Текст книги "Энциклопедия радиолюбителя"

Автор книги: Виктор Пестриков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 30 страниц)

8.2. Измерение емкости конденсатора

При настройке радиоприемников, генераторов и других устройств часто требуется подобрать и замерить емкость конденсатора. Для измерения конденсаторов небольших емкостей можно приспособить любой имеющийся радиоприемник. Для этого необходимо имеющуюся в радиоприемнике шкалу отградуировать в пикофарадах, в зависимости от угла поворота подвижных пластин переменного конденсатора. В начале градуировки следует обратить внимание на форму подвижных пластин конденсатора. Переменные конденсаторы отличаются формой подвижных пластин, которая определяет закон изменения емкости, в зависимости от угла поворота подвижных пластин относительно неподвижных. На рис. 8.7 приведены широкораспространенные формы пластин, где на рис. 8.7.а – прямоемкостная, на рис. 8.7.б – прямоволновая, на рис. 8.7.в – прямочастотная.

Рис. 8.7. Форма пластин конденсаторов переменной емкости:

_{а) прямоемкостная; б) прямоволновая; в) прямочастотная}

В прямоемкостном конденсаторе емкость изменяется пропорционально углу вращения φ:

C(φ) = C_мин + (С_макс – С_мин)·(φ/180°)

где φ – угол поворота в градусах, С_мин – минимальная емкость, С_макс – максимальная емкость.

Прямоволновой конденсатор во время вращения пластин дает равномерное изменение длины волны контура, в котором он находится,

C(φ) = [√C_мин + (√С_макс – √C_мин)·(φ/180°)]

Иногда этот конденсатор называют квадратичным. Прямочастотный конденсатор позволяет изменять частоту контура пропорционально углу поворота, то есть получается шкала с равномерной частотой,

C(φ) = [С^-1/2_макс + (С^-1/2_мин – С^-1/2_макс)·(φ/180°)]^-2

После определения закона изменения емкости конденсатора производится настройка на любую радиостанцию и фиксируется значение емкости переменного конденсатора С_и. Неизвестный конденсатор С_х подключают параллельно отградуированному переменному конденсатору радиоприемника. Емкость контура при таком присоединении возрастает на величину емкости неизвестного конденсатора С_х. Теперь чтобы услышать ту радиостанцию, что принималась ранее, необходимо уменьшить емкость отградуированного конденсатора настройки до получения емкости С_н, при которой будет прежняя слышимость. Тогда емкость неизвестного конденсатора будет равна разности емкостей отградуированного конденсатора настройки до подключения и после п включения конденсатора С_х,

С_х = С_и – С_н

Этим способом можно измерять конденсаторы, емкость которых меньше максимальной емкости конденсатора настройки радиоприемника. При измерении емкостей от нескольких пикофарад до нескольких микрофарад предпочтительнее использовать мостовые схемы. Мостовые схемы измерения емкостей дают возможность проводить измерения с большей точностью, нежели с помощью резонансных. На рис. 8.8 приведена схема измерительного моста емкости конденсатора, состоящего из четырех конденсаторов.

Рис. 8.8. Подключение измерительного моста емкости конденсатора к звуковому генератору на микросхеме (частота генератора 1000 Гц)

Значения величин емкостей трех конденсаторов считаются известными, они задаются. Четвертый конденсатор является неизвестным, измеряемым. К гнездам разъема ХР1 подключается источник переменного тока низкой частоты (например, звуковой генератор или трансляционная сеть). Если теперь мост сбалансировать с помощью переменного конденсатора С1, то в наушниках слышимость звукового сигнала упадет либо до минимума, либо вообще исчезнет. Такой измерительный мост имеет наибольшую чувствительность при равенстве емкостей конденсаторов, находящихся в плечах. Важно, чтобы сохранялось условие

X_c1/X_c2= X_cx/X_c3

где X_c1, X_c2, X_c3, X_cx – емкостные сопротивления.

