составитель. В.А. Никитин «В помощь радиолюбителю» Выпуск 20
Глава 1 ПРИЕМНИКИ БЕЗ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ
1.1. Первый радиоприемник
Андерсон И. [1]
Любой радиоприемник должен содержать антенну, частотный селектор, детектор и звуковоспроизводящее устройство. Антенна предназначена для приема сигналов высокой частоты, излучаемых разными радиостанциями. Частотный селектор служит для выделения одного радиосигнала из всех остальных. Детектор необходим, чтобы из высокочастотного промодулированного сигнала выделить огибающую, которая представляет собой сигнал звука. А звуковоспроизводящее устройство преобразует электрические колебания в колебания воздуха.
Предлагаемый радиоприемник содержит все перечисленные компоненты. Его принципиальная схема приведена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема первого радиоприемника
Если использовать наружную антенну WA1, обязательно необходимо хорошее заземление, с которым нужно соединять антенну во время грозы. Но наружная антенна не обязательна, и можно использовать магнитную антенну из ферритового стержня диаметром 8 мм и длиной около 100 мм. На него наматывается несколько слоев бумаги, последний слой которой приклеивается. Намотка катушки L1 производится между щечками по 50 витков в каждой секции (всего 250 витков) проводом ПЭЛШО диаметром 0,12 мм, как показано на рис. 2.
Рис. 2. Эскиз магнитной антенны
Детектор собран на диоде VD1 с нагрузкой — головными телефонами BF1. Конденсатор С3 отфильтровывает высокочастотную составляющую продетектированного сигнала. Настройка на радиостанции производится конденсатором переменной емкости С2.
1.2. Улучшенный детекторный приемник
Андерсон И. [2]
Этот радиоприемник также является детекторным и не нуждается в питании от батарей или других источников питания. Тем не менее, если поблизости расположена мощная радиостанция, можно получить громкоговорящий прием. Принципиальная схема приемника представлена на рис. 3.
Рис. 3. Принципиальная схема громкоговорящего приемника
Главное отличие этой схемы состоит в применении двухполупериодного детектора, собранного на транзисторах VT1 и VT2, обладающего более высоким коэффициентом передачи по сравнению с диодным однополупериодным детектором. Кроме того, в этой схеме используется выходной трансформатор Т2, позволяющий применить низкоомную динамическую головку ВА1. Более сложной оказалась магнитная антенна, катушки которой расположены в соответствии с рис. 4.
Рис. 4. Расположение катушек магнитной антенны
Все катушки расположены на ферритовом стержне диаметром 10 мм, длиной 150 мм и намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм за исключением обмоток III и IV. Катушка I, рассчитанная на диапазон средних волн, содержит две секции 1а и 1б по 18 витков в каждой. Обмотка II содержит 30 витков с отводом от середины. Обмотки III и IV содержат по 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,45 мм. Для длинноволнового диапазона обмотка I должна содержать по 63 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,18 мм в каждой секции.
Транзисторы должны быть германиевыми, типа ГТ109 или ГТ309, с одинаковыми значениями статического коэффициента передачи тока. Трансформатор Т2 берется от абонентского трансляционного громкоговорителя. Динамическая головка — типа ЗГД-38Е.
1.3. Громкоговорящий детекторный приемник
Поляков В. [3]
Громкоговорящий радиоприемник, вовсе не получающий электропитания, создать невозможно. В качестве источника питания в таких приемниках используют энергию электромагнитного поля радиостанций. Уровень полученной энергии зависит от габаритов приемной антенны. Поэтому при использовании антенны разумных размеров приходится создавать крайне экономичную схему приемника. Такая схема приведена на рис. 5.
Рис. 5. Принципиальная схема громкоговорящего детекторного приемника
К антенне WA1 подключен последовательный колебательный контур, образованный конденсатором переменной емкости С1 и контурной катушкой индуктивности L1. Сигнал частотой, равной резонансной частоте контура, создает на катушке L1 падение напряжения, которое в Q раз больше напряжения на выходе антенны, где Q — добротность контура. Огибающая промодулированного сигнала выделяется детектором, образованным диодом VD1 и конденсатором С2.
Переменная составляющая продетектированного напряжения через конденсаторы С3 и С4 поступает на базы транзисторов выходного усилительного каскада, а постоянная составляющая через дроссель L2 заряжает накопительный конденсатор С5, от которого питаются транзисторы выходного усилителя. Усилитель работает в режиме класса АВ на комплементарной паре транзисторов VT1 и VT2, включенных по схеме с общим коллектором. Динамическая головка ВА1 подключена к выходу усилителя с помощью выходного трансформатора Т1 через разделительный конденсатор С6.
Глава 2 Металлоискатели
2.1. Простейший металлоискатель
Борноволоков Э. [4]
Предлагаемый металлоискатель представляет собой генератор звуковой частоты, собранный на одном транзисторе по схеме, показанной на рис. 6.
Рис. 6. Принципиальная схема простейшего металлоискателя
Генератор собран на транзисторе Т1 по схеме с общим эмиттером и индуктивной обратной связью. Для этого используется трансформатор звуковой частоты Тр1, в базовую обмотку которого включен конденсатор С1, емкость которого подбирается в целях получения звука приемлемого тона.
В цепь коллекторного тока включен телефонный капсюль Тлф, воспроизводящий звук. Питание схемы производится от батареи Б1 типа 3336Л.
Стальной сердечник трансформатора собирается только из Ш-образных пластин, которые набраны в пакет с одинаковым расположением всех пластин. Пластины типа «лапша» удаляются. Выводы трансформатора собираются в жгут длиной около метра. Если открытую часть сердечника трансформатора приблизить к металлу, частота звука, воспроизводимого телефонным капсюлем, изменяется.
2.2. Транзисторный искатель
Гордеев В. [5]
Этот прибор предназначен для обнаружения скрытой электропроводки во избежание ее повреждения или короткого замыкания во время сверления отверстий в стенах. Попадание сверла в токонесущий провод может также привести к поражению электрическим током. Поэтому перед сверлением стен целесообразно использовать такие приборы. Принципиальная схема предлагаемого искателя изображена на рис. 7.
Рис. 7. Принципиальная схема транзисторного искателя
Истоковый повторитель, собранный на транзисторе V1, обладает очень большим входным сопротивлением и чувствителен к слабым наводкам на щуп W1. Эти наводки с частотой переменного тока 50 Гц сначала усиливаются двухкаскадным усилителем на транзисторах V2 и V3, включенных по схеме с общим эмиттером, после чего усиливаются по току транзистором V4, который включен по схеме с общим коллектором. В его эмиттерную цепь включен телефонный капсюль, воспроизводящий звук. Переменный резистор R6 позволяет регулировать начальное напряжение на затворе полевого транзистора.
В процессе эксплуатации, перемещая щуп по поверхности стены, можно достаточно точно определить местоположение скрытых проводов электросети.
2.3. Искатель скрытой проводки
Борисов А. [6]
Этот достаточно простой прибор также позволяет легко определить место прохождения в стене скрытой электрической проводки. Принципиальная схема искателя приведена на рис. 8. Она содержит всего три транзистора.
Рис. 8. Принципиальная схема искателя скрытой проводки
На комплементарной паре транзисторов VT1 и VT3 собран импульсный генератор, который после подачи питания тумблером SB1 заперт благодаря открытому состоянию транзистора VT2. Но если на затвор этого транзистора поступит наводка от близко расположенных проводов электросети, он запрется и генератор начнет работать. В результате начнутся вспышки светодиода HL1. Питание схемы осуществляется от батареи «Крона» напряжением 9 В.
Устройство вместе с батареей помещается в пластмассовый футляр с выступающим щупом. На одной из стенок устанавливается тумблер включения питания и светодиод.
2.4. Простой металлоискатель на микросхеме [7]
Этот металлоискатель собран по классической схеме с использованием двух генераторов и биений между колебаниями, которые они генерируют. Принципиальная схема этого металлоискателя приведена на рис. 9.
