В.В. МАЦКЕВИЧ
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ
РАДИОЭЛЕКТРОНИКА В ПИОНЕРЛАГЕРЕ
МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО ДОСААФ СССР
1986
ББК 32.884.19 М38
Рецензенты: В.Г. Борисов,
кандидат технических наук В.Т. Поляков
м 2402020000-050 24 86 072(02)-86
© Издательство ДОСААФ СССР, 1986.
ОТ АВТОРА
Надежда Константиновна Крупская говорила: «Надо увлечь учащихся романтикой современной техники». Эти прозорливые слова, сказанные полвека назад, сейчас приобретают новое звучание.
Современная техника немыслима без электроники. Электронные системы управляют самолётами, ракетами и роботами, помогают медикам ставить диагнозы и лечить людей. Без электроники не обходятся ни промышленность, ни транспорт. Свой быт многие из нас также не мыслят без электроники. Она же — незаменимый инструмент педагога: с её помощью моделируются процессы в любой области техники, облегчается и совершенствуется методика преподавания.
Электроника в последние годы развивается не только вширь, проникая во все уголки нашей повседневности, но и вглубь — за счёт интенсивного развития многих своих отраслей, и прежде всего микроэлектроники и робототехники.
В свете Основных направлений реформы общеобразовательной и профессиональной школы перед педагогами ставится качественно новая задача: вовлечь детей в эту область техники
с самого раннего возраста. Решение задачи в целом, разумеется, ещё впереди, но определённый положительный опыт внешкольной работы в данном направлении уже накоплен. Вероятно, самый лучший, самый плодотворный период для этого — пионерское лето. Именно тогда учащийся наиболее свободен, внутренне раскрепо щен, все его способности и увлечения готовы раскрыться в самой полной мере.
В Академии педагогических наук и на Центральной станции юных техников Министерства просвещения РСФСР в течение ряда лет решается задача организации кружков радиоэлектроники в пионерских лагерях. Вот уже шестой год в пионерском лагере медицинских работников Крыма «Иссары» имени Вити Короб-кова ребята с увлечением занимаются в интересном и своеобразном, по общему мнению, кружке радиоэлектроники. Именно здесь у многих десятков детей зародилась любовь к техническому творчеству. А для многих занятия в кружке лагеря стали решающими при выборе профессионального пути. Кружковцы лагеря регулярно участвуют во Всесоюзных выставках технического творчества радиолюбителей. Восемь из них награждены медалями лауреатов НТТМ, четверо — медалями «Юный участник ВДНХ».
В итоге, как нам кажется, удалось создать определенную систему обучения радиоэлектронике и техническому конструированию, которая при небольших затратах и вполне доступных (зачастую бросовых) материалах дает значительный педагогический эффект. Эта система позволяет школьникам разных возрастов за короткое время лагерной смены освоить азы радиоэлектроники.
Следует отметить: автор вовсе не тешит себя
надеждой, что все до единой конструкции, вошедшие в книгу, могут быть изготовлены в кружке рядового пионерлагеря за одну лагерную смену или даже за одно лето. Тем не менее, думается, что эта книга, отнюдь не претендующая на роль всеобъемлющего учебника, будет полезна руководителям кружков и организаторам детского технического творчества в их нелегкой и благородной работе. Хотелось бы надеяться, что это далеко не последнее пособие такого рода. Все замечания и пожелания читателей будут восприняты с благодарностью и вниманием.
Автор выражает глубокую благодарность начальнику отдела ЦК профсоюза медработников СССР Татьяне Григорьевне Киселевой и председателю обкома профсоюза медработников Крыма Татьяне Ивановне Аркадьевой. Без их большой деловой поддержки и душевного участия вся работа, результаты которой отражены на этих страницах, была бы невозможна.
Особая признательность — постоянным помощницам в оформлении работ и занятиях с младшими ребятами, талантливым девочкам Наде Соседкиной и Люде Зайцевой.
Глава I.
ЧУДЕСА В ПИОНЕРЛАГЕРЕ
Утром, после завтрака, и вечером, после полдника, ребята пионерлагеря «Иссары» спешат в свой кружок электроники. В свободную минуту сюда стараются заглянуть пионервожатые. Отряды идут в кружок на экскурсии.
По лагерю все лето ходит молва о разных электронных чудесах.
При входе в кружок почти до самого пола свисает всем известный, очень симпатичный мультипликационный лев — тот самый, который в фильме распевает: «Я на солнышке лежу». Если потянешь льва за хвост, у него загораются огромные изумрудные глаза, вспыхивает малиновым цветом ротик и лев кричит: «Хочу к маме в Африку или в пионерский лагерь «Иссары»!» Под музыку, в свете разноцветных прожекторов танцует «барыню» олимпийский Миша. В яркой клетке из пестрых пластмассовых прутиков заливается электронный соловей, трели которого нипочем не отличишь от пения его живого собрата. А за рабочими столами десятки ребятишек от 10 лет и старше так увлеклись работой, что даже не замечают присутствия гостей... Присмотримся к их работе повнимательнее.
Самые младшие ребята выпиливают из фанеры фигурки персонажей любимых сказок. Другим кружковцам, более опытным, доверена и более ответственная часть работы: наполнить игрушки электронным «содержимым». А вокруг, на красочно оформленных стеллажах,— выставка изделий кружка прошлых лет. Экспонаты ее словно говорят ребятам: не подкачайте, сделайте не хуже!
И вот, пока мы осматривали выставку, уже четыре симпатичных Карлсона полетели по кругу под потолком лабо-
ратории. С открытыми ртами смотрят вверх юные посетители кружка. Наверняка кто-то из них завтра явится к руководителю с просьбой научить и его делать Карлсона.
Давайте хотя бы вкратце познакомимся с устройством занимательных экспонатов кружка радиоэлектроники. С чего начать? Ну хотя бы с электронной кобры. Когда ее включают, вокруг сразу же собираются ребятишки, готовые подолгу терпеливо ждать, пока кобра затанцует.
Большой красивый кувшин и дудочка — вот и все атрибуты аттракциона. Как только на дудочке начинает играть «укротитель», из кувшина, шипя, медленно поднимается фигурка кобры. Покачиваясь из стороны в сторону, она как бы исполняет змеиный танец, а затем, под звуки той же дудочки, скрывается в кувшине. Электронная «начинка» кобры состоит из приемника звуковых сигналов с двумя селективными реле на выходе и генератора шума с усилителем НЧ, а электромеханическая — из трех электродвигателей, приводящих в движение планку с укрепленной на ней фигуркой кобры. Дудочка, являющаяся «передатчиком» управляющих сигналов, представляет собой мультивибратор, генерирующий колебания частотой 1020 и 600 Гц, которые после усиления преобразуются динамической головкой в звуковые сигналы двух команд. На такие же частоты настроены и RC-контуры селективных реле приемника.
При подключении «кобры» к сети переменного тока начинает работать генератор шума — в динамической головке появляется звук, имитирующий шипение змеи. Когда дудочкой подается звуковой сигнал частотой 1020 Гц, срабатывает соответствующее ему селективное реле и включается электродвигатель плавного подъема кобры. В верхнем положении фигурки включается электродвигатель, опускающий кобру в кувшин.
Принцип работы звукоуправляемой аппаратуры, конечно, не нов. Интересно ее неожиданное применение, придуманное ребятами.
Из года в год электронная кобра совершенствуется. Например, недавно в ее конструкцию введено электронное устройство, управляющее свечением изумрудных глаз, которые то медленно загораются, то потухают. Это происходит благодаря мультивибратору с зарядно-разрядной цепочкой, позволяющей регулировать время загорания и потухания лампочек.
Время от времени кобра с шипением высовывает тоненький блестящий раздвоенный язычок. Движением язычка
Рис. 1.1. Электронный пёсик
через спусковой тросик от фотоаппарата управляет микроэлектродвигатель с эксцентриком, перемещающим тросик. Разумеется, аттракцион выходит тем эффектнее, чем больше сходство кобры с живой змеей.
Всем малышам нравится электронный пе-
сик в будке (рис. 1.1), который выскакивает с лаем, если кто-нибудь пытается забрать у нею мисочку с костью. Лает он совершенно как живой. Этого удалось добиться, применив в системе лая акустический резонатор в виде пластмассовой трубки, прижатой к капсюлю типа ДЭМШ. А прошлым летом на будочке песика появилось новшество: медленно вращающаяся радиоантенна «системы дальнего обнаружения».
Шумный восторг зрителей вызывает драка целой компании радиоэлектронных кошек и собак. Возможны обвинения в антипедагогичности подобного зрелища — но никто не замечал, чтобы дети, делавшие или наблюдавшие этот аттракцион, проявляли повышенную агрессивность или были особенно драчливы.
Здесь разыгрывается целая «трагедия». Пёс Пиф и кот Геркулес дерутся у мусорного ящика. Пиф открывает крышку ящика и тут же получает от Геркулеса удар рыбиной по голове. Пиф громко лает, при этом у него вспыхивают яркие рубиновые глаза. Раздаётся громкое мяуканье Геркулеса, его глаза загораются зелёным цветом. Драка зверей — это целая кибернетическая система с электромоторами, шестью динамиками и множеством электронных устройств, имитирующих голоса животных. Для получения естественного лая и мяуканья применены акустические резонаторы, сделанные из каркасов пластмассовых катушек для проволоки.
По полу лаборатории бегает электронная курица (рис. 1.2). Она громко кудахчет и несёт яйца. Это тоже
Рис. 1.2. Электронная курица
довольно сложная модель с программным управлением. Электронное устройство весьма натурально имитирует звуки куриного кудахтанья.
Снова предвидим замечания оппонентов: несерьезные какие-то самоделки!.. Но ведь мы не напрасно применили слово «аттракцион». И недаром все эти игрушки выставлены в кружке на всеобщее обозре-
ние: основная их функция — привлекать в кружок самых маленьких ребят, еще не имеющих никакого представления о радиотехнике.
Да и, кстати говоря, не такое уж пустое дело это электронное кудахтанье. Известно, что в современных инкубаторах «электронный зов» ускоряет появление птенцов на свет. Если в обычном инкубаторе цыплята вылупляются в течение нескольких суток, то с электронной «повитухой» — Есего лишь за один день. Вдобавок, едва вылупившись, желтые пушистые комочки самостоятельно покидают выводные лотки, устремляясь на сигнал электронной хохлатки.
За эту работу двое кружковцев из лагеря «Иссары» — Люда Зайцева и Максим Лукьянов — на 31-й Всесоюзной выставке творчества радиолюбителей ДОСААФ СССР были награждены медалью «Юный участник ВДНХ» и ценными подарками. Как видите, от «несерьезного» до серьезного один шаг...
Здесь же демонстрируется электронная система, имитирующая звуки движения поезда и гудков паровоза. Ее можно использовать в театрах и на киностудиях. За эту систему Сережа Агеев и Дима Шамакин также удостоились медали «Юный участник ВДНХ».
Ряд электронных конструкций имитирует голоса птиц, звучание музыкальных инструментов. Все эти
устройства, как правило, построены на основе двух- или четырёхтранзисторных мультивибраторов, схемы которых, начерченные крупным планом, вывешены в помещении кружка (рис. 1.3).
Наконец, ребятам и взрослым — гостям лагеря — всегда показывают электронный «Салют над Кремлём» и «Цветок «Иссары»». Техническая основа этих экспонатов одинакова — пучки световодов и мощный источник света. Пучок световых лучей попадает на торец световода через медленно вращающийся диск из кусочков разноцветной пленки. Над изображением Кремля отдельные нити световодов образуют «праздничный салют», переливающийся всеми цветами радуги. В этом макете ребята использовали целый ряд декоративных приёмов: подсветку неба, сделан-
Рис. 1.3. Схемы мультивибраторов
ного из голубого пластика, подсветку кремлевской стены, выполненной из фанеры. Орудийные выстрелы салюта имитируются электронной схемой.
«Цветок «Иссары»» — это уже сочетание техники и декоративного искусства. Здесь элементы, встречающиеся в «салюте», объединены с музыкальным сопровождением цветовых эффектов. Ребята избрали «Венгерскую рапсодию» Листа в оркестровом исполнении. Особое впечатление «Цветок «Иссары» производит в полумраке. В нижней части цветка на оранжевый пластик, огибающий световоды, проецируются переплетающиеся тени пучка световодов, идущего от проектора.
Таковы экспонаты кружковой выставки. Мы специально вынесли их описание в первую главу, чтобы лишний раз подчеркнуть их «рекламное», аттракционное значение. Они служат «вывеской» кружка в глазах самых младших ребят и призваны завлечь, заинтересовать их электроникой.
Занимательная обстановка в кружке, красивое художественное оформление работ увлекают ребят, они с удовольствием знакомятся с основами электроники на радиокубиках (о них будет рассказано ниже), создают множество разнообразных поучительных моделей и, что самое главное, уезжают из лагеря с большим желанием продол-
жить занятия электроникой дома. Кружок зарождает в детях искорку технического творчества, желание трудиться не ради отметки. Все это в будущем пригодится каждому на любой работе и дома.
ОРГАНИЗАЦИЯ КРУЖКОВОЙ РАБОТЫ
И ТРЕБОВАНИЯ К ПОДГОТОВКЕ РУКОВОДИТЕЛЯ
Организовать в пионерлагере основательный кружок радиоэлектроники удается не сразу. Для этого нужны время, опыт и очень большое желание квалифицированного специалиста, стремящегося увлечь ребят и передать им свои знания. Хороший руководитель сумеет начать дело и на пустом месте. Об этом интересно написано в книге В. Г. Борисова «Радиотехнические игры и соревнования» (М.: ДОСААФ, 1978), где сказано, что для начала местом занятий может стать даже обыкновенная площадка под деревянным навесом (рис. 1.4).
По сложности кружок радиоэлектроники занимает одно из первых мест среди кружков технического творчества детей. При изготовлении моделей здесь применяется много разнообразных материалов и деталей (см. прилож. 1). В процессе занятий кружковцам приходится вычерчивать достаточно сложные схемы. Постройка даже относительно несложных конструкций требует теоретических знаний, умения и выдумки. Из числа ребят, желающих заниматься в кружке, далеко не всем удается легко выполнить требования, предъявляемые к кружковцам Однако принимать в кружок рекомендуется всех желающих. Интерес к радиотехнике, желание работать творчески следует поддерживать и развивать всеми возможными способами.
Желательно объявить о начале записи в кружки по местной радиотрансляционной сети. Запись следует вести в помещении радиолаборатории, чтобы будущие кружковцы видели, где им придегся работать. Нужно организовать выставку работ кружковцев.
Будущих кружковцев записывают в группы по 15— 17 человек в каждой.
Для увеличения наглядности обучения руководителю следует лично показывать ребятам правильные приемы работы. Эффект от личного показа усиливается демонстрацией учебно-наглядных пособий. Кроме того, очень важно иметь представление о педагогических результатах своей
Рис. 1.4. Радиокружок под навесом
работы. Для этого необходимо спрашивать самих кружковцев, что им дали занятия и какие имеются пробелы.
Нет сомнения, что руководителем кружка может быть только высококвалифицированный специалист. Однако и он может не уметь работать со школьниками, не знать особенностей внешкольной работы, не иметь необходимой «педагогической жилки». Первая задача начинающего руководителя — инженера или техника, студента старшего курса или пенсионера — в максимально короткий срок овладеть
«педагогической техникой», искусством обучения и воспитания и в дальнейшем постоянно совершенствоваться в этой области.
При планировании работы программа радиокружка может в какой-то степени «подгоняться» к индивидуальным запросам кружковцев, их возрасту и опыту занятий радиоэлектроникой.
Эти изменения могут затрагивать время, отводимое для теоретических занятий и практических работ, объем учебного материала отдельных тем программы, сам набор изучаемых схем. При этом необходимо учитывать, что кружковцы посещают занятия добровольно, из особого интереса, вызываемого радиоэлектроникой. Этот интерес следует всеми мерами поддерживать, укреплять, развивать. Для этого, составляя план работы кружка, нужно выяснить у ребят: над какими конструкциями они хотят работать, какие знания и практические навыки работы уже имеют.
