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.

---

Различают осциллографические трубки, используемые для регистрации быстропротекающих электрических процессов, индикаторные — для радиолокации, а также телевизионные кинескопы и передающие трубки, и дисплеи мониторов персональных компьютеров.

В осциллографических трубках для получения изображения к горизонтально отклоняющим пластинам подводится пилообразно изменяющееся напряжение — напряжение развертки, а к вертикально отклоняющим — напряжение исследуемого сигнала (прошедшего через канал усиления).

В зависимости от скорости развертки по горизонтали (измеряемой временем на одно деление шкалы), характеристики сигнала, усилителя и чувствительности отклоняющей системы на экране возникает та или иная картина. В приборах, использующих эти трубки — электронно-лучевых осциллографах (осциллоскопах) — имеются соответствующие регулировки. Для одновременного наблюдения на экране различных сигналов используют многолучевые трубки.

Кинескоп — приемная ЭЛТ, был изобретен в США в 1929 г. В. К. Зворыкиным, эмигрировавшим после революции из России ученым. Он же и там же, в 1932 г., изобрел и первую передающую телевизионную трубку иконоскоп (от греч. eikón — изображение и sкорéо — смотрю, рассматриваю). «Как хорошо, что Зворыкин уехал, и телевиденье там изобрел…», — пел по этому поводу Б. Окуджава.

В кинескопе для получения телевизионного изображения используется растровая развертка, при которой луч прочерчивает горизонтальные строки (строчная развертка) с одновременным их смещением по вертикали (кадровая развертка). Яркость свечения автоматически управляется телевизионным сигналом, подаваемым на катод (модулятор) после его обработки в телевизионном приемнике.

Для получения цветного изображения используют принцип пропорционального смешения цветов. Кинескоп выполняют с трехкомпонентным люминофором (дающим красное, зеленое и синее свечение каждый) и устанавливают три автономно управляемых прожектора. Перед люминофором с внутренней стороны располагают также специальную сетчатую (щелевую) цветоразделительную (теневую) маску, обеспечивающую попадание лучей на соответствующие сегменты люминофора (см. рис. 11, а).

Дисплеи мониторов ПК часто являются усовершенствованными кинескопами. (При появлении ПК умельцы приспосабливали телевизионные приемники для вывода видеоинформации из компьютера.) В зависимости от типа монитора используют монохромные (черно-белые, черно-зеленые и черно-желтые) дисплеи или цветные дисплеи.

Основным параметром дисплея является размер его экрана по диагонали и размер зерна-триады люминофора, выбираемый шагом отверстий матрицы теневой маски. Существуют мониторы с диагональю от 14 до 21 дюйма и зернистостью от 0,42 до 0,26 мм и тоньше. В прямой зависимости от указанных величин находится экранное разрешение изображения, которое можно получить на мониторе. Эту характеристику принято оценивать полным числом высвечиваемых элементов — точек или пиксел, измеренных по горизонтали и вертикали, например, 800x600, 1024x768 или 1280x1024 пиксел. (Интересно отметить, что масочный дисплей по своей конструкции уже является не аналоговым, а как бы цифровым устройством.) Реальная разрешающая способность будет, конечно, зависеть от полосы пропускания всего видеотракта. Чистота цвета также зависит от намагничивания элементов монитора и кинескопа (в основном, его маски), поэтому в мониторах предусматривают специальные системы размагничивания. Опытный радиолюбитель никогда не поднесет динамические головки к экрану: это все равно, что стукнуть его молотком (далее см. эпиграф данного раздела).

В приемной трубке — иконоскопе используется принцип накопления электрических зарядов для преобразования оптического изображения в телевизионные сигналы. Световой поток от объекта направляется (через оптическую систему) на светочувствительную мишень — слюдяную пластину с мозаикой, состоящей из нескольких миллионов изолированных друг от друга миниатюрных фотокатодов (из зерен серебра, покрытых цезием или окислом цезия), и вызывает на ее поверхности характерное распределение электрических зарядов (потенциальный рельеф). На другую ее сторону нанесен металлический слой, так называемая сигнальная пластина. Каждый фотокатод с этой пластиной образует конденсатор. Электронный луч, обегая мозаику мишени в определенной последовательности, задаваемой характером телевизионной развертки, разряжает каждый конденсатор через резистор (сопротивление нагрузки), подключаемый к усилителю электрических сигналов.