Рис. 9. Принципиальная схема металлоискателя на микросхеме
Схема содержит два почти одинаковых LC-генератора, первый из которых собран на элементах DD1.1 и DD1.2, а второй — на элементах DD1.3 и DD1.4. При включении питания первый генератор самовозбуждается на резонансной частоте последовательного колебательного контура L1, С1, который настроен на 465 кГц. Частота колебаний второго контура определяется индуктивностью поисковой катушки L2 и емкостью конденсатора С2, который позволяет настроить второй генератор на частоту, близкую к частоте 465 кГц. Сигналы с выходов генераторов через конденсаторы СЗ и С4 поступают на детектор с удвоением напряжения, собранный на диодах VD1 и VD2. Детектор нагружен головными телефонами BF1, которыми воспроизводится частота биений.
В качестве контура первого генератора используются катушка индуктивности и конденсатор фильтра промежуточной частоты радиоприемника. Катушка L2 содержит 30 витков провода ПЭЛ диаметром 0,4 мм, намотанных на оправке диаметром 200 мм.
В схеме металлоискателя можно применить микросхему К155ЛАЗ и любые высокочастотные германиевые диоды.
2.5. Электронный металлоискатель [8]
Металлоискатели, созданные по классическому принципу с использованием биений между частотой опорного и частотой поискового генератора, обладают некоторыми недостатками. Один из них состоит в том, что при слабом воздействии на поисковую катушку частота биений оказывается мала и оказывается ниже частотного порога слышимости или воспроизведения. Другой недостаток состоит в захватывании частоты поискового генератора опорным — в своеобразной нежелательной синхронизации. Предлагаемый металлоискатель свободен от указанных недостатков, так как его работа основана совсем на другом принципе. Принципиальная схема этого металлоискателя приведена на рис. 10.
Рис. 10. Принципиальная схема электронного металлоискателя
Поисковая катушка индуктивности L1 и конденсаторы С1-С4 образуют колебательный контур, входящий в состав генератора синусоидальных колебаний на транзисторе Т1, который собран по схеме емкостной трехточки. Эти колебания с коллектора Т1 через элементы С5, R4 подаются на базу транзистора Т2, на котором собран буферный каскад по схеме с общим коллектором. Его назначение в том, чтобы препятствовать влиянию последующих цепей на работу генератора.
В цепь эмиттера Т2 включен переменный резистор R8 для регулировки уровня сигнала, который пропускается через кварцевый резонатор Кв1 на вход следующего каскада. Кварцевый резонатор подобен параллельному колебательному контуру с очень большой добротностью. Поэтому он обладает очень узкой полосой пропускания. Малейшие изменения частоты генератора, происходящие под влиянием металла на индуктивность поисковой катушки, приводят к резкому изменению уровня сигнала на выходе кварцевого резонатора. Далее следует выпрямитель на диоде Д2 и усилитель постоянного тока на транзисторе Т3, в коллекторную цепь которого включен стрелочный прибор.
При эксплуатации конденсаторами С2 (грубо) и С1 (тонко) настраивают генератор на частоту кварцевого резонатора по минимуму показаний миллиамперметра. После этого катушкой L1 осуществляется поиск металла.
Поисковая катушка L1 выполняется из отрезка коаксиального кабеля длиной 1190 мм. Его центральная жила удаляется и вместо нее протягиваются шесть отрезков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,1–0,2 мм и длиной по 1200 мм. Концы этих проводов зачищаются и залуживаются. После этого кабель свертывается в кольцо с наружным диаметром 380 мм, и концы проводов припаивают так, чтобы получилось шесть витков катушки. Один ее конец соединяется с оплеткой, которая в схеме заземляется. Второй конец выводится наружу.
Катушка помещается между двумя фанерными дисками, которые крепятся к штанге. Питание производится напряжением 9 В от батареи «Крона».
В схеме можно использовать транзисторы КТ315Б, стабилитрон Д1 типа КС156А, диод Д2 типа Д9, кабель марки РК-50, кварцевый резонатор на частоту 1 МГц.
2.6. Высокочувствительный металлоискатель [9]
Этот металлоискатель собран по классической схеме с двумя генераторами и использованием биений. Он позволяет обнаруживать металлические предметы на глубине до одного метра.
Принципиальная схема металлоискателя приведена на рис. 11.
Рис. 11. Схема высокочувствительного металлоискателя
Опорный генератор собран на транзисторе Т1 и частота генерируемых им колебаний определяется колебательным контуром L1, С2. Поисковый генератор собран на транзисторе Т2 и частота генерируемых им колебаний определяется контуром, образованным индуктивностью поисковой катушки L2 и конденсатором С9. Оба генератора собраны по схеме индуктивной трехточки, конденсаторы С1 и С8 служат для подачи напряжения обратной связи из цепей коллекторов в цепи баз. С эмиттеров Т1 и Т2 сигналы генераторов через развязывающие цепи С4, R4 и С5, R5 подаются на смесительный диод Д1. Благодаря его нелинейной амплитудной характеристике образуются биения между частотами опорного и поискового генераторов. Фильтр нижних частот R6, С6 выделяет частоту биений, отсекая высшие комбинационные частоты. В результате биения звуковой частоты через разделительный конденсатор С7 подаются на вход трехкаскадного усилителя звуковой частоты, собранного на транзисторах Т3-Т6.
Катушка L1 наматывается на ферритовом стержне диаметром 8 и длиной 40 мм и содержит 110 витков провода ПЭЛ диаметром 0,25 мм с отводом от 16 витков, считая от нижнего по схеме вывода. Поисковая катушка наматывается на рамку размерами 120x220 мм и содержит 45 витков провода ПЭЛ диаметром 0,6 мм с отводом от 10 витка, считая от верхнего по схеме вывода. Поисковая катушка соединена с основным блоком трехжильным экранированным проводом длиной 1,5 м.
Вместо транзисторов SFT308 можно использовать ГТ308Б, вместо остальных — ГТ108Б. Трансформаторы берутся от приемников «Селга» или «Сокол», динамическая головка — 0,1 ГД6. Питание осуществляется напряжением 9 В от батареи «Крона».
Глава 3 Электронные игры
3.1. Найдите «мину» [10]
Этот игрушечный миноискатель можно использовать в комнатных играх. Один участник скрытая прячет под ковриками, половиками или дорожками несколько жестяных кружков от консервных банок, а другой отыскивает их с помощью миноискателя. Его принципиальная схема изображена на рис. 12.
Рис. 12. Принципиальная схема игрушечного миноискателя
На транзисторе VT1 собран звуковой генератор по схеме индуктивной трехтонки. Колебания звуковой частоты с эмиттера транзистора через разделительный конденсатор С4 поступают на головные телефоны, которые воспроизводят звуковой сигнал. Переменным резистором R2 можно регулировать чувствительность устройства.
Частота звуковых колебаний определяется емкостями конденсаторов С1-СВ и индуктивностью поисковой катушки В1.
Если вблизи этой катушки оказывается «мина», индуктивность изменяется и также изменяется тон звука. Поисковая катушка представляет собой капсюль от головных телефонов (рис. 13) с удаленной мембраной. Вместо транзистора МП39Б можно установить ГТ108Б.
Рис. 13. Конструкция поисковой катушки
3.2. Электронная «мина»
Иванов Б. [11]
В предыдущей конструкции цель игры состояла в поиске пассивной «мины» — металлического кружка. Эта схема рассчитана на поиск активной «мины» или «жучка», которого необходимо обезвредить. «Жучок» представляет собой электронный генератор, излучающий в пространство переменное магнитное поле. Его принципиальная схема приведена на рис. 14.
Рис. 14. Принципиальная схема электронной «мины»
На транзисторах VT1 и VT2 собран симметричный мультивибратор с емкостными связями, а на транзисторе VT3 — выходной усилитель по схеме с общим эмиттером. В его коллекторную цепь включена катушка индуктивности L1, которая под воздействием импульсов мультивибратора излучает переменное магнитное поле. Катушка намотана проводом ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм на ферритовый сердечник диаметром 8 и длиной 30 мм и содержит 800 витков. Питание схемы «жучка» производится напряжением 4,5 В от батареи 3336Л.
Поиск «жучка» осуществляется приемником магнитного сигнала, схема которого представлена на рис. 15.
