Текст книги "Юный техник, 2002 № 12"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ФОТОЛАБОРАТОРИЯ
Полуавтомат Альберта Эйнштейна

С самого зарождения «светописи», а иными словами – фотографии стало ясно, что ее успехи возможны лишь при условии, что на светочувствительный фотоматериал будет попадать строго дозированное количество световой энергии. Такое дозирование, называемое экспозицией, может достигаться изменением продолжительности облучения, либо его интенсивностью, или тем и другим вместе.

Для расчета экспозиции применялись громоздкие таблицы, учитывающие множество факторов. Все это требовало весьма солидного времени. Остро ощущалась необходимость в инструментальной оценке реальной освещенности на месте съемки.

Одним из первых подобных средств стал актинометр Винна (рис. 1), упоминаемый в каталоге «Склада фотографических принадлежностей П.О. Гофмана» за 1904 год.

«Сердцем» актинометра служила полоска светочувствительного материала, темнеющего под действием света. Оценка освещения делалась на основании времени потемнения до плотности, равной эталонной, нанесенной рядом со светоприемником. Затем ставились в определенные положения распределенные на приборе кольца со шкалами времени и чувствительности фотопластинок. Так определялись необходимые для съемки диафрагма и скорость срабатывания затвора. Результат получался и быстрее и достовернее, чем по таблицам, но все же отнимал значительное время.

Более оперативную оценку давал появившийся позднее экспонометр с «оптическим клином» – узкой стеклянной пластинкой со ступенчато нарастающей плотностью; в центре каждого квадратика наносились значения диафрагмы.

При наведении на освещенный объект часть цифр была яркой, а с другого края они почти не различались. Отсчет велся по средней светимости для заранее заданной скорости затвора и чувствительности пленки. Однако для получения правильной экспозиции приходилось делать несколько дублей при разных выдержках. Крупным шагом вперед стало изобретение селенового фотоэлемента. При освещении этого вещества возникала ЭДС и в присоединенном гальванометре протекал ток, отклоняющий стрелку тем сильнее, чем интенсивнее световой поток. Положение стрелки указывало требуемое значение диафрагмы, скорости затвора при выбранной чувствительности фотоматериала. Такие экспонометры оказались весьма точны и получили широкое распространение. Их удавалось сделать настолько миниатюрными, что позволяло устанавливать непосредственно в фотоаппараты «Киев-4», «Чайка-3».

Однако за время, пока показания приборчика переносились на органы управления фотокамерой, нередко успевали измениться условия освещения либо исчезал объект съемки. Положение мог изменить лишь быстрый ввод съемочных параметров в механику камеры непосредственно перед спуском затвора. Идею такой конструкции подал в свою пору автор теории относительности А.Эйнштейн.

На основе его предложения после нескольких лет поисков рациональных конструктивных решений перед войной фирма «Кодак» выпустила первый аппарат с автоматической установкой экспозиции (рис. 2).

Идея великого ученого получила воплощение во множестве конструкций, выпускавшихся в разных странах. Здесь также присутствовали фотоэлемент с гальванометром (рис. 3).

У затвора имелось два кольца – одно было связано со ступенчатой «гребенкой» и с рычагом спуска затвора, второе – с узлами установки скорости и диафрагмы. Когда нажимают спусковой рычаг, поворачивается кольцо с «гребенкой», которая одним из выступов упирается в стрелку гальванометра и фиксирует ее. Чем сильнее отклоняется, отвечая уровню освещения, стрелка гальванометра, тем больше угол поворота первого кольца до остановки.

При дальнейшем ходе рычага освобождается второе кольцо и «догоняет» первое под действием пружины.

Упираясь в упоры первого, оно устанавливает регулятор скорости и диафрагмы в положение, заданное стрелкой и отвечающее условиям освещения. Остаток хода рычага спускает затвор. Таким образом, автоматическая установка экспозиции длится доли секунды.

Казалось бы, задача решена, но техника не стоит на месте – ведь электромеханический автомат имеет весьма сложные конструкции затвора и диафрагмы, а каждая из движущихся деталей – потенциальный источник отказа, связанного со сложным ремонтом.

