Текст книги "Юный техник, 2009 № 05"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ВМЕСТЕ С ДРУЗЬЯМИ
Бои на паркетном полу

Недавно Николай Степанков из Самары прислал нам эскизы модели аппарата на. воздушной подушке (ABП), которую он сделал сам. Прежде чем рекомендовать читателям конструкцию Николая, мы собрали модель по прилагавшемуся описанию и получили неплохие результаты. От легкого толчка крошечный АВП способен проскользить по полу несколько метров. А значит, с несколькими такими моделями вполне можно устроить соревнование на меткость. Но прежде немного истории.

Многие полагают, что первый аппарат на воздушной подушке «Ховеркрафт», весивший 3,9 т, создал в 1959 г. англичанин У. Коккерель. Однако еще в 1941 г. в СССР уже имелся отряд из 12 боевых АВП («аэроглиссеров», как их тогда называли), весом от 8,6 до 11,3 т. Если максимальная скорость «Ховеркрафта» после установки на него турбореактивного двигателя с тягой 400 кг достигала 90 км/ч, то скорость АВП Л-5, весившего 11 300 кг, в 1937 г. достигала 131 км/ч. Аппарат имел два серийных авиадвигателя М-62 по 1000 л.с., вращавших два высоконапорных вентилятора, подававших воздух для создания воздушной подушки. Часть этого воздуха направлялась в специальные сопла для создания горизонтальной тяги. Л-5 парил над поверхностью воды или суши на высоте 0,2–0,3 м, легко преодолевал отмели, болота и прибрежный кустарник. Все эти аппараты были созданы в МАИ под руководством профессора В.И. Левкова (1895–1952).

Модель Николая чем-то похожа на один из аэроглиссеров Левкова. Состоит она из вентилятора от старой компьютерной платы и двух продуктовых пенопластовых поддонов. Работает модель от двух батарей «Крона», соединенных последовательно, и от легкого толчка, как сказано, скользит по полу несколько метров. Но траектория скольжения у нее дугообразная. Это вызвано реактивным моментом винта вентилятора.

В.И. Левков(1895–1952)

Соревноваться на меткость с такой моделью непросто, лучше модель, скользящая прямолинейно. Этого можно добиться по-разному. Можно, например, установить дополнительный тяговый вентилятор. По такой схеме работает «Зубр», – мощнейший в мире российский корабль на воздушной подушке. Но В.И. Левковым было установлено, что достаточную горизонтальную тягу можно получить отводом части воздуха вентилятора в реактивное сопло. Так и было сделано в одной из наших моделей.

Дополнительные очки должны присуждаться за внешнее оформление модели: установка кабины, пушек, ракет.

АВП Л-5 «Аэроглиссер», 1941 г.

Возможно, в литературе вы встречали описания моделей АВП, работающих от авиамодельных двигателей мощностью в сотни Вт, оснащенных самолетными винтами большого диаметра. Поэтому может вызывать удивление, что вентилятор компьютера, потребляющий всего 6 – 10 В и развивающий на валу примерно в два-три раза меньшую мощность, может поднять себя самого, две батареи да еще маршевый вентилятор. Секрет прост: вентилятор оснащен очень совершенным многолопастным пропеллером, сделанным по всем законам аэродинамики.

Если винт модели самолета приспособлен для работы в открытом пространстве, а при работе вблизи поверхности его КПД падает во много раз, то лопасти вентилятора, напротив, имеют профиль, приспособленный для работы вблизи поверхности. Да и расположен он в кольцевом канале специальной формы, способствующем такой работе. Все это и позволяет маломощному, но крайне эффективному вентилятору поднимать самого себя, батареи и корпус модели. Модель, как написал Николай, может летать только над очень ровным полом на высоте 1–2 мм. Однако практика показала, что после некоторого разгона модель уверенно движется даже по рассохшемуся паркету со щелями.

Отметим, что поднимать самого себя и батареи способны лишь вентиляторы диаметром больше 95 мм. В то же время легко поднимает модель даже самый крохотный вентилятор, если подавать ему ток по проводам. Это позволяет делать миниатюрные АВП, соединенные с источником питания тонкими, как паутина, почти невидимыми проводами. Но приступим к изготовлению модели.