Рис. 15. Схема приемника магнитного сигнала
Сигнал магнитного поля воспринимается катушкой L1 и через разделительный конденсатор С1 подается на базу транзистора VT1. После усиления этот сигнал воспроизводится головными телефонами BF1. Приемная катушка наматывается проводом ПЭВ-1 диаметром 0,12 мм на ферритовый стержень диаметром 8 и длиной 80 мм и содержит 3000 витков.
3.3. Игровой автомат «Ринт»
Андрушкевич В. [12]
Предлагаемый игровой автомат совмещает функции игры «Кто быстрее» и электронной викторины «Один правильный ответ из четырех возможных». Принципиальная схема автомата приведена на рис. 16.
Рис. 16. Принципиальная схема игрового автомата
Для игры «Кто быстрее» сначала нажимается кнопка SB6. При этом на выходе элемента DD1.2 образуется уровень логической 1. На вывод 1 элемента DD1.1 поступает через резистор R1 также уровень логической 1. Поэтому на выходе DD1.1 устанавливается уровень логического 0, на который через диод VD1 разряжается конденсатор С1. На выходе элемента DD1.3 образуется уровень 1, а на выходе DD1.4 — уровень нуля. Светодиод HL5 не горит, а на оба входа С и Р элемента DD2 поступает уровень логического нуля. При одинаковых уровнях на этих входах триггеры микросхемы DD2 переписывают нулевую информацию с входов D на соответствующие выходы. Поэтому светодиоды HL1-HL4 не горят.
Четверым игрокам предоставим кнопки SB1-SB4 и нажмем кнопку «Старт» SB5. На выходе DD1.1 появится уровень 1, и конденсатор С1 начнет заряжаться через резисторы R7 и R8. На выходах элементов DD1.3 и DD1.4 уровни поменяются на противоположные. К резисторам R3-R6 окажется подведен уровень 1 и загорится светодиод HL5, что явится сигналом для игроков. Первая же нажатая кнопка будет сопровождаться поступлением короткого положительного импульса на соответствующий вход DD2, появлением на одноименном выходе уровня логической единицы, зажиганием светодиода, указывающего на победившего игрока и отпиранием транзистора VT1. Это снимет уровни 1 с резисторов R3-R6, а на входах С и Р окажутся разные уровни. В результате схема не будет реагировать на нажатие кнопок другими игроками. Далее нажимается кнопка SB6, и устройство переходит к исходному состоянию.
Если автомат используется в режиме викторины, участвует один игрок, в гнезда соединителя X1 вставляется карточка с вопросом и четырьмя разными ответами, которая замыкает входы трех триггеров на землю и оставляет разомкнутым тот, который соответствует правильному ответу. Если игрок нажмет именно эту кнопку, загорится один из светодиодов HL1-HL4.
Переменным резистором R8 можно регулировать задержку времени, в течение которого заряжается конденсатор С1, а игрокам дается возможность подумать. Эскиз печатной платы автомата с расположением элементов схемы показан на рис. 17.
Рис. 17. Эскиз печатной платы и расположение элементов
3.4. Игральный автомат
Белоусов А. [13]
При игре в кости используют два кубика и выпавшее число может оказаться равным от двух до двенадцати. Предлагаемый автомат во время игры выдает числа от 1 до 15. Принципиальная схема автомата представлена на рис. 18.
Рис. 18. Принципиальная схема игрального автомата
На транзисторах VT1 и VT2 собрано реле времени, вырабатывающее интервал, который определяется длительностью заряда конденсатора С1. На элементах DD1.2 и DD1.3 собран генератор импульсов с частотой повторения около 100 кГц. Работой генератора управляет элемент DD1.1: когда на его входах уровень логического нуля, на выходе уровень логической единицы и генератор работает. Когда же на входе DD1.1 уровень логической единицы, генератор не работает. Импульсы с выхода генератора через буферный элемент DD1.4 поступают на вход двоичного счетчика DD2, к выходам которого через усилительные транзисторы подключены лампочки накаливания HL1, HL2, HL3, HL4, цена свечения которых соответственно составляет 1–2 — 4–8. Питание на схему автомата подается от источника напряжением 9 В с применением электронного стабилизатора выходного напряжения 5 В, который собран на транзисторе VT3 и стабилитроне VD2.
Автомат работает следующим образом. Нажимаем кнопку SB1. Конденсатор С1 быстро разряжается на резистор R2. Составной транзистор VT1-VT2 запирается и электромагнитное реле К1 отпускает. Контакты К1.1 размыкаются и снимается питание лампочек накаливания. Поступление на вход DD1.1 уровня логического нуля приводит к появлению на его выходе уровня логической единицы. Поэтому начинает работать импульсный генератор, а счетчик — считать импульсы.
После отпускания кнопки SB1 конденсатор С1 начинает заряжаться, и через некоторое время отопрется составной транзистор, сработает реле, замкнутся контакты К1.1 и зажгутся лампочки в соответствии с состоянием счетчика в этот момент. Одновременно с замыканием контактов реле прекратится работа генератора благодаря поступлению уровня логической единицы на вход элемента DD1.1.
Отсчет выпавшего числа производится путем сложения цен горящих лампочек. Так, горение лампочек HL1 и HL3 указывает на число 5, а горение всех четырех лампочек — на число 15.
Глава 4 Электронные зажигалки
4.1. Зажигалка для газа
Табунщиков В. [14]
Схема этой зажигалки, предназначенной для поджига газовой горелки, достаточно проста. Она изображена на рис. 19.
Рис. 19. Принципиальная схема зажигалки
Питание зажигалки напряжением 12 В производится от десяти соединенных последовательно кадмиево-никелевых аккумуляторов типа Д-0.125Д. При замыкании кнопки SA1 начинается заряд конденсатора С1 через обмотку II трансформатора Т1. В это время светодиоды не горят. По мере заряда конденсатора напряжение на нем увеличивается, и когда загораются светодиоды можно нажать кнопку SB1. При этом конденсатор быстро разряжается на обмотку II трансформатора. Импульс разрядного тока трансформируется в обмотку I, которая имеет значительно больше витков по сравнению с обмоткой II. Поэтому на выводах обмотки I возникает высокое напряжение и искровой разряд между ее выводами.
Светодиод HL1 — типа АЛ307А, HL2 — АЛ307В. Трансформатор собирается на стальном сердечнике из пластин Ш5 при толщине пакета 5 мм. Сначала на каркас наматывается обмотка II, которая содержит 6 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,35 мм и занимает один слой. Затем кладутся два слоя лавсановой пленки, и наматывается виток к витку обмотка I проводом ПЭВ-1 диаметром 0,07 мм слоями до заполнения. Между слоями прокладывается один слой лавсановой пленки.
4.2. Электронная «спичка» для газовой плиты
Харьяков В. [15]
Эта электронная зажигалка питается от сети переменного тока напряжением 220 В. Ее принципиальная схема приведена на рис. 20.
Рис. 20. Принципиальная схема электронной «спички»
После включения питания тумблером SB1 во время положительных полупериодов сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через резистор R1, диод VD1 и первичную обмотку повышающего импульсного трансформатора Т1. Во время отрицательного полупериода напряжения сети отпирается тиристор VS1 и конденсатор разряжается через тиристор, диод VD2 и первичную обмотку трансформатора. Разряд происходит значительно быстрее заряда из-за наличия в цепи заряда резистора R1. Импульсы разрядного тока трансформируются, и между выводами разрядника Е1, подключенного к вторичной обмотки трансформатора, возникает искровой разряд частотой 50 Гц.
Обмотки импульсного трансформатора располагаются на стержне из феррита марки 600НН диаметром 8 и длиной 20 мм. Сначала наматывают вторичную обмотку, которая содержит 560 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,07 мм. Поверх нее наматывается первичная обмотка, содержащая 5 витков монтажного провода в поливинилхлоридной изоляции. Конденсатор С1 должен быть рассчитан на рабочее напряжение 400 В — не менее амплитуды сетевого напряжения.
