Генрих Кардашев - Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

• Название: Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником
• Автор: Генрих Кардашев
• Издательство: «Горячая линия-Телеком»
• Жанр: Радиотехника
• Год: 2007
• ISBN: 5-93517-327-1

Книга является практическим введением в изучение начал радиоэлектроники с помощью компьютера и самостоятельного технического творчества. В популярной форме рассказывается о радиоэлектронике, поясняется смысл используемых понятий и явлений, приводятся занимательные эпизоды из истории изобретений и открытий. Основу практической части составляют описания простейших и в тоже время интересных и полезных самоделок из электронных наборов Мастер КИТ. Даются подробные советы по их сборке, наладке и применению в быту. Параллельно принципы действия рассматриваемых устройств раскрываются путем моделирования их схем на компьютере в простой программе игрового типа — Electronics Workbench.

Для широкого круга читателей, которые хотели бы подружиться с радиоэлектроникой, сев за компьютер и взяв в руки паяльник.

---

а — внешний вид; б — УГО на принципиальных схемах при разной мощности; в — компонент EWB

При выборе резисторов в ответственных случаях учитывается до 15 различных параметров. Все зависит от конкретных целей.

Номинальное значение сопротивления резистора указывается производителем на корпусе изделия. Там же указывают и ряд других его характеристик. Для маркировки резисторов используют специальные кодировки: буквенно-цифровую, цифровую и цветовую.

При буквенно-цифровой кодировке указывают непосредственно значение сопротивления резистора, иногда ставят букву R, чтобы обозначить омы, или букву К, обозначающую килоомы. Здесь перечисленные буквы, поставленные за числом, являются его десятичными множителями (R = 1, К = 1000), а — перед или между числами, играют роль разделителя целой и дробной части. Например, 15R и 15К означают, что сопротивления этих резисторов равны 15 Ом и 15 кОм = 15 000 Ом соответственно, а для R15 и 1К5, аналогично 0,15 Ом и 1,5 кОм = 1500 Ом. Кроме этого, часто проставляют и допустимую мощность (см. рис. 2, б).

При чисто цифровой маркировке величина сопротивления резистора наносится тремя цифрами, из которых две первые показывают ее мантиссу, а третья служит показателем степени 10 для дополнительного множителя. Например, 150 означает 15 Ом, 151 это 150 Ом, 152 — 1500 Ом и т. д. Соответственно, на резисторе с сопротивлением 15 МОм увидим в этом коде: 156.

К цветовой кодировке прибегли в связи с миниатюризацией изделий. «Хотели как лучше, получилось как всегда». Вот резисторы с двумя видами цветовых колец-поясков: на одних их 4, на других — 5. Всего цветов 12, так что любимой присказки гимназистов про цвета в спектре радуги: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан» (или «Как однажды Жак-звонарь головой разбил фонарь») явно не хватает для запоминания. Эта известная последовательность цветов использована, но перед ней еще цвета: серебристый, золотистый, черный и коричневый, а после нее — серый и белый. Красиво, нет слов, но, поди теперь, ломай голову над этими знаками, напоминающими древние цивилизации (схожая кодировка, но не резисторов, обнаружена у племен майя). Кому охота, пусть лезет в справочник, а проще взять в руки омметр да и измерить. Правда, получим только номинал сопротивления, но этого часто хватает для работы. О многом другом говорит их вид и размер. Ну да ладно, странно только, что в наш интеллектуально-просвещенный век не взяли на вооружение, например, электронные системы обычного штрих-кодирования, применяемые в любом супермаркете, автомобилестроении или на фотокассетах. Как говорится: «Сапожник без сапог».

Помимо постоянных резисторов для регулировок и подстроек используют переменные (рис. 3), в которых имеется подвижный контакт, перемещаемый по дуге окружности или по отрезку прямой.

Рис. 3. Переменные резисторы:

а — внешний вид; б — УГО; в — компонент EWB

Могут встретиться три случая зависимости величины сопротивления от угла поворота: линейная (А), логарифмическая (Б) и антилогарифмическая (В). Указанные буквы входят в маркировку отечественных переменных резисторов наряду с другими параметрами.

При конкретном применении резисторов необходимо обратить внимание на то, что номинальное значение сопротивлений указывается с допуском, выраженным в % от номинала. Для особо точных (прецизионных) резисторов допуск составляет ±0,001, а наиболее грубых ±30.

Кроме того, следует помнить, что для резисторов, выполненных из материалов с электронной проводимостью, их сопротивление будет расти по мере нагрева. Иногда и это надо брать в расчет, поэтому производители указывают соответствующий тепловой коэффициент сопротивления изделий.

