Твой друг электроника

Верхало Ю.Н

«Твой друг электроника»

_{Массовая радиобиблиотека. Вып. 717}

От автора

Роль радиоэлектроники для научных исследований в области техники и производства совершенно исключительна. Современная радиоэлектроника — это не только связь без проводов на громадные расстояния, но основа автоматизации производственных процессов и научного эксперимента, это быстродействующие вычислительные машины и управляющие приборы, радиогеология и радиометеорология, электроспектроскопия и управление ядерными процессами. Наконец, радиоэлектроника — это одно из важнейших средств, обеспечивающих успешное завоевание человеком космического пространства и оборону нашей страны. Недавно возникла и успешно развивается медицинская и спортивная электроника (в области которой и работает автор).

Проблема постоянного и всемерного развития радиоэлектроники, как и всего производства в нашей стране, также связана с развитием творчества изобретателей и рационализаторов. Поэтому с первых лет советской власти Партия и Правительство взяли на себя повседневную заботу об изобретателях и рационализаторском движении в целом.

В довоенные годы изобретатели-радиолюбители трудились над созданием конструкций приемников, усилителей, электронно-механических телевизоров, которые позже выпускались нашей промышленностью. Большинство радиолюбителей начинают свое творчество с этих конструкций и в наши дни. Но сейчас главная задача радиолюбителей— конструирование приборов для народного хозяйства.

Несложной «переходной» конструкцией от простых радиоприемников и усилителей для начинающих радиолюбителей к приборам для народного хозяйства может послужить звуковой генератор.

Одновременно нельзя не отметить, что даже многим опытным радиолюбителям звуковой генератор известен только как формирующий электрические импульсы элемент радиопередающих, измерительных и управляющих приборов.

На примере ряда технически несложных конструкций автор старался показать, как, творчески используя известные принципы, можно, порой неожиданно, раскрыть многогранные возможности применения звуковых генераторов для самых различных целей.

Поэтому время от времени необходимо возвращаться к этой обширной теме и зрелым радиолюбителям, и конструкторам-исследователям. Ведь звуковой генератор, несмотря на кажущуюся на первый взгляд простоту, может стать основой очень многих приборов, необходимых в народном хозяйстве и науке.

Подтверждение важности этой темы — многие конструкции, экспонировавшиеся на Всесоюзных радиовыставках, а также авторские свидетельства рационализаторские удостоверения, выданные на ряд приборов, описания которых приводятся в нашей книге (часть из них отмечена наградами Всесоюзных радиовыставок и ВДНА).

Автор выражает благодарность Ю. М. Отряшенкову за помощь в подборе ряда схем, работа которых основана на применении мультивибратора.

Отзывы и пожелания следует направлять по адресу: г. Ленинград, Д-41, Марсово поле, д. 1, Ленинградское отделение издательства «Энергия».

Автор

ЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР НА ТРАНЗИСТОРАХ

Звуковой генератор сравнительно простой, но вместе с тем интересный прибор. С помощью звукового генератора можно собрать много нужных и оригинальных приборов. Каких? Например, автолюбитель или турист соберет фонарь-мигалку, начинающий радист — прибор для обучения радиотелеграфной азбуке, затейник сможет подготовить карнавальный костюм космонавта, а молодые родители смогут получить электронную няньку. Правда, интересно?

Однако это не все. Оказывается, звуковой генератор может помочь и спортсменам, и врачам, и ученым. Но об этом подробно рассказано дальше. А теперь познакомимся с устройством самого прибора.

Звуковые генераторы строятся по различным схемам. Но наиболее прост по своему устройству, не требует дефицитных деталей, безотказен и экономичен в работе генератор, собранный по схеме мультивибратора.

Мультивибратор

Схема мультивибратора содержит два усилительных каскада на резисторах с положительной обратной связью (см. рис. 1, а). Через конденсаторы С₁ и С₂ выход каждого каскада соединен со входом другого. В результате такой связи обеспечиваются условия самовозбуждения и возникают незатухающие электрические колебания — усилитель становится генератором. Таким образом, схему мультивибратора можно рассматривать как двухкаскадный усилитель со 100 %-ной положительной обратной связью. Причем совершенно безразлично, какой каскад считать первым, а какой вторым. Каскады мультивибратора иначе называют плечами (см. рис. 1, б).

Рис. 1. Основная схема мультивибратора на транзисторах, цепь обратной связи выделена жирной чертой

Если элементы, стоящие в обоих плечах мультивибратора, одинаковы, то мультивибратор называют симметричным. Если. же равенство плеч нарушено, то мультивибратор несимметричный.