4.3. Зажигалка для газа
Вилков В. [16]
Принципиальная схема еще одной электронной зажигалки для газовой плиты представлена на рис. 21.
Рис. 21. Принципиальная схема зажигалки на тиристоре
При включении тумблера SB1 напряжение сети через конденсатор С1 и резистор R1 поступает на генератор импульсов, частота повторения которых составляет несколько сот герц. После прохождения через повышающий трансформатор Тр1 амплитуда импульсов достигает 10 кВ, что приводит к искровому пробою разрядника, подключенного к выводам вторичной обмотки трансформатора.
Импульсный генератор образован тиристором VS1 и диодом VD1, соединение которых представляет собой аналог динистора, и конденсатором С2. Диод VD2 защищает тиристор от пробоя обратным напряжением, возникающим благодаря ЭДС самоиндукции обмотки трансформатора.
Трансформатор Тр1 собран из расположенных соосно трех капроновых шпулек от швейной машинки без сердечника. В каждой шпульке наматывают по 1000 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,12 мм. Затем шпульки складывают, обмотки соединяют согласно, обматывают изоляционной лентой и наматывают первичную обмотку — 30 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,45 мм.
Автор рекомендует применять конденсаторы С1 и С2 с рабочим напряжением не менее 160 В. Однако в связи с тем, что амплитудное значение сетевого напряжения составляет 311 В, конденсаторы должны быть рассчитаны на рабочее напряжение 400 В.
4.4. Электрозажигалка-пистолет
Фомин В. [17]
Принцип построения схемы этой электронной зажигалки не отличается от уже рассмотренных: питание от сети переменного тока, выпрямитель, импульсный генератор, повышающий трансформатор и разрядник. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 22.
Рис. 22. Принципиальная схема электрозажигалки-пистолета
Конденсатор С1 заряжается от сетевого напряжения через диод VD1 и резистор R1. При нажатии кнопки SB1 к конденсатору С1 подключается импульсный генератор. Конденсатор С2 начинает заряжаться от конденсатора С1 через резистор R2.
Когда напряжение на конденсаторе С2 достигнет уровня пробоя динистора VS1, он пробивается и конденсатор С2 быстро разряжается через VS1 на первичную обмотку повышающего трансформатора. Когда напряжение на С2 станет ниже уровня удержания, динистор запрется, а конденсатор станет подзаряжаться. Частота повторения импульсов разряда составляет примерно 10 Гц. Заряд конденсатора С1 от электросети может длиться не более 1 с и его хватает для непрерывной работы устройства в течение 30–40 с.
Обмотки импульсного трансформатора Т1 размещаются на стержне из феррита марки 400НН диаметром 8 и длиной 60 мм. Сначала наматывается вторичная обмотка, содержащая 1800 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,07 мм. Поверх нее наматывается первичная обмотка из 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм. Изоляция между обмотками и стержнем состоит из двух слоев лавсановой пленки.
Конструкция электрозажигалки-пистолета с расположением элементов схемы показана на рис. 23.
Рис. 23. Конструкция электрозажигалки-пистолета
4.5. Зажигалка для газа из 10 деталей
Калентьев Ю. [18]
Схема этой зажигалки содержит два импульсных генератора. Первый генерирует быструю последовательность импульсов, энергия которых накапливается и питает второй генератор. Принципиальная схема зажигалки показана на рис. 24.
Рис. 24. Принципиальная схема зажигалки из 10 деталей
После нажатия кнопки SB1 в первый момент транзистор VT1 заперт, так как конденсатор С1 разряжен и потенциал базы равен потенциалу эмиттера. В силу этого транзистор VT2 также заперт. Заряд конденсатора происходит очень быстро из-за малого сопротивления резистора R1, что приводит к отпиранию транзистора VT1 и следом за ним к отпиранию транзистора VT2. Однако при этом конденсатор должен начать перезаряжаться, и транзистор VT1 запирается, а вслед за ним запирается и VT2. Далее процесс повторяется.
Импульсная последовательность трансформируется автотрансформатором Тр1, с выхода которого импульсами амплитудой около 100 В заряжается конденсатор С2. Такая амплитуда импульсов объясняется тем, что автотрансформатор дифференцирует крутые фронты поступающих импульсов.
По этой же причине длительность импульсов очень мала и конденсатор заряжается постепенно. Когда напряжение на нем достигнет отпирающего напряжения динистора VS2, которое для КН102Г составляет 56 В, динистор пробивается и отпирает тиристор VS1. Через него конденсатор G2 разряжается на обмотку автотрансформатора Тр2. В результате разряда напряжение на конденсаторе падает, и тиристор с динистором запираются. Начинается следующий цикл заряда конденсатора С2. С выхода автотрансформатора Тр2 импульсы амплитудой в несколько киловольт и частотой повторения около 20 Гц поступают на разрядник Е1.
Обмотка автотрансформатора Тр1 наматывается на ферритовое кольцо с размерами 10x6x5 мм и содержит 540 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм с отводом от 20 витков. Для автотрансформатора Тр2 используется каркас с внутренним диаметром 10 мм, щечками диаметром 30 мм и расстоянием между ними 10 мм. Внутрь катушки вставлен ферритовый сердечник длиной 30 мм. Обмотка наматывается проводом ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм внавал до заполнения каркаса, затем делается вывод для заземления, накладываются два слоя лакоткани и доматываются 30 витков виток к витку. В процессе намотки автотрансформатора Тр2 необходимо пропитывать витки изоляционным лаком или клеем БФ-2 с последующей тщательной просушкой.
Глава 5 Испытатели транзисторов
5.1. Прибор для проверки транзисторов
Иванов С. [19]
Предлагается очень простой прибор, позволяющий не только проверить исправность транзистора, но и измерить его статический коэффициент передачи тока h21э. Принципиальная схема этого прибора приведена на рис. 25.
Рис. 25. Схема прибора для проверки транзисторов
Схема представляет собой мост, в одну диагональ которого включен источник питания — батарея напряжением 4,5 В, а в другую — стрелочный прибор mА типа М358 1-0-1 мА с нулем посредине шкалы. Транзистор Т1 — эталонный. Он может быть любого типа структуры р-n-р, но его статический коэффициент передачи тока Ь21э должен быть равен точно 50.
Понятно, что если включить в схему испытуемый транзистор Тх, у которого также Ь21э = 50, мост окажется сбалансированным и стрелка прибора установится на нуле шкалы. Для того чтобы прибор показывал значение h21э, его снабжают вспомогательной равномерной шкалой с нулем у левого края и делением 100 у правого. Тогда в случае баланса прибор покажет значение h21Э = 50. Переменный резистор R5 служит для калибровки. Прибор калибруют перед проверкой транзистора. Не подключая его к клеммам «э», «б», «к», нажимают кнопку Кн1 и переменным резистором R5 устанавливают стрелку на нулевое деление вспомогательной шкалы.
Теперь, подключив к прибору исправный испытуемый транзистор, по вспомогательной шкале можно отсчитать значение h21э.
5.2. Пробник для транзисторов [20]
Предлагаемый пробник позволяет выполнить разбраковку транзисторов, отобрав годные. Принципиальная схема такого пробника приведена на рис. 26.
Рис. 26. Принципиальная схема пробника для транзисторов
Пробник содержит две интегральные микросхемы 4х2И-НЕ, в каждой из которых использовано по три элемента и три светодиода. На элементах микросхемы D1 собран генератор прямоугольных импульсов низкой частоты типа «меандр», которые подаются на эмиттер и коллектор испытуемого транзистора. На элементах микросхемы D2 собран генератор прямоугольных импульсов частотой 5 кГц, которые через резистор R4 подаются на базу транзистора. Если транзистор исправен, эти импульсы усиливаются и через конденсатор С3 и диод V4 их положительная составляющая открывает по базе транзистор V6, благодаря чему зажигается светодиод V5, сигнализируя о том, что транзистор исправен. Кроме того, если структура испытуемого транзистора рп-р, зажигается светодиод V1, если же n-р-n — V3. Вместо микросхем 7404 можно использовать К155ЛАЗ, светодиоды АЛ102, диоды Д219 и транзистор КТ373.