С середины прошлого века иконоскоп был заменен более совершенными передающими телевизионными трубками (супериконоскопом, суперортиконом, видиконом и др.).

Полупроводниковые приборы

Некоторые контакты между металлами, или металлом и углем, или металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания. Последнее и подтверждается на опыте.

О.В. Лосев. «Детектор-генератор; детектор-усилитель». Нижегородская радиолаборатория. Февраль 1922 г.

Диоды

С полупроводников фактически началась эра микроэлектроники, которая сейчас оставила далеко позади электронику вакуумную и газоразрядную. Основным «героем» различных полупроводниковых структур является так называемый р-n переход. Здесь: р — от positive, т. е. положительный, область дырочной проводимости, а n — от negative, т. е. отрицательный, область электронной проводимости. Схемотехническое изображение диода (рис. 12, б), в котором реализован р-n переход, соответствует мнемоническому правилу, согласно которому стрелку тока на схемах показывают во внешней электрической цепи источника от его «плюса» к его «минусу».

Рис. 12. Диоды:

а — внешний вид; б, в — УГО диода и стабилитрона и их модельные компоненты EWB

Таким образом, треугольник (символ стрелки тока) — это как бы р-область «+», а вертикальная черта — это n-область «-». Поскольку подобное устройство является диодом, то по аналогии с электровакуумным диодом, соответствующие выводы часто называют анодом и катодом. Особенность работы диода в цепи отражается в зависимости его тока от напряжения, так называемой вольтамперной характеристике (ВАХ).

Для того чтобы выяснить смысл работы диода, достаточно взять любой выпрямительный диод и омметром (или мультиметром в режиме омметра) измерить его сопротивление для двух случаев его включения: прямом и обратном. В случае резистора получилось бы одно и то же число. Для диода же результаты этого нехитрого эксперимента дадут крайне малое сопротивление, если к его аноду подключен положительный вывод прибора, и очень большое при обратном включении. Этим приемом можно пользоваться для диагностики исправности диодов или определения их выводов. При отсутствии измерительных приборов можно попробовать провести подобный эксперимент с батарейкой и лампочкой от карманного фонарика. Собрав последовательную цепь: «плюс» батарейки-диод-лампочка-«минус» батарейки, проверяют ее работу при двух противоположных по знаку напряжениях на диоде. При подходящих параметрах компонентов цепи в одном случае лампочка будет гореть, а при другом — нет. Итак, проводимость диода сильно зависит от полярности приложенного напряжения. На сленге радиолюбителей «диод в одном направлении пропускает ток, а в другом — нет». А это позволяет производить выпрямление переменного тока, детектировать сигналы и т. п. Кстати, детектирование сигналов в простейшем радиоприемнике и привело к зарождению радиотехники.

Отмеченное выше основное свойство диода для конкретного образца имеет пределы: при очень большом прямом токе диод «сгорит», а при высоком обратном напряжении будет «пробит». Поэтому в паспортных данных на диоды всегда приводят величину допустимого прямого тока и допустимого обратного напряжения.

В этом плане описанным выше простым способом проверки диодов следует пользоваться, только если рабочее напряжение омметра меньше пробойного для диода. Однако это напряжение не должно быть меньше потенциального барьера р-n перехода полупроводникового материала соответствующего диода (0,7 В для кремния и 0,3 В для германия). Это лишний раз показывает, что всеми правилами и рекомендациями надо пользоваться вдумчиво. Так сказать, «семь раз примерь — один измерь», хотя, в другом смысле, для повышения точности требуются многократные измерения.

Диод, включенный на прямое напряжение, называют прямосмещенным, или открытым, а на обратное — обратносмещенным, или запертым.