Следует быть твердо уверенным, что первая конструкция начинающего юного радиолюбителя обязательно заработает сразу после сборки. Иначе интерес к технике может пропасть. После того как будет намечен список планируемых конструкций, уточняется состав необходимых деталей и материалов.
СОСТАВ КРУЖКА.
РЕГЛАМЕНТ И ТЕМАТИКА ЕГО РАБОТЫ
В организации работы кружка немалое значение имеет его состав. Первые годы своего существования кружок радиоэлектроники нашего пионерского лагеря комплектовался ребятами старшего возраста. Однако по мере совершенствования материальной базы в кружок стали принимать ребят всех возрастов, включая учеников 2—3-х классов.
Для самых младших мы всегда находили работу полегче, в частности, не связанную непосредственно с электроникой — например, выпиливание и выжигание. При этом младшие кружковцы чувствуют себя причастными к сложной работе старших. Под руководством преподавателя и с помощью старших ребят (авторитет их, как известно, для малышей непререкаем) они постепенно учатся владеть инструментом, приборами, приобретают элементарные тео-
регические знания. Позже ребята овладевают приемами изготовления простейших, а затем и все более сложных моделей.
Обучая детей элементарным теоретическим основам и навыкам конструирования, руководитель кружка должен «дойти» до каждого кружковца, уделить ему достаточное внимание и время. А это далеко не просто, если учесть, что на занятия в большом пионерском лагере одновременно приходит до 50 ребят, а всего за смену кружок посещает почти 100 человек (именно так было в пионерлагере «Иссары»). В такой обстановке необходимо, чтобы на каждом занятии кружка, наряду с младшими, присутствовали несколько более знающих и опытных ребят старшего возраста, которые вместе с руководителем могли бы принять участие в обучении новичков. В кружке радиоэлектроники пионерлагеря «Иссары» это стало законом. Как уже ска-зано, влияние кружковцев друг на друга часто оказывается сильнее, чем воспитательное воздействие самого руководителя кружка. Если в кружке есть ребята, имеющие уже определенный опыт и знания, младшие кружковцы, наблюдая за работой своих старших товарищей, видя их увлеченность техникой и трудолюбие, сами стремятся быть похожими на них.
В свою очередь, и самих старших ребят, видящих такое отношение к себе со стороны младших, присутствие малышей заставляет относиться к своей работе с большей ответственностью.
Не менее важным, чем взаимоотношения старших и младших кружковцев, является вопрос о совместной работе в кружке радиоэлектроники мальчиков и девочек.
В настоящее время в отечественной радиотехнической промышленности занято много женщин. Кроме того, работницам нерадиотехнических и даже вовсе нетехнических профессий неминуемо приходится иметь дело с радиоэлектронным оборудованием самого различного назначения. В частности, в современной медицине не обойтись без электроники. Можно смело утверждать: девочки не менее способны к технике, чем мальчики, просто «техническое чутье», подкрепляемое каким-либо практическим увлечением, пробуждается у мальчиков раньше. Поэтому в пионерлагере «Иссары» всячески поощряются занятия девочек радиоэлектроникой. Некоторые из них проявили недюжинные способности и за участие во всесоюзных выставках награждены медалями ВДНХ и лауреатов НТТМ.
В начале каждой лагерной смены, на вечерах знакомства ребят с персоналом лагеря, мы рассказываем о кружке радиоэлектроники, приглашаем всех желающих записываться в него. Приводя примеры образцовых работ прошлых лет, руководитель кружка никогда не упускает случая похвалить конструкцию, собранную руками девочек.
Девочек, работающих в кружке радиоэлектроники, следует окружать особым вниманием, оказывать им помощь в работах, требующих значительных физических усилий. В то же время ни в коем случае нельзя допускать со стороны мальчиков-кружковцев иронические замечания в их адрес или высокомерно-снисходительное отношение. При внимательном и тактичном отношении к себе девочки, как правило, быстро приобретают определенный опыт и навыки в изготовлении радиоэлектронных устройств, чувствуют себя с каждым занятием все увереннее и своим усидчивым и аккуратным трудом заслуживают уважение ребят.
Наблюдения показывают, что почти две трети детей, записывающихся в кружок радиоэлектроники, в начале лагерного лета — новички и начинают занятия с азов. Но, разумеется, ориентироваться при подготовке к занятиям только на начинающих было бы грубейшей ошибкой. Для более подготовленных ребят в кружке должна быть запасена соответствующая литература. В первую очередь, это подшивки журналов «Радио», «Моделист-конструктор» и «Юный техник». Очень полезна библиотечка «В помощь радиолюбителю» Издательства ДОСААФ, а также брошюры В. Г. Борисова «Практикум начинающего радиолюбителя» и Б С. Иванова «В помощь радиокружку». Каждый руководитель, безусловно, дополнит этот список в соответствии со своим вкусом и возможностями
В последние годы руководителям приходится считаться с появлением в кружке радиоэлектроники отдельных «самородков» из учеников шестых — седьмых классов, самостоятельно освоивших микроэлектронную технику. Некоторые из них настолько преуспевают в знании микросхем, что иногда своими вопросами ставят в тупик руководителя кружка. Эти ребята назубок помнят параметры микросхем самых различных серий и зачастую имеют незаурядный опыт конструирования. Таких кружковцев необходимо с первого дня занятий заинтриговать по-настоящему интересной нелегкой работой и в дальнейшем стараться воспитать из них верных квалифицированных помощников.
Рис. 1.5 Конструктор для изучения микросхем и логических основ построения ЭВМ
Целесообразно направить творческие наклонности таких ребят на разработку новых технических средств для изучения микросхем, их свойств и областей применения. В кружке пионерлагеря «Иссары» семиклассники Сережа Агеев, Рома Кузнецов и Максим Лукьянов разработали и собрали конструктор для изучения логических основ ЭВМ (рис, 1.5). В конструкторе смонтированы: микросхема К155ЛАЗ, состоящая из четырех элементов 2И-НЕ (центральная плата), несколько резисторов и конденсаторов различных номиналов, два светодиода и три кнопки. Соединяя различные элементы конструктора проводниками с вилками, можно собрать не только устройства, поясняющие функционирование логических элементов И, НЕ И и других, но и мультивибраторы, одновибратор, триггеры. Кроме того, конструктор позволяет провести несколько занимательных игр.
После освоения программы экспериментов с конструктором в кружке предусматривается изготовление ряда занимательных устройств иа микросхемах. Среди них простейшие светокоммутаторы для праздничной иллюминации, зву-косигнализаторы (например, для охранной сигнализации), варианты «воющих» сирен, различные реле времени Я др.
Силами тех же ребят в кружке создан кибернетический конструктор, позволяющий собирать из микросхем основные узлы ЭВМ: схемы дешифраторов, схемы с памятью,
счетчики, скользящий регистр, частотные модуляторы, элемент памяти JК, счетчик с этим элементом памяти и ряд других схем и устройств.
Несколько слов о регламенте занятий кружка радиоэлектроники. Длительность одного занятия следует установить такой, чтобы у кружковцев на всем его протяжении не ослабевал интерес к работе и чтобы они не слишком уставали. Это максимум 2...2,5 часа. Кроме того, надо иметь в виду, что часть времени (10...15 мин) уходит на подготовку рабочего места, подбор инструментов, материалов и деталей. Еще 10...15 мин потребуется на уборку рабочего места после работы, приведение в порядок материалов, инструментов, деталей и изготавливаемых конструкций (уборка помещения кружка производится дежурными после ухода остальных кружковцев). Улучшая организацию труда ребят и укрепляя дисциплину, можно сократить затраты времени на различного рода непроизводительные операции до минимума.
Руководитель кружка должен уделять постоянное внимание теоретической подготовке кружковцев. Изучение современной техники невозможно без большого труда и умственного напряжения. Об этой простой истине часто забывают, считая, что занятия в кружке — нечто вроде отдыха от «настоящих» занятий, этакий «полезный досуг», в часы которого школьник занимается техническим творчеством и изобретательством. Однако творчество и изобретательство в любой области человеческой деятельности основано на широких и глубоких знаниях, на большом опыте практической работы. Поэтому нельзя говорить о каком-либо техническом творчестве ребят в кружках, не дающих серьезной теоретической подготовки. В лучшем случае это будет всего лишь добросовестное механическое исполнение указаний руководителя или воспроизведение уже кем-то собранных конструкций. Технический кружок — это не забава, не игра в технику, а первая школа, в которой коллектив увлеченных ребят всерьез стремится к приобретению знаний и навыков в полюбившейся области науки и техники.
Не случайно работа в кружке радиоэлектроники часто заражает детей на всю жизнь неистощимым желанием творческой работы, предопределяя их будущую профессиональную судьбу.
ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ РАБОТА
В КРУЖКЕ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Работа школьников в кружке радиоэлектроники пионерлагеря открывает широкие возможности воспитательного воздействия на них. Этому способствуют многие особенности и черты кружковой работы, в корне отличающие кружок от школьного класса. Из них наиболее важны следующие:
добровольность работы;
возможность удовлетворения интереса и реализации способностей детей в области техники;
значительная доля самостоятельности и творчества в работе кружковцев;
гармоничное сочетание умственного и физического труда;
практическая направленность работы членов технических кружков и общественная полезность их труда;
коллективность труда;
общность интересов членов кружка;
совместная работа кружковцев старшего и младшего возраста;
непосредственное участие школьников в создании и улучшении условий их учебы и труда в технических кружках;
влияние работы в кружке на выбор будущей профессии.
Воспитание школьников в кружке неразрывно связано и с их практической работой, и с теоретической подготовкой. Чем лучше будет продумана система обучения и труда школьников в кружке радиоэлектроники, чем лучше будет организован их общественно полезный труд, чем больше интереса и инициативы он будет вызывать у кружковцев, тем эффективнее будут решаться главные задачи воспитания учащихся.
Однако перечисленные преимущества кружка не «срабатывают» сами по себе. Кружок предъявляет совершенно особые требования к личности и подготовке педагога, к его профессиональному мастерству.
Принцип добровольной работы школьников, традиционный в кружковой работе, создает благоприятную почву для воспитания у школьников инициативного и принципиального отношения к труду, к товарищам, к получаемым знаниям. Этот трудовой энтузиазм надо стремиться распространить на поступки детей, на их взаимоотношения между
собой. Путём личного примера и поощряя лучших кружковцев, руководитель кружка воспитывает у школьников уважение к товарищам, добровольно берущимся за трудное дело, добровольно, а не по просьбе руководителя, ставящим себя в худшие условия ради помощи более слабым или менее опытным кружковцам.
Ребятам надо приводить примеры из исторического прошлого нашего народа и его современных будней, показывающие, что добровольцы всегда были впереди, всегда были там, где труднее и опаснее, первыми принимая на себя тяготы новых неизведанных путей. Честное и благородное имя «доброволец» должно быть высоко поднято в сознании кружковцев. Но в то же время руководитель должен внимательно следить и за тем, чтобы отдельные члены кружка не злоупотребляли доверием, инициативой и трудолюбием своих товарищей, не стремились проехаться за чужой счёт. Это будет способствовать созданию в кружке сплочённого, дружного и трудолюбивого коллектива, способного решать большие и трудные задачи.
Большое значение в воспитании кружковцев имеет их заинтересованность и увлеченность техникой. Но руководитель не должен забывать, что зачастую этот интерес школьников вызван внешними, наиболее эффектными проявлениями техники. Внутреннее же ее содержание, связанное с необходимостью упорного и настойчивого, порой неблагодарного и неприятного труда, обычно им неизвестно. Отсюда вытекает еще одна важная задача руководителя кружка: привить ребятам уважение к «рутинной» стороне технического труда, понимание ее необходимости.
Учащихся следует с самого начала работы в техническом кружке не просто знакомить с достижениями старших и опытных кружковпев, но и подробно рассказывать им, каким упорным, тяжелым и длительным трудом достигались эти результаты. Демонстрируя работу изготовленного в кружке радиоэлектронного устройства, надо кратко рассказать кружковцам о технологии его изготовления, особенно выделяя наиболее трудоемкие и «неинтересные» работы и операции, подчеркивая в то же время их необходимость. Кроме того, следует указывать ребятам и на длительную экспериментальную работу, предшествовавшую сборке данного устройства, на допущенные поначалу ошибки и трудности, рассказывать о том, как они были преодолены. Таким образом, заранее внутренне подготавливая школьников, можно помочь им в дальнейшем избежать
разочарования и малодушия, помочь сохранить уважение к себе даже после явных неудач.
Работа кружка дает возможность удовлетворить различные способности и наклонности детей. В этом, как уже отмечалось ранее, одно из преимуществ кружковой работы перед обычными занятиями в школе. Разнообразие устройств, конструируемых в кружке, их различный уровень сложности и трудоемкости, необходимость самых различных теоретических и практических знаний позволяют путем продуманного подбора тем удовлетворить интересы всех членов технического кружка, независимо от их знаний, опыта и способностей. От руководителя кружка требуется хорошее знание возможностей и стремлений отдельных кружковцев. Необходимо, чтобы каждый был загружен практической работой, соответствующей его сегодняшнему уровню. Это, с одной стороны, обеспечит в кружке обстановку серьезной и вдумчивой работы, а с другой — будет препятствовать возникновению у отдельных кружковцев легкомысленного отношения к кружку, которое весьма заразительно. Именно в таких условиях будут оптимально проявляться творческие способности детей.
Даже самое отдаленное приближение технических устройств, изготовляемых школьниками в технических кружках, к современным образцам промышленной продукции потребует от руководителя решения целого комплекса задач как материально-технических, так и учебно-воспитательных.
Высокое качество технических устройств, включающее в себя точность и надежность в работе, удобство в эксплуатации и эстетичное внешнее оформление, требует не только вдумчивой и сосредоточенной работы руководителя и кружковцев. Если ваш кружок поднялся до решения таких серьезных задач, это обязывает внимательно планировать и рассчитывать предстоящие спераиии, тщательно подбирать инструменты и способы отработки материалов, следить за чистотой рабочего места и порядком в помещении. Эстетичность в оформлении технических устройств потребует у кружковцев приобретения навыков в эскизирова-нии, техническом рисунке и развитии художественного вкуса.
Грубейшую ошибку допускает руководитель, «распускающий вожжи» в кружке по мере того, как его подопечные набираются опыта и приобретают способность работать самостоятельно. Ошибка также — делать дисциплинарные
поблажки «избранным». В кружке все должны быть равны.
Руководитель технического кружка должен всячески поощрять любые действия кружковцев, направленные на улучшение качества практических работ, одновременно указывая школьникам, как невнимательность и небрежность в работе, отсутствие хорошо продуманного плана работы, неудачный выбор инструментов и т. п. приводят к неудачам.
Практика кружковой работы показывает, что с ростом сложности и качества изделий растет дисциплинированность школьников, их уважение к труду, умение квалифицированно оценивать объем труда, вкладываемого в создание тех или иных устройств и машин как самодельных, так и промышленного производства.
Очень важно, чтобы самому школьнику нравились результаты его собственного труда. Можно привести многочисленные примеры, когда кружковец, заинтересовавшись и увлекшись конструированием какого-либо технического устройства, после ряда неудачных конструктивных решений или недостаточно тщательного изготовления отдельных частей устройства терял к нему интерес и кое-как доводил его до конца или же вовсе бросал работу. В таких случаях руководитель кружка должен вовремя прийти на помощь школьнику, предложить ему переделать отдельные части изготавливаемого устройства. Иногда руководителю надо проявить в этом деле настойчивость, которая в дальнейшем окупится сохранением интереса кружковца к работе, а может быть, и к своей будущей профессии. Особенно стараются учащиеся, когда видят, что изготавливаемое их руками нравится товарищам.