Форма и частота колебаний, генерируемых мультивибратором, зависят от емкости конденсаторов связи С₁ и С₂ и величин сопротивлений резисторов R₁ и R₃ в цепях без транзисторов. При уменьшении емкости этих конденсаторов или сопротивлений резисторов частота колебаний возрастает, и наоборот, при увеличении их значений частота колебаний уменьшается. Для плавной регулировки частоты генератора последовательно с резисторами R₂ и R₃ включается регулируемый резистор R₅ (рис. 2, а). Если есть необходимость в ступенчатой регулировке частоты, то изменяют емкость конденсаторов, включая вместо С₁ и С₂ емкости С'₁ и С'₂.

Формы колебаний изменяются нарушением соотношения величин сопротивлений или емкостей, стоящих в плечах мультивибратора.

Сигнал обычно снимается через переходный конденсатор С₃. Если же величина (амплитуда) сигнала недостаточна, то их усиливают одним и более каскадами УНЧ. Схема с одним каскадом усиления, собранным на транзисторе Т₃, показана на рис. 2, б.

Рис. 2. Элементы регулирования и усиления сигнала

_{Регулировка частоты колебаний, генерируемых мильтивибратором (а), и усиление их амплитуд (б)}

В отдельных случаях в качестве нагрузки в коллекторную цепь одного из транзисторов включается электромагнитное реле (см. например, рис. 32 на стр. 45) или другой прибор Итак, для сборки звукового генератора по схеме мультивибратора (рис. 3, а) понадобятся два одинаковых транзистора Т₁ и Т₂ (практически любые). Наиболее удобны триоды типа П13—П16.

Кроме триодов для сборки генератора, понадобятся четыре постоянных резистора R₂—R₄ и один переменный R₅, который включается как реостат и является регулятором тона (частоты колебаний), три конденсатора С₁ — С₃ постоянной емкости, выключатель Вк (самодельный или типа тумблер). При сборке лучше всего применять малогабаритные детали: постоянные резисторы типа УЛМ, ММЛТ или МЛТ, регулируемые типа СПО, конденсаторы типа КТМ.

К выходу звукового генератора могут быть подключены головные телефоны (наушники) или электродинамический громкоговоритель (рис. 3, б).

Рис. 3. Сборка звукового генератора

Данные деталей указаны на схеме, однако сама схема генератора подобрана таким образом, что допускаются значительные отклонения от номинальных значений этих величин. Для монтажа генератора лучше использовать пластины фольгированного гетинакса размером 30х35 мм (с усилителем 30х50 мм), толщиной 2–3 мм.

Сначала плата зачищается наждачной бумагой. Затем на листке миллиметровой бумаги, равной по размерам подготовленной пластине, размечают места крепления деталей и их пайки. После этого бумагу накладывают на пластину и просверливают узловые отверстия диаметром около 0,8 мм.

Теперь на пластину наклеивается миллиметровая бумага с начерченными на ней линиями соединения деталей, и скальпелем или бритвой эти места аккуратно вырезаются, таким образом получают трафарет будущей схемы. Потом тонкой кисточкой наносится слой декоративного лака на открытые места пластины. Просушенная пластинка опускается в теплую воду для снятия бумаги.

Травление пластины производится в водном растворе хлорного железа, взятого в пропорции 1:10. Четыре-пять часов травления достаточны для растворения фольги, не покрытой слоем лака, наоборот, на покрытых лаком участках фольга сохраняется. Лак удаляется ацетоном, а пластина тщательно промывается и сушится.

Монтаж можно делать и на обычной пластмассовой пластине, используя для пайки и закрепления деталей шпильки из медной луженой проволоки (см. рис. 3, б) и изолированные соединительные провода. При монтаже звукового генератора пайку полупроводниковых триодов следует производить с отводом тепла (держать пинцетом вывод чуть выше места пайки).

Для электропитания звукового генератора необходим источник с напряжением 3,7–4,5 в при работе на головные телефоны; при включении громкоговорителя напряжение батареи необходимо увеличить до 6–9 в. Одного комплекта питания достаточно на продолжительный срок работы. При применении малогабаритных деталей и батарей из трех аккумуляторов Д-0,06 весь генератор свободно размещается в спичечном коробке или коробочке из-под бульонных кубиков, а при применении батарей КБС-Л-0,5 или «Крона» — в кожухе, сделанном из мыльницы, или в корпусе от карманного фонарика.

В заключение хочется заметить, что в конструкциях, описываемых в этой книге, многие схемы генераторов взаимозаменяемы.

Если почему-либо у вас нет деталей для данной схемы генератора (например, трансформатора), постарайтесь заменить ее схемой, описываемой в другой конструкции.