5.3. Прибор для подбора пар транзисторов [21]
Этот прибор позволяет быстро подобрать пары транзисторов с одинаковым значением статического коэффициента передачи тока h21э. Принципиальная схема прибора представлена на рис. 27.
Рис. 27. Схема прибора для подбора пар транзисторов
Транзисторы и их коллекторные нагрузки образуют измерительный мост, в одну из диагоналей которого включен источник питания, а в другую — измерительный стрелочный прибор ИП1 с переменным резистором для регулировки чувствительности. Переключатель В1 позволяет устанавливать токи баз транзисторов равными 1, 10 или 100 мкА. Для этого служат резисторы R1-R3 и R7-R9. Попарно они должны быть подобраны с одинаковыми сопротивлениями. Понятно, что при одинаковых значениях h21э стрелочный прибор должен показывать нуль тока. Во избежание повреждения рамки стрелочного прибора он шунтируется диодами Д1 и Д2.
В качестве стрелочного прибора использован микроамперметр на 100 мкА с нулем посредине шкалы. Диоды — типа Д9.
5.4. Простой испытатель транзисторов
Радушнов Ю. [22]
Этот несложный прибор позволяет проверять исправность биполярных транзисторов обеих структур малой, средней и большой мощности. Принципиальная схема испытателя приведена на рис. 28.
Рис. 28. Схема простого испытателя транзисторов
При подключении к прибору испытуемого транзистора благодаря наличию блокинг-трансформатора Т1 образуется блокинг-генератор, генерирующий короткие импульсы за счет сильной положительной обратной связи с коллекторной обмотки трансформатора на базовую через конденсатор С1 с параллельно подключенными к нему резисторами R1 и R2.
Значение статического коэффициента передачи тока базы испытуемого транзистора позволяет оценить переменный резистор R1 по положению его ротора, при котором возникает генерация. Светодиоды VD1 и VD2 сигнализируют о структуре транзистора благодаря тому, что от нее зависит полярность импульсов на обмотке II блокинг-трансформатора.
Блокинг-трансформатор собирается на сердечнике из пластин Ш6 при толщине пакета 8 мм. Обмотка I содержит 200 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм. Обмотка III — 100 витков того же провода, обмотка II — 30 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,3 мм. Сборка сердечника производится пакетно: пакет Ш-пластин и пакет перемычек складываются с бумажной прокладкой между ними.
5.5. Прибор для проверки транзисторов
Карпачев А. [23]
Предлагаемый прибор обладает широкими возможностями. С его помощью можно проверить исправность маломощных транзисторов обеих структур, оценить значения их статического коэффициента передачи тока базы, проверить уровень собственных шумов. Наконец, прибор позволяет выявить структуру транзистора и определить его выводы. Принципиальная схема прибора приводится на рис. 29.
Рис. 29. Принципиальная схема прибора для проверки транзисторов
Проверяемый транзистор подключается к гнездам соединителя XS1 и входит в схему генератора звуковой частоты, в котором положительная обратная связь создается между коллекторной и базовой обмотками трансформатора Т1. Частота генерации определяется параметрами трансформатора и емкостью конденсатора С1. Значение статического коэффициента передачи тока базы определяется положением переменного резистора R3, при котором возникает генерация.
С коллектора проверяемого транзистора сигнал звуковой частоты через разделительный конденсатор С2 подается на базу транзистора VT1, на котором собран усилитель звукового сигнала, нагруженный головными телефонами BF1. При наличии генерации телефоны сигнализируют об этом. Если установка R3 недостаточна для генерации в телефонах, слышны собственные шумы проверяемого транзистора.
При проверке транзистора его подключают к гнездам соединителя XS1, переключатель SA1 устанавливают в положение, соответствующее структуре транзистора, включают питание тумблером SA3 и резистором R3 добиваются генерации. Если она возникает, значит, транзистор исправен, а по положению R3 можно судить о значении h21э.
Если структура и назначение выводов транзистора не известны, его присоединяют к соединителю XS1 произвольно, положение SA1 также произвольно, включают питание и поочередно перебирают все шесть положений переключателя SA2. Резистор R3 должен быть в нижнем по схеме положении.
Когда появляется генерация, параметры транзистора уже определены: структура соответствует положению переключателя SA1, а назначение выводов определяется по табл. 1.
Если генерация не появляется, переключают SA1 в противоположное положение и вновь перебирают положения переключателя SA2 до появления генерации.
Трансформатор можно взять от малогабаритного транзисторного приемника. Вместо транзистора МП39Б можно установить ГТ108Б. Телефонный капсюль ДЭМШ.
Глава 6 Измерительные приборы
В этой главе мы рассмотрим несколько несложных схем аналоговых частотомеров, которые позволяют произвести отсчет значения частоты поступающего переменного напряжения непосредственно по шкале обычного стрелочного прибора — микроамперметра.
6.1. Тиристорный частотомер
Неделькин В. [24]
В электронных частотомерах конденсаторного типа исследуемый сигнал обычно преобразуется в импульсы, нормированные по длительности и амплитуде, которыми заряжается конденсатор. В течение пауз постоянная составляющая разрядного тока оказывается пропорциональна частоте и измеряется стрелочным прибором. В предлагаемой схеме формирователь импульсов и нормирующий каскад объединены благодаря свойствам тиристора: он практически мгновенно отпирается, напряжение на открытом тиристоре близко к нулю и запирается он при уменьшении тока ниже порога удержания, независимо от тока управления. Принципиальная схема частотомера приведена на рис. 30.
Рис. 30. Принципиальная схема тиристорного частотомера
При отсутствии входного сигнала тиристор Д1 заперт, а конденсатор С1 заряжается от источника питания стабилизированным напряжением. Ток заряда протекает через диод Д3, минуя стрелочный прибор ИП1. Приходящий входной сигнал ограничивается стабилитроном Д2 и отпирает тиристор. При этом конденсатор разряжается через тиристор и стрелочный прибор. Независимо от параметров входного сигнала за каждый его период конденсатор отдает стрелочному прибору один и тот же заряд, равный произведению емкости на напряжение заряженного конденсатора. За единицу времени (секунду) через прибор пройдет столько зарядов, сколько периодов сигнала содержится в одной секунде, а это число равно частоте сигнала.
В схеме используется микроамперметр М261 с током полного отклонения 50 мкА. При линейной шкале полное отклонение стрелки соответствует частоте 100 Гц.
6.2. Простой частотомер [25]
Этот частотомер для получения нормированной импульсной последовательности с частотой повторения, равной частоте исследуемого сигнала, использует интегральный одновибратор (ждущий мультивибратор), который в иностранной литературе часто называется кипп-реле. После нормирования остается лишь измерить постоянную составляющую этих импульсов.
Принципиальная схема частотомера представлена на рис. 31.
Рис. 31. Принципиальная схема частотомера с одновибратором
Напряжение измеряемого сигнала подается на вход одновибратора (вывод 5), который защищен от перегрузки диодами V1-V4. Переключателем S1 устанавливается необходимый диапазон измерений: 10-100 Гц, 100-1000 Гц, 1-10 кГц, 10-100 кГц. При этом к выводам 9-11 микросхемы подключается соответствующая RC-цепь, определяющая длительность выходных импульсов одновибратора. Нормированные по длительности и амплитуде импульсы с выхода одновибратора (вывод 6) заряжают конденсатор С5, напряжение на котором измеряется вольтметром, которым служит микроамперметр Р1 с добавочным резистором R6.
При использовании в схеме микроамперметра с током полного отклонения 100 мкА, емкость конденсатора С5 должна быть равна 2 мкФ, а резистор R6 иметь сопротивление 39 кОм. Подбирать точные значения сопротивлений резисторов R1-R4 и емкостей конденсаторов С1-С4 нет необходимости. Отклонения компенсируются при калибровке прибора. Для этого на вход поочередно подаются от генератора сигналы частотой 100, 1000 Гц, 10 и 100 кГц, а переменными резисторами R2-R5 стрелка прибора на каждом диапазоне устанавливается на крайнее деление шкалы.
В схеме можно применить микросхему К155АГ1 и диоды КД503А.