Электрофизические характеристики полупроводниковых материалов зависят от внешних условий, сильно изменяющих в основном концентрацию носителей тока (электронов и дырок). Этим и воспользовались, создав специальные полупроводниковые резисторы.

Терморезисторы, называемые также термисторами, значительно уменьшают (в отличие от проводников) свое сопротивление с ростом температуры.

Варисторы также уменьшают свое сопротивление, но под действием приложенного напряжения.

Тензорезисторы изменяются в зависимости от механической деформации.

Магниторезисторы изменяют свое сопротивление под действием магнитного поля.

Это, конечно, все же «редкие птицы» среди большого семейства резисторов, но в нужном случае они могут быть очень полезны: «Хороша ложка к обеду», а здесь для каждого возможного блюда, случая припасена специальная «ложка» или «ложечка».

Конденсаторы

Слово «конденсатор» происходит от латинского condensare, означающего сгущать, уплотнять. История изобретения конденсаторов весьма поучительна и позволяет глубже понять физическую сущность, а, следовательно, и применимость на практике этого компонента электронных устройств.

Из родословной конденсатора

Не вдаваясь особо в туманную, как всегда, историю изобретения конденсаторов, укажем лишь, что рождение произошло в середине XVIII в.

Соборный декан в Померании фон Клейст, держа в одной руке медицинскую склянку с небольшим количеством ртути или винного спирта, вставил в нее гвоздь и наэлектризовывал его свободный конец. Прикосновение к гвоздю вызывало искры и сильные электрические удары. Это устройство назвали бутылкой Клейста.

Голландский физик Мушенбрек из г. Лейден провел аналогичные опыты со стеклянной банкой, заполненной водой и опять-таки гвоздем, один из концов которого был погружен в нее. Удар, полученный им в одном из опытов, он не соглашался повторить даже «ради короны Франции». Это устройство назвали лейденской банкой.

Аббат Нолле, ставший «придворным электриком», в обязанности которого входила организация увеселений двора Людовика XV с помощью электричества, в присутствии короля повторил опыт Мушенброка, но не на себе. Он образовал цепь из 180 гвардейцев, взявшихся за руки, причем первый держал заряженную банку в руке, а последний, замыкая цепь солдат, касался торчащей из нее проволоки, извлекая искру. Реакция бравых гвардейцев была весьма сильной. От этой цепи солдат произошел термин «электрическая цепь». Хорошо, что энергии, накопленной в банке, было не достаточно для печальных последствий. Однако ее хватало, чтобы убить воробья, что впервые и осуществил этот «аббат». Поэтому его смело можно назвать первым в ряду изобретателей «электрического стула» и электрошоковых устройств.

Не трудно видеть, что первые изобретатели исходили из понятий «электрической жидкости», которую привычно разливали по разным сосудам…

Более детальные и продуктивные опыты провел Франклин, исследовавший роль диэлектрика (стекло), разделяющего обкладки: рука-гвоздь в лейденской банке. Вылив воду из заряженного конденсатора, он залил его новой водой и обнаружил, что он опять заряжен. Отсюда он сделал вывод о том, что заряды противоположных знаков «сидят» на двух поверхностях стекла. Ошибка Франклина была обнаружена только в 1922 г. Адденбруком. В специальном разборном конденсаторе он заменил стекло парафином и показал роль адсорбированной пленки воды в опыте Франклина.

Эта ошибка нисколько не умаляет многих других заслуг этого ученого и политического деятеля, и его следы мы видим не только на стодолларовой купюре: знаки «+» и «-» для разноименных электрических зарядов ввел именно Франклин. Однако и он не избежал проведения опытов над животными: «Самым крупным существом, которое нам удалось умертвить электрическим ударом, был довольно крупный цыпленок», — пишет Франклин в своих сочинениях.

Возвращаясь на научную стезю, особо следует отметить работы Фарадея по исследованиям различных диэлектриков, используемых в конденсаторах. Вообще Фарадей сделал много разных замечательных открытий, но вошел в парад знаменитых ученых, именами которых были названы единицы измерения, благодаря исследованиям диэлектриков. Да и сам этот термин ввел в физику Фарадей. Он смастерил специальный сферический конденсатор — два металлических шара — один внутри другого. Это — обкладки, а пространство между ними заполнял различными веществами и проводил измерения электрической емкости конденсатора. Не случайно поэтому, единице электрической емкости дано наименование «фарад».

Плоский конденсатор мы обнаруживаем в электрометре Вольта: его верхний ввод был выполнен из двух горизонтальных пластин, изолированных друг от друга лаком.

Блочно-пакетная конструкция конденсаторов в виде стопки чередующихся полосок металлической фольги, разделенных изоляционными слоями, была предложена русским электротехником П. Н. Яблочковым во второй половине XIX в. Им же были предвосхищены так называемые «электролитические конденсаторы».