ВОСПОМИНАНИЕ № 10. ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК. 33 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 33 из 35Следующая ⇒

Катушки могут быть намотаны на других каркасах и другим проводом. При изготовлении катушек главное – сделать одинаковыми L₁ и L₂ , обеспечить достаточно сильную связь между L₂ и L₃ , а также предусмотреть возможность подгонки частоты с помощью сердечников. Такая подгонка необходима для того, чтобы установить минимально возможную разностную частоту при наибольшем приближении руки к штырю. При удалении руки на большое расстояние разностная частота должна быть настолько большой, чтобы ее совсем не было слышно. Если нет возможности изготовить катушки с сердечниками, то для подгонки частоты генераторов можно подключить параллельно С₃ и С₈ подстроечные конденсаторы. В качестве штыря удобно использовать телескопическую антенну.

Низкочастотный сигнал с выхода терменвокса можно подать на любой усилитель НЧ и, в частности, на вход «звукосниматель» любого приемника.

Налаживание терменвокса нужно начинать с проверки генераторов. Прежде всего следует убедиться, что генераторы дают незатухающие колебания. А для этого нужно включить вольтметр постоянного напряжения параллельно конденсатору С₁ (а затем С₆ ) и периодически замыкать контур накоротко. Если генерация была, то при замыкании контура она прекратится и постоянное напряжение на коллекторе (а именно его, по сути дела, измеряет вольтметр) несколько понизится.

Если окажется, что генератор не работает, то можно предположить, что не выполняется условие связи, так как условие фаз в трехточечных схемах при правильной их сборке выполняется всегда. Чтобы повысить напряжение положительной обратной связи, нужно увеличить емкостное сопротивление той части емкостного делителя, с которой это напряжение снимается. Практически нужно несколько уменьшить емкость конденсатора С₅ (или С₁₀ ), имея, конечно, в виду, что подобная мера приведет к некоторому увеличению генерируемой частоты. Усилить обратную связь можно и иначе – уменьшая емкостное сопротивление верхней части делителя, то есть увеличивая емкость С₁₄ (С₉ ).

Если оба генератора работают, то дальнейшая накладка сводится к подгонке частот f₁ и f₂ , и в случае необходимости к подбору режимов усилителя ВЧ и детектора.

На том же принципе, что и «музыкальный супер» – терменвокс, – может работать другой распространенный прибор – металлоискатель (рис. 120). Контурная катушка одного из его генераторов выполняется в виде большой многовитковой «рамки» или «кольца». Если вблизи этой катушки оказывается стальной предмет, то ее индуктивность изменяется и одновременно, так же как в терменвоксе, изменяется разностная частота на выходе преобразователя. По этому изменению частоты и можно судить о приближении «рамки» к стальному предмету.

Подобные, по сути дела, очень простые приборы во время войны широко использовались в нашей армии в качестве миноискателей и спасли многие тысячи человеческих жизней.

Металлоискатель можно смело отнести к тому классу электронной аппаратуры, который принято называть «электроникой в народном хозяйстве». С несколькими другими представителями работающей деловой электроники мы познакомимся в следующем разделе.

КЛЮЧИ К АВТОМАТИКЕ

О том, что электронные приборы могут выполнять многие сложные операции, которые всегда считались монополией человека, сейчас уже знают все. Значительно меньше людей знает, как именно это делается.

Сейчас мы познакомимся с несколькими транзисторными схемами, которые могут наметить для вас путь в тайны электронной автоматики. Это схемы для выполнения простейших логических операций «и », «или », «не » и схема для выполнения одной из арифметических операций – деления на два. Чтобы вам было интереснее знакомиться с этими схемами, мы в итоге применим их в весьма полезном электронном приборе – в переключателе елочных гирлянд. Это будет «умный» переключатель, умеющий логически «рассуждать» и «знающий» арифметику.

Когда вы нажимаете кнопку лифта, то наверняка не думаете о том, что и лифт, прежде чем сдвинуться с места, обязательно должен немного «порассуждать».

«Я могу разрешить движение, – как бы говорит один из автоматов лифта, – если закрыта дверь шахты, если закрыта дверь кабины, если пассажир весит не менее, двадцати пяти килограммов и с достаточной силой давит на пол, – маленьким детям одним в лифте ездить не разрешается. Но, конечно, перегружать лифт тоже нельзя: в случае перегрузки я не разрешу включить мотор, и никакие просьбы, никакое хлопанье дверью не поможет. Если все эти мои требования выполнены, то я дам разрешение на подъем, но только после того, как будет нажата одна из кнопок: если пассажир не нажал кнопку, то он еще не решил, куда ему ехать и ехать ли вообще. Мне безразлично, какая именно кнопка будет нажата, – пусть об этом думает другой автомат, которому поручено доставлять пассажиров на нужный им этаж. Мое же дело – безопасность, и, пока я не удостоверюсь, что все в порядке, лифт с места не сдвинется»,

В правой части рис. 121 приведена упрощенная схема блока безопасности, которая, по сути дела, производит подобные «рассуждения».