Новые возможности дает развитие микроэлектроники; можно, например, в затворе иметь две простые заслонки, одна из которых при спуске открывается пружиной сразу, а вторая вновь перекрывает объектив с задержкой, определяемой временем заряда конденсатора через сопротивление фоторезистора – датчика света. Чем он ярче, тем меньше сопротивление и время зарядки, после которой срабатывает полупроводниковое реле и включает миниатюрный электромагнит. Последний освобождает вторую заслонку. Так формируется выдержка, отвечающая условиям освещения.

Диафрагму можно выполнить в виде диска с двумя каплевидными отверстиями – одно для объектива, другое для фоторезистора (рис. 4).

При спуске затвора диск под действием пружины поворачивается, изменяя сечение окна перед фотодатчиком (и объективом). При этом изменяющийся ток датчика в некоторый момент откроет транзистор, включит тормозной электромагнитик – и будет зафиксировано такое открытие диафрагмы, которое обеспечит правильную экспозицию.

Все «хитрости» работы затвора и диафрагмы здесь перекладываются на компактную микросхему, которая автоматически вводит показатель чувствительности пленки, особым шифром отмеченный на кассете, дает команду микромоторчику продвинуть отснятый кадр, при недостатке наружного освещения включает встроенную фотовспышку.

П.ГЕОРГИЕВ

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Громкоговорящий детекторный – последний шаг

Окончание. Начало см. № 10/2002 г., стр. 47.

Усилитель

Возможность усиления звукового сигнала при питании «свободной энергией» объясняется тем, что радиостанции с AM львиную долю мощности тратят на излучение несущей (см. «ЮТ» № 5 за 2002 г.). На выходе детекторного приемника она создает лишь постоянный ток. Его и следует использовать для питания усилителя.

Итак, на выходе приемника имеется постоянное напряжение, на которое наложены колебания звуковой частоты. Простейший усилитель (рис. 1) выполняется всего на одном транзисторе.

Рис. 1

Продетектированный ток подается в эмиттерную цепь транзистора VT1, а в его коллекторную цепь включена первичная обмотка выходного трансформатора Т1.

Режим транзистора задается резистором смещения в цепи базы R1, а чтобы в этом резисторе не ослаблялись звуковые колебания, он зашунтирован конденсатором С1. Конденсатор С2 немного ослабляет высокие звуковые частоты, устанавливать его необязательно.

В усилителе можно использовать практически любой маломощный транзистор, надо лишь подобрать сопротивление резистора R1, ориентируясь на громкость и качество звука.

Если транзистор будет обратной проводимости (типа n-p-n), поменяйте места провода от приемника ко входу усилителя.

Трансформатор Т1 понижающий, он согласует низкое сопротивление динамической головки ВА1 с высоким выходным сопротивлением усилителя. Подойдут трансформаторы от трансляционных громкоговорителей, выходные трансформаторы ТВК (кадровой развертки) и ТВЗ (звукового канала) от старых ламповых телевизоров. Годятся также малогабаритные «силовички» от блоков сетевого питания 220/6…12 В.

Недостатком этого простого усилителя является невысокий КПД, поскольку транзистор работает в классе А, все время потребляя ток от приемника. Автору удалось, почти не усложняя схемы, разработать для приемника усилитель класса В всего на одном транзисторе (рис. 2).

Работает он так: во время положительной полуволны звукового сигнала U _вxоткрывается диод VD1, и ток от приемника заряжает накопительный конденсатор большой емкости С2. Зарядный ток одновременно протекает и через первичную обмотку трансформатора Т1. Во время отрицательной полуволны диод закрывается, зато открывается транзистор VT1, поскольку отрицательное колебание передается на его базу через конденсатор С1. Теперь ток течет по цепи: левая обкладка С2, переход эмиттер-коллектор транзистора, обмотка трансформатора И (снизу вверх), расходуя заряд, накопленный в конденсаторе. Таким образом, постоянная составляющая продетектированного приемником сигнала заряжает накопительный конденсатор С2 и питает транзистор, а переменная – усиливается и поступает через трансформатор в динамик.

Самым совершенным на сегодняшний день является мостовой усилитель, выполненный на четырех транзисторах различного типа проводимости и работающий в классе В(рис. 3).

Здесь выходной сигнал приемника разделяется на переменную (звуковых частот) и постоянную составляющие. Последняя через дроссели Др1 и Др2, «отсекающие» звуковые частоты, заряжает накопительный конденсатор С4 и служит для питания усилителя.