ЭЛЕКТРОНИКА НА КАЖДОМ ШАГУ

Простейшее устройство для обучения радиотелеграфистов

Рекорды сверхдальних радиосвязей поставлены радиолюбителями в телеграфном режиме работы радиостанции. Такой сигнал легче принять и разобрать в условиях плохой слышимости или в условиях радиопомех, поэтому каждый радист или тот, кто хочет стать радистом, должен уметь хорошо принимать сигналы телеграфной азбуки на слух и передавать их на ключе. Для этого можно использовать предложенный выше звуковой генератор. Все детали рекомендуем смонтировать в корпусе радиотелеграфного ключа. Какие при этом необходимо сделать соединения, показано на рис. 4, а.

При индивидуальном обучении прием ведется на головные телефоны.

При коллективном обучении подключается электродинамический громкоговоритель Гр, предназначенный для радиотрансляции. В этом случае звуковой генератор можно смонтировать в корпусе громкоговорителя, подключив еще один каскад усиления. При коллективных занятиях для каждого обучающего радиотелеграфиста на корпус громкоговорителя или отдельной панели можно установить еще несколько пар гнезд для включения параллельных цепей. В каждую из параллельных цепей последовательно включается дополнительный резистор. Такие резисторы необходимы для предохранения всей сети от короткого замыкания (рис. 4, б). Величины этих резисторов подбираются практически в зависимости от числа параллельных цепей.

При «циркулярной» работе (то есть когда передает преподаватель, а все принимают передаваемый текст) сигналы можно слушать или через громкоговоритель, или индивидуально. В последнем случае радиотелеграфисты замыкают контакты своих ключей и принимают передаваемые сигналы на свои головные телефоны.

Рис. 4. Устройство для обучения радиотелеграфистов

Портативный мост для измерения R и C на двух транзисторах

В лаборатории каждого радиомастера необходим прибор для измерения величины сопротивления и емкости конденсатора. Это — мост для измерения емкости конденсаторов в пределах 10 пф — 10 мкф и величины сопротивлений резисторов 10 ом—10 Мом. Его собирают по схеме, показанной на рис. 5. Он может иметь очень малые размеры.

Рис. 5. Принципиальная схема моста для измерения R и С

Диапазон измеряемых величин сопротивлений резисторов разбит на шесть поддиапазонов, а диапазон измерения емкостей конденсаторов — на четыре поддиапазона. Для переключения поддиапазонов служат переключатели П₁ и П₂. Питание моста производится переменным напряжением звуковой частоты, получаемым от мультивибратора, собранного на транзисторах Т₁ и Т₂ (типа П13 — П15). При налаживании подбором резисторов R₁₀, R₁₁ и R₉, R₁₂ добиваются наибольшей амплитуды колебаний генератора. Изменяя емкость конденсаторов С₆ и С₇, настраивают генератор так, чтобы частота колебаний составила порядка 100 гц. При проведении измерений резистор или конденсатор подключается к клеммам R_x и С_х. Принцип измерения основан на балансировке моста изменением соотношения его плеч. Таким образом, измеряемый элемент (R или С) находится в ветви моста, образованного реохордой моста — потенциометром R₇ и одним из резисторов или конденсаторов поддиапазона.

Чувствительным элементом моста служат высокоомные телефоны Тлф, включенные в диагональ моста. Мост балансируется проволочным потенциометром R₇ по минимуму слышимости в телефонах.

Питание прибора осуществляется от батарейки для карманного фонарика (КБС-Л-0,5) или батареи малогабаритных аккумуляторов.

Мостовая схема, мультивибратор и батарея размещаются в небольшом металлическом или пластмассовом (от карманного приемника) корпусе. На верхней панели устанавливаются две клеммы для присоединения измеряемых резисторов и конденсаторов и три регулируемых элемента: потенциометр R₇ и переключатели П₁ и П₂. Если при подборе деталей у вас найдется переключатель на 11–12 положений, то оба переключателя П₁ и П₂ можно заменить одним — общим. Гнезда Тлф для высокоомных телефонов и выключатель можно смонтировать или на верхней, или на боковой панели корпуса.

На шкале переключателя П₁ наносятся следующие обозначения: в положении переключателя П₁ нуль — «0», в положении 1— R х 1 Мом, в положении 2 — R х 100 ком, в положении 3 — R x 10 ком и т. д. Подобным образом с прибавлением символа С_х наносятся надписи и на шкале переключателя П₂.