Рис. 121. Логические элементы «и », «или », «не » широко используются в автоматике.

Через этот блок подается питание на двигатель лифта. Первые три верхних (по схеме) выключателя выполняют операцию «и » – цепь будет замкнута только в том случае, если замкнут и первый, и второй, и третий выключатель. Если хотя бы один из них разомкнут, то включение двух других не имеет смысла.

Следующая группа выключателей, связанная с кнопками этажей, тоже участвует в операции «и », но внутри этой группы выполняется операция «или »: цепь будет замкнута, если замкнут или первый, или второй, или третий выключатель этой группы, то есть независимо от того, на какой этаж осуществляется подъем.

Наконец, последний выключатель, предохраняющий двигатель от перегрузки, выполняет операцию «не ». По сравнению со всеми остальными выключателями он «действует наоборот».

Если все выключатели для нормальной работы должны быть замкнутыми, то выключатель, выполняющий операцию «не », должен быть разомкнутым. В противном случае он просто замкнет двигатель накоротко, и тот, конечно, работать не будет (что касается автоматики лифта, то это не реальный, надуманный пример, нужный лишь для того, чтобы пояснить работу схемы «не »).

Знакомство со схемой блокировки лифта у некоторых из вас наверняка вызовет недовольство. Стоит ли такие простые схемы и такие простые операции связывать со столь сложным и высоким понятием, как «логические рассуждения»?

Начав подробно разбираться в этом вопросе, мы автоматически включились бы в философскую дискуссию о возможностях мозга и машины, в дискуссию, которая не затихает вот уже лет двадцать. Конечно, было бы интересно поспорить на эту тему, но мы не можем позволить себе подобную роскошь.

Философская дискуссия может отвлечь нас от намеченной цели – от создания переключателя елочных гирлянд. Поэтому вместо подробного общего ответа на поставленный вопрос мы сделаем лишь два коротких конкретных замечания.

Утром, перед тем как уйти в школу, вы также наверняка проделываете логические операции «блокировки». Вы отправляетесь в путь лишь в том случае, если надеты и рубашка, и брюки, и туфли, и носки (как правило, безразлично, какие у вас носки: или синие, или черные, или коричневые), если вложены в портфель и книги, и тетради, и карандаши. Вы уйдете в школу лишь в том случае, если свет не горит, газ не включен и дело происходит не в воскресенье. Как видите, ваши логические рассуждения в этом случае очень напоминают те «рассуждения», которые выполняет блок безопасности рядового лифта. Так почему же в одном случае слово «рассуждения» принято писать в кавычках, а в другом случае – без них?

И второе замечание: элементы «и », «или » и «н е» в нашем примере выполняли довольно простую совместную операцию потому, что они входили в довольно простую схему. В сложных схемах такие элементы могут проводить длинные и очень запутанные логические «рассуждения», выполняя для принятия окончательного решения многие тысячи взаимосвязанных логических операций. Даже ненамного усложнив схему блокировки лифта, ненамного увеличив число логических элементов, можно построить такой, например, автомат, который будет играть в известную игру «крестики и нолики». И при этом никогда не будет проигрывать.

Логические элементы могут быть основаны на самых разных физических процессах. Это могут быть и гидравлические системы – трубы с заслонками, и уже знакомые нам выключатели и схемы, состоящие из реле, диодов или транзисторов (рис. 121).

Чтобы получить транзисторную схему «или », нужно запереть транзистор сравнительно небольшим напряжением, чтобы любой попадающий на его вход импульс отпирал триод. Если при этом подавать импульсы от двух источников, то такая схема выполнит с этими импульсами операцию «или ». На выходе транзистора – на эмиттерной нагрузке R_н – будет появляться выходной сигнал или под действием входного сигнала U_вх‑1 или под действием входного сигнала U_вх‑2 .