Из приведенной формулы следует

C_x = C1·(C2/C3)

Отградуировать измерительный мост можно с помощью конденсаторов, имеющих наименьший процент допуска емкости. Эталонные конденсаторы подключаются к гнездам разъема XS2 и отмечают их значения на шкале переменного конденсатора С1. Если не имеется достаточного количества эталонных конденсаторов для градуировки, то в последней формуле принимают С2 = С3 и зная минимальную и максимальную емкости переменного конденсатора, после определения закона изменения его емкости исходя из формы пластин производят градуировку вышеописанным методом. Рассмотренным мостом можно измерять конденсаторы, емкости которых лежат в пределах минимальной и максимальной емкости используемого переменного конденсатора. Конструктивно измерительный мост емкостей выполнен в небольшой пластмассовой коробочке (крышка мыльницы) с использованием промышленных деталей (конденсатор переменной емкости С1 взят от карманного радиоприемника «Селга 404», наушники BF1 типа ТОН-1 или ТОН-2). В данном измерительном мосте диапазон измерений конденсаторов находится от 5 пФ до 270 пФ, то есть соответствует границам емкости одной секции переменного конденсатора. Нижнюю или верхнюю границы измерения конденсаторов мостом можно уменьшить или поднять, если сделать переключатель, соединяющий секции сдвоенного переменного конденсатора, последовательно или параллельно. В первом случае диапазон измерений будет от 2,5 пФ до 135 пФ, а во втором – от 10 пФ до 540 пФ.

Измерение индуктивности катушки

Известно несколько методов измерения индуктивности катушек. Среди них выделим наиболее доступные для радиолюбителей.

Метод фильтр-пробки. Берется радиоприемник, работающий на внешнюю антенну, настраивается точно на частоту какой-либо радиостанции. После этого внешняя антенна отключается и между ее концом и гнездом подключения антенны включается отградуированный конденсатор переменной емкости С_э, параллельно которому подключается измеряемая катушка L_x. Полученное соединение конденсатора и катушки представляет заграждающий «фильтр-пробку». Далее вращая конденсатор С_э добиваются резкого пропадания слышимости радиостанции. Это признак того, что образованный колебательный контур настроен в резонанс с частотой колебаний принимаемой станции. В этом случае индуктивность катушки найдем по формуле

L = 250·λ²/(С_э + С_к)

где λ – длина волны в метрах, С_к – емкость контура в пикофарадах.

Измерение индуктивности катушки связано с частотой протекающего тока, в связи с чем измерение индуктивности высокочастотных катушек необходимо производить на частотах, близких к тем, на которые предназначена катушка. Наилучшие результаты измерения получаются при использовании резонансных методов. При помощи резонансных измерителей индуктивности от долей микрогенри до сотен миллигенри с точностью 1…2 %. Для измерения индуктивности катушек, используемых в низкочастотных цепях радиоприемников (дросселе, трансформаторов), можно использовать мостовые измерители или метод вольтметра и амперметра. Нужно при этом помнить, что индуктивность катушки со стальным сердечником сильно зависит от постоянной составляющей тока подмагничивания, протекающего в катушке. Поэтому при измерении необходимо пропускать через катушку постоянную составляющую тока такой величины, какой она будет в реальной схеме радиоприемника.

Глава III
САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОСТЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОДНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

«А вы, молодой человек, учтите этот урок, при случае пригодится…»

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля.

Риторический вопрос: с чего начать? Опыт показывает, что лучше приступить к практической деятельности в области радиоэлектроники с изготовления простых конструкций, а уже потом перейти к более сложным. Даже на одном транзисторе можно изготовить много интересных, занимательных и полезных самоделок. Для сборки таких устройств нет необходимости использовать печатный монтаж, достаточно использовать промышленную или самодельную планку с контактами для проволочного монтажа. Главное, чтобы используемые в конструкциях транзисторы были заведомо исправными. Для этого перед монтажом конструкции необходимо проверить годность всех радиокомпонентов хотя бы с помощью простейших пробников, описанных ниже.

Шаг 9
Источники питаний радиоэлектронных устройств

Питание самодельных радиоэлектронных устройств, как правило, осуществляют от сети переменного тока или автономных источников питания (гальванических элементов и аккумуляторов). Одни устройства потребляют небольшой электрический ток и в этом случае можно обойтись батарейками, в других случаях емкости батареек недостаточно для длительной работы и приходится пользоваться блоками питания от сети. Имея всего один мощный транзистор, можно собрать простой блок питания с неплохими эксплуатационными показателями.