Переменная составляющая через разделительные конденсаторы С1 и С2 подается на базы усилителей, выполненных на комплементарных (различного типа проводимости) транзисторах VT1, VT2 и VT3, VT4. При положительной полуволне звукового сигнала открываются транзисторы VT1 и VT4, а при отрицательной – VT2 и VT3. Таким образом, первичная обмотка трансформатора Т1 «подключается» к источнику питания – накопительному конденсатору С4 – то в одной, то в другой полярности, в соответствии со звуковым сигналом.

В усилителе рекомендуется применять германиевые транзисторы – они меньше искажают сигнал. Подойдут МП 10, МП11, МП37 (типа n-p-n) и МП13…16, МП39…42 (типа p-n-p). Дросселями с успехом послужат первичные обмотки таких же трансформаторов, как и выходной (см. выше). Конденсаторы – любого типа.

При налаживании следует подобрать емкость конденсатора С2 в приемнике (см. «ЮТ» № 10/2002). Уменьшение его емкости оставляет больше высокочастотных пульсаций на входе усилителя, «ступенька», характерная для выходного сигнала усилителей класса В, как бы «размывается» и искажения исчезают. Зато возрастает потребляемый усилителем ток, что несколько снижает громкость. Следует выбрать разумный компромисс, ориентируясь на снижение выходного напряжения приемника при подключении усилителя на 20…30 %.

Акустическая система

Достоинства приемника реализуются лишь с акустической системой (АС), обладающей высокой чувствительностью.

Вообще-то громкоговоритель, в особенности малогабаритный, в энергетическом отношении прибор крайне несовершенный. Обычно лишь один процент(!) подведенной к его катушке энергии превращается в энергию звука. Лишь на первых порах можно воспользоваться трансляционным громкоговорителем, в котором, кстати, уже есть подходящий трансформатор. В дальнейшем захочется получить и лучшее качество звучания.

Для самодельной АС выбирайте динамические головки большой емкости, с большим диффузором и сильным магнитом – у них выше отдача. Если маленькая головка от карманного приемника при подведении мощности 100 мВт создает звуковое давление 0,15 Па, то большая и мощная головка, например, 8ГД-1РРЗ – до 0,45 Па. Это означает, что для получения той же громкости большой головке требуется почти в 10 раз меньшая мощность. Данные по чувствительности и отдаче можно найти в паспорте на головку.

Для самодельной АС идеально подходит деревянный корпус старого телевизора. Удалите из него все, вырежьте из древесностружечной плиты переднюю панель, установите на ней головки, обтяните панель редкой тканью и установите в корпус. Задняя стенка не нужна – АС будет открытого типа. Лучше установить несколько головок, не обязательно однотипных, это повышает отдачу. Головки можно соединить и последовательно, и параллельно, от этого зависит сопротивление АС. Подберите наилучший вариант экспериментально. Диффузоры головок должны двигаться синфазно – это легко проверить, подключив к АС на короткое время гальванический элемент, – все диффузоры должны либо втянуться, либо вытолкнуться.

При отсутствии корпуса хорошие результаты дает даже большой лист фанеры, установленной в углу комнаты. Головки на нем размещайте асимметрично, чтобы избежать вредных резонансов. Удачных вам экспериментов!

В.ПОЛЯКОВ, профессор

ПРИЕМНАЯ КОМИССИЯ

Дорогие друзья!

Приглашаем вас принять участие в конкурсе Московского международного форума «ОДАРЕННЫЕ ДЕТИ», который проводится уже в шестой раз.

Полагаем, что из 20 номинаций вам будут наиболее интересны задания номинации «ЮНЫЕ КУЛИБИНЫ».

Конкурс состоит из трех этапов:

Первый тур – домашнее задание.

Вопросы домашнего задания:

1. Раскройте смысл девиза «Воспитание души – истинное служение Отечеству» по предложенному плану:

• Душа – это… (душевные качества, которые я хотел бы развить в себе).

• Мое призвание… (Почему я хочу стать изобретателем, ученым?)

• Как я понимаю фразу «истинное служение Отечеству»?

2. Разработайте логотип вашей будущей организации (научно-исследовательского института, лаборатории), который отражал бы ее миссию, цели, направления деятельности (формат А3 = 297х420).