6.3. Частотомер с линейной шкалой [26]
Этот частотомер рассчитан на измерение частоты в четырех диапазонах: 0—100 Гц, 0–1 кГц, 0-10 кГц, 0-100 кГц по одной равномерной шкале. Минимальный уровень входного сигнала, при котором сохраняется работоспособность прибора, составляет 400 мВ. Принципиальная схема частотомера приведена на рис. 32.
Рис. 32. Принципиальная схема частотомера с линейной шкалой
Частотомер снабжен двумя входными клеммами: «Вход 1» предназначен для сигнала низкого уровня, а «Вход 2» — для сигнала высокого уровня. Входной сигнал поступает на вход двухкаскадного усилителя, собранного на транзисторах Т1 и Т2, включенных по схеме с общим эмиттером. Благодаря достаточно большому усилению сигнала в первом каскаде, второй каскад работает в ключевом режиме. Когда он заперт, происходит заряд одного из конденсаторов С6-С9 в зависимости от включенного переключателем В1 диапазона. Ток заряда протекает через микроамперметр, резистор R12, диод Д2, включенный конденсатор и резистор R8. Когда транзистор Т2 отпирается, происходит разряд заряженного конденсатора через диод Д1 и открытый транзистор. Далее цикл повторяется. Как видно, ток заряда в каждом цикле благодаря ключевому режиму транзистора Т2 не зависит от параметров входного сигнала, а определяется лишь емкостью включенного конденсатора и резисторами цепи заряда, сопротивления которых фиксированы и неизменны. Поэтому суммарный ток микроамперметра определяется произведением тока заряда одного цикла на число циклов в секунду (частоту). Таким образом, отклонение стрелки прямо пропорционально частоте сигнала.
Для калибровки шкалы переключателем В1 устанавливают предел измерения 100 Гц, а на вход подается сигнал частотой 50 Гц (от сети). Стрелку прибора устанавливают на деление «50» с помощью переменного резистора R13, Теперь, если В1 установить в положение «Контроль» и переменным резистором Rl 1 вновь установить стрелку на деление «50», в дальнейшем для калибровки не потребуется подача на вход устройства напряжения частотой 50 Гц.
В схеме можно применить транзисторы ГТ108Б и диоды Д9Б. Микроамперметр с током полного отклонения 100 мкА.
6.4. Простой частотомер на микросхеме
Борисов В., Партин А. [27]
Этот частотомер собран всего на одной микросхеме и имеет три диапазона измерений: от 20 до 200 Гц, от 200 до 2000 Гц и от 2 до 20 кГц. Принципиальная схема частотомера приведена на рис. 33.
Рис. 33. Принципиальная схема частотомера на микросхеме
На входе устройства включен комбинированный ограничитель сигнала: конденсатор С1 препятствует прохождению постоянной составляющей входного напряжения, а резистор R1 с диодами VD1, VD2 вырезает сигнал между уровнями 0 и +5 В. Сигнал такой формы подается на триггер Шмитта, образованный элементами микросхемы DD1.1 и DD1.2 с резистором R3. С выхода триггера (вывод 6) положительные импульсы подаются на буферный инвертор DD1.3, после которого включен формирователь нормированных импульсов.
Пока на входах DD1.3 длится уровень логического нуля, на его выходе уровень единицы и через резистор R4 заряжается один из конденсаторов С2-С4. Через некоторое время он зарядится до уровня логической единицы и такой же уровень окажется на выводе 13 DD1.4. Однако на выводе 12, который соединен с входами DD1.3, еще сохраняется уровень логического нуля. Поэтому на выводе 11 продолжает оставаться уровень логической единицы, и через прибор РА1 ток не течет. Далее на входах DD1.3 появляется уровень логической единицы, а на его выходе — уровень логического нуля. Теперь на обоих входах DD1.4 оказывается уровень логической единицы, на выходе уровень логического нуля и появляется ток микроамперметра. Одновременно заряженный конденсатор начинает разряжаться через резистор R4 на выходное сопротивление элемента DD1.3. Когда его потенциал окажется ниже порога, который соответствует уровню логической единицы, элемент DD1.4 вновь опрокинется, на его выходе вновь установится уровень логической единицы и ток через микроамперметр прекратится. Таким образом, амплитуда импульсов тока через микроамперметр равна разнице между логическими уровнями, а их длительность — временем разряда конденсатора от уровня логической единицы до порогового. Значит, эти импульсы нормированы и их параметры, кроме частоты, не зависят от исследуемого сигнала. Тогда ток через стрелочный прибор будет пропорционален частоте входного сигнала.
Приложение ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Никитин В.
В предыдущем сборнике уже были рассмотрены некоторые схемы, построенные на операционных усилителях. Здесь мы продолжим такое рассмотрение.
Стабилизаторы напряжения
Многие электронные устройства нуждаются в прецизионных значениях напряжений источников питания. Современные стабилитроны с температурной компенсацией обладают достаточно хорошей температурной стабильностью порядка 0,0005 %/°С. Однако с помощью стабилитрона удается получить очень небольшой ток нагрузки. Поэтому для использования стабильного напряжения стабилитрона и получения от источника напряжения повышенного тока, вместе со стабилитроном часто применяют операционный усилитель.
Стабилизаторы средней мощности
На рис. П1 показана схема прецизионного источника напряжения. В этой схеме неинвертирующий усилитель подключен непосредственно к стабилитрону, который служит источником опорного напряжения.
Рис. П1. Прецизионный стабилизатор напряжения
Сопротивлением резистора R1 определяется ток стабилитрона, и оно выбирается, исходя из паспортного значения его рабочего тока. От соотношения сопротивлений резисторов R2 и R3 зависит выходное напряжение схемы Uвых, так как потенциал точки их соединения должен быть равен опорному напряжению Uoп. Это связано с тем, что оба входа операционного усилителя должны находиться под одинаковым напряжением. Для определения выходного напряжения этой схемы найдем сначала согласно Закону Ома ток, текущий через резистор R3:
Этот же ток течет через резистор R2, так как входной ток операционного усилителя отсутствует. Тогда выходное напряжение схемы представляет собой падение напряжения на резисторах R2 и R3 и равняется произведению найденного тока на сумму сопротивлений этих резисторов.
Если резисторы R2 и R3 удалить, а инвертирующий вход операционного усилителя присоединить непосредственно к его выходу, выходное напряжение схемы окажется равным опорному напряжению. Схема легко может быть преобразована для получения источника отрицательною напряжения. Для этого необходимо подключить резистор R1 к источнику питания отрицательного напряжения и изменить на обратную полярность включения стабилитрона.
Зависимость выходного напряжения стабилизатора от сопротивлений резисторов, входящих в схему, позволяет создать стабилизаторы с регулируемым выходным напряжением. Одна из таких схем показана на рис. П2.
Рис. П2. Схема стабилизированного регулятора пониженного напряжения
Выходное напряжение этой схемы Uвых равно напряжению на инвертирующем входе, который соединен с выходом. Потенциал же инвертирующего входа равен потенциалу неинвертирующего входа. Отсюда выходное напряжение должно быть равно потенциалу движка переменного резистора R2. Это доказывается также тем, что операционный усилитель здесь включен по схеме повторителя напряжения. Если сопротивление нижней по схеме части резистора R2 обозначить RК, то выходное напряжение этой схемы составит
В связи с тем, что RК < R2, выходное напряжение Uвых оказывается меньше опорного Uoп. Резистор R3 предназначен для ограничения минимального значения выходного напряжения.
В стабилизированном регуляторе напряжения, собранном по схеме рис. ПЗ, выходное напряжение оказывается больше опорного.
Рис. ПЗ. Схема стабилизированного регулятора повышенного напряжения
В этой схеме на неинвертирующий вход подается опорное напряжение стабилитрона Uoп. Такое же напряжение должно поддерживаться операционным усилителем на инвертирующем входе. Но он подключен к делителю напряжения R2, R3.