Для получения схемы «и » нужно подать на базу такое запирающее смещение, чтобы один импульс не мог открыть транзистор и чтобы для его отпирания понадобилось совместное действие и напряжения U_вх‑1 , и напряжения U_вх‑2 . Наконец, схему «не » можно получить, если включить нагрузку не в эмиттерную цепь, как в двух предыдущих схемах, а в коллекторную. При этом увеличение «минуса» на базе будет приводить к уменьшению «минуса» на коллекторе. То есть, по сути дела, схема в ответ на импульс напряжения будет реагировать понижением напряжения.

Одна из самых важных схем электронной автоматики – это так называемый триггер (рис. 122), который осуществляет деление на два.

Рис. 122. Триггер, переходя из одного устойчивого состояния в другое, может выполнять операцию «деление на два».

Триггер широко используется в вычислительных машинах, и различные сочетания триггеров позволяют производить самые различные математические операции, такие, как сложение, умножение, возведение в степень, извлечение корня, логарифмирование и др.

По своей схеме триггер очень напоминает мультивибратор: в нем также работают два транзистора и коллектор одного из них связан с базой другого. Главное отличие триггера лишь в том, что в нем не происходит «самовольного» переключения транзисторов, и если уж один из транзисторов заперт, а другой открыт, то никакие внутренние силы не могут вывести триггер из этого устойчивого состояния. Для того чтобы триггер переключился, нужно подать на его вход откуда‑нибудь «со стороны» отпирающий импульс.

Каждый отпирающий импульс переводит триггер из одного устойчивого состояния в другое. Если, например, до появления отпирающего импульса триод Т₁ был закрыт, а триод Т₂ открыт, то под действием внешнего импульса картина переменится на обратную – открытым окажется Т₁ , а закрытым Т₂ .

Под действием следующего импульса триггер опять «перебросится» в первоначальное состояние, и транзистор Т₂ опять окажется открытым, а Т₁ закрытым и т. д. Триггер может находиться в устойчивом состоянии сколь угодно долго, потому что, коллекторы и базы транзисторов связаны не только по переменному току через емкость, как в мультивибраторе, но еще и по постоянному току через резисторы. Если один из триггеров окажется открытым, то «минус» на его коллекторе почти исчезнет (из‑за падения напряжения на нагрузке). При этом исчезнет и постоянное отпирающее смещение на втором транзисторе, и он запрется (постоянным напряжением, которое открытый транзистор создает на общем резисторе R_э ) и будет находиться в таком запертом состоянии до тех пор, пока не пройдет следующий внешний отпирающий импульс. На первый транзистор отпирающий импульс не повлияет – тот уже и без импульса открыт. А вот второй транзистор, который был закрыт, под действием отпирающего импульса откроется. Как только второй транзистор откроется, то «минус» на его базе исчезнет и одновременно исчезнет «минус» на базе первого транзистора. Теперь уже он окажется закрытым и будет дожидаться очередного отпирающего импульса.

Из этого краткого описания можно сделать такой вывод: триггер делит на два частоту поступающих на его вход отпирающих импульсов. То есть один из транзисторов триггера будет открываться только от четных импульсов, второй – только от нечетных. Если, например, на вход триггера поступает двадцать импульсов в. секунду, то на каждом из двух выходов триггера будут появляться чередующиеся импульсы с половинной частотой – десять импульсов в секунду. Ну, а если эти импульсы подать еще на один триггер, то мы получим деление на четыре: первый триггер разделит частоту входных импульсов на два, второй еще на два, а дважды два, как известно, четыре. С помощью цепочки триггеров можно осуществить деление на 8, 16, 32, 64 и т. д.

На рис. 123 приведена схема переключателя елочных гирлянд, который поочередно включает четыре группы лампочек, причем две из них «мигают» в два раза реже, чем две другие.

Рис. 123. Переключатель гирлянд с триггерами.

Основа переключателя, – тактовый генератор отпирающих импульсов. За ним следуют два триггера, один из которых делит частоту тактового генератора на два, а второй – еще на два. Каждый из транзисторов обоих триггеров управляет работой другого, мощного транзистора – своего рода транзисторного реле, которое и включает свою гирлянду.

Гирлянда лампочек является нагрузкой мощного транзистора. Когда транзистор открыт, то сопротивление его коллекторной цепи очень мало, все питающее напряжение, по сути дела, приложено к гирлянде, и лампочки горят. Когда же мощный транзистор заперт, то напряжение на нагрузке (на гирлянде) равно нулю, и лампочки не горят.