Руководитель кружка должен ценить и уважать тот большой труд и энтузиазм, который вкладывают ребята в свои изделия. Однако это возможно лишь в том случае, когда технические устройства, изготавливаемые в кружке, будут обладать высокими качествами и смогут служить предметом гордости кружковцев за свой труд. Можно смело утверждать, что в тех кружках, в которых школьники изготовляют небрежные и непродуманные технические устройства, не имеющие достаточного практического применения, руководители не ценят и не уважают труд ребят. И кружковцам такая работа не приносит ни удовлетворения, ни сколько-нибудь значительной пользы. Наверняка рано или поздно школьники, занимавшиеся в таких
кружках, будут жалеть о затраченных впустую силах и времени.
Значительная доля самостоятельности и творчества в работе членов технического кружка облегчает воспитание у них критического отношения к своим действиям, самоанализа и самоконтроля. Без этих ценных качеств, вырабатываемых долго и с немалым трудом, невозможно успешное развитие творческих способностей школьников. Здесь основной задачей руководителя является создание условий, облегчающих и ускоряющих приобретение этих полезных привычек.
Некоторые руководители технических кружков, стремясь увеличить долю самостоятельности и творчества в работе кружковцев, часто предоставляют им неограниченную свободу действий. Не обладая необходимыми навыками в конструировании, не владея в достаточной степени инструментами, способами обработки материалов и приемами труда, ребята приступают к изготовлению малопродуманных технических устройств. Впоследствии бывает, что они кое-как дотягивают изделия до конца или же, видя несовершенство и низкое качество своей работы, теряют к ней всякий интерес. Вряд ли члены кружка получают пользу от такого «творчества». Скорее всего, наоборот, оно принесет им вред: именно так кружковцы привыкают к безответственной и небрежной работе. Особенно это относится к начинающим. Рекомендация здесь может быть такой: самостоятельность кружковцев может возрастать не иначе как прямо пропорционально знаниям и умению. Подчеркиваем: самостоятельность — но не отсутствие дисциплины!
Большое воспитательное значение в работе школьников в технических кружках имеет сочетание умственного и физического труда. Очень важно, чтобы все «технические» мысли, желания и стремления подростка находили свое материальное воплощение вначале в виде рисунков и простейших самоделок, а в дальнейшем в виде эскизов, чертежей, схем и конструкций неуклонно усложняющихся технических устройств. Это будет укреплять материальную основу технической мысли школьника, учить его конкретизировать и детализировать ее, воплощать в реальность.
Хорошо известно, как быстро пропадает интерес у многих школьников к таким техническим кружкам, в которых в основном проводится теоретическое обучение и реферативная работа (доклады, лекции, беседы, выпуски различного рода бюллетеней, газет, изготовление стендов и т. д.).
Конечно, всё это полезно, но в обязательной соЕокуппсстм с живой практической работой в области техники, с физической работой. Физический труд, не говоря о других его положительных результатах (укрепление физического состояния организма школьника, приобретение навыков приспособляемости и выносливости организма к разным условиям), оказывает значительное моральное воздействие на ребят. Он является надёжным средством практической проверки мыслей и стремлений учащихся, показывая им правильность или ошибочность их проектов, планов и расчетов. Школьнику очень важно видеть и осязать результаты своего труда, которые дают ему возможность поверить в свои силы, заражают жаждой созидательной деятельности .
Ошибочна тенденция некоторых руководителей технических кружков и отдельных кружковцев любой ценой избегать «лишнего» физического труда. Как правило, они уменьшают трудоемкость или сложность практических работ, подбирая и комбинируя детали и узлы устаревших промышленных устройств, что ведет к снижению качества и эстетичности изделий. Надо не уменьшать объем физического труда школьников, а рационализировать и облегчать его, поднимать производительность и эффективность физического труда, повышать его качество путем механизации наиболее трудоемких процессов, разработки и применения различных технических приспособлений, внедрения в работу кружка новых, более совершенных способов обработки материалов.
Кружковцам надо показывать красоту физического труда, увлекать их точностью выполнения работ, искусством обработки материалов и отличным владением инструментами. При этом, конечно, большое внимание должно уделяться состоянию и развитию инструментальной базы технического кружка. Лучшие достижения кружковцев в практической работе (образцово выполненные технические устройства в целом, высококачественно изготовленные отдельные детали и узлы конструкций, прекрасно выполненные отделочные работы и т. д.) надо делать предметами гордости кружка.
Руководитель кружка должен уважать и ценить физический труд кружковцев не на словах, а на деле, создавая в кружке условия для его развития и совершенствования. Надо воспитывать в школьниках отношение к физическому труду не как к простой бездумной механической работе —
своего рода тяжкой необходимости,— а как к труду, требующему такого же понимания, подготовки и мобилизации способностей человека, как труд умственный. Школьников надо учить творческому подходу к физическому труду, приучать их постоянно думать о его совершенствовании. И каждый, пусть малый и незначительный, шаг того или иного кружковца, направленный на повышение качества, увеличение производительности или облегчение физического труда, следует всемерно поощрять.
Значительное воспитательное влияние оказывает на школьников практическая направленность и общественная полезность их работы. Переход учащихся от детских игр и забав к непосредственному созданию материально-духовных ценностей очень важен в их жизни. Именно в этот период формируется их общественное лицо. Это требует от руководителя кружка тщательного продумывания тематики практических работ кружковцев и правильной организации их труда. В техническом кружке школьник, может быть, впервые в своей жизни собственным трудом создает что-то, имеющее практическую ценность не только для него, но и для других,— в данном случае для пионерлагеря. Недаром ребята, выполняя свои первые работы, очень волнуются. Они чувствуют, что их труд, их знания и изобретательность уже нужны обществу. Это понимание своей общественной роли воодушевляет ребят, они становятся требовательнее к себе, к своей работе. С ростом практической направленности работ кружковцев и общественной полезности их труда возрастает интерес ребят к своему труду, растет ответственность за порученное дело.
Любое техническое устройство, изготовленное в кружке, каким бы простым и незначительным оно ни было, должно иметь практическую ценность и применяться в работе лагеря или в пропагандистской деятельности кружка. При этом на изготовленных кружковцами устройствах и конструкциях, которые остаются и используются в кружковой работе или в лагере, желательно прикрепить небольшие ярлычки с указанием имен авторов, года и места изготовления. Учащиеся должны видеть, что результаты их труда ценят и берегут. Это будит в детях здоровое честолюбие, вызывает желание трудиться с еще большим старанием.
Коллективность труда ребят, общность их интересов создают исключительно благоприятные условия для обра зования дружного, целеустремленного и работоспособного
коллектива. Однако не следует думать, что это придет само по себе, автоматически. Руководитель кружка должен проводить значительную воспитательную работу: постоянно и внимательно вникать во взаимоотношения между кружковцами и своевременно, тактично, используя свое педагогическое мастерство, авторитет и уважение школьников, оказывать соответствующее влияние на них.
Прежде всего это относится к взаимоотношениям между старшими, опытными членами кружка, с одной стороны, и новичками, с другой. Часто конструирование сложных и трудоемких устройств осуществляется не отдельными ребятами, а группами по нескольку человек. Конечно, во главе такой группы обычно стоит наиболее знающий и опытный кружковец. Очень важно влияние, которое оказывает старший член кружка на своих маленьких товарищей по работе: ведь они совсем недавно пришли в кружок, у них еще нет никаких знаний, опыта, навыков. Резкость и прямолинейность в суждениях, часто свойственные юношескому возрасту, отсутствие терпеливого и всестороннего изучения ошибок в работе начинающих кружковцев и причин, их вызывающих, нередко приводят к порче отношений между членами кружка.
Руководитель не должен пускать это дело на самотек. Юному наставнику нужно объяснить, что прежде чем делать выводы о работе своих товарищей, следует вникнуть в причины их ошибок. Он должен самокритично оценить свое руководство ребятами — все ли им сделано в обучении и инструктировании доверенных ему кружковцев, чтобы избежать недостатков в работе новичков. Ему надо помочь выяснить причину плохой работы. Может быть (да и почти наверняка), она вызвана не халатностью и безответственностью младших кружковцев, а их незнанием и недостаточным умением. Впрочем, вредна и другая крайность — нетребовательность к работе товарищей, беспринципность или, наконец, порочное стремление некоторых старших кружковцев «лучше сделать самому». Высокая требовательность, принципиальность и, вместе с тем, доброжелательность и справедливость, готовность оказать посильную помощь и поделиться своими знаниями и опытом — лучшая основа для создания прочных товарищеских отношений в кружке.
Проводя воспитательную работу со старшими и опытными ребятами, руководитель не может не оказывать непосредственного влияния и на младших кружковцев. Рас-
сказывая о достижениях старших членов кружка, надо воспитывать у новичков гордость за своих товарищей, вложивших большой труд в развитие кружка. Руководителю технического кружка необходимо настойчиво, со всей строгостью бороться с проявлениями и безответственного и небрежного отношения к работе, ленью и недисциплинированностью. При этом, резко осуждая провинившихся ребят в глазах коллектива кружка, руководитель должен дать возможность этим кружковцам загладить свою вину, честным и настойчивым трудом заслужить уважение товарищей. Исключение из кружка против воли самого учащегося — из ряда вон выходящая мера. Крайне трудно представить себе обстоятельства, при которых она могла бы быть оправдана.
Глава П.
ИЗУЧЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
ОСНОВ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
В КРУЖКЕ ПИОНЕРСКОГО ЛАГЕРЯ
Многие юные радиолюбители, еще только начавшие знакомиться с азами техники, жалуются своим руководителям на то, что уж очень мало сходства между принципиальной схемой любого радиоустройства и его же монтажной схемой. Иными словами, в глазах начинающих зачастую слишком велик разрыв между теорией и практикой электроники.
Окончательно преодолеть этот разрыв можно, разумеется, только упорной и систематической работой. Несколько сгладить переход учеников от теории к практике, сделать его более постепенным и естественным помогут радиокубики.
Что же это такое?
Радиокубики — это пластмассовые коробочки, в которые вмонтированы различные радиодетали и магниты, притягивающие кубики друг к другу и соединяющие их в работающее устройство. На каждом кубике изображено условное обозначение находящихся в нем деталей. Имея достаточный набор кубиков, можно в считанные минуты собрать из них самые различные устройства — от простейшего детекторного до громкоговорящего приемника и даже
узлов электронной вычислительной машины (ЭВМ). Устройства собираются на металлической пластине, являющейся одновременно общей «массой». Источником питания служат «Крона», две батарейки 3336Л или выпрямитель.
В конструкции радиокубиков применен минимум дефицитных деталей. Так, вместо динамических головок используется простейший телефон марки ТМ-2А, громкость звучания которого вполне достаточна для занятий радиоэлектроникой.
При экспериментах с кубиками не нужны кусачки, плоскогубцы, паяльники, провода. Для начала потребуются 10 кубиков, показанных на рис. 2.1, и металлическая плата, к которой притягиваются кубики и на которой производится сборка.
Поясним назначение кубиков.
1 — кубик питания. К нему проводами подключается батарея или выпрямитель. Кубик питания имеет два контакта, один сбоку и один внизу. Боковой контакт кубика присоединяется синим проводом к отрицательному полюсу батарейки, а нижний контакт — красным проводом к «плюсу» батарейки. 2 — кубик выключателя (в нем находится кнопка). 3, 4 и 5 — соединительные угловые и кубик с Т-образным соединением. 6 — кубик с лампочкой (применена СМН-6,3-20). 7 — кубик заземления, конструкцию которого поясняет рис. 2.2. 8— кубик с двумя гнездами, или изолирующий. В случае если в его гнезда ничего не включено, он разрывает электрическую цепь. Но чаще всего этот кубик служит для подключения к устройствам различных радиодеталей (резисторов, диодов и конденсаторов). Два гнезда изолирующего кубика связаны с соответствующими боковыми контактами. 9 — связывающий кубик с двумя гнездами, одно из которых заземлено. Он обычно требуется, когда к устройству нужно подключить телефон. Гнезда связывающего кубика соединены с нижним и боковым контактами. 10— модульный кубик. Он самый главный и поэтому вчетверо больше всех остальных. Для него сразу нужно заготовить сменную карточку-накладку: она понадобится для того, чтобы превратить модульный кубик в кубик-транзистор (см. рис. 2.17).
Каждый занимающийся в кружке радиоэлектроники пионерлагеря получает на время занятий комплект радиокубиков, уложенных в пенал, показанный на рис. 2.3. По боковым сторонам кубиков установлены нейзильберовые контактные пластинки, к которым внутри кубиков подпаи-
Рис. 2.1. Чтобы понять основные свойства различных радиодеталей и законы электрических иеиеи, нам будет достаточно всего девяти верхних кубиков
Рис. 2.2. В кубике заземления боковой контакт соединяется с нижним контактом, который при сборке схем на металлической плате соединяется с платой, являющейся «землёй» и общим «плюсом» для всех схем
ваются проводники или радиодетали. За контактными пластинками располагаются ферритовые магниты, притягивающие кубики друг к другу. Эти радиокубики, серийно выпускаемые НИИ «Альтаир» и скомпонованные в небольшие учебные комплекты, разработаны в Москве в лаборатории радиоэлектроники ЦСЮТ РСФСР.
В кружке пионерлагеря можно использовать и самодельные радиокубики с контактами из одежных кнопок. Как их сделать, будет рассказано в конце этой главы.
В условиях короткой лагерной смены нет времени для проведения с радиокубиками всех возможных 200 экспериментов, и чаще всего приходится ограничиться только наиболее важными, занимательными и доступными. О них и пойдет речь ниже.
Для удобства проведения занятий с наборами радиокубиков в кружке пионерлагеря руководитель кружка может заранее скомпоновать в специально изготовленных чемоданах-передвижках по нескольку комплектов радиокубиков с миллиамперметрами на ток 1...10...100 мА.Два таких чемодана-передвижки по шесть комплектов кубиков в каждом обеспечивают проведение занятий с группой до 12 человек.
Изучение электроники на кубиках начинается с простейших электрических цепей. На этом этапе ребята знакомятся с назначением радиодеталей, i^C-схемами, транзисторами и их свойствами, мультивибраторами, триггерами и логическими элементами.
В заключение этого маленького курса предусматривается целый раздел «веселой электроники», в котором предлагается собрать и отрегулировать на слух целый ряд устройств, имитирующих голоса животных и различные шумы
Состав экспериментов в предлагаемой системе по желанию руководителя кружка может быть расширен за счет добавления радиокубиков с новыми деталями (фоторезисторами, светодиодами и т. д.). Если в комплект радиокубиков входит миллиамперметр на 1... 100... 1000 мА, то кружковцы смогут контролировать силу токов в различных цепях экспериментальных устройств.
Особое внимание в предлагаемой системе уделяется объяснению физических процессов, протекающих в элект* ронных схемах. Это делает кубики универсальным учебным пособием, пригодным для школьников самых различных возрастов.
Рис. 2.3. Комплект радио-кубиков, уложенный в металлический пенал
Рис. 2.4. Пример плаката «Электроны в замкнутой электрической цепи»
После первого, «теоретического», этапа работы наступает этап самостоятельного конструирования. Успевающим ребятам в качестве поощрения выдаются заготовки будущих конструкций (специально сделанные монтажные платы, заранее подобранные детали, провода). Такая система позволяет каждому члену кружка пионерлагеря за смену смонтировать хотя бы одно электронное устройство и оформить его в виде занимательной конструкции.
Успевающие ребята, сумевшие аккуратно выполнить свою первую электронную модель, могут приступить к самостоятельному изготовлению еще одного или даже нескольких устройств. Но в этом случае им приходится обходиться без заготовок. Монтажную плату из фольгиро-ванного стеклотекстолита они делают сами, самостоятельно подбирают и проверяют по прибору транзисторы, находят в кассах кружка нужные резисторы, конденсаторы, лампочки и прочие детали. Словом, успех не только заслуживает поощрения, но и обязывает кружковца работать еще лучше.
Знакомство с основами теории радиоэлектроники сопровождается демонстрацией красочных рисунков и плакатов, на которых иллюстрируется и строение атома, и движение электронов в различных электрических цепях (рис. 2.4).
