836–1912)

Когда Гриффину — герою романа Уэллса «Человек-невидимка» — пришла в голову мысль стать невидимкой, он сделал свое тело абсолютно прозрачным, да к тому же еще и придал ему такой же коэффициент преломления, как у воздуха. После этого лучи света стали проходить сквозь его тело, не меняя ни интенсивности, ни направления. Казалось бы, увидеть Гриффина стало невозможно. Но это не совсем так.

Коэффициент преломления воздуха зависит от температуры и давления. Если коэффициент преломления тела невидимки будет всегда таким, как у окружающее го воздуха, то оно действительно всегда будет невидимо. Если же нет, то невидимку можно будет видеть. Это нетрудно проверить экспериментально.

Зажгите спичку. От нее вверх поднимается невидимая струйка теплого воздуха. Но, погасив в комнате свет и направив на пламя спички свет одиночного светодиода, использовав, например, брелок для ключей, вы увидите на стене колеблющийся след струек теплого воздуха. Эти струйки воздуха свет не задерживают и не ослабляют. Они лишь его преломляют, работая как собирающие и рассеивающие линзы; там, где воздушная линза собрала свет, видна яркая линия, где рассеяла — темная.

Так что человек-невидимка был бы невидим лишь при комнатной температуре. В холод и жару он бы выглядел как некое марево, вписанное в очертание фигуры обнаженного человека.

Невидимка пока не создан, и многое говорит за то, что сделать его по рецепту Уэллса нельзя. Так что перейдем от вымысла к реальности. Прозрачные микробы в прозрачной воде, прозрачные струи воздуха в прозрачном воздухе — это все оптические неоднородности среды, отличающиеся от нее лишь коэффициентом преломления.

При помощи приборов А. Теплера можно видеть невидимые обычно потоки воздуха и даже звук.

На рисунке слева — начало очереди из автомата с глушителем. Темно-синее облачко — невидимые глазу пороховые газы. Справа — выстрел из пистолета. На приборе отчетливо видны кольца звуковых волн.

В 1867 г. немецкий физик Август Теплер создал прибор, позволяющий видеть самые незначительные оптические неоднородности. Он почти не отличается от проектора и в простейшем случае может состоять из двух линз.

Вот как он работает. Луч света проходит через первую линзу, фокусируется, и изображение лампы попадает на некую преграду (диафрагму), которая близка к нему по размерам и форме. Дальше луч пройти не может, на экране темно. Но если за первой линзой поместить оптически неоднородный предмет, то фокусировка нарушится и часть света пойдет в обход диафрагмы. На экране появится изображение предмета.

Если первую линзу кольцами раскрасить по зонам (например, середина красная, далее зеленая), то на экране появится яркое, контрастное изображение, окрашенное в условные цвета. На рисунке мы даем размеры проектора, рекомендованные известным немецким физиком Р.В. Полем. Он позволяет наблюдать потоки воздуха, диффузию жидкостей, процессы растворения.

При помощи такого прибора А.Теплер наблюдал звуковые волны.

Подобную установку можно сделать на базе универсального школьного проектора, допускающего передвижение конденсорных линз. Расстояние между первой линзой и лампой должно быть равно фокусному расстоянию линзы; это позволит получить пучок света, близкий к параллельному. При помощи второй линзы добейтесь действительного изображения лампы, а затем перекройте его прямоугольной диафрагмой. Далее поставьте объектив.

Если в промежуток между конденсорными линзами внести, например, горящую свечу, то конвекционные потоки воздуха от ее пламени станут отчетливо видны на экране.

Таким же образом в этом приборе можно использовать столик для горизонтальной диапроекции. Если над ним расположить прямоугольную диафрагму, то, поставив на столик чашку с плоским прозрачным дном, получим миниатюрную волновую ванну, в которой можно показывать те же опыты, что обычно показывают в ваннах, занимающих половину стола.

Теперь несколько слов о наблюдении прозрачных микроорганизмов без их окрашивания. Для этого в столике микроскопа устанавливают «конденсор темного поля», разработанный почти полтора столетия назад немецким оптиком Эрнстом Аббе (1840–1905). По принципу действия он напоминает прибор Теплера.

Напомним, что препарат, который мы рассматриваем под микроскопом, обычно находится в капле воды или масла между двумя стеклами — предметным и покровным. В конденсоре Аббе особая линза направляет свет вдоль поверхности столика микроскопа таким образом, что он испытывает полное внутреннее отражение от верхней поверхности покровного стекла и не попадает в объектив. Поле зрения кажется темным. Если же в жидкости между стеклами оказывается микроорганизм, коэффициент преломления которого отличается от коэффициента преломления воды, то полное внутреннее отражение нарушается. Свет проходит через поверхность стекла, и контуры клетки начинают ярко светиться на темном поле. При этом, кстати, четко отмечается странный и не нашедший пока объяснения эффект: плазма и ядро погибших клеток ярко светятся, тогда как у живых они почти бесцветны.

Схема прибора Теплера:

_{1 — источник света; 2 — линза с фокусным расстоянием 1 м и диаметром 12 см; 3 — прозрачный объект; 4 — диафрагма; 5 — объектив; 6 — экран.}

Если перед объективом проектора поставить диафрагму и на ней получить изображение лампы, то небольшая кювета с прозрачным дном заменит волновую ванну метровой длины.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Детекторный… для низкоомных наушников

Для начала простейший детекторный приемник — самая подходящая конструкция. Но вот незадача: более или менее громко он работает с высокоомными телефонами (наушниками) с сопротивлением постоянному току 3,6…4,4 кОм.