3. Представьте свои изобретения, технические модели, рацпредложения, устройства, макеты и др. (по вашему выбору).

Выполненные задания необходимо отправить в Оргкомитет до 1 февраля 2003 года.

С домашним заданием отправьте свое любимое фото хорошего качества (лицо крупным планом), чтобы можно было использовать для публикации в газете, журнале; мини-резюме о своем «творческом пути».

Требования, предъявляемые к работам:

техническое описание представляется напечатанным на стандартной бумаге формата А4 с указанием названия, цели проекта и аналогов (если есть). Действующие модели, макеты, устройства сопроводите отпечатанным техническим описанием изобретения с основными техническими характеристиками, чертежами и эскизами. К изделию приложите этикетку, на ней укажите: название изобретения, ФИО автора, город, № школы, класс. Оформление работ должно соответствовать нормам русского языка. Объем – не более 5 страниц машинописного текста. Дополните работы рисунками и фотографиями.

Требования к ответам конкурсантов:

1. Актуальность в повседневной жизни.

2. Оригинальность разработки.

3. Практическое значение.

Участники конкурса, выполнившие домашнее задание, записываются по телефону для участия во втором туре.

Второй, отборочный, тур проводится в Институте Гуманитарного Образования с 18 по 21 марта 2003 года.

Третий, заключительный, тур проводится в Москве 22 марта 2003 года.

В ПРОГРАММЕ:

• встреча с почетными гостями, представителями СМИ;

• определение лауреатов форума;

• торжественное награждение победителей – 29 марта 2003 года в Колонном зале Дома союзов состоится вручение наград.

Лауреаты форума принимаются в Институт Гуманитарного Образования (9 кл. – колледж, 11 кл. – ВУЗ) без экзаменов и бесплатно на любой из 8 факультетов: юридический, экономический, психологический, лингвистики, театральный, журналистики, менеджмента, информационных технологий.

Оргкомитет:

тел.: (095) 163-73-15, 163-73-24

факс: 165-08-74

E-mail: [email protected]

105264, Москва, ул. 9-я Парковая, 48, Институт Гуманитарного Образования.

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

«На нашем садовом участке часто бывает большой урожай картофеля. Вручную сортировать картошку сложно, да и времени уходит много. Нет ли для этого каких-нибудь несложных приспособлений?»

Ю. Снежин, пенсионер,

п. Белые Столбы, Московская обл.

Можем порекомендовать конструкцию, изображенную на рисунке. Спираль, обтянутая капроновой сеткой с ячейками разного размера, помогает отсортировать картофель по величине. Непосредственно у загрузочного лотка ячейки самые мелкие, за ними – крупнее, а в конце – самые крупные. Сетка на спираль натянута слабо, чтобы провисала под грузом картофеля. При вращении картофель продвигается от витка к витку, словно по шнеку, и падает в эластичные приемные лотки.

Авторы конструкции утверждают, что даже с ручным приводом можно за час отсортировать около тонны картофеля. А можно сортировать им яблоки, мандарины, лимоны, груши.

«На бабушкином чердаке мы с братом отыскали старинную пишущую машинку «Ундервуд». Хотелось бы узнать историю возникновения первых пишущих машинок».

Илья Талбунин,

Москва, 14 лет

Первую, пригодную для практического использования пишущую машинку в 1867 году изобрели американцы К. Шолс, С. Суле и К. Глидден. Конструкции, предшествующие их изобретению, не имели успеха. Прежде всего, у них отсутствовала клавиатура, и печатать приходилось рычагом, который каждый раз ставили против нужной буквы и затем нажимали. Позже патент купил крупный фабрикант оружия Ремингтон. Торговля шла вяло, и за первые полгода было продано всего 200 машинок.

Первую крупную партию машинок заказало министерство финансов в 1899 году. В 1910 годах в США их использовалось около 2 миллионов, и для работы на них старались нанимать мужчин, так как работа эта считалась слишком тяжелой и ответственной для женщины. Обученные машинисты, используя два-четыре пальца, отыскивали очередную букву. «Слепой» же метод стал известен только в 1920 году при состязании между судейским стенографом из Солт-Лейк-Сити и преподавателем машинописи из Цинциннати. Победил стенограф – он научился печатать всеми десятью пальцами, не глядя на клавиатуру, и результат стал сенсационным.