Начинающим членам кружка, еще не изучавшим физику, электроны и транзисторы можно представить так, как показано на рис. 2.5. Например, транзистор можно изобразить в виде милиционера-регулировщика (рис 2.6), батарею — в виде насоса и т. д.
На освоение нашего небольшого теоретического курса, состоящего примерно из 25...30 опытов с радиокубиками, в кружке лагеря используются три первых занятия (по 2 часа каждое). После каждого двухчасового теоретического занятия ребята от 40 минут до часа учатся паять, о чем также будет подробно рассказано в конце этой главы.
Выполняя первые опыты с кубиками, познакомим ребят с простейшими электрическими цепями. Вот пример начального опыта с пояснениями руководителя.
Если разместить кубик питания и кубик с лампочкой на металлической плате и присоединить к ним кубик заземления, то лампочка загорится Почему горит лампочка в этом опыте? Потому что через нее протекает электрический ток. Он протекает от батарейки к лампочке, а затем через кубик заземления и металлическую плату возвращается к батарейке. Это и есть простейшая электрическая цепь.
Рис. 2.5. Электроны в электрической цепи устремляются от «минуса» к «плюсу»
Рис. 2.6. Транзистор, как милиционер, управляет движением электронов
Продолжим наши опыты, сопровождая их пояснениями руководителя кружка, обращёнными к начинающим кружковцам.
От монетки-выключателя к кубику-выключателю. Разместим кубик батарейки, лампочки и заземления на пластине так, чтобы между лампочкой и «землёй» было неболь-
Рис. 2.7. Простейшая электрическая цепь из радиокубиков
шое пространство. Ясно, что лампочка не горит, потому что электрический ток по воздуху не течет.
Теперь вставьте в этот промежуток медную монетку так, чтобы она касалась только боковых сторон кубиков лампочки и заземления. Лампочка загорается.
Подвигайте монету так, чтобы несколько раз включить и выключить лампочку. Вновь убеждаемся: лампочка загорается, когда монета касается обоих кубиков.
Теперь заменим монетку кубиком выключателя и нажмем на кнопку. Лампочка загорелась.
Когда кнопка выключателя нажата, в кубике соединяются две пластинки, и электрическая цепь замыкается. Действие выключателя, таким образом, состоит в соединении двух контактов в кубике.
Так мы составили простейшую электрическую цепь (рис. 2.7), в которой электроны от «минуса» батарейки идут к лампочке и через выключатель и заземление возвращаются к положительному полюсу батарейки. В кубик вмонтирована лампочка СМН-6,3-20, рассчитанная на напряжение 6,3 В и потребляющая ток, равный 20 мА.
РАЗЛИЧНЫЕ ДЕТАЛИ
И СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Основополагающим законом электротехники является закон Ома, который определяет силу тока в замкнутой электрической цепи в зависимости от сопротивления этой цепи и приложенного к ней напряжения. Математически закон Ома выглядит следующим образом:
I = U/R ,
т.е. чем больше напряжение источника электрической энергии или чем меньше сопротивление электрической цепи, тем больше сила тока.
Исходя из формулы закона Ома, можно также определить напряжение источника U при известных силе тока и сопротивлении электрической цепи U = I • R, или же сопротивление электрической цепи при известных напряжении источника и силе тока, протекающего через это сопротивление:
R = U/I -
ПЕРВЫЙ ШАГ — РЕЗИСТОР
Соедините последовательно лампочку (она имеет внутреннее сопротивление около 300 Ом) поочерёдно с резисторами в 47, затем 500 Ом и наконец 10 кОм.
Возьмите резистор сопротивлением 47 Ом и отогните два его вывода вниз, чтобы между ними было расстояние примерно в 1 см. Соберите цепь, показанную на рис. 2.8, и вставьте выводы резистора 47 Ом в гнезда кубика. Нажмите выключатель.
Лампочка горит менее ярко.
Причина в резисторе. Давайте проверим это. Заменим резистор скрепкой, сопротивление которой очень мало, и снова замкнем цепь. Лампочка горит как и прежде, и сила тока, протекающего через нее, определяется только внутренним сопротивлением лампочки. Значит, при подключении резистора сопротивление цепи электрическому току увеличивалось и сила тока, протекающего через лам-' почку, уменьшалась. Чем большее сопротивление подключить, тем тусклее горит лампочка. При включении резистора в электрическую цепь сила тока, протекающего в ней, уменьшается.
Чем больше сопротивление резистора, тем меньше сила тока в электрической цепи.
Вставим резистор в изолирующий кубик. Опишем образовавшуюся электрическую цепь: ток течет от батареи к лампочке, через выключатель, резистор и «землю» обратно в батарею.
Такое размещение деталей или кубиков в ряд называют последовательным соединением. Мы говорим, что батарея,
Рис. 2.8. Резистор в электрической цепи
Рис. 2.9. Параллельное включение двух резисторов
лампочка, выключатель и резистор соединены последовательно и, если лампочка светится слабее, это означает, что сила тока через лампочку уменьшается.
Благодаря включению резистора в электрическую цепь сила тока, протекающего в ней, уменьшается. Это видно по уменьшению яркости свечения лампочки, так как яркость свечения лампочки тем больше, чем больше сила тока.
Параллельное соединение двух резисторов. Составив электрическую цепь по рис. 2.9, мы исследуем параллельное включение двух резисторов. Поскольку резисторы 47 Ом и 500 Ом расположены параллельно, то ток через них будет идти двумя путями: 1 и 2.
Зажжем лампочку нажимом выключателя. Затем временно прервем путь /, удалив соединительный блок с рези-
стором 47 Ом. Что случится? Лампочка будет светиться менее ярко.
Теперь зажжем лампочку нажимом выключателя и прервем путь 2, отключив кубик заземления от резистора 500 Ом. Когда яркость лампочки изменяется больше: в опыте 1 или 2?
Чтобы окончательно понять, по какому пути протекает ток большей силы, а по какому меньшей, мы проделаем еще один опыт. Используем лампочку как индикатор силы тока, наблюдая за яркостью ее свечения.
Включим лампочку между резистором 47 Ом и кубиком заземления в цепи 2. Наблюдаем за поведением лампочки. Итак, в какой цепи течет больший ток? Какая связь между током и сопротивлением?
Когда ток течёт по двум параллельным ветвям, то в ветви с меньшим сопротивлением идет больший ток, а в ветви с большим сопротивлением — меньший.
По результатам проведенных опытов мы можем решить вопрос: каково полное сопротивление двух резисторов при последовательном и параллельном соединении.
Мы убедились, что сила тока в электрической цепи, а также свечение лампочки зависят от сопротивления резистора в этой цепи. При последовательном включении двух резисторов сила тока стала меньше, так как общее сопротивление цепи возросло.
Когда резисторы включают последовательно, то их общее сопротивление равно -сумме сопротивлений включенных резисторов: 47 Ом + 500 Ом = 547 Ом.
Если в опыте (см. рис. 2.9) параллельно резистору 500 Ом подключить резистор 47 Ом, лампочка горит много ярче. Сила тока через лампочку возросла, значит, общее сопротивление цепи уменьшилось.
Когда два резистора включаются параллельно, то общее сопротивление цепи уменьшается.
Для двух резисторов, включенных параллельно, мы получаем такую формулу:
общее сопротивление = (47 Ом * 500 Ом) / (47 Ом + 500 Ом) = 43 Ом.
Рис 2.10. Схема с телефоном и резистором 10 кОм
ТЕЛЕФОН ТМ-2А КАК ИНДИКАТОР ТОКА
Для дальнейших экспериментов нам потребуется имеющийся в комплекте кубиков телефон с двумя штекерами. Их можно включать в гнезда изолирующего или связывающего кубика и прослушивать в телефоне щелчки.
Соберите схему (рис. 2.10)г нажмите несколько раз на выключатель — каждый раз в телефоне вы услышите отчетливый звуковой сигнал, напоминающий щелчок.
В какой момент слышится этот звук — когда ток идет по цепи или когда происходит замыкание и размыкание цепи? Почему во время опыта не загорается лампочка? Это происходит из-за большого внутреннего сопротивления телефона (около 200 Ом). Сила тока при этом так слаба, что ее недостаточно для загорания лампочки.
Сила электрического тока измеряется в амперах (А), тысячная доля ампера — миллиампер (мА). Когда лампочка горит ярко, сила тока, протекающего через нее, равна примерно 30 мА. При силе тока в 20 мА яркость свечения лампочки резко падает. В опыте с телефоном и лампочкой ток в цепи составляет всего лишь около 11 мА, поэтому лампочка не может служить индикатором такого тока.
Вместо изолирующего блока с резистором 500 Ом включим в цепь кубик с резистором 10 кОм. Замкнем выключатель несколько раз и послушаем, что происходит в телефоне. Теперь сила тока через телефон очень мала — всего 0,8 мА, но в телефоне слышен щелчок, правда, более тихий, чем в первом опыте.
Но мы еще не достигли предела способности телефона служить индикатором силы тока. С телефоном ТМ-2А мож-
Рис 2.11. Индикация слабых токов
но услышать звуковые сигналы, вызываемые током силой 0,005 мА. Это будет показано в дальнейших экспериментах. А пока вывод такой:
Телефон может быть использован как индикатор очень слабых токов
Совершенно безопасный ток. Еще раз используем телефон для индикации слабого тока. Соберем цепь, показанную на рис. 2.11. В одно гнездо включим вилку телефона, другое оставим свободным. Слушая, дотронемся до пластины свободным штекером. Каждый раз будет слышен щелчок. При этом ток протекает через резистор R сопротивлением 10 кОм, телефон и через пластину обратно к батарее.
Теперь включим собственное тело в электрическую цепь. (Следует подчеркнуть, что в общем случае подобные опыты — грубейшее нарушение техники безопасности и что мы делаем это только потому, что напряжение питания ничтожно мало и источником питания служит только батарейка.) Возьмём вилку в левую руку и будем дотрагиваться пальцем правой руки до пластины. В телефоне слышен щелчок. Смочите кончик пальца, а затем дотроньтесь до пластины. Что случилось с щелчком в телефоне? Должно быть, ток течёт по пути от батарейки через резистор 10 кОм, телефон, ваше тело и затем через палец правой руки и пластину возвращается в батарею.
Ваше тело в этом случае — часть электрической цепи. Но риска, как уже сказано выше, пока нет никакого, так как ток в цепи мал: около 100 мкА — миллионных долей ампера (А) (сопротивление человеческого тела обычно находится в пределах от 100 кОм до 1 МОм):
I = U/R = 9 B / (0,1 ... 1 МОм) = 9 ... 90 мкА.
Основные положения, вытекающие из проделанных экспериментов:
1. В замкнутой электрической цепи соотношение между действующим в ней напряжением, силой тока, развиваемой этим напряжением, и сопротивлением цепи определяется законом Ома: ток I прямо пропорционален напряжению U и обратно пропорционален сопротивлению R. Математически этот закон электрической цепи выглядит так: I = U/R , U = I*R , R = U/I.
Ток I, напряжение U и сопротивление R в формулах этого закона должны выражаться в единицах международной системы СИ: амперах (А), вольтах (В) и омах (Ом).
2. Электрическое напряжение измеряется в вольтах (В); наша батарея даёт 9 В.
3. Электрический ток измеряется в амперах (А). Его долями являются миллиамперы (мА) и микроамперы (мкА):
1 мА = 0,001 А;
1 мкА = 0,001 мА = 0,000001 А.
4. Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом), килоомах (кОм) и мегаомах (МОм).
1 кОм = 1000 Ом;
1 МОм = 1000000 Ом.
следующий шаг — Ёмкость
Одна из самых распространённых деталей радиоэлектронных устройств — это конденсатор. Он обычно больших размеров, чем резистор, и имеет другую конструкцию.
Конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных между собой. Электроны в конденсаторе не могут перейти с одной пластины на другую.
Возьмите из вашего набора кубиков конденсатор на 100 микрофарад (100 мкФ), 15 вольт. Загните концы двух проволочных выводов конденсатора, как вы поступали с резистором. Один из выводов обозначен знаком «+». Это положительный полюс. Вставьте конденсатор в гнезда связывающего кубика. При этом положительный полюс конденсатора должен быть соединен с гнездом «земля» связывающего кубика.
Обратите особое внимание на то, чтобы электролитический конденсатор не был включен «минусом» на «землю» — в противном случае нарушается полярность включения, и конденсатор может быть поврежден.
Соберите электрическую цепь с лампочкой, выключателем, телефоном ТМ-2А и конденсатором (рис. 2.12). Нажмите на выключатель несколько раз. В телефоне слышны щелчки, вызванные током зарядки конденсатора. Сначала мы услышим громкие щелчки. Затем они слабеют и прекращаются совсем, когда конденсатор зарядится.
Начнем разряжать заряженный конденсатор. Соединим конденсатор, телефон, выключатель, лампочку и кубик заземления и внимательно прислушаемся к сигналам в телефоне. Сначала мы услышим громкий щелчок, затем более мягкий, а затем щелчки пропадут совсем. Как может идти ток, если в цепи нет батарей?
Очевидно, источником напряжения был заряженный конденсатор. При разрядке конденсатора электроны перемещаются от отрицательного полюса конденсатора через телефон к «земляному» кубику, пластину и обратно к положительному полюсу конденсатора. Когда конденсатор разрядится полностью, ток в цепи прекращается.
Посмотрим новую цепь, в ней мы сможем заряжать и разряжать конденсатор так часто, как пожелаем. Чтобы его зарядить, достаточно нажать кнопку выключателя. Чтобы разрядить, необходимо подключить к Т-кубику кубик заземления (рис. 2.13).
Конденсатор может заряжаться н разряжаться. Электролитический конденсатор состоит нз двух пластин, между которыми нанесен слон диэлектрика*. Одна пластина является положительным полюсом («плюсом»), а другая — отрицательным («минусом»). Работая с такими конденсаторами, необходимо соблюдать полярность.
* Диэлектриком в электролитическом конденсаторе служит очень тонкая пленка окиси на поверхности алюминиевой обкладки, благодаря чему небольшие по размерам электролитические конденсаторы имеют большую емкость. По этой же причине у них низкое рабочее напряжение.
Рис. 2.12. Конденсатор в схеме
Рис. 2.13. Разрядка конденсатора через лампочку
ТОК РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА МОЖЕТ ЗАСТАВИТЬ СВЕТИТЬСЯ НИТЬ НАКАЛИВАНИЯ ЛАМПОЧКИ
Главный элемент любой фотовспышки — это конденсатор. В этом случае конденсатор является накопителем электрической энергии. Давайте попытаемся сделать вспышку с нашим конденсатором. Для этого мы используем кубик с лампочкой, нить накала которой будет кратковременно зажигаться.
Собрав схему рис. 2.12, мы убеждаемся, что «плюс» конденсатора соединен с «землей» связывающего кубика. Нажмем кнопку и зарядим конденсатор. Подключим кубик заземления к лампочке и нажмем кнопку. В это мгновение лампочка ярко загорится. В этом опыте мы помогли лампочке загореться ярче, пропуская через нее ток подогрева. Наш конденсатор имеет емкость 100 мкФ. Ток разрядки этого конденсатора недостаточен для зажигания лампочки — и мы включили сопротивление, чтобы предварительно подогреть нить лампочки, не доводя ее до полного накала. Благодаря подогреву нити лампочки предварительным током, лампочка при разрядке конденсатора загорается ярче.
Проследим путь предварительного тока подогрева нити лампочки и тока разрядки конденсатора аналогично предыдущему опыту.
Вместо резистора 500 Ом предварительного тока для нагрева нити можно использовать телефон ТМ-2А, имеющий сопротивление 200 Ом. В этом случае телефон используется как резистор.
Сначала наш электролитический конденсатор емкостью 100 мкФ следует полностью зарядить. Для этого конденсатор присоединяется к батарее напрямую и кнопка выключателя нажимается несколько раз.
Конденсатор полностью заряжен.