9.1. Сетевой блок питания

Важным показателем любого блока питания является его способность давать на выходе стабильное выходное напряжение. С этой целью обычно используют различного рода стабилизаторы напряжения, выполненные на транзисторах или микросхемах. Простейший стабилизатор постоянного напряжения состоит из резистора и стабилитрона или стабистора. В качестве стабистора может быть использован также и обычный кремниевый диод, например, типа Д226, включенный в прямом направлении. Такие стабилизаторы обычно называют параметрическими, так как их действие основано на изменении параметров нелинейного элемента, какими являются стабилитроны или стабисторы. На рис 9.1 приведена схема параметрического стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона.

Рис. 9.1. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на стабилитроне

Напряжение на нагрузке, подключенной к выходу такого стабилизатора, будет равно напряжению стабилизации используемого стабилитрона. В связи с этим для конкретного напряжения стабилизации необходимо подбирать стабилитрон, который соответствует этому напряжению. Если, например, необходимо стабилизированное напряжение 6 В, то следует выбрать стабилитроны типа KC156A, имеющие напряжение стабилизации 5…6,3 В или КС162А с напряжением стабилизации 5,8…6,6 В. Основным недостатком параметрического стабилизатора является сравнительно небольшой максимально допустимый ток нагрузки, который бывает равен или меньше максимального тока, протекающего через стабилитрон.

Лучшими показателями обладает стабилизатор напряжения, построенный с использованием транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Принципиальная схема блока питания 9 В

Напряжение на базе транзистора VT1 стабилизировано стабилитроном VD5. Напряжение на нагрузке, подключенной к контактам ХР1, приблизительно равно напряжению на базе. Для хорошей работы стабилизатора надо чтобы напряжение на конденсаторе С1 было примерно в 1,5 раза больше напряжения на нагрузке. Величина сопротивления резистора R1 подбирается в зависимости от выпрямленного напряжения и типа VD5. Ток холостого хода выбирается близким к максимально допустимому значению. В стабилизаторе можно применять также транзисторы КТ816А, КТ835А и им подобные, которые укрепляют на металлической пластине размером 30x20x1,5 мм из дюралюминия. Можно использовать и транзисторы старых типов П213…П217, П201…П203, в этом случае радиатор изготавливают размером 55x65x3 мм. Силовой трансформатор Т1 берется готовый (например, ТП8-4-220-50) или самодельный. В этом случае трансформатор выполняют на сердечнике Ш16x24, обмотка I содержит 2400 витков провода ПЭЛ-1 0,12, обмотка II – 275 витков ПЭЛ-1 0,33.

9.2. Питание устройств от гальванических элементов

Применяя гальванические элементы для питания аппаратуры, следует помнить, что долговечность их работы зависит от условий хранения и величины тока, который потребляет устройство. Так, сохранять элемент или батарею необходимо в сухом прохладном месте, можно положить на нижнюю полку бытового холодильника. Для большинства элементов и батарей максимальное значение кратковременного потребления тока не должно быть больше 0,1…0,2 начальной емкости источника питания. Для обеспечения работы радиоэлектронных устройств с большим потреблением мощности в течение длительного времени (до 50…100 часов), необходимо чтобы среднее значение тока потребления было в 50…100 раз меньше начальной емкости источника.