Такие телефоны еще выпускают, но на прилавке каждого магазина они не лежат, это уж точно. Зато много низкоомных наушников для плееров, проигрывателей компакт-дисков и тому подобных устройств.

Их можно использовать, применив понижающий трансформатор на выходе приемника, как это сделано в трансляционных громкоговорителях. Но найти подходящий трансформатор тоже проблема, от больших и тяжелых «трансов» отказываются даже в блоках питания современной радиоэлектронной аппаратуры, заменяя их полупроводниковыми импульсными инверторами. Может быть, и нам поступить так же? Посмотрим, как работает понижающий импульсный инвертор постоянного тока (рис. 1).

Основа его — транзисторный ключ S1, замыкаемый часто, но на очень короткие промежутки времени (рис. 2, верхний график).

Управление ключом — электронное, от встроенного генератора. Ключ посылает импульсы через индуктивность L1 в нагрузку R_н, но ток через индуктивность быстро изменяться не может (нижний график на рис. 2), поэтому он плавно нарастает в течение импульса, а затем еще более плавно спадает в промежутке между импульсами.

Накопленная в катушке энергия магнитного поля при этом расходуется в нагрузке. Для прохождения тока при разомкнутом ключе служит диод VD1. Пульсации тока в нагрузке тем меньше, чем больше индуктивность катушки L1. Их можно и еще уменьшить, подключив параллельно R_н сглаживающий конденсатор большой емкости, подобно тому, как это сделано на входе инвертора (С1) для уменьшения влияния работы ключа на источник тока.

Мы ясно видим, что выходное напряжение U_вых инвертора может быть во много раз меньше, чем входное U_вх. Не совсем очевидно, что ток в нагрузке будет во столько же раз больше, но это легко понять, учтя, что во время импульса инвертор потребляет сравнительно большой ток от источника.

После импульса этот ток сохраняется индуктивностью и продолжает поступать в нагрузку, а от источника не потребляется ничего. В среднем потребляемый ток получается малым, а в нагрузке — большим.

Попробуем же применить инвертор в детекторном приемнике. Где взять генератор импульсов для управления ключом? Ведь частота следования импульсов должна быть очень высокой, обязательно выше звукового диапазона (выше 20…30 кГц), иначе мы ничего не услышим, кроме писка самого инвертора. Вы не поверите, но оказывается, что такой импульсный генератор в приемнике уже есть! И частота следования импульсов равна несущей частоте принимаемой радиостанции. Чтобы в этом убедиться, давайте рассмотрим подробнее работу самого детектора и обратимся к схеме простейшего детекторного приемника (рис. 3).

Когда на детекторный диод VD1 поступает положительная полуволна напряжения с контура, образованного емкостью антенны и индуктивностью катушки L1, диод открывается и заряжает блокировочный конденсатор С1. Синусоидальная форма ВЧ-сигнала в контуре U_ант и форма напряжения на конденсаторе U_с1 показаны на верхнем графике рисунка 4.

Затем конденсатор С1 относительно медленно разряжается через резистор нагрузки R_н (высокоомный, заметьте).

Следующая положительная полуволна ВЧ-напряжения снова открывает диод, но лишь на своей вершине. Таким образом, диод открыт лишь короткую часть периода ВЧ-колебаний и ток через него носит характер коротких импульсов.

Надо полагать, что читатель немного знаком с процессом детектирования амплитудно модулированных (АМ) колебаний и понимает, что если амплитуда ВЧ-сигнала растет в такт со звуковым напряжением, то увеличивается и среднее напряжение на конденсаторе С1, а если уменьшается, то и напряжение падает. Тогда вместе с постоянной составляющей напряжения в нагрузке выделятся и колебания звуковых частот.

Итак, у нас есть импульсы тока через диод, вполне подходящие для понижающего инвертора. Но как их выделить и использовать для управления транзисторным ключом? Оказалось, это несложно!

Мы используем в качестве диода переход эмиттер — база самого ключевого транзистора. В этом и состоит главная «изюминка» предлагаемого здесь приемника. Полная его практическая схема показана на рисунке 5.

АМ-сигнал с контура С_антL1 подан на эмиттер транзистора VT1, а в цепи базы включена нагрузка — высокоомный резистор R1, шунтированный блокировочным конденсатором малой емкости С1. Расход энергии сигнала в этой цепи невелик, но ток через переход эмиттер-база носит характер коротких импульсов. Во время импульса тока транзистор открывается и основной ток (более 90 %) поступает в накопительную индуктивность — дроссель L2, а через него — в телефоны, точно так же, как в инверторе.

Катушка L1 взята от магнитной антенны (МА) любого транзисторного приемника. Если емкость нашей внешней антенны невелика, можно обе катушки, ДВ- и СВ-диапазонов, имеющиеся в МА, соединить последовательно.

Настройка на радиостанции ведется выдвиганием ферритового стержня той же МА. Дроссель L2 — фабричный, индуктивностью от 300 мкГн и более.

Телефоны подберите по максимальной громкости приема (если есть выбор), некоторые имеют совсем малую отдачу. Два стереотелефона лучше соединить последовательно, для этого используйте только «горячие» выводы разъема XS1, а «земляной» вывод оставьте свободным. Транзистор лучше выбрать германиевый, высокочастотный. Подойдут также ГТ313, КТ363, КТ3109 или устаревшие П403, П423, ГТ308. Испытайте транзисторы, какие найдете, и выберите лучший.