Перед разрядкой конденсатора мы включим между батарейкой и Т-кубиком изолирующий кубик с телефоном. Подключим кубик заземления к лампочке и, чтобы предварительно подогреть лампу, подождем несколько секунд.
Нажмем выключатель и посмотрим на лампочку. Если раньше она не горела, то теперь она вспыхнет, так кан через нее потек разрядный ток.
Рис. 2.14. Зарядка конденсатора
ЛАМПОЧКА ЗАГОРАЕТСЯ
ПРИ ЗАРЯДКЕ КОНДЕНСАТОРА
А нельзя ли наблюдать зарядку конденсатора по вспышке лампочки?
Составим цепь (рис. 2.14). Здесь батарейка подключается к кубику с лампочкой. Телефон в схеме используется как индикатор щелчков и как сопротивление 200 Ом в цепи.
Если вы не уверены, что конденсатор разряжен полностью, нажмите кнопку выключателя.
Подключите батарейку к лампочке и подождите несколько секунд, чтобы вспомогательный ток мог подогреть нить накала. Теперь нажмите кнопку выключателя. Емкость будет заряжаться, и зарядный ток вызовет загорание нити накаливания лампочки Опыт будет еще эффектнее, если лампочка затенена.
Теперь разрядим конденсатор, удалив батарейку и нажав выключатель несколько раз. Если вы не слышите щелчков — конденсатор полностью разрядился.
Зарядка конденсатора, сопровождающаяся вспышкой света, а затем его разрядка могут быть осуществлены и без телефона, если вместо него в изолирующий блок включить резистор сопротивлением 500 Ом.
ЧТО ЖЕ ПРОИСХОДИТ В КОНДЕНСАТОРЕ, КОГДА ОН ЗАРЯЖАЕТСЯ И РАЗРЯЖАЕТСЯ
Электрический ток представляет собой направленный поток свободных электронов в электрической цепи. Когда конденсатор заряжается, в него поступает очень большое количество электронов, а когда разряжается, электроны его покидают. Конденсатор можно рассматривать как резервуар, накапливающий заряды электронов.
Если подключить конденсатор к батарейке через телефон, то в момент включения в телефоне можно услышать щелчки, вызванные зарядкой конденсатора.
Теперь разрядите конденсатор через телефон и так же внимательно прослушайте щелчки, вызванные током разрядки конденсатора. В обоих случаях слышны щелчки одинаковой громкости. Это означает, что сила тока в обоих случаях одинакова.
Когда конденсатор заряжается, определенное количество электронов приходит на его отрицательную пластину (отрицательный полюс). Здесь образуется избыток электронов Одновременно равное количество электронов утекает с положительной пластины в батарею н на положительной пластине электронов недостает.
Зарядка и разрядка конденсатора через резистор. Как
ведет себя конденсатор, когда току разрядки или зарядки препятствует сопротивление резистора?
В схеме рис. 2.15 нажмем последовательно кнопку выключателя несколько раз. Каждый раз, когда она замыкается, щелчок становится менее резким. Нажимайте кнопку до тех пор, пока щелчки не перестанут быть слышны совсем. Это означает, что зарядный ток постепенно становится все слабее, пока не прекратится полностью. Причина задержки зарядки конденсатора — резистор сопротивлением 10 кОм.
Разместим кубик заземления против соединительного кубика. Разрядный ток производит щелчок. От одной зарядки мы получаем до«60 разрядных щелчков. Причина запаздывания разрядки снова в резисторе 10 кОм.
Основные положения, вытекающие из опытов с конденсатором:
1. Конденсатор состоит из двух проводящих пластин с изолирующим материалом между ними.
2. Когда вы подключаете к конденсатору постоянное напряжение, он накапливает электрический заряд. При
Рис 2.15. Зарядка и разрядка конденсатора через резистор 10 кОм
этом одна пластина становится положительной, а другая отрицательной.
3. Основной единицей измерения емкости является фарада. На практике емкость конденсатора измеряется в долях фарады (Ф), обычно в микрофарадах (мкФ)' 1 мкФ =
= 0,001 Ф.
4. На схеме конденсатор изображается в виде двух параллельных линий. Положительная пластина электролитического конденсатора обозначается знаком «+».
5. Разрядка и зарядка конденсатора могут быть замедлены посредством последовательно включенного резистора.
ДИОД — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ
Каждому знаком вентиль велосипедной шины, воздух через него проходит лишь в одном направлении — внутрь камеры В обратном направлении ход воздуху блокирован. Познакомимся с электрическим вентилем и поэкспериментируем с ним. Для экспериментов нам потребуется диод,
Рас 2.16. Полупроводниковый диод
имеющийся в наборе кубиков (Д9). Диод выглядит как стеклянный цилиндрик с двумя проволочными выводами Стекло прозрачно и имеет красную точку у одного из
концов
На электрический ток диод действует подобно вентилю. Ток может протекать через него только в одном направлении, обратный путь для него затруднен. Внутри диода (рис. 2 16) имеется маленькая пружина /, конец которой прижат к пластинке 2, служащей держателем для крошечного кристалла германия, кремния или какого-либо другого полупроводника. На схеме пластинка показана линией, а пружинка треугольником.
На какой стороне диода имеется красная пометка? На стороне пластинки или пружинки? Это нужно рассказать
ребятам
Согните выводы диода так, чтобы они имели хороший контакт с гнездами, и вставьте диод в изолирующий кубик. Сначала так, чтобы красная точка была справа.
Соберите цепь, показанную внизу, и нажмите кнопку выключателя Лампочка должна загореться. Если же она не загорается, проверьте контакты между проводниками диода и гнездами. Каков путь потока электронов?
Теперь переверните диод так, чтобы красная отметка была слева, и снова нажмите выключатель. На этот раз лампочка не горит. Причина в том, что мы перевернули диод. Очевидно, ток не может протекать по диоду, когда пружинка присоединена к отрицательному полюсу батарейки, а кристалл — к положительному. Это — запертое положение диода.
Рис. 2.17. Карточка-накладка для модульного кубика с изображением транзистора
Диод — электрический вентиль. Если он включен в электрическую цепь в прямом (или проводящем) положении, через него течет сильный прямой ток, вызывающий яркое свечение лампы. Если он включен в обратном положении, то путь току закрыт и лампочка не горит.
ОТ ОТДЕЛЬНЫХ РАДИОДЕТАЛЕЙ К МОДУЛЬНОМУ БЛОКУ
Пока мы имели дело с простейшими электрическими цепями, можно было обходиться кубиками с отдельными радиодеталями (1—9), соединяя их то последовательно, то параллельно или составляя из них смешанные соединения. Переходим к опытам с главной деталью современных радиоэлектронных схем — транзистором. Для этих опытов нам понадобится модульный кубик 10.
Знакомство с транзистором. Здесь руководитель должен сказать своим питомцам примерно следующее.
Возьмите имеющийся в наборе радиокубиков модульный блок. Внутри вы видите две металлические треногие «шляпки» — это транзисторы МП42. В отличие от всех элементов, встречавшихся до сих пор (резистора, конденсатора и диода), транзистор имеет три вывода. Чем же различаются его выводы? (Рассказать об этом.)
Для следующих экспериментов мы наложим на модульный блок карточку-накладку с изображением транзистора (рис. 2.17). Получился транзисторный кубик. Запомните обозначения. Три вывода кубика ведут к коллектору, базе и эмиттеру транзистора. В нашем случае эмиттер соединен с заземленным контактом кубика. Убедитесь, что контакты 5 и 7 на крышке согласуются с контактами 5 и 7 модульного кубика.
Каждый из выводов (электродов) транзистора можно сравнить с воротами. Электроны, входящие в «ворота» / (база), способны открыть или закрыть «ворота» 2 (коллектор) для других электронов (рис. 2.18).
Рис 2.18. Электроны, входящие в ворота 1 (база), способны открыть или закрыть ворота 2 (коллектор)
Рис. 2.19. Исследования транзистора
Посмотрим, как поведёт себя транзистор, когда мы включим в цепь коллектор а. лампочку. Нажмём выключатель, не подавая тока к базе. Лампочка не загорается, доказывая, что в цепи коллектора не протекает ток. Транзистор заперт, потому что нет базового тока, который открыл бы его (рис. 2.19).
А как будет вести себя тот же транзистор с включённой в цепь коллектора лампочкой, если в базу подать управляющий ток?
Замкнем выключатель и одновременно дотронемся до контакта базы штекером телефона. Прозвучал щелчок, и лампочка загорелась. В этом случае базовый ток течёт через телефон. Как только базовый ток исчезает, нет и коллекторного тока — лампочка гаснет.
Путь коллекторного тока: «плюс» батареи питания, эмиттер транзистора, коллектор транзистора, выключатель, «минус» батареи. Путь тока базы: «плюс» батареи, эмиттер транзистора, база транзистора, телефон, резистор 10 кОм, выключатель, «минус» батареи.
БАЗА — ЭЛЕКТРОД, УПРАВЛЯЮЩИЙ ТРАНЗИСТОРОМ
Тяжелый автомобиль управляется при помощи очень малых усилий — делается это посредством трёх педалей и рулевого колеса.
Наш транзистор тоже имеет управляющий электрод — базу. Давайте посмотрим, как же слабый ток базы может влиять на мощный ток коллектора.
Чтобы получить очень малый базовый ток, включим в базовую цепь резистор сопротивлением 10 кОм. Нажмем кнопку выключателя и прикоснемся несколько раз к контакту базы транзистора штекером телефона. Когда штекер телефона коснется контакта базы, он замкнет цепь базы. Слышен щелчок и загорается лампа. Транзистор в проводящем состоянии.
Когда штекер телефона не касается контакта базы, базовый ток прерван. Лампа не горит: нет коллекторного тока. Транзистор заперт.
В наших опытах в телефоне течет базовый ток, равный 1 мА. Коллекторный ток через лампочку равен 50 мА. Итак, коллекторный ток у нас в 50 раз больше базового.
Когда в цепн базы течет слабый ток, в цепи коллектора течет сильный ток, заставляющий лампу гореть.
Основные положения, вытекающие из первой серии опытов с транзистором:
1. Транзистор имеет три вывода, их называют коллектором, базой и эмиттером.
2. Транзистор — управляемый полупроводниковый элемент. В качестве полупроводникового материала часто применяют германий и кремний.
3. База — управляющий электрод транзистора. При помощи слабого базового тока можно управлять большим коллекторным током.
4. Коллекторный ток во много раз больше тока базы.
ТРАНЗИСТОР КАК ЭЛЕКТРОННЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
Нажимая кнопку кубика выключателя, мы позволяем току течь от одного из его контактов к другому. Когда мы отпускаем кнопку, ток между двумя контактами прекращается. Задача выключателя — замыкать и разрывать электрическую цепь. Не может ли в этой роли выступать и транзистор?
Цепь базы транзистора содержит резистор 10 кОм и выключатель, в коллекторной цепи — лампа. Соберем цепь, поместим батарейку против соединительного блока и нажмем кнопку выключателя (рис. 2.20).
Рис. 2.20. Транзистор кая электронный выключатель
Когда цепь базы замкнута, транзистор открыт и коллекторный ток зажигает лампочку. Когда базовая цепь разомкнута, транзистор заперт и лампочка не горит. Следовательно, выключатель размыкает и замыкает цепь базы в то время, как транзистор замыкает и размыкает цепь коллектора, т. е. транзистор работает как выключатель.
Сделаем процесс замыкания и размыкания цепи базы слышимым, пропустив ток базы через телефон.
Нажмите кнопку выключателя. Слышен щелчок. Базовая цепь замкнута. Через транзистор течет ток базы, в результате имеется возможность течь и коллекторному току. Транзистор, действующий как электронный выключатель, включен. Отпустите кнопку выключателя. Снова слышен щелчок. Базовая цепь разомкнута. Через транзистор не течет ток базы и, следовательно, не может течь ток коллектора. Транзистор, действующий как электронный выключатель, отключен.
Основное различие между механическим выключателем и транзистором в том, что выключатель имеет пружинный контакт, который двигается каждый раз, когда цепь замыкается и размыкается, а транзистор не содержит никаких движущихся частей. В нем движутся только электроны — носители электрического тока.
Когда цепь базы замкнута, транзистор способен проводить, и он включает лампочку в цепи коллектора. Когда цепь базы прервана, транзистор заперт и выключает лампочку
Транзистор — это электронный выключатель, который работает без механических частей.
САМОДЕЛЬНАЯ МИНИАТЮРНАЯ БАТАРЕЙКА УПРАВЛЯЕТ ЯРКОСТЬЮ СВЕЧЕНИЯ ЛАМПОЧКИ
Чтобы изготовить миниатюрную батарейку, нам понадобятся две металлические пластинки и кусочек бумажной салфетки. В качестве одного из металлов можно использовать алюминиевую фольгу, в качестве другого — любую десяти- или пятнадцатикопеечную монету.
Положите монету на плату, накройте ее кусочком смоченной уксусом бумажной салфетки. Размер этого кусочка чуть меньше монетки. Салфетка не должна касаться платы
Теперь сложите фольгу так, чтобы она по размеру была не меньше, чем салфетка, и положите ее поверх всего. Прикоснитесь к фольге штекером телефона. Щелчок означает, что идет ток. Монета служит положительным полюсом, фольга — отрицательным.
Наша миниатюрная батарейка имеет напряжение 0,3 В и выходной ток 1 мА. Этого, конечно, недостаточно, чтобы лампочка загорелась. Мини-батарейка может рассматриваться как насос, который выталкивает электроны в цепь на отрицательном полюсе и притягивает их на положительном.
Можно использовать не одну, а две монеты — тогда положительным полюсом должна быть десяти- или пятнадцатикопеечная монета, а отрицательным будет служить двух- или трехкопеечная монета. В этом случае напряжение батарейки составит примерно 0,1 В.
Если вы хотите, чтобы лампочка горела от самодельной мини-батарейки, то в качестве усилителя постоянного тока можно использовать транзистор. Батарейка при этом обеспечит базовый ток, а транзистор-усилитель зажжет лампочку коллекторным током (не забудьте, что у нас есть кубик питания!).
В наших опытах транзистор лишь управляется током мини -батарейки, а лампочка зажигается током батареи питания.
Нажмите кнопку выключателя и дотроньтесь сверху до мини-батарейки штекером телефона. Когда штекер со-
Рис. 2.21. Эксперимент с мини-батарейкой
прикасается с отрицательным полюсом мини-батарейки, цепь базы замкнута. Ток базы переводит транзистор из запертого состояния в проводящее, и лампочка горит (рис. 2.21).
Путь базового тока: «минус» мини-батарейки, фольга или верхняя монета, телефон, база, эмиттер, земля, плата, «плюс» мини-батарейки, нижняя монета.
НАПРЯЖЕНИЕ МИНИ-БАТАРЕЙКИ МОЖНО УВЕЛИЧИТЬ
Мини-батарейка, состоящая из двух- или трехкопеечной монеты, бумаги, смоченной уксусом, и десяти- или пят« надцатикопеечной монеты, дает напряжение всего лишь 0,1 В. Можно увеличить это напряжение, устанавливая мини-батарейки одна на другую: двухкопеечная монета, бумага с уксусом, десятикопеечная монета, двухкопеечная монета, бумага с уксусом, десятикопеечная монета и т. д. сколько угодно раз. Пакет из трех таких мини-батареек, включенных последовательно, даст напряжение в 0,3 В. Каждый, из элементов «двухкопеечная монета, бумага с уксусом, десятикопеечная монета» добавит к ЭДС батареи примерно 0,1 В. Чем выше будет напряжение, тем больше управляющий ток в цепи и тем ярче будет гореть лампочка в цепи коллектора.
Миниатюрную батарейку можно сделать нз пластинок двух разных металлов. Слабый ток мннн-батарейки можно усилить транзистором до такой степени, что лампочка в цепи коллектора транзистора загорится.