Роль тактового генератора выполняет уже знакомый нам мультивибратор (T₂T₃ ). Элементы его схемы подобраны так, что тактовая частота составляет примерно один герц. То есть отпирающий импульс появляется примерно раз в секунду. С тактового генератора сигнал подается на так называемую дифференцирующую цепочку R₈C₅ . Она превращает прямоугольный импульс в два остроконечных импульса, так как ток в цепи конденсатора, а значит, и напряжение на R₈ появляется только во время изменения напряжения, проводимого к этой цепочке (рис. 25). Поэтому остроконечные импульсы на выходе дифференцирующей цепочки будут созданы только передним и задним фронтом прямоугольного импульса, который идет с мультивибратора.

Отрицательный остроконечный импульс отпирает триод усилителя (T₄ ), и после усиления сигнал подается на вход первого триггера (T₅T₆ ).

С коллекторной нагрузки каждого из транзисторов триггера постоянное напряжение подается на базу транзисторного реле (T₉T₁₀ ), в котором работает мощный триод, например, П201. На эмиттер этого мощного триода всегда подается отрицательное (относительно общего провода) напряжение с делителя R₁R₂ . Это напряжение приложено «плюсом» к базе и поэтому запирает мощный транзистор. Необходимо сравнительно большое отрицательное напряжение, чтобы его отпереть, и именно такое отпирающее напряжение поступает с триггера. Когда какой‑нибудь транзистор триггера закрыт, то на его коллекторе оказывается сравнительно большой «минус» – почти полное питающее напряжение, которое и отпирает мощный триод. Поскольку «минусы» на коллекторах появляются поочередно и держатся довольно долго – около одной секунды, – то и мощный транзистор оказывается открытым целую секунду в ожидании следующей «переброски» триггера.

Аналогично действует и следующий триггер, но он уже включает свои транзисторы‑реле в два раза реже, и они остаются включенными по две секунды.

В коллекторную цепь мощных транзисторов включены гирлянды лампочек, которые зажигаются только при отпирании транзисторов (рис. 52). Таким образом, эти гирлянды мигают с частотой переключения триггеров.

Чтобы система работала устойчиво, питание на тактовый генератор импульсов и на триггеры подается с простейшего стабилизатора напряжения, в котором используются один транзистор Т₁ и стабилитрон Д₆ . Это кремниевый диод, специально устроенный так, что он работает в области электрического пробоя (рис. 19), сопротивление которого поэтому, сильно меняется при изменении приложенного напряжения. Причем сопротивление это меняется таким образом, что напряжение на диоде остается почти неизменным. В данном случае это напряжение управляет триодом (Т₁ ), и ток через него остается неизменным при изменениях подводимого напряжения, потому что коллекторный ток практически зависит только от управляющего напряжения (рис. 57), а оно стабилизировано.

Питающее напряжение около 8 в для управляющей части (тактовый генератор, усилитель импульсов, триггеры) получают от мостикового выпрямителя, к которому подводится переменное напряжение 6,3 в. Потребление тока в этом блоке невелико, и обмотка II силового трансформатора Тр₁ может быть намотана сравнительно тонким проводом 0,3–0,5 мм².

Напряжение на исполнительную часть (мощные транзисторы) подается с отдельного выпрямителя, который не должен давать более 20 в, то есть подводимое к выпрямителю эффективное переменное напряжение не должно быть больше 14 в. Ограничение связано с тем, что сам транзистор П201 не допускает большего напряжения между коллектором и эмиттером (см. таблицу 10). Можно, конечно, применить транзисторы с более высоким допустимым коллекторным напряжением (например, П214, допускающие напряжение на коллекторе до 65 в) и тем самым повысить напряжение, подводимое к исполнительному блоку. А это, в свою очередь, позволит включать в каждую гирлянду большее число последовательно соединенных лампочек.

Вообще число лампочек подбирается таким образом, чтобы полностью использовать подводимое напряжение. В данном случае, когда это напряжение составляет 20 в, в каждую гирлянду нужно включить четыре лампочки на 6,3 в, или шесть лампочек на 3,5 в, или, наконец, восемь лампочек на 2,5 в.

Без дополнительного теплоотвода для транзистора П201 допустимый ток коллектора составляет 1,5 а. Это позволяет в коллекторную цепь каждого триода включить параллельно несколько групп последовательно соединенных лампочек. Так, например, если применены лампочки, потребляющие ток 0,3 а, то можно соединить параллельно пять групп таких лампочек (для спокойствия лучше четыре) или десять групп (лучше восемь) лампочек, потребляющих ток 0,15 а. Уменьшить число параллельных групп можно как угодно, так как транзистору от этого только легче.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 123; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 26 27 28 29 30 31 323334 35 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!