Одну из первых пишущих машинок «Underwood» купил Марк Твен. «…Она помещает на одну страницу жуткое количество слов, не делает клякс, к тому же экономит бумагу», – писал он своему брату. Марк Твен стал первым писателем, сдавшим в издательство свое произведение «Том Сойер» в 1876 году в машинописном виде.

Пишущие машинки изобретали и до Шолса. На снимке модель, не имеющая клавиш. Печатать приходилось рычагом, который надо было ставить против нужной буквы и нажимать.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Первые пороховые ружья были не очень надежны. Порох в них приходилось поджигать, а сделать это на ветру или во время дождя удавалось не всегда. Нередко случались и разрывы ствола. Поэтому уже в XVII веке начались попытки создания ружья, стреляющего без пороха, – пневматического.

Больших успехов достиг в этом французский оружейник Жирарди. В 1780 году он создал очень удачное пневматическое ружье. Действовало оно от запаса сжатого воздуха в обшитом кожей стальном баллоне. При нажатии курка открывался кран, выпускавший порцию воздуха, которая выбрасывала пулю из ствола. Баллона хватало на сорок выстрелов.

Ружье Жирарди отличалось высокой скорострельностью. Вооруженный им стрелок заменял двадцать стрелков с пороховыми ружьями. Пули же сохраняли убойную силу на расстоянии более ста метров.

Пневматические ружья были очень удобны для войны в горах, где не нужна большая дальность стрельбы. При освобождении Тироля от наполеоновских войск был создан даже отряд из 1313 стрелков с пневматическими ружьями. Но вскоре свойства пороховых ружей резко улучшились, и от применения пневматического оружия в военных целях отказались.

Сегодня выпускается множество моделей великолепных пневматических ружей и пистолетов для спортивных целей. Они пригодны для сверхточной стрельбы по мишеням и для охоты на мелкую дичь. Поскольку скорострельность здесь не важна, чаще находят применение пружинно-поршневые системы. В них мощная пружина взводится мускульной силой стрелка при помощи рычага. При нажатии курка пружина движет поршень, который сжимает порцию воздуха, выталкивающую пулю. Применяются и системы с баллонами.

Скорость пуль у лучших пневматических ружей достигла 340 м/с. Вполне возможно дальнейшее ее повышение за счет использования конического ствола, подкалиберных пуль и других приемов, применяемых в огнестрельном оружии.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Сможет ли оснащенный прямоточным двигателем самолет взлетать самостоятельно?

2. Можно ли в принципе питать энергией радиоволн осветительную лампу?

3. Почему лазеры малоэффективны в атмосфере?

Правильные ответы на вопросы

«ЮТ» № 7 – 2002 г.

1. Воздушный змей устойчиво держится в воздухе при натянутой привязной нити потому, что именно она обеспечивает ему правильный угол атаки и, как следствие, достаточную подъемную силу.

2. Закрученный мяч летит по дуге благодаря эффекту Магнуса: давление с одной стороны вращающегося тела больше, чем с другой.

3. Акустический телескоп до размеров бинокля уменьшить нельзя. В этом случае длина звуковой волны стала бы больше его размеров, и определение направления на источник звука оказалось бы невозможным.

* * *

Поздравляем с победой Т. ЧАЛКИНАиз Красноярска (к сожалению, он не указал своего имени). Он правильно и обстоятельно ответил на вопросы конкурса «ЮТ» № 7 – 2002 г.

* * *

_{Подписаться на наши издания вы можете с любого месяца в любом почтовом отделении.}

_{Подписные индексы по каталогу агентства «Роспечать»:}

_{«Юный техник» – 71122,}

_{45963 (годовая);}

_{«Левша» – 71123,}

_{45964 (годовая);}

_{«А почему?» – 70310,}

_{45965 (годовая).}

_{По Объединенному каталогу ФСПС:}

_{«Юный техник» – 43133;}

_{«Левша» – 43135;}

_{«А почему?» – 43134.}

_{Дорогие друзья!}

_{Подписаться на наш журнал можно теперь в Интернете по адресу: www.apr.ru/pressa .}

_{Наиболее интересные публикации журнала «Юный техник» и его приложений «Левша» и «А почему?» вы найдете в дайджесте «Спутник «ЮТ» на сайте http: Wjteh.da.ru}

* * *