Транзистор — средство для усиления постоянного тока. Отношение коллекторного тока к току базы называется коэффициентом усиления транзистора по постоянному току, Это число может быть в пределах 50 : 1, 100 ; 1 и даже 250 : 1.
КАПЛЯ ВОДЫ ИЗМЕНЯЕТ ЯРКОСТЬ СВЕЧЕНИЯ ЛАМПОЧКИ
Для этого опыта нам понадобится кусок провода с ого* ленными концами или, на худой конец, канцелярская скрепка.
На пластину из изоляционного материала поместим каплю обыкновенной водолроводной воды. Соединим эту каплю с минусовым проводом схемы. Телефон соединим с базой транзистора. Прикоснемся к капле воды проводом и свободным штекером телефона, держа их на некотором расстоянии друг от друга. Изменим это расстояние. Чем ближе они друг к другу, тем ярче горит лампа (рис. 2.22).
Вода между проводом и штекером обладает некоторым электрическим сопротивлением. Чем меньше расстояние между проводом и штекером, тем меньше это сопротивление»
Поскольку капля воды включена в цепь базы транзистора и по ней течет ток базы, этот ток возрастает, когда сопротивление на его пути уменьшается. При возрастании тока базы ток коллектора также возрастает, поэтому лампочка загорается ярче. Капля воды служит переменным сопротивлением в цепи базы.
Теперь вместо водопроводной воды возьмём дистиллированную — подойдет талая вода из холодильника. На этот раз лампочка не загорается. Дистиллированная вода не содержит каких-либо солей и поэтому проводит электричество очень слабо или не проводит вовсе. (Здесь придется дать кружковцам какие-то начала теории электролитической диссоциации.) Можно повторить последний опыт, добавив в воду несколько кристаллов поваренной соли. Вода, содержащая соль, хорошо проводит электрический ток. Чем больше соли растворено в воде, тем больше в ней ионов и тем лучше она проводит. А теперь вместо соли подсыпем в воду немного сахара. Лампочка горит не ярче, чем в случае обычной водопроводной воды, Добав-
Рис. 2.22. Опыт с каплей воды
ление сахара не ухудшает проводимости воды, потому что при растворении сахара ионов не образуется.
Теперь заставим ток базы течь через наше тело. Соберите цепь, зажмите штекер наушника правой рукой и дотроньтесь до контакта 4 пальцем левой руки. Когда ток базы течет через ваше тело, можно услышать щелчок в наушнике. Лампочка горит очень" тускло: сопротивление тела велико и сила тока мала.
Меняя сопротивление в цепи базы транзистора, можно менять силу тока в цепн коллектора, тем самым н яркость свечения лампочки в цепн коллектора.
ЭЛЕКТРОННАЯ МИГАЛКА
Каждый знает мигалку, применяемую на автомобилях. Это лампочка, которая попеременно зажигается и гаснет через равные промежутки времени. Когда это происходит, мы слышим тикающий звук.
Нажимая на кнопку, можно заставить лампочку загораться через равные промежутки времени. Но интереснее сделать автоматическую электронную мигалку.
Соблюдая полярность, включите конденсатор 100 мкФ в гнёзда модульного кубика и соберите схему по рис. 2.23.
Рис. 2.23. Электронная мигалка
Лампочка начнёт мигать. Но, в отличие от автомобильной мигалки, мы не слышим тикающего звука. Наша мигалка электронная, она не имеет движущихся частей или контактов и поэтому не изнашивается, механическую работу в ней бесшумно проводят электроны.
Как работает эта электронная мигалка? Лампочка включена в коллектор-
ную цепь правого транзистора (обозначим егоГп). В коллекторной цепи Тл — резистор 10 кОм. Временно удалим этот резистор. Каков результат? Можем ли мы обойтись без левого транзистора? Временно удалим конденсатор. Результат? Можем ли мы обойтись без конденсатора в нашей мигалке? Продолжает ли мигать лампочка, если заменить конденсатор резистором 120 Ом?
МУЛЬТИВИБРАТОР
Мультивибратор — это лишь другое название электронной мигалки.
В собранной схеме (рис. 2.23) лампочка будет ритмично мигать. Подумаем, почему это происходит. Когда лампочка горит, правый транзистор открыт. На его базу поступает открывающий ток. Таким током является ток зарядки конденсатора емкостью 100 мкФ. Следовательно, когда лампочка горит, конденсатор должен заряжаться. Чтобы доказать это, проведем небольшой дополнительный эксперимент. Во время мигания лампочки присоединим к контакту 7 кубик заземления. Теперь точка 718 имеет потенциал земли, и через конденсатор не протекает зарядный ток. В этом случае ток идет не через конденсатор, а по более короткой цепи: через кубик заземления и плату, и лампочка перестает мигать.
Роль кубика «земли» в приведенном опыте выполняет левый транзистор Тл. Когда он проводит ток, напряжение
между точкой 7/8 и землей становится небольшим. Когда же он заперт, напряжение в точке 7/8 увеличивается, конденсатор 100 мкФ заряжается, отпирая правый транзистор Тп. Очевидно, что когда лампочка горит, Тп проводит, а Тл заперт*
А ТЕПЕРЬ БОЛЕЕ ПОДРОБНО РАССМОТРИМ, ШАГ ЗА ШАГОМ, КАК ФУНКЦИОНИРУЕТ МУЛЬТИВИБРАТОР
A) Лампочка горит.
1. Ти проводит.
2. Напряжение между точкой 1(2 ъ землей мало.
3. Через конденсатор О Л мкФ зарядного тока нет.
4. Через базу транзистора Тп не течет открывающий ток*
5. Тд заперт.
6. Напряжение между точкой 7/8 и землей велико.
7. Через конденсатор 100 мкФ течет сильный зарядный ток.
8. Через базу Тп течет открывающий ток.
9. Тп полиостью проводит, Гл полностью заперт.
10. Конденсатор 100 мкФ продолжает заряжаться.
11. Заряжающий ток, текущий через базу Тп, становится все слабее.
12. Тп проводит все меньший и меньший ток.
13. Напряжение между точкой 1/2 и землей растет.
14. Зарядный ток конденсатора 0,1 мкФ растет.
15. Открывающий ток в базе Тп растет.
16. ТП проводит ток все больше и больше,
17. Напряжение между точкой 7/8 и землей падает.
18. Конденсатор 100 мкФ полностью заряжен и начинает разряжаться.
19. Разрядный ток течет по цепи: «+» конденсатора 100 мкФ, резистор 100 кОм, лампочка, «—» батареи, «+» батареи, открытый Гл,
«—» конденсатора 100 мкФ. Б) Лампочка логасла.
20. В базе Тп нет открывающего тока.
21. Тп закрыт.
22. Напряжение между точкой 1/2 и землей высокое.
23. Через конденсатор 0,1 мкФ течет сильный зарядный ток,
24. В цепи базы Тл течет сильный открывающий ток-
25. Гл полностью проводит, Тп полностью заперт.
B) В цепи происходит лавинообразное переключение в другое состояние,
26. Конденсатор 0,1 мкФ постепенно заряжается, так что ток, текущий к базе Гд, постоянно уменьшается.
27. Тл проводит все меньше и меньше.
28. Разрядный ток конденсатора 100 мкФ прекращается.
29. Постоянно нарастающий открывающий ток течет через базу Тп* Г) Лампочка загорается.
30. Конденсатор 0,1 мкФ разряжается через проводящий Тп, батарею н резистор 330 кОм.
31. Наконец, 7п полиостью проводит, а Та полностью закрыт.
32. Всё начинается сначала.
Исследования мультивибратора можно продолжить, включив вместо резистора 10 кОм телефон ТМ-2А. Тогда мультивибратор будет давать не только световые, но и звуковые сигналы.
Меняя емкость конденсатора 100 мкФ, вы можете убедиться, что при увеличении емкости частота сигналов уменьшается. И наоборот, если уменьшить емкость, частота звуковых сигналов будет увеличиваться.
Мультивибратор — это колебательная система с двумя транзисторами и двумя конденсаторами.
Транзисторы мультивибратора влияют друг на друга: если один открыт, то другой заперт, и наоборот.
Поскольку для зарядки и разрядки конденсаторов нужно определенное время, транзисторы также переходят нз запертого состояния в проводящее не сразу, а через определенное время, зависящее от емкости конденсаторов и сопротивлений резисторов.
ВЕСЁЛАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
(кваканье, чириканье воробья, писк, волчий вой и другие звуки)
Сердце каждой из наших весёлых схем — это мультивибратор, с которым мы уже знакомы. Мы будем варьировать его элементы, каждый раз при этом получая новые звуковые эффекты. На этот раз мы обойдемся без вопросов и пояснений. Но это не означает, что любознательные ребята не должны задумываться над тем, почему «чирикает» или, скажем, «воет волком» то или иное устройство. Схемы опытов приведены на рис. 2.24—2.28.
САМОДЕЛЬНЫЕ РАДИОКУБИКИ НА КНОПКАХ
Если для кружка пионерлагеря не удаётся приобести готовые радиокубики с магнитами, их можно склеить самим из тонкого листового полистирола, гетинакса или другого легкого изолирующего материала. В качестве контактов
Рис. 2.24. Кваканье лягушки
Рис. 2,25. Рев, переходящий в свист
Рис. 2.26. Чириканье воробья
Рис. 2.27. Писк со световыми вспышками
можно использовать обыкновенные одежные кнопки. Для их крепления в центре боковых стенок коробочек заранее просверлите отверстия диаметром 2 мм — под кнопки и 4 мм — под их гнезда. Кнопки удобнее всего прикрепить к коробочке двумя короткими проволочками. Их следует припаять к кнопке с нерабочей стороны, затем просунуть сквозь отверстие внутрь коробочки и, прижав кнопку, разогнуть проволочки в разные стороны. Гнезда кнопок закрепите, припаяв к ним изнутри коробочки
металлические пластинки. Паять нужно быстро и аккуратно, чтобы не подплавить пластмассу. В дальнейшем проволочки и пластинки будут служить контактами, на которых собирается «внутренность» кубиков (рис. 2.29).
Не нужно крепить кнопки и их гнезда очень жестко — наоборот, хорошо, если предусмотреть небольшой люфт.
Рис. 2.28. Волчий вой (если кратковременно прикоснуться к контакту 6 кубиком заземления, нажать кнопку, отпустить ее и нажать снова, то послышится что-то подобное вою волка)
Рис. 2.29. Радиокубики с контактами из одежных кнопок, изготовленные ребятами
Иначе будет трудно собирать из кубиков большие схемы: ведь вам не удастся
соблюсти размеры пластмассовых заготовок с точностью до долей миллиметра. Разумеется, вы можете придумать свой, более удачный вариант конструкции кубиков.
Кнопки обеспечивают даже более надежный контакт между деталями, чем магниты. Такие кубики не содержат дорогостоящих и дефицитных частей (магниты, нейзиль-беровые контакты) и поэтому обходятся в несколько раз дешевле, чем кубики промышленного изготовления.
Когда заготовки для кубиков уже есть, остается наполнить их электронным содержимым и наклеить на каждый кубик карточку с изображением заключенного в нем участка схемы. На первое время каждому кружковцу будет достаточно набора из тех же 10 кубиков. Порядок присоединения к кубикам одежных кнопок и их гнезд показан на рис. 2.30.
Рис. 2.30. Мультивибратор со световой и звуковой индикацией сигналов, собранный из самодельных радиокубиков, с контактами из одеж» ных кнопок
Каждый готовый кубик можно заклеить с нижней стороны квадратиком из оргстекла, выведя через него, если это нужно, контакт заземления. Схемы из самодельных кубиков удобно собирать на металлической пластине, которая будет служить общей массой. Но можно обойтись без нее, если подсоединить все выводы заземления схемы к «плюсу» батареи.
Будьте внимательны и соединяйте кубики только строго по предлагаемым схемам, иначе легко загубить радиодетали.. Особенно опасно для транзисторов неправильное подключение батарейки питания. Ее «плюс» должен всегда соединяться с «массой» — металлической платой или выводами заземления.
УЧИМСЯ ПАЯТЬ
Хотя мы пока в основном «играем в кубики», одновременно пора начинать обучать кружковцев паять. Каждое теоретическое занятие имеет смысл заканчивать уроком пайки. К самостоятельным работам можно допускать только тех ребят, которые научились паять на «отлично».
Отличная пайка по нашим требованиям должна быть красивой и прочной, хорошо, если она похожа на бусинку — блестящий серебристый шарик, прочно охватывающий спаиваемые проводники со всех сторон. Разумеется,
при монтаже электрической цепи зачастую бывает необходимо соединять её части и элементы, используя для этого не только паяльник, но и клеммы, зажимы, штепсельные вилки и гнёзда, упорные и нарезные контакты и другие специальные приспособления, а иногда и просто скручивая оголенные концы соединительных проводов. Даже в простой электрической цепи карманного фонарика насчитывается около десятка таких соединений.
Каждое из этих соединений должно быть не только механически прочным, но и обеспечивать надёжный электрический контакт. А это не так просто. Если в месте соединения проводники недостаточно плотно прижаты друг к другу или их поверхность покрыта плёнкой окислов, плохо проводящей электрический ток, то при кажущейся прочности соединения оно будет ненадежным.
Как же обеспечить прочность и надежность соединений элементов в сложных электрических цепях?
При пайке поверхности соединяемых металлических деталей зачищают от окислов, нагревают, а затем покрывают расплавленным припоем — специальным легкоплавким сплавом. Припой заполняет пространство между соединяемыми проводниками и сваривается с ними. Это обеспечивает механическую прочность и хорошую электрическую проводимость места соединения.
Для пайки деталей из жести, меди и латуни используют припои, представляющие собой сплав олова со свинцом или олова со свинцом и висмутом. Чаще всего применяют оловянно-свинцовые припои марок ПОС-40 и ПОС-60 (соответственно с 40 и 60 % олова), а также оловянно-свин' цово-висмутовый припой ПОСВ-33. Припой ПОС-40 плавится при температуре 235 °С, а ПОС-60 — при 183 °С. Припой ПОСВ-33 имеет температуру плавления около 130 °С — применяют его для пайки деталей и элементов, не допускающих перегрева.
Припой поступает в продажу в виде прутков и проволоки диаметром 2...2,5 мм.
Поверхности спаиваемых деталей, как мы сказали, предварительно очищают от грязи и оксидной пленки. Однако при нагреве во время пайки они могут снова быстро покрыться тонким слоем окислов, что ухудшит качество соединения. Чтобы этого не произошло, применяют флюсы — вещества, защищающие поверхность спаиваемых деталей от дальнейшего окисления. Наиболее распространенным флюсом является канифоль.
Главный ваш инструмент при пайке соединений электрических цепей — паяльник. Это «родной брат» электрического утюга, плитки, чайника и других бытовых электронагревательных приборов. Действие их основано на выделении в проводнике большого количества теплоты при прохождении электрического тока (закон Джоуля-Ленца). Основная часть паяльника — медный стержень с заостренным концом — «жало», вставленный в металлическую трубку, вокруг которой намотан нагревательный элемент (нихромовая спираль в оболочке из жаропрочной изоляции — слюды или керамики). Концы спирали присоединены к изолированным медным проводам — шнуру, который выведен через полую пластмассовую ручку и заканчивается штепсельной вилкой. Нагревательный элемент закрыт сверху кожухом.
При включении паяльника в электрическую сеть ток проходит через нихромовую спираль и нагревает ее. Выделяющееся тепло передается медному стержню, который нагревается до температуры 300...350 °С. Прикосновениями горячего жала паяльника можно расплавить кусочки припоя и нагреть поверхности спаиваемых деталей до температуры, при которой осуществляется пайка.
Наша промышленность выпускает электрические паяльники различных форм и размеров. Многие из них рассчитаны на включение в городскую сеть с напряжением 220 В. В детских кружках следует пользоваться только низковольтными паяльниками ПСЕ-25, предназначенными для включения, в цепь с напряжением 36 В. Такие паяльники продаются в магазинах электротоваров в комплекте с дополнительным устройством П223, с помощью которого паяльник можно питать и от сети с напряжением 220 В.