Безусловно, потенциал движка резистора R2 меньше выходного напряжения, иначе говоря, выходное напряжение больше потенциала движка резистора R2, то есть выходное напряжение больше опорного. Если, как и раньше, нижнюю по схеме часть сопротивления переменного резистора R2 обозначить то выходное напряжение этой схемы составит
В связи с тем, что RК < R2, выходное напряжение Uвых оказывается больше опорного Uoп.
Стабилизаторы большой мощности
Если выходной ток операционного усилителя недостаточен для питания подключенной к стабилизатору нагрузки, достаточно добавить в схему дополнительный транзистор, как это показано на рис. П4.
Рис. П4. Схема стабилизатора повышенного напряжения увеличенной мощности
В этой схеме транзистор VT1 используется для усиления тока нагрузки в качестве эмиттерного повторителя, входящего в состав петли отрицательной обратной связи. Таким образом, напряжение обратной связи снимается не с выхода операционного усилителя, а из эмиттерной цепи усилительного транзистора. По этой причине независимо от падения напряжения на эмиттерном переходе транзистора выходное напряжение Uвых по-прежнему определяется формулой (ПЗ).
Такой же эмиттерный повторитель можно подключить к стабилизированному регулятору пониженного напряжения (см. рис. П2). Такая схема показана на рис. П5.
Рис. П5. Схема стабилизатора пониженного напряжения увеличенной мощности
И здесь, как и в схеме, показанной на рис. П2, выходное напряжение не зависит от падения напряжения на эмиттерном переходе, а определяется формулой (П2).
Если от стабилизированного регулятора напряжения необходимо получить еще больший ток, можно на выходе вместо одного транзистора установить два по схеме составного транзистора.
Генераторы
В рассмотренных выше схемах обратная связь подавалась с выхода операционного усилителя на его инвертирующий вход. При этом выходной сигнал подавался обратно на операционный усилитель таким образом, чтобы уменьшить уровень входного сигнала. Такая обратная связь называется инверсной или отрицательной. Если же изменить подключение обратной связи так, чтобы выход операционного усилителя был соединен с неинвертирующим входом, такая обратная связь будет стремиться увеличить входной сигнал и называется регенеративной или положительной обратной связью.
Положительная обратная связь обычно используется в различных генераторах.
Генераторы колебаний прямоугольной формы
На рис. П6 предлагается принципиальная схема генератора прямоугольных импульсов, собранная на операционном усилителе. Генератор работает как автоколебательный ключ, который поочередно переключает выход от одного уровня постоянного напряжения питания к другому, без применения какого-либо внешнего запускающего сигнала.
Рис. П6. Принципиальная схема простого генератора прямоугольных импульсов
В этой схеме, называемой также автоколебательным мультивибратором, в качестве переключающего устройства используется операционный усилитель, а положительная обратная связь осуществляется путем подачи выходного напряжения Uвых на неинвертирующий вход с помощью делителя R1, R2.
При сравнительно небольшой частоте повторения, не превышающей 100 кГц, фронты импульсов практически оказываются вертикальными, так как их длительность определяется скоростью нарастания операционного усилителя. На более высоких частотах форма фронтов становится заметно экспоненциальной, как показано сплошной линией на рис. П7.
Рис. П7. Эпюры напряжений в схеме генератора: на выходе (сплошная линия) и на конденсаторе (штриховая линия)
Период повторения Т выражается формулой
где RC — постоянная времени, равная в рассматриваемой схеме R3xC1.
Конденсатор С1 и резистор R3 образуют цепь задержки сигнала, поступающего с выхода ОУ на инвертирующий вход. Когда потенциал выхода оказывается равным +U, через резистор R3 начинает заряжаться конденсатор С1. Этот процесс длится до тех пор, пока потенциал инвертирующего входа не увеличится до потенциала неинвертирующего входа. В этот момент схема опрокидывается, и потенциал выхода становится равным — U. Начинается перезаряд конденсатора до нового уровня неинвертирующего входа, когда схема вновь опрокидывается. Напряжение на конденсаторе показано на рис. П7 штриховой линией.
Если абсолютные значения напряжений +U и — U равны, длительность положительной полуволны оказывается равна длительности отрицательной. Это связано с тем, что обе полуволны в этой схеме определяются одной и той же постоянной времени. Такая форма колебаний называется меандром.
Импульсы в форме меандра обладают скважностью, равной двум. Скважностью называется отношение периода повторения к длительности импульсов. Поэтому минимально возможное значение скважности равно двум. Обязательное условие опрокидывания схемы, что соответствует ее работе в качестве генератора, состоит в том, что общий коэффициент усиления по напряжению этой схемы должен превышать единицу.
Другим генератором прямоугольных колебаний является одновибратор или ждущий мультивибратор, использующий положительную обратную связь и имеющий только одно устойчивое состояние. Из этого состояния одновибратор выводится внешним запускающим импульсом и в течение некоторого заданного времени является возбужденным, после чего возвращается в устойчивое состояние. Основная схема одновибратора, использующего операционный усилитель, показана на рис. П8.
Рис. П8. Схема одновибратора на операционном усилителе
В этой схеме положительная обратная связь с выхода операционного усилителя на неинвертирующий вход подается через конденсатор С2, заряд и разряд которого задают параметры возбужденного состояния. Рассмотрим работу схемы по эпюрам рабочих напряжений, приведенным на рис. П9.
Рис. П9. Эпюры рабочих напряжений одновибратора
В связи с подачей на инвертирующий вход через резистор R1 отрицательного напряжения — Uоп, выходное напряжение Uвых в устойчивом состоянии положительно и равно напряжению питания +U. При подаче на вход схемы импульса запуска (осциллограмма 1) он дифференцируется элементами C1-R1 и положительным импульсом переднего фронта запуска (осциллограмма 2) операционный усилитель перебрасывается в другое состояние, в результате чего выходное напряжение скачком переходит на уровень — U (осциллограмма 4). Отрицательный перепад выходного напряжения через конденсатор С2 подается на неинвертирующий вход, поддерживая на выходе уровень — U. Начинается заряд конденсатора С2 через резистор R2. При этом ток заряда постепенно уменьшается и также уменьшается падение напряжения на резисторе R2 (осциллограмма 3). Выходное напряжение остается на уровне —U до тех пор, пока потенциал неинвертирующего входа не достигнет — Uоп. Тогда схема вернется в исходное устойчивое состояние до следующего запускающего импульса. Длительность генерируемого одновибратором импульса Т определяется выражением
Отсюда длительность импульса можно регулировать, либо изменяя постоянную времени RC, либо опорное напряжение. Диод VD1 уменьшает время восстановления схемы, когда она перебрасывается обратно в устойчивое состояние.
Генератор колебаний треугольной формы
Колебания треугольной формы можно получить интегрированием прямоугольных импульсов. Для этого к выходу генератора прямоугольных колебаний подключается интегратор. На выходе интегратора получается последовательность поочередно нарастающих и ниспадающих напряжений с таким же периодом повторения, что у входного прямоугольного сигнала. Принципиальная схема такого генератора приведена на рис. П10.
Рис. П10. Принципиальная схема генератора колебаний треугольной формы
В генераторе колебаний треугольной формы используются два операционных усилителя: триггер на микросхеме DA1 вырабатывает прямоугольные импульсы типа меандр, которые затем для получения колебаний треугольной формы интегрируются операционным усилителем DA2. Все устройство охвачено положительной обратной связью через резистор R2.
При положительном напряжении на выходе DA1, выходное напряжение интегратора Uвых нарастает. Когда оно достигает выходного напряжения DA1, триггер опрокидывается и на его выходе образуется отрицательное напряжение. Теперь выходное напряжение спадает. За счет интегрирования и большого коэффициента усиления операционного усилителя нарастание и спадание выходного напряжения происходят по линейному закону с периодом повторения:
Генераторы синусоидальных колебаний
Генераторы синусоидальных колебаний звуковой или радиочастоты широко используются в технике и в быту. Задающие генераторы связных, радиовещательных или телевизионных передатчиков, гетеродины радиовещательных или телевизионных приемников представляют собой генераторы синусоидальных колебаний радиочастоты. Различные электромузыкальные инструменты и звуковые сигнализаторы часто состоят или включают в себя генераторы синусоидальных колебаний звуковой частоты.