Приготовьте два одинаковых чистых продуктовых пенопластовых поддона. Один из них переверните и процарапайте в нем при помощи циркуля-измерителя с иголками отверстие с диаметром, равным диаметру лопастей вентилятора. После этого приклейте по краям отверстия отрезки двухстороннего скотча и установите на них вентилятор так, чтобы он подавал воздух в поддон. Если в вашем распоряжении мощный вентилятор, то давление этого воздуха должно приподнять поддон вместе с батареями.

Если мощности не хватает, придется, чтобы увеличить площадь, присоединить второй поддон. Для этого очень острым ножом срежьте торцевые части и соедините оба поддона полосками скотча. Для этого положите их на ровную поверхность и наклейте скотч по бокам. Корпус модели сразу же приобретет жесткость и правильную форму. Затем оклейте стык полосками скотча с обеих сторон. Возможно, из-за чисто технологического различия в размерах поддонов в районе стыка образуется уступ, через который будет уходить воздух. Устраните его, наклеив полоску скотча вдоль стыка. На верхней части корпуса также при помощи двухстороннего скотча наклейте батареи с разъемами и ходовой вентилятор.

Простейшая модель АВП состоит из вентилятора от компьютера и продуктового пенопластового поддона. Источник энергии – две батареи типоразмера РРЗ.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Усилители класса D

В последнее время все популярнее становятся усилители звуковой частоты (УЗЧ) класса D. Иногда их называют «цифровыми», полагая, что буква D происходит от слова Digital – цифровой, но это неверно, и этот вопрос мы еще обсудим. Начат промышленный выпуск микросхем для таких усилителей. Многие из них требуют минимальной «обвязки», то есть внешних навесных элементов – резисторов и конденсаторов.

Область применения усилителей класса D– звуковые (аудио) комплексы, автомобильные приемники и магнитолы, проигрыватели компакт-дисков, аудиоплееры, телефоны и другая техника. Первое, что бросается в глаза при ознакомлении с рекламными проспектами или справочными листками (даташитами, как теперь говорят), – это небывалая экономичность и большая выходная мощность этих усилителей при малых размерах и минимальном выделении тепла, что в ряде случаев позволяет вообще отказаться от радиаторов.

В чем же причина столь высоких мощности, экономичности, а, следовательно, большого КПД таких усилителей? Чтобы в этом разобраться, нужно сначала ясно представить, как вообще работает усилитель и что такое классы усиления.

Понятие классов усиления ввели давно, когда транзисторов еще не было и все усилители строили на лампах. Проблемы экономичности усилителей стояли и тогда, может быть, даже острее, чем теперь, поскольку лампы требовали еще дополнительной энергии для накала.

Главный потребитель мощности в УЗЧ – выходной каскад, потому что именно он отдает усиленные колебания в нагрузку – динамический громкоговоритель или акустическую систему. А потребляет энергию он, естественно, от источника питания.

Рассмотрим простейший выходной каскад на одном транзисторе, работающий в классе А(рис. 1).

Напомним сразу, что коллекторный ток от источника питания через динамическую головку ВА1 и транзистор VT1 течет лишь тогда, когда

на базу транзистора подан положительный открывающий потенциал. Для кремниевых транзисторов (а подавляющее большинство современных транзисторов именно кремниевые) он должен быть не менее 0,5…0,6 В. При дальнейшем увеличении положительного напряжения на базе ток транзистора растет очень резко. Как говорят, входная характеристика транзистора нелинейна. По этой причине управлять транзистором от источника переменного звукового напряжения невыгодно – будут наблюдаться очень большие искажения сигнала.

Транзистор – токовый прибор, поэтому и управлять им нужно током, другими словами, от источника с высоким внутренним сопротивлением. Для простоты на схеме (рис. 1) показан резистор R1, имитирующий внутреннее сопротивление источника. На практике, при грамотном проектировании усилителя, используют предварительные усилительные каскады с высоким выходным сопротивлением. Отношение коллекторного тока транзистора к току базы называется коэффициентом передачи по току и обозначается как β (ранее) или В _ст. У современных транзисторов он достигает нескольких десятков и даже сотен.

Итак, чтобы открыть транзистор, нужно пропустить некоторый начальный ток через цепь базы. Он называется током смещения. Иногда его подают через дополнительный резистор прямо от источника питания. В нашей простейшей схеме ток смещения должен быть не меньше амплитуды переменного тока звуковой частоты, как показано на графике входного тока I _вхна рисунке слева, иначе возникнут искажения.