Хотя мы и назвали этот паяльник низковольтным и безопасным, при работе с ним необходимо соблюдать те же меры предосторожности, что и с любым другим. Работы с паяльником дети могут выполнять только под наблюдением и руководством взрослых!
Для чего все эти меры предосторожности? Вот что следует знать об этом юным радиолюбителям.
Дело в том, что тело человека, как мы уже убедились,— проводник электрического тока. Если человек прикоснётся к оголенным проводам, соединенным с различными полюсами источника тока, по его телу начнёт проходить электрический ток. Если напряжение источника тока мало —
9...12 В, то сила тока не превышает одной тысячной доли ампера, что почти не ощущается человеком (он может чувствовать в худшем случае слабый зуд или лёгкое покалывание). Но при более высоких напряжениях сила тока, протекающего по телу человека, может оказаться значительно большей и вызвать, кроме ожогов, тяжелое поражение нервной и сердечно-сосудистой систем. Установлено, что уже ток силой 0,05 А очень опасен, а при силе тока 0,1 А человек погибает от паралича сердца.
| Прикосновение к проводам, которые находятся под стандартным напряжением 220 В, может вызвать в теле человека и гораздо большие токи. Вот почему, имея дело с любыми электрическими приборами, включенными в городскую электрическую сеть, следует всегда помнить об опасности, быть внимательным и соблюдать осторожность.
У исправных электрических приборов все провода и другие токонесущие элементы надежно закрыты и защищены изоляцией. Но с течением времени эта изоляция по тем или иным причинам может быть повреждена, и тогда оголенные участки электрической цепи становятся доступными случайному прикосновению. Поэтому состояние изоляции необходимо регулярно и тщательно проверять и ни в коем случае не включать электроприбор, если его изоляция неисправна. Это важное правило работы с электрическими приборами полностью относится и к работе с электропаяльником.
В неосторожном обращении с паяльником таится и еще другая опасность — опасность ожогов и пожаров. Металлический кожух и медный стержень паяльника нагреваются до высокой температуры. Держать нагретый паяльник следует только за пластмассовую или деревянную ручку. Необходимо следить за тем, чтобы изоляция проводов, по которым подводится к паяльнику ток, случайно не коснулась горячего кожуха или стержня, ибо при таком соприкосновении изоляция расплавится и может произойти короткое замыкание.
В перерывах между пайками паяльник можно класть только на основание из невоспламеняющегося материала: асбеста, керамики и т. п. Удобно пользоваться специальными подставками для паяльников, в которых предусмотрено не только место для удобного его расположения, но и небольшие углубления для необходимых при пайке материалов — припоя и канифоли.
Пары припоя и флюса, образующиеся при пайке, оказы-
вают вредное воздействие на организм человека. Поэтому нельзя непрерывно заниматься пайкой в течение длительного времени, а в перерывах следует хорошо проветривать помещение.
Перед пайкой паяльник следует подготовить к работе. С помощью напильника рабочую часть его — жало — надо сточить под углом 30...45° и зачистить. Затем его необходимо залудить.
Для этого включают паяльник в сеть и, когда он слегка нагреется (через 1...2 мин), покрывают жало слоем флюса, прижав его к кусочку канифоли. Растекаясь по поверхности жала, канифоль предохраняет его от окисления при дальнейшем нагревании. Как только жало нагреется до температуры плавления припоя (это можно определить, касаясь им кусочка припоя), рабочую поверхность жала покрывают припоем.
Перегрев паяльника перед покрытием жала канифолью недопустим. Если все-таки по какой-либо причине паяльник перегреется и зачищенная часть его покроется темно-синим налетом окиси меди, то его следует выключить, остудить и вновь зачистить, а затем опять приступить к залу-живанию.
Подготовленные к пайке поверхности металла должны быть тщательно очищены от окислов и жиров и залужены. Зачищают места пайки ножом, наждачной бумагой или напильником. При залуживании на поверхность металла вначале наносят слой флюса, а затем горячим паяльником с небольшим количеством припоя на жале несколько раз проводят по залуживаемой поверхности, помогая припою растечься тонким и ровным слоем.
При пайке монтажных соединений на место спая сначала наносят слой флюса. Затем к этому месту одновременно прикладывают припой и жало паяльника. Пруток припоя держат в левой руке (лучше держать его пинцетом, чтобы не обжечь пальцы, так как во время пайки он нагревается), а ручку паяльника — в правой. Для быстрого прогрева места спая до температуры плавления припоя паяльник прикладывают сначала не острием жала, с которого стекает припой, а плашмя, чтобы площадь соприкосновения была наибольшей. Подержав паяльник в таком положении не больше секунды, жалом распределяют припой по всей поверхности спая.
Расплавленный припой можно переносить на место пайки и жалом паяльника. Для этого его предварительно на
доли секунды окунают в канифоль и берут каплю припоя,. находящегося в коробочке на подставке. Количество припоя, необходимое для пайки, должно быть минимальным, достаточным лишь для того, чтобы припой заливал место соединения со всех сторон.
Важен и правильный уход за паяльником. Поверхность его жала должна быть ровной, очищенной от нагара (оксида) и хорошо залуженной. Во время пайки паяльник должен быть нагрет до необходимой температуры, зависящей от марки припоя. Нормальным считается такой температурный режим, при котором припой быстро плавится, но не стекает с жала паяльника; канифоль не сгорает мгновенно, а остается на жале в виде кипящих капелек. Перегрев паяльника недопустим, так как это приводит к окислению жала и появлению на нем раковин. Но и недостаточно нагретым паяльником работать тоже нельзя: соединения получаются непрочными и ненадежными.
После такого вступления ребята приступают к пайке, соединяя отрезки медных проводов диаметром 0,8...1,5 мм.
Сначала с концов проводников удаляют изоляцию. Затем концы зачищают ножом на длину 8...10 мм и залуживают. После этого концы проводников прикладывают один к другому и паяют.
При качественной пайке припой покрывает место спая ровным слоем с гладкой блестящей поверхностью. Неровная и зернистая поверхность места спая — признак недостаточного прогрева деталей.
Хорошим тренировочным упражнением может быть пайка разнообразных фигур из отрезков медных проводов. Сначала изготавливают таким образом несколько геометрических фигур: квадрат, треугольник, куб, пирамиду и т. п. Это помогает ребятам приобрести навыки пайки, необходимые для монтажа электрических цепей.
Овладевшим пайкой различных фигурок доверяется пайка простейших электрических цепей.
Каждая работа, даже самая простая, тщательно просматривается и оценивается руководителем.
Глава III.
НАЧАЛА КОНСТРУИРОВАНИЯ В РАДИОКРУЖКЕ ПИОНЕРСКОГО ЛАГЕРЯ
Освоив основы теории радиоэлектроники на радиокубиках и изучив свойства радиодеталей, ребята могут приступать к осмысленному конструированию и сборке моделей.
Разумеется, стремиться к очень большой «самостоятельности» кружковцев на этом этапе пока еще невозможно. Имеет смысл использовать ряд типовых работ нарастающей сложности. Образец каждой из них следует оформить в виде отдельного небольшого стенда, на котором показан принцип работы конструкции, а также примененные в ней детали и полуфабрикаты. Ребятам нужно сразу объяснить, что возможны различные варианты конструктивного решения каждой работы. В подкрепление этих слов наряду с типовыми стендами руководитель демонстрирует ребятам наиболее удачные варианты конструкций, сделанные в кружке их предшественниками.
Для выполнения конструкторских разработок руководитель заранее заготавливает по 25—30 комплектов деталей и плат к каждой работе. Для самых сложных типовых работ достаточно на первых порах 5—10 комплектов. Комплекты деталей удобно сразу разложить по отдельным полиэтиленовым пакетам. Это экономит время, а также позволяет вовлечь в работу всех желающих, в том числе новичков, пришедших в кружок чуть позже начала смены. Что поделаешь — не прогонять же их! В процессе работы руководитель «подтягивает» отстающих кружковцев до уровня передовых.
Мы предлагаем 11 типовых работ. Перечислим их в порядке нарастающей сложности:
1. Электрический фонарик
2. Электрический вентилятор
3. Указатель поворотов
4. Электронный камин.
5. Электромузыкальный инструмент.
6. Электронный соловей
7. Генератор «хрю-хрю»
8. Генератор собачьего лая
9. Радиоприёмник
10. Робот
11. Генератор сигналов азбуки Морзе
Каждому, кто уже сделал хоть одну электронную модель, хочется схватиться сразу за несколько других. Тут руководителю надо проявить строгость. К следующей работе разрешается приступать только при условии безупречного выполнения предыдущей.
В большинстве радиокружков стало традицией начинать работу каждого учащегося с изготовления радиоприемника. Возможно, что в кружках станций юных техников и Дворцов пионеров такая методика оправданна, чего нельзя сказать о кружке пионерлагеря.
Дело в том, что простейший радиоприемник хорошо заработает не повсюду, а только в той местности, где есть достаточно мощные радиостанции. Например, в районе нашего лагеря «Иссары» в Крыму вообще нет каких-либо вещательных радиостанций и даже приемники промышленного изготовления работают не без труда. В таких условиях начинать с радиоприемника — это значит начинать с разочарования. Не говоря уже о том, что для изготовления приемников понадобятся ферритовые стержни, переменные конденсаторы, динамики. И все эти недешевые хрупкие детали окажутся в руках малышей, едва освоивших азы практической работы.
Не лучше ли начать с безотказных схем мультивибраторов, в которых самые дефицитные детали — это лампочки!
А приемник можно собрать чуть позже, когда кружковец почувствует настоящий вкус к радиотехнике и его намерение заниматься ею станет более твердым.
РАБОТА ПЕРВАЯ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФОНАРИК
В полиэтиленовом пакете лежат батарейка 3336Л, лампочка на 3,5 В, соединительные провода, жесть для изготовления выключателя и фанерная плата. Схема фонарика — на рис. 3.1.
Тем, кто хорошо справится с этой работой, в виде поощрения можно выдать более сложный набор, в который входят, кроме перечисленного, коробочка, круглые стеклышки из цветного оргстекла, лампочки СМН-6,3-20, батарейка «Крона», микровыключатели.
Ребята любят делать фонарики в виде забавных фанерных зверюшек с глазами-лампочками. Для этого в кружке
ПЕРВАЯ РАБОТА
есть целые папки всевозможных рисунков, а также лобзики и приборы для выжигания по дереву.
Прежде чем приступить к изготовлению этого фонарика, ребята уже изучили его работу на радиокубиках, измерили напряжение батарейки и ток, потребляемый лампочкой. Им объяснили, почему здесь нужна лампочка на 3,5 В, а не на 2,5 или 6,3 В. Им уже известно, что такое короткое замыкание и от чего оно бывает. Детали фонарика выдаются только тем, кто усвоил все это,— остальным приходится пока ограничиться выжиганием или выпиливанием.
Как видите, в кружке приходится заниматься не только электроникой. Понадобятся разнообразные канцелярские принадлежности: карандаши, бумага, калька, копировальная бумага, кнопки и т. д., а также некоторые слесарные и столярные материалы и инструменты (об этом — в прилож. 1).
РАБОТА ВТОРАЯ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЯТОР
Прежде чем получить набор деталей для этой работы, нужно усвоить закон Ома, изучить параллельное и последовательное соединение проводников, научиться измерять ток и напряжение.
Схема вентилятора изображена на рис. 3.2. С такими вентиляторами двух Карлсонов можно заставить летать по кругу, как на карусели. Для этого нужно прикрепить Карлсонов с двух сторон деревянного "брусочка длиной 30...40 см (можно взять брусок и побольше). В середине брусочка нужно просверлить отверстие и прибить брусочек к другому — вертикальному бруску. Прибивать нужно так, чтобы брусок с Карлсонами свободно вращался вокруг вертикального бруска. Если теперь подключить вентиляторы Карлсонов к батарейке, то Карлсоны полетят друг за другом по кругу. У нас в лагере четыре Карлсона на деревянной подставке из двух брусков длиной 140 см летают под потолком лаборатории вокруг стержня, прикрепленного к потолку. Чтобы они летали быстрее, крестовина присоединяется к вертикальному стержню с помощью шарикового подшипника. На крестовину ребята подвешивают разноцветные воздушные шары и шелковые ленточки, которые, когда Карлсоны летают, развеваются под потолком лаборатории.
ВТОРАЯ РАБОТА
РАБОТА ТРЕТЬЯ. УКАЗАТЕЛЬ ПОВОРОТОВ
К этой работе допускаются кружковцы, усвоившие с помощью кубиков назначение радиодеталей, знающие, как заряжается и разряжается конденсатор и как включаются в схемы и работают р-п-р и п-р-п транзисторы. Кружковец должен уметь объяснить принцип действия устройства по схеме рис. 3.3 хотя бы так: «При подаче напряжения электроны устремляются через лампочку с «минуса» на «плюс», но транзистор прямой проводимости закрыт, так как на его базу не подается «минус». Тогда электроны идут к «плюсу» через конденсатор и резистор. При этом справа на конденсаторе образуется минусовое напряжение, а на левой «плюс», который, поступая на базу транзистора обратной проводимости (МП37 или МП111), открывает его. Транзистор обратной проводимости подает «минус» на базу транзистора прямой проводимости. Он открывается, через лампочку течет ток, и она загорается. Конденсатор быстро разряжается через открытый «прямой» транзистор. «Обратный» транзистор закрывается и закрывает «прямой» транзистор. Лампочка гаснет, и все начинается сначала».
Сопротивление резистора — от 35 до 120 кОм. Ребята должны также знать, что конденсатор включается «плюсом» к коллектору транзистора прямой проводимости. Частота мигания лампочки зависит от сопротивления резистора и емкости конденсатора в схеме. Время зарядки конденсатора подсчитывается по формуле: т = R * С. Ясно, что чем больше сопротивление резистора и емкость конденсатора, тем реже будет мигать лампочка.
Поскольку в схеме предусмотрена лишь одна лампочка, а поворот бывает правым и левым, на- корпусе нужно установить трехпозиционный переключатель.
Такую электронную мигалку можно использовать в других самоделках. Более опытные ребята собирают мигающие индикаторы включения на светодиодах.
Прежде чем получить набор деталей для изготовления следующих устройств, кружковец должен собрать свой индикатор включения и четко описать работу этого устройства.
К индикатору включения предъявляют два основных требования: он должен быть экономичным, а его свечение — заметным, привлекающим внимание. Лампы накаливания здесь малопригодны из-за чрезмерно большого потребляемого тока, а неоновые при низких напряжениях (6...24 В) не работают.
ТРЕТЬЯ РАБОТА
Рис. 3.4, Электронный индикатор с питанием от источника напряжения 4,5 В
Зато всем требованиям удовлетворяют электронные индикаторы, в которых источником света служит светодиод.
Ребятам предлагается смонтировать два вида индикаторов включения, собранных по схеме несимметричного мультивибратора. Свечение светодиода в каждом из них прерывистое. Частота вспышек определяется частотой генерации мультивибратора. Та кой режим позволяет снизить ток, потребляемый индикатором от батареи питания, и увеличить амплитуду импульса тока через светодиод, то есть получить вспышки большей яркости. Кроме этого, вспышки света более заметны для глаза, чем непрерывное свечение.
Схема индикатора, рассчитанного на питание от батареи напряжением 4,5...5 В, показана на рис. 3.4. Он работает следующим образом. При включении источника питания ток коллектора транзистора V2 скачком изменится от нуля до начального значения, которое определяется резисторами Rl, R2 и коэффициентом усиления по току транзисторов VI, V2. Силу начального тока коллектора транзистора V2 устанавливают подбором резистора R2 при отключенном конденсаторе С1. При этом светодиод еще не должен светиться. Подбор проводят со значений сопротивления резистора R1, при котором светодиод светится, а затем начинают увеличивать сопротивление резистора R1 до полного погасания светодиода.