В настоящее время выпускается несколько основных типов гальванических элементов и батарей: угольно-цинковые (марганец-цинковые), щелочные, литиевые, серебряно-цинковые, ртутно-литиевые. Среди названных батареек самыми лучшими считаются литиевые, т. к. имеют большую емкость, самое большое напряжение и самый длительный срок хранения – до 7…10 лет. Литиевые батарейки являются и самыми дорогими по стоимости. Эти батарейки, в основном, используются для фото и кинокамер. Серебряные и ртутные элементы выпускаются в виде миниатюрных дисков («таблеток») и их используют, в основном, в слуховых аппаратах и часах. Из первых двух типов наиболее широкое распространение имеют угольно-цинковые, как наиболее доступные по цене. Хотя щелочные батарейки и дороже угольно-цинковых по стоимости, но зато имеют лучшие характеристики. У них больше емкость и срок хранения. Напряжение щелочных батареек несколько меньше угольно-цинковых, приблизительно на 0,1 В, но по мере разряда напряжение долгое время держится почти на одном уровне и только в конце резко падает. Для того чтобы выделить этот тип батареек, зарубежные фирмы на них делают надпись «Alkaline» (щелочной элемент). На отечественном рынке гальванических элементов и батареек сейчас большой процент составляет продукция зарубежных стран. На корпусе химического источника тока обязательно стоит его типоразмер по нескольким стандартам. На корпусах пальчиковых элементов можно встретить маркировку в основном по стандартам: Международной электротехнической комиссии (МКЭ) – R6 (солевой электролит) или LR6 (щелочной электролит), американский стандарт– АА, японский – АМЗ и российский – 316. Фирменные батарейки отличаются тем, что они, как привило, поступают в продажу запаянные в прозрачную пленку или в специальной картонно-пленочной упаковке.

• батарейки с солевым электролитом – TDK DINAMIC POWER, VARTA 3006 и 2006. SONY NEW ULTRA, SANYO SUPER, TOSHIBA Heavy Dury, GP GREENCELL, GP SUPERCELL, ENERMAX, DAEWOO, FUJI NOVEL;

• батарейки с щелочным электролитом – DURACELL, DURACELL ULTRA, ENERGIZER, ENERGIZER TESTER, SONY ALKALINE, PANASONIC POWER ALKALINE, TOSHIBA ALKALINE, POLAROID ALKALINE.

Несколько продлить срок службы гальванического элемента, у которого не поврежден стакан, можно путем вливания в него соответствующих растворов. Для этого больше подходят элементы без стальной обоймы, типа 373, 343 и т. д. Для восстановления элемента в его торце со стороны плюсового вывода прокалывают несколько отверстии диаметром 2…3 мм на глубину 50 мм. Обычно 2 отверстия у угольного стержня, а 2 – у кромок цинкового стакана. Отверстия заполняют аммиаком водным техническим, используемым для удобрения или бытовых целей (марка «А», сорт 1). Отверстия заполняют несколько раз по мере впитывания в течение 1…2 дней. После этого отверстия закрывают парафином, битумом или пластилином. Готовность к работе элемента проверяют лампочкой от карманного фонарика. При этом удается удлинить срок службы гальванического элемента на 20…40 часов. Если нет аммиака водного, то можно в отверстия залить аптечный нашатырный спирт или в крайнем случае обычную воду.

9.3. Особенности питания аппаратуры от аккумуляторов

Для радиоприемников и других радиоэлектронных устройств часто используют аккумуляторы. Аккумуляторы вырабатывают электрический ток в результате окислительно-восстановительной реакции. В них под действием внешнего источника постоянного тока происходят обратимые процессы, в результате чего первоначальные вещества восстанавливаются. Аккумуляторы только накапливают энергию, которую при необходимости могут снова отдать. Отсюда и происходит их название (от латинского accumulare – накапливать, собирать). Промышленностью выпускается большое количество различных типов аккумуляторов. В радиоэлектронике нашли применение различного типа аккумуляторы. Наибольшее распространение получили никель-кадмиевые аккумуляторные элементы и батареи дисковой конструкции.

При эксплуатации аккумуляторов необходимо придерживаться некоторых правил. Для периодического подзаряда аккумуляторов применяют зарядные устройства. Такие устройства должны удовлетворять паспортным данным подзаряжаемого аккумулятора по току и времени заряда. Соблюдение рекомендованных режимов заряда и разряда аккумуляторов способствует продлению срока его эксплуатации до 5…7 лет.