Выходной ток (график справа) также будет содержать постоянную составляющую, которая нам, вообще-то, совсем не нужна. Но мы вынуждены мириться с ее присутствием, если не хотим искажений звукового сигнала. КПД усилителя класса А очень низок, лишь при больших сигналах (при максимальной громкости) он достигает примерно 30 %, а при малых сигналах совсем мал. Ведь мы не можем убрать постоянную составляющую выходного тока I _о, иначе при больших сигналах появятся искажения. Другой недостаток – постоянный ток I _очерез головку громкоговорителя ухудшает ее работу, нагревает звуковую катушку и выдвигает ее из зазора магнитной системы.

Если последнее устранить, то эти усилители воспроизводят звук очень чисто, практически без искажений при малых сигналах.

Усилители следующего, класса В, работают вообще без начального смещения. При этом транзистор открывается только положительной полуволной входного сигнала, а отрицательную волну не пропускает совсем (рис. 2).

Но зато при отсутствии сигнала и ток через транзистор равен нулю. КПД этого усилителя достигает 60…70 %.

Такие усилители не годятся для усиления звука, но нашли применение в радиопередатчиках, где нагрузкой транзистора служит не динамическая головка, а выходной колебательный контур, который в силу своей «инерционности» дополняет колебания второй полуволной, и на выходе передатчика получается синусоидальный сигнал. Для еще большего повышения КПД в передатчиках используют и усилители класса С, в которых на транзистор подают некоторое напряжение смещения, но запирающее, отрицательной полярности. При этом ток через транзистор имеет вид еще более коротких импульсов, ударно возбуждающих выходной колебательный контур.

Для УЗЧ класс Сникогда не используют из-за больших искажений, но он-то как раз и дал название усилителям, которые мы и собираемся рассмотреть, поскольку D– это просто следующая буква латинского алфавита.

УЗЧ класса Втем не менее бывают, но только двухтактные, состоящие как бы из двух усилителей, каждый из которых усиливает свою полуволну сигнала. Специально для них разработаны комплементарные (взаимодополняющие) пары транзисторов различного типа проводимости, но с одинаковыми параметрами. К ним относятся, например, пары КТ315 – КТ361 (маломощные), КТ815 – КТ817 (средней мощности) и многие другие.

Схема УЗЧ класса В показана на рисунке 3.

Этот усилитель требует двуполярного питания, то есть двух источников питания с одинаковым напряжением, но с разной полярностью относительно общего провода «земли». При положительной полуволне входного тока работает верхний по схеме усилитель на транзисторе VT1, а при отрицательной – нижний, VT2.

КПД усилителя такой же высокий (60… 70 %), как у предыдущего, по схеме рисунка 2. Теперь о его недостатках. На практике не удается обеспечить идеальное токовое управление транзисторами, и в моменты перехода входного сигнала через нуль оба транзистора на короткое время оказываются закрытыми.

Это приводит к образованию в выходном сигнале «ступеньки» между двумя полуволнами (см. рис. 3, график справа). Опыты, в том числе и автора, показали, что человеческое ухо чрезвычайно чувствительно к такого рода искажениям. Особенно они заметны при слабых сигналах, что немедленно сказывается на качестве звука. В то же время ухо относительно слабо реагирует на искажения в области максимума полуволн (искажения типа ограничения), перенося их довольно спокойно.

Для полного устранения искажений типа «ступенька» в чистом виде класс В для УЗЧ не используют, подавая некоторый начальный открывающий ток в цепь базы каждого транзистора. Появляется и соответствующий коллекторный «ток покоя».

Но при этой схеме включения транзисторов он не попадает в головку ВА1, протекая через оба транзистора из одного источника питания в другой! Такой усилитель относят к промежуточному классу АВ. Именно таковы в подавляющем большинстве современные усилители мощности звуковых частот.

В.ПОЛЯКОВ, профессор

(Окончание следует)

* * *

ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ!