Ток коллектора транзистора V2 протекает по цепи: «плюс» источника питания, R2, R3, С1 и параллельно
включённой к этим элементам светодиод V3, коллектор V2, змиттер V2t R5, «минус» источника питания.
Протекая по резистору R2, ток создает на нем падение напряжения, которое приложено к переходу база — эмиттер транзистора VI, а полярность его такова, что транзистор VI открывается и его коллекторный ток возрастает. Увеличение коллекторного тока транзистора VI приводит к увеличению коллекторного тока V2, а увеличение коллекторного тока V2 — к увеличению падения напряжения на резисторе R2 и соответствующему увеличению коллекторного тока транзистора VL Происходит лавинообразный процесс открытия транзисторов, в результате которого они оказываются в режиме насыщения. Через светодиод протекает достаточный для его свечения ток.
Конденсатор С/ начинает заряжаться до напряжения на светодиоде по следующей цепи: «плюс» источника питания, R2, R3, Clt насыщенный транзистор V2, R5> «минус» источника питания.
По мере зарядки конденсатора С1 его зарядный ток уменьшается и соответственно уменьшается падение напряжения на резисторе R2. В момент, когда напряжение на резисторе R2 уменьшится до такой величины, при которой транзистор VI выйдет из режима насыщения, уменьшится базовый ток транзистора V2 и он так же выйдет из режима насыщения, что приведет к уменьшению зарядного тока конденсатора С/. Вследствие этого еще больше уменьшится падение напряжения на резисторе R2 и возникает лавинообразный процесс, при котором оба транзистора закрываются, ток через светодиод уменьшается почти до нуля и он гаснет. Так как конденсатор С1 заряжен до некоторого напряжения в соответствии с полярностью, указанной на схеме, к переходу база — эмиттер транзистора VI прикладывается положительный потенциал, который надежно закрывает этот транзистор. Конденсатор С/ начинает разряжаться по цепи R3, R2, V3. По мере разрядки конденсатора С1 напряжение на базе транзистора уменьшается.
В некоторый момент времени напряжение на базе транзистора VI достигнет такой величины, при которой он начнет открываться. Это приведет к увеличению тока коллектора транзистора VI и соответственно к увеличению падения напряжения на резисторе R2 и к открыванию транзистора VI. Развивается лавинообразный процесс открывания транзисторов, в результате которого они вновь оказываются в режиме насыщения. Светодиод начинает ярко
Рис. 3.5. Электронный индикатор с питанием от источника напряжения 9 В
светиться, а конденсатор снова заряжается. Начинается следующий цикл переключения мультивибратора.
Частота генерации в основном определяется емкостью конденсатора С/. Скважность световых импульсов (отношение периода генерации к длительности вспышек)зависит от величины и соотношения сопротивления резисторов R1 и R2, а также от сопротивления резисторов R3 и R4. От тех же факторов зависят стабильность и устойчивость работы мультивибратора и в некоторой степени частота генерации. Для того чтобы уменьшить потребляемый от батареи ток, следует стремиться к скважности, большей 3.
Резистор R4 ограничивает ток базы транзистора V2 в режиме насыщения. В связи с тем, что в цепи конденсатора С1 могут иметь место резкие выбросы («пики») тока, мультивибратор может стать источником помех для прибора, питающегося от общей батареи. Резистор R3 способствует уменьшению этих помех. Для той же цели служит фильтр R5C2.
Ток, потребляемый устройством от батареи, равен 1,5... 2 мА.
В связи с тем, что многие конструкции питаются от источника напряжения не 4,5, а 9 В, используется и второй вариант индикатора включения, показанный на рис. 3.5.
Этот индикатор включения питается от напряжения 6... 10 В и потребляет ток 0,8... 1,5 мА. Его работа принципиально не отличается от описанного выше. Он допускает более широкие возможности изменения частоты и скважности световых импульсов по сравнению с индикатором, собранным по предыдущей схеме.
В обоих индикаторах могут быть использованы любые низкочастотные транзисторы. Светодиоды можно применить типа КЛ101 или АЛ102 с любым буквенным индексом. При налаживании индикатора необходимо следить за тем, чтобы средний ток через светодиод не превышал его максимально допустимого, иначе светодиод может выйти из строя.
Эти индикаторы можно вмонтировать в различные забавные игрушки, например сделать мигающий глаз у зайца, перепуганного волком.
РАБОТА ЧЕТВЁРТАЯ. ЭЛЕКТРОННЫЙ КАМИН
Этот сувенир ребята могут подарить родителям или друзьям.
В камине перемигивающиеся лампочки, расположенные за цветной пленкой, изображающей пламя, создают эффект горения дров. Электронная часть камина (рис. 3.6) состоит из нескольких мультивибраторов. Остается выполнить из пластмассы или фанеры модель камина. Для этого в кружке имеется яркий пластик разных цветов, резаки для пластмасс, необходимый клей и другие материалы.
В этой модели каждый «автор» может фантазировать по-своему, варьируя количество лампочек, яркость фона, частоту мигания.
РАБОТА ПЯТАЯ. ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ (ЭМИ)
Простой клавишный музыкальный инструмент представляет собой транзисторный мультивибратор g клавиатурой, выполненной из полоски фольгированного стеклотекстолита. Каждый из восьми резисторов определяет свой ток при
ЧЕТВЁРТАЯ РАБОТА
касании «клавиши» проволочкой, соединяющейся с «минусом» схемы. Резисторы Rl—R8 заранее подобраны и входят вместе с «клавиатурой» в комплект набора деталей для ЭМИ (рис. 3.7).
В качестве звукового индикатора музыкальных тонов в самом простом случае можно использовать телефон ТМ-2М, включенный в коллекторную цепь транзистора V2> вместо резистора R11. Если есть динамическая головка, ее можно подключить к коллекторной цепи транзистора V2 через бестрансформаторный усилитель.
Оригинальный ЭМИ на одной микросхеме был описан Ю. Пахомовым в журнале «Радио» № 12 за 1980 год.
На этом одноголосном электромузыкальном устройстве играют так же, как на нашем простейшем ЭМИ (рис. 3.8), касаясь клавиатуры щупом. Музыкальный диапазон — две октавы, от «до» первой октавы до «си» второй (частоты от 260 до 988 Гц). Принципиальная схема ЭМИ показана на рис. 3.8.
В устройстве использована микросхема К155ЛАЗ (К1ЛБ553), представляющая собой четыре элемента 2И-НЕ. Три ее элемента (выводы 1—3} 4—6 и 8—10) образуют генератор тона, а четвертый (выводы 11—13) совместно с трансформатором Т1 — усилитель мощности. Динамическая головка В1, подключенная ко вторичной обмотке трансформатора, преобразует электрические колебания в звуковые.
Частота колебаний генератора тона определяется емкостью конденсатора С1 и тем из резисторов Rl—R24, который через соответствующую ему клавишу и щуп включается в частотозадающую цепь генератора. Резисторы подбирают опытным путем во время настройки ЭМИ.
Питается ЭМИ от батареи 3336Л, «Планета-2» или трех элементов 322, соединенных последовательно. Максимальный потребляемый ток не превышает 30 мА.
Основой ЭМИ служит плата из фольгироваиного стеклотекстолита. Конфигурация токонесущих площадок, клавиатура и некоторые соединения показаны на рис. 3.8. Изолирующие прорези шириной около 1 мм выполнены резаком, сделанным из ножовочного полотна. Сквозные отверстия в плате выпилены под кнопочный выключатель П2К (S1). Выходной трансформатор Т1 — от любого малогабаритного транзисторного приемника. Применена малогабаритная динамическая головка 0,1ГД-б (В1). Резисторы, конденсатор, выводные лепестки микросхемы и соедини-
Рис. 3.7. Электромузыкальный инструмент
Рис. 3.8. Электромузыкальный инструмент на микросхеме
тельные проводники припаивают к печатным проводникам, не просверливая в них отверстий.
Металлический щуп, которым касаются клавиш во время игры, соединен гибким изолированным проводником с площадкой вывода 8 микросхемы D1.
Электролитический конденсатор С1 должен иметь возможно малый ток утечки — это может быть, например, К53-1. Резисторы — МЛТ-0Л25 или МЛТ-0,25. Сопротивление резистора R1 должно быть не более 1,8 кОм, а резистора R27 — не менее 300 Ом. Сопротивления промежуточных резисторов отличаются от соседних: в низкочастотной части на 100...150 Ом, в высокочастотной — на 30... ...50 Ом. Так, например, ориентировочно сопротивление резистсра R2 (нота «ре» первой октавы) может составлять 1670 Ом, а резистора R23 (нота «ля» второй октавы) — 505 Ом.
Настройка ЭМИ заключается в подборе резисторов R1—R24.
РАБОТЫ ШЕСТАЯ, СЕДЬМАЯ, ВОСЬМАЯ. ЭЛЕКТРОННЫЕ СОЛОВЕЙ, ПОРОСЕНОК, СОБАКА
Основу схемы «соловей» (рис. 3.9) составляют три мультивибратора. Первый из них, собранный на транзисторах V6', V7, генерирует тональный сигнал частотой около 2000 Гц. Сигнал усиливается транзистором V8. Управляющий мультиЕибратср на транзисторах V4, V5 периодически выключает первый мультивибратор. Работой второго мультивибратора управляет третий, собранный на транзисторах VI и V2 с усилителем тока на транзисторе V3. Нагрузкой зтого усилителя является обмотка реле К1. Частота переключений транзисторов этого мультивибратора выбрана такой, чтобы она не совпадала с частотой срабатываний второго мультивибратора. Когда транзистор V2 открывается, вместе с ним открывается и транзистор VS. Реле срабатывает и своими контактами КШ подключает параллельно резистору R7 резистор R8. В результате изменяется сбщее сопротивление в базовой цепи транзистора V4y а следовательно, и чгстота переключений транзисторов второго мультиЕибратора. Создаются как бы два режима переключения первого мультивибратора на транзисторах V6 и V7. Характер звучания напоминает соловьиную трель.
Рис. 3.9. Электронный соловей
Рис. 3.10. Генератор «хрю-хрю»
Рис. 3.11. Генератор собачьего «лая»
В списываемых генераторах можно использовать любые низкочастотные транзисторы с коэффициентом передачи тока больше 15. Реле электромагнитные РЭС-10 (паспорт РС4.524.303), трансформатор — от любого транзисторного малогабаритного приемника.
Стоит в схеме электронного соловья изменить номиналы деталей схемы и исключить реле, как у вас получится генератор «хрю-хрю», имитирующий хрюканье поросенка (рис. 3.10).
Исключаете из электронного соловья средний мультивибратор и реле — и получается генератор «лая» (рис. 3.11).
РАБОТА ДЕВЯТАЯ. РАДИОПРИЁМНИК
Вот мы и дошли до радиоприемника.
Задача руководителя — внушить ребятам, что им предлагается сделать самим очень интересную работу. Как показывает опыт, у каждого юного радиолюбителя после экспериментов с простейшим детекторным приемником появляется желание сделать более совершенную конструкцию. Вот тут-то и можно переходить дальше — предложить собрать однотранзисторный приемник, двухтранзистор-ный и т. д. Особо преуспевающих ребят можно допустить к изготовлению приемника на операционном усилителе К140УД1. Кроме того, сборка простейших приёмников — стимул к изучению теоретических основ радиоприёмной техники, что очень пригодится в дальнейшем.
После теоретического занятия по устройству колебательного контура, высокочастотным и модулированным электромагнитным колебаниям и их детектированию ребятам предлагается сделать простейший приёмник по схеме рис. 3.12. В нем применена катушка самоиндукции из двух секций.
Для изготовления такой катушки из толстого картона вырезают два кружка Д и В диаметром 12 см и делают на них пять глубоких надрезов. Затем на кружки наматывают по 20 витков провода ГОЛ диаметром 0,12...0,18 мм: сначала на кружок Д, затем, не обрезая провода, продолжают наматывать его на кружок В, имеющий два выступа (см. рис. 3.12).
Кружок А приклеивается к фанере размером 30 X X 30 см. Кружок В прибивают к фанере в точке С. Второй Длинный выступ подвижного кружка В будет служить руч-
Рис. 3.12. Радиоприёмник
кой настройки приемника. Концы проводов соединяют с диодом VI, миниатюрным телефоном В1 и гнездами А и 3 так, как показано на рисунке. Детали следует прикрепить к фанерному основанию.
Вставив вилку наружной антенны в гнездо Л, а вилку заземления в гнездо 3 и перемещая ручку кружка В, приемник настраивают на расположенную поблизости станцию.
Как работает такой радиоприёмник? Радиоволны от радиостанции попадают в антенну А. В антенне радиоволны преобразуются в токи высокой частоты, амплитуда которых изменяется с низкой частотой. Токи из антенны поступают на колебательный контур, состоящий из двух последовательно соединенных катушек L1 и L2 и межвитковой емко-
сти катушек С. Из общего количества станций колебательный контур выбирает только ту, на которую он настроен. Чтобы отделить ток низкой частоты от тока высокой частоты, в приемнике применен детектор VI. После детектора образующийся низкочастотный сигнал поступает к головным телефонам, где преобразуется в звуковые колебания.
Детекторный приемник удобен тем, что не требует никакого питания. Он питается от передающей радиостанции. Но чувствительность его очень низка. Он может принимать только мощные сигналы ближайших радиостанций. Чтобы «услышать радио» с детекторного приемника, необходима антенна (натянутый провод длиной до 40 метров, изолированный от опор) и заземление, которым может служить труба водопровода или радиатор центрального отопления. В качестве заземления можно использовать закопанное на глубину 1...1.5 м старое ненужное ведро с припаянным к нему проводом.
Настраиваться на разные радиовещательные станции можно, изменяя взаимное расположение катушек. Длинноволновые радиостанции станут слышны, когда подвижная катушка будет вплотную придвинута к неподвижной. При этом направление витков обеих катушек должно совпадать, тогда общая индуктивность катушек будет наибольшей. По мере удаления подвижной катушки от неподвижной общая индуктивность катушек будет уменьшаться, и приемник перестроится на радиостанции, работающие на более коротких волнах.
Многие начинающие радиолюбители надеются в кружке сразу же сделать не детекторный, а «настоящий» карманный радиоприёмник на транзисторах. Часто эти ребята, прежде чем попасть в кружок, дома наспех пытались сделать приёмник, «но ничего не получилось». В кружок они являются с твёрдой уверенностью в том, что здесь-то сразу получится. После простейших конструкций обязательно следует дать такому кружковцу возможность осуществить его мечту. В то же время переводить на него дорогие и дефицитные детали — недопустимая «рсскошь». Как же тут быть?
Приёмник «Мини-макс» при минимуме дефицитных деталей даёт максимум результатов и вполне устроит любого начинающего радиолюбителя. В «Мини-максе» сочетаются элементы различных опубликованных конструкций. Схема «Мини-макса» показана на рис. 3.13.
Приёмник фиксированно настроен на радиостанцию «Маяк», работающую на частоте 549 кГц. Его контур обра-
Рис. 3.13. Приёмник «Мини-макс»
зован катушкой L], магнитной антенной WA1 и конденсатором С/. Выделенный контуром сигнал поступает на исто-ковый повторитель, собранный на полевом транзисторе VJ, а с него — на усилитель радиочастоты, собранный на транзисторе V2. Благодаря высокому входному сопротивлению истокового повторителя оказалась ненужной традиционная катушка связи с контурной катушкой, а коэффициент передачи входной цепи заметно повысился. С нагрузки усилителя радиочастоты (резистор R3) сигнал поступает на детектор, собранный на диодах V3 и V4t по схеме с удвоением напряжения. Выделяющиеся на нагрузке детектора (резистор R4) колебания звуковой частоты усиливаются каскадом на транзисторе V3 и подаются на телефон Ы (типа ТМ-2А). Транзистор КПЗОЗА можно заменить транзисторами КПЗОЗБ или КПЗОЗВ. Другие транзисторы этсй серии имеют большее напряжение отсечки, вследствие чего транзистор V2 будет сильно открываться. На месте V2 могут работать транзисторы