Генрих Кардашев - Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником
Рис. 63. Печатная плата А401 после впайки резисторов R2, R5, R6, R7, диода VD2, конденсатора С1, транзисторов VT1 и VT2, светодиода VD1 фотодиода VD3
Остается вставить в соответствующие посадочные гнезда выводы «подстроечного» резистора R1 и подпаять их с обратной стороны платы (рис. 64).
Рис. 64. Печатная плата А401 после впайки резисторов R2, R5, R6, R7, диода VD2, конденсатора С1, транзисторов VT1 и VT2, светодиода VD1 и фотодиода VD3, резистора R1
Питание к устройству подводится через специальную колодку-разъем, имеющий два контактных гнезда под 9-вольтовую батарею (рис. 65).
Рис. 65. Окончательный вид «Инфракрасного детектора» Мастер КИТ NM4015
При отсутствии комплекта колодки с проводами его можно изготовить самостоятельно. Для этого надо извлечь из старой аналогичной батареи колодку и далее принять во внимание следующее.
На батарее разрезному пружинному контакту соответствует «минус», а цельному цилиндру — «плюс». Поскольку ответная колодка на приборе имеет такую же пару контактов, то их полярность противоположна описанной, так как сплошной контакт одной колодки должен входить в разрезной контакт на другой. Поэтому один конец красного («плюсового») многожильного провода подпаиваем к выводу 5 на печатной плате, а другой его конец к разрезному контакту на колодке. Соответственно один конец черного («земляного») многожильного провода подпаиваем к выводу 8 на печатной плате, а другой его конец к сплошному контакту на колодке. Теперь если подключить батарею, то можно опробовать устройство в работе, но вначале не мешает еще раз проверить: все ли находится на своих местах, и не произошло ли где-нибудь «непропая» или, наоборот, замыкания между дорожками или выводами.
После включения батареи проверяем работу с помощью настольной лампы, а затем ПДУ. Чувствительность детектора можно подрегулировать, вращая шлицом отвертки винт в резисторе R1 (не переусердствуйте при этом — ход винта ограничен).
Данное устройство впоследствии можно доукомплектовать исполнительным реле для выполнения других функций и в зависимости от назначения разместить в определенном пластмассовом корпусе.
На этом заканчивается подготовительная часть, более подробные сведения по всем затронутым вопросам можно почерпнуть из литературы, список которой приведен в конце книги. Дальше следует описание различных самоделок: интересных, поучительных и полезных, на многие случаи жизни. Так что не сходим с дистанции — до финиша еще ой, как далеко! Все еще только начинается…
2.2. С чего начинается радио
От маятника к контуру
Вначале были колебания…
В «Исторических повествованиях о жизни синьора Галилея, члена Академии деи Линчеи, благородного флорентийца», написанных его учеником, рассказывается о том, как Галилей изучал колебания, наблюдая за раскачиванием тяжелой лампады на подвесе в Пизанском соборе. Временные интервалы Галилей измерял по биению собственного пульса. На этой основе он изобрел хронометр, но сделать его не успел. Эти работы продолжил Христиан Гюйгенс, который провел подробные математические исследования и вывел формулу маятника, вошедшую во все учебники физики. Подобные колебания совершает и масса на упругом подвесе — так называемый «пружинный маятник». В нем кинетическая энергия движущейся массы и потенциальная энергия упругой пружины обмениваются между собой по колебательному закону. Есть много других, похожих случаев, но все это механические колебания.
Колебания в электрических цепях были исследованы позже. В цепях постоянного тока, которыми занимался Г. Ом (см. выше), колебания возникнуть не могли.
Поэтому перенесемся на берега туманного Альбиона в иную лабораторию: к Майклу Фарадею. Здесь весной 1837 г. Чарльз Уитстон — изобретатель «мостовой схемы» — пытался получить искру от термопары. Один спай термопары находился в раскаленной до красна печке, а другой — внутри куска льда. Уитстон безуспешно соединял и разъединял два отходящих провода — искры не было.