Любой генератор представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Существуют два необходимых условия, выполнение которых обеспечивает генерацию, — баланс амплитуд и баланс фаз.
Баланс амплитуд предусматривает, что коэффициент передачи замкнутой цепи Кβ, который равен произведению коэффициента усиления усилителя К на коэффициент передачи цепи обратной связи β, должен быть на рабочей частоте равен или больше единицы:
Баланс фаз требует, чтобы суммарный сдвиг фазы сигнала в усилителе и в цепи обратной связи на рабочей частоте был равен нулю или 2π.
Функции усилителя выполняют транзисторные схемы или операционный усилитель, как правило, не содержащие цепей, зависящих от частоты. Цепи же обратной связи весьма многочисленны и обладают частотной избирательностью. Это означает, что их коэффициент передачи зависит от частоты. Таким образом, именно цепь 3, а не усилитель определяет частоту генерируемых колебаний.
Для примера рассмотрим схему генератора, в котором в качестве цепи положительной обратной связи используется мост Вина, представленную на рис. П11.
Рис. П11. Схема генератора синусоидальных колебаний с мостом Вина
Мост Вина образован последовательным соединением резистора R5 с конденсатором С2 и параллельным соединением резистора R2 с конденсатором С1. Входом цепи положительной обратной связи является выход операционного усилителя, выходом цепи — неинвертирующий вход ОУ. Коэффициент передачи моста Вина β равен отношению выходного напряжения к входному. При изменении частоты β имеет максимум на частоте квазирезонанса f0:
В простейшем случае, при R2 = R5 = R и C1 = С2 = С, имеем
На частоте квазирезонанса коэффициент передачи β равен 1/3, а сдвиг фазы равен нулю. Поэтому благодаря применению неинвертирующего усилителя дополнительного сдвига фазы сигнала не требуется, а коэффициент усиления усилителя должен быть равен или больше трех.
Для поддержания стабильной амплитуды колебаний и отсутствия амплитудного ограничения, что приводит к нелинейным искажениям сигнала, необходимо создать некоторое уменьшение усиления с ростом уровня сигнала на выходе. Для этого применена цепь отрицательной обратной связи, содержащая резисторы R1, R3. R4 и лампочку накаливания EL1. Сопротивление лампочки зависит от протекающего тока и с его ростом увеличивается, что соответствует увеличению коэффициента передачи цепи отрицательной обратной связи и стабилизации амплитуды колебаний. Переменный резистор R4 служит для установки оптимальной глубины отрицательной обратной связи.
Схема генератора с мостом Вина очень удобна, если требуется генератор, частоту которого нужно изменять вручную в широких пределах. Для этого используют двухсекционный агрегат конденсаторов переменной емкости. Если применить такой агрегат с минимальной емкостью 10 пФ и максимальной 250 пФ, легко получить их отношение равное 10, подключив к С1 и С2 постоянные конденсаторы по 16 пФ. При этом максимальная частота окажется ровно в 10 раз больше минимальной. Для перекрытия всего диапазона звуковых частот понадобится три поддиапазона с коммутацией резисторов R2 и R5.
Еще один генератор синусоидального сигнала может быть собран на операционном усилителе с двойным Т-образным мостом, схема которого приведена на рис. П12.
Рис. П12. Схема генератора синусоидальных колебаний с двойным Т-образным мостом
В этой схеме двойной Т-образный мост образован резисторами R3-R5 и конденсаторами С1-С3. Отличие двойного Т-моста от моста Вина состоит в том, что на частоте квазирезонанса его сопротивление оказывается бесконечно велико, а коэффициент передачи β — равен нулю. Поэтому построение схемы генератора отличается тем, что двойной Т-образный мост включают в цепь отрицательной обратной связи. Именно на частоте квазирезонанса, когда отрицательная обратная связь отсутствует, создаются условия баланса амплитуд и происходит генерация, а сигналы других частот этой связью подавляются. Резисторы R1 и R2 образуют положительную обратную связь, не зависящую от частоты. Также на частоте квазирезонанса сдвиг фазы сигнала, проходящего через мост, равен нулю. Частота квазирезонанса определяется той же формулой (П7), что и для моста Вина. Однако для этого должны выполняться следующие условия:
Использовать генератор с двойным Т-образным мостом в таких схемах, где частота должна регулироваться вручную, затруднительно. Хотя имеются трехсекционные агрегаты конденсаторов переменной емкости, но у них все три секции имеют одинаковую емкость. Пригодны лишь агрегаты, содержащие четыре секции конденсаторов переменной емкости, при использовании которых две секции соединяют параллельно.
Но такие агрегаты встречаются крайне редко. Поэтому генератор с двойным Т-образным мостом допустимо использовать лишь в качестве источника фиксированной частоты, хотя по сравнению с генератором на мосте Вина он обладает следующими недостатками:
• эквивалентная добротность примерно в 1,3 раза меньше;
• уровень второй гармоники в 4 раза больше;
• повышенное количество навесных деталей.
В следующем выпуске нашего сборника будут рассмотрены активные частотные фильтры, собранные на операционных усилителях.
Литература
1. Андерсон И. Первый радиоприемник. // Радиолюбитель. — 1966. - № 6. — С. 10–11.
2. Андерсон И. Первый радиоприемник. // Радиолюбитель. — 1966. - № 7. — С. 10–11.
3. Поляков В. Громкоговорящий детекторный приемник. // Радио. — 2000. - № 7. — С. 22–23.
4. Борноволоков Э. Простейший миноискатель. // Радио. — 1968. - № 8. — С. 24–25.
5. Гордеев В. Транзисторный искатель. // Радио. — 1981. - № 4. — С. 54–55.
6. Борисов А. Искатель скрытой проводки. // Радио. — 1991. -*№ 8. — С. 77–78.
7. Простой металлоискатель. // Радио. — 1985. - № 2. — С. 61.
8. Электронный искатель. // Радио. — 1970. - № 2. — С. 59–60; Радио. — 1971. - № 9. — С. 62.
9. Высокочувствительный металлоискатель. // Радио. — 1971.-№ 10.-С. 59.
10. Найдите «мину». // Радио. — 1998. - № 7. — С. 33–34.
11. Иванов Б. Электронная «мина». // Радио. — 1986. - № 9. — С. 52.
12. Андрушкевич В. Игровой автомат «Ринт». // Радио. — 1992. - № 5. — С. 54–55.
13. Белоусов А. Игровой автомат. // Радио. — 1985. - № 5. — С. 49–50.
14. Табунщиков В. Зажигалка для газа. // Радиолюбитель. — 1993. - № 10. — С. 19.
15. Харьяков В. Электронная «спичка» для газовой плиты. // Радио. — 1994. - № 5. _ с. 32–33.
16. Вилков В. Зажигалка для газа. // Радиолюбитель. -1993. - № 1.-С. 26.
17. Фомин В. Электрозажигалка-пистолет. // Радио. -1992. - № 11.-С. 13.
18. Калентьев Ю. Зажигалка для газа из 10 деталей. // Радиолюбитель. — 1991. - № 2. — С. 15–16.
19. Иванов С. Прибор для проверки транзисторов. // Радио. — 1970. - № 3. — С. 44.
20. Пробник для транзисторов. // Радио. — 1979. - № 1. — С. 61.
21. Прибор для подбора пар транзисторов. // Радио. — 1973. - № 5. — С. 60.
22. Радушнов Ю. Простой испытатель транзисторов. // Радио. — 1984. - № 3. — С. 55.
23. Карпачев А. Прибор для проверки транзисторов. // Радио. — 1984. - № 7. — С. 37.
24. Неделькин В. Тиристорный частотомер. // Радио. — 1974. - № 2. — С. 28–29.
25. Простой частотомер. // Радио. — 1980. - № 5. — С. 61.
26. Частотомер с линейной шкалой. // Радио. — 1973. - № 1. — С. 63.
27. Борисов В., Партин А. Основы цифровой техники. // Радио. — 1985. - № 5. — С. 51–53.
Комментарии к книге «В помощь радиолюбителю. Выпуск 20», Валерий Александрович Никитин
Всего 0 комментариев