Если вы решите выписать «Юный техник» на II полугодие 2009 года, напоминаем: подписная кампания завершается 10 июня. При желании вы можете воспользоваться купоном, напечатанным ниже, вписав туда количество номеров (с 6-го по 12-й), свою фамилию, адрес и индекс «ЮТ». При подписке по каталогу агентства «Роспечать» индекс журнала – 71122, в Объединенном каталоге «Пресса России» наш индекс – 43133, но каталогу «Почта России» – 99320. Надеемся на встречи в новом полугодии.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Пенициллин спас миллионы жизней. С его помощью многие страны победили эпидемии чумы, оспы, тифа, холеры. Если бы не он, утверждает статистика, население Земли было бы втрое меньше. Открыл пеницилин в 1928 г. шотландский ученый Александр Флеминг.

А. Флеминг(1881–1955)

Занимаясь опытами по выращиванию бактерий, он подметил, что на питательной среде, вблизи островка, заселенного зеленой плесенью penicillinum notation, образуется зона, где нет никаких других микроорганизмов. Стало ясно, что плесень выделяет вещество, тромозящее их рост. В 1931 г. Флеминг выделил из зеленой плесени кислоту, подавлявшую рост бактерий многих страшных болезней. Однако получить это вещество в количестве, достаточном для лечения даже одного больного, ему не удалось. Этого добились англичане Г. Флори и Э. Чейни лишь в 1938 г. Они сумели испытать новое лекарство на безнадежных больных с заражением крови и добились их полного излечения.

Тем временем приближалась война. В то время огромное число раненых погибало не от самих ран, а от заражения крови и инфекций, вносимых попавшей в рану землей. Лучшее, чем тогда могли им помочь хирурги, это вовремя ампутировать конечность… Новое лекарство – его назвали «пенициллин» – могло их спасти, но требовалось увеличить его производство в миллиарды раз. В 1942 году, в разгар Второй мировой войны, Флори и Чейни отправились в США. Президент Ф. Рузвельт ассигновал на производство пенициллина около миллиарда долларов.

Расходуя громадные деньги на универсальное лекарство, способное подавить эпидемию самых смертоносных болезней, президент одновременно заботился и о безопасности своей страны. А затраты на производство пенициллина многократно окупились за счет продажи его на мировом рынке.

В нашей стране это лекарство уже в 1944 г. начали выпускать по собственной технологии, разработанной докторами биологических наук З.В. Ермольевой и Т.И. Балезиной. Но это тема другого рассказа.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Когда скоростной автомобиль или самолет преодолевает звуковой барьер, окружающие слышат хлопок. А слышит ли этот звук сам пилот?

2. Разносятся ли запахи в космическом пространстве?

3. Где выше грузоподъемность аппарата на воздушной подушке – на уровне моря или на высокогорье?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 12 – 2008 г.

1. Пока производство биотоплива из планктона даже в лабораторных условиях имеет малую эффективность: затраты велики, а КПД невелик.

2. Контейнер, вытолкнутый без торможения из люка, останется на той же орбите и будет летать рядом со станцией, не опускаясь на Землю.

3. Острый гвоздь требует меньших затрат энергии, поскольку на острие развивается большее усилие. Кроме того, острый гвоздь раздвигает волокна древесины, а тупой – сминает их.

* * *

Поздравляем с победой Алексея СЕМЕНОВАиз Омска, наиболее полно и четко ответившего на все вопросы. Он получит игрушку-тренажер Тоrnео Bailer Ball.

Близки были к победе активные участники конкурса М. Бахтиниз с. Елоховка Самарской обл., В. Диденкоиз г. Краснодара и А. Кирилловиз г. Сергиев Посад.

* * *

_{А почему?Куда ведет Млечный Путь? Когда люди стали добывать полезные ископаемые? Как из сахарного тростника получают сахар? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжают свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем заглянуть на мыс Рока, самую западную точку Европы, и в другие интересные уголки далекой страны Португалии.}

_{Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВШАВ конце 70-х годов прошлого века в США стали разрабатывать программу космической, стратегической оборонной инициативы (СОИ). Для чего нужна была эта программа и чем ответили военно-космические службы Советского Союза, вы узнаете из статьи и сможете построить модель варианта секретной военной орбитальной станции «Салют» для своего музея на столе.}

_{Любители электроники найдут в номере оригинальную схему радиоуправляемого кодового замка, а юные механики узнают о зарубежных и отечественных разработках подводных землеройных роботов-экскаваторов, необходимых при постройке портов.}

_{Часы досуга скрасят новые разработки Владимира Красноухова, и, конечно, «Левша» опубликует несколько полезных советов.}

* * *