Тогда Майкл Фарадей, заявив, что Уитстон все делает не так, провел эксперименты по-своему. Но и ему не повезло — искры по-прежнему не было. И тогда-то третий ученый — американец, приехавший в Англию, взялся довести эксперимент до победного конца. Он быстро намотал провод плотной спиралью на палец, снял спираль с пальца и внутрь ее вставил железный стержень. Благо этого добра в лаборатории Фарадея было предостаточно. Затем он соединил эту спираль с одним из проводов, отходящих от термопары, и заявил, что как только уважаемым коллегам будет угодно, он получит желанную искру. И действительно, все отчетливо увидели искру. Фарадей восхищенно зааплодировал и воскликнул: «Ура, эксперименту янки! Но что же вы такое сделали?»». И Джозефу Генри, а это был именно он, пришлось объяснять самоиндукцию ученому, который всему миру уже был известен как человек, который открыл электромагнитную индукцию.
Катушка индуктивности может сосредотачивать в себе магнитную энергию, а конденсатор — электрическую. Если их соединить между собой, то они могут обмениваться энергией благодаря ее взаимным превращениям, и возможны электромагнитные колебания, аналогичные механическим. Теперь-то до электромагнитных колебаний всего один шаг. Сделаем еще один экскурс в историю.
Уильям Томсон, более известный как знаменитый лорд Кельвин, по введенной им абсолютной шкале температур, в 1853 г. опубликовал работу «О преходящих электрических токах». В этой работе математически исследовалась зависимость разряда заряженного металлического шарика через тонкую проволочку на землю. Томсон рассматривает апериодические (т. е. непериодические) колебания в этой цепи в зависимости от ее параметров: емкости С, индуктивности L и активного сопротивления R. Идеальный случай (когда активное сопротивление R = 0) он не рассматривает, но именно этот случай дает знаменитую формулу для периода свободных колебаний, названную позже формулой Томсона:
«Томсоновским» назвали, также простейший LC-контур, хотя на самом-то деле у него он был всего лишь шариком с проволочкой.
Частота электромагнитных колебаний f и колебаний, распространяющихся в пространстве — электромагнитных волн обратно пропорциональна их периоду
Если принять скорость распространения радиоволн в свободном пространстве равной скорости света с = 3·108 м/с, то не трудно пересчитать частоту f в длину волны λ = c/f, или наоборот,
При проведении этих расчетов надо внимательно следить за применяемыми единицами измерений. Помимо «обычной» частоты, измеряемой в герцах (Гц, Hz), используется также и круговая или циклическая частота
Попробуем дать примерные оценки того, на какую частоту был настроен колебательный контур Томсона в его исторических опытах. Для этого примем, что шар-конденсатор имел диаметр 10 см, а провод имел длину 1 м (сопротивлением пренебрежем). Так вот, в XIX веке единицам измерений еще не давали имен ученых, и в области электростатики была система единиц, по которой емкость измерялась в сантиметрах. Соответственно, в области магнетизма была система единиц, по которой индуктивность также измерялась в сантиметрах. Поэтому в отсутствие диэлектриков и намагничивающихся тел оценки этих параметров можно проводить непосредственно по их геометрическим размерам.
При пересчете на современные единицы 1 сантиметр емкости примерно равен 1 пикофараде, а 1 сантиметр индуктивности 1 наногенри. Таким образом, в приводимом примере L ~= 100 см = 100 нГн = 10-7 Гн; С ~= 10 см = 10 пФ = 10-11 Ф. Отсюда, по формуле Томсона, период ~= 2·10 -8 с и частота, как обратная величина, составит 5·10-7 Гц = 50 МГц. Значит, если бы во времена Томсона-Кельвина существовало бы радиовещание, то Лорд, став радиолюбителем и используя свой контур в соответствующем радиоприемнике, мог бы наслаждаться приемом станций УКВ диапазона.
Моделирование колебательных контуров
В компьютерной программе EWB открываем панель Basic (основные компоненты) и выводим на рабочее поле элементы: индуктивный L1 и емкостной С1. Соединив эти элементы последовательно, образуем последовательный колебательный контур. Возбуждение колебаний в контуре будем проводить от генератора синусоидальных колебаний.