В карманных приемниках часто используется аккумуляторная батарея 7Д-0,1 и ее модификация 7Д-0,125. При зарядке аккумуляторов типа 7Д-0,125 от сети 220 В можно использовать простую схему, которая обеспечивает ток заряда около 12 мА, при этом продолжительность зарядки составляет 10…15 часов (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Принципиальная схема устройства для зарядки аккумулятора 7Д-0,125

Особенностью устройства является то, что если по забывчивости аккумулятор будет находиться на зарядке больше времени чем положено, то его перезарядки не произойдет. Зарядный ток аккумуляторной батареи определяется емкостью конденсатора С1 и при достижении напряжения U_бат= 9,4 В начинает уменьшаться, когда напряжение батареи достигнет U_бат = 9,4 В открывается стабилитрон VD1, который практически полностью блокирует процесс зарядки. Одним из недостатков аккумуляторных батарей типа 7Д-0,1 и 7Д-0,125 является, как известно, то, что кадмиево-никелевые элементы, из которых они состоят, теряют свою работоспособность при разряде ниже 1 В. Такой разряд аккумуляторных элементов приводит к сокращению срока их службы. В связи с этим аккумуляторную батарею разряжать ниже 7 В не рекомендуется. Продлить срок службы батареи можно, если иметь соответствующий сигнализатор контроля напряжения во время эксплуатации. На рис. 9.4 приведена электрическая схема сигнализатора напряжения аккумуляторной батареи.

Рис. 9.4. Принципиальная схема сигнализатора разряда аккумуляторной батареи 7Д-0,125

Сигнализатор собран на микросборке полевых транзисторов DA1 и поэтому потребляет в дежурном режиме очень малый ток – менее 0,1 мА. При напряжении питания батареи больше 7 В светодиод HL1 не горит. При снижении напряжения до 7 В – светодиод HL1 загорается, что сигнализирует о необходимости подзарядки аккумуляторов. Переменным резистором устанавливают порог срабатывания светодиода HLI. Разность между напряжениями источника питания, при которых гаснет и зажигается светодиод очень мала, всего 0,03 В.

Основные характеристики некоторых типов отечественных аккумуляторов, наиболее часто используемых для питания радиолюбительских конструкций, приведены в табл. 9.1.

9.4. Индикатор полярности источников напряжений

В практике радиолюбителя иногда возникает проблема определения полярности источников напряжений. Для этих целей подойдет индикатор полярности напряжений, схема которого приведена на рис. 9.5.

Рис. 9.5. Принципиальная схема сигнализатора разряда аккумуляторной батареи 7Д-0.125

Подключив вывод 2 к корпусу источника, прикасаются щупом 1 к определяемому контакту, индикатор указывает на «плюс» источника напряжений, если светится светодиод VD1, а в случае «минуса» светится – VD2. Конструкция не содержит дефицитных деталей. Вместо указанных на схеме полевых транзисторов могут быть использованы КП303Е, а вместо указанного типа светодиодов подойдут АЛ102А и им подобные, лишь бы проходящий через них допустимый прямой ток был больше или равен начальному току стока полевого транзистора.

Все детали индикатора удобно собрать в корпусе от авторучки. Добавим, что в пробнике могут быть использованы и другие типы полевых транзисторов и светодиодов, при условии, что

I_т. д. >= I_{т. т}.

где I_т. д. – допустимый прямой ток через светодиод, I_{т. т} – начальный ток стока полевого транзистора.

В полевых условиях определить полярность источника постоянного тока можно несколькими простыми способами. В соответствии с одним в срез сырого клубня картофеля на расстоянии нескольких миллиметров один от другого вставляют два медных провода и подключают к источнику питания. Вокруг положительного электрода вскоре возникает зеленое пятно, а вокруг отрицательного – поверхность картофеля остается чистой. По другому способу берется кусочек промокательной бумаги, пропитанной фенолфталеином (другое название пурген – лекарство, продается в аптеке), и высушивается. Потом эту бумагу увлажняют и кладут на стеклянную пластину. Если теперь приложить к промокательной бумаге концы проводов, полюса которых необходимо определить, то вблизи отрицательного полюса бумага становится ярко-малинового или красного цвета. Существует еще более простой способ определения полярности источника постоянного тока – при помощи свечи. В пламя вводят два вывода от источника. От воздействия тока изменяется форма пламени, из длинного оно становится низким и широким, а на проводнике подключенном к «—» появляется веточка сажи.