Шкала потенциометра градуируется в относительных числах по эталонным сопротивлениям и конденсаторам, которые и умножаются на показатель поддиапазона R или С. Если величины сопротивлений резисторов R₁ — R₆ и емкостей С₁ — С₄ подобраны достаточно точно, то соотношение на соседних поддиапазонах равно и градуировку прибора достаточно произвести только на одном каком-либо из поддиапазонов. Величина сопротивления R₈* подбирается при проверке градуировки прибора на шкале 1—10 мкф.

Приборы для настройки усилителей низкой частоты

После сборки настройку и проверку каскадов усиления низкой частоты радиоприборов, а также радиоприемников, радиограммофонов, магнитофонов можно производить при помощи звукового генератора (стандартного генератора низкой частоты). Такой генератор подключается к входу проверяемого прибора, а к его выходу подключается ламповый вольтметр или измеритель выхода (например, ИВ-4). Грубую настройку приборов можно сделать и при помощи звукового генератора, собранного по схеме, показанной на рис. 3, а.

Предварительно звуковой генератор нужно отградуировать, то есть сделать шкалу с отметками (какое положение ручки переменного сопротивления R₅ какой частоте соответствует). Настройку нужно проводить при помощи переходного согласующего трансформатора (1:4). При этом выход звукового генератора через трансформатор подключается ко входу проверяемого УНЧ, а на выходе усилителя устанавливается ламповый вольтметр или заменяющий его прибор (например, громкоговоритель), как показано на рис. 6.

Рис. 6. Блок-схема для настройки УНЧ

Для более точной настройки аппаратуры или в качестве источника стандартных импульсов можно предложить собрать несложную схему генератора прямоугольных импульсов на фиксированных частотах. Такой генератор (см. рис. 7) представляет собой мультивибратор с последовательным включением транзисторов Т₁ и Т₂ (оба транзистора типа П13—П15). Такая схема проста и по сравнению со схемой симметричного мультивибратора позволяет получать лучшую форму выходного напряжения, приближающуюся к идеальному прямоугольнику.

Рис. 7. Генератор фиксированных частот

Длительность генерируемых импульсов составляет половину периода повторения. Выходное напряжение генератора — порядка 5 в. При помощи переключателя П₁ — П₂ можно выбрать любую из четырех фиксированных частот следования выходных импульсов: 100 гц, 1 кгц, 5 кгц и 10 кгц. Можно получить и другие частоты следования импульсов, которые отличаются от указанных, фиксированных. Для этого необходимо изменить емкости конденсаторов C₁—С₄ и С₆—С₉.

Длительность генерируемых импульсов может изменяться в небольших пределах при помощи регулируемого резистора R₂. Питание генератора производится от двух последовательно соединенных батарей КБС-Л-0,5 или батареи типа «Крона» — порядка 9 в. Монтируется генератор в небольшом металлическом корпусе. На верхней панели укрепляются: переключатель фиксированных частот на четыре положения (100 гц, 1 кгц, 5 кгц, 10 кгц), потенциометр R₂ и выключатель питания Вк. Здесь же устанавливаются две клеммы для подключения соединительного кабеля, идущего к настраиваемому прибору.

Электронные генераторы-тахометры

Звуковые генераторы могут быть использованы для акустического определения числа оборотов двигателей методом звуковых биений. Описываемый ниже метод измерения окажется особенно полезным авто-, авиа- и судомоделистам, которым очень важно знать режим работы бензинового двигателя модели. Он тем более ценен, что позволяет определить число оборотов движущейся на корде модели (например, автомобиля или самолета).

Метод заключается в следующем. При одновременном прослушивании двух источников звуковых колебаний хорошо прослушивается разностный тон, число колебаний которого равно разности колебаний частот этих источников. Особенно отчетливо прослушивается разностная частота при равной интенсивности звука обоих первичных источников колебаний. При предлагаемых измерениях одним из источников звуковых колебаний будет бензиновый двигатель модели, другим — измерительный звуковой генератор.

При работе двигателя модели каждый оборот сопровождается резким звуком выхлопа отработанных газов. Большинство бензиновых моторчиков развивает от 3000 до 20 000 об/мин, то есть от 500 до 333 об/сек, что соответствует частоте 50 и 330 гц.

Тахометром для измерения числа оборотов в этих пределах может служить двухдиапазонный генератор, собранный по схеме мультивибратора, показанной на рис. 8, а. Он собран на двух транзисторах Т₁ и Т₂ с усилителем мощности на транзисторе Т₃. Переключатель П₁ предназначен для перехода с диапазона 50—200 гц на диапазон 100–400 гц. Он собирается на тумблере 2x2, где выводы — точки б и г — являются средними контактами, а точки а и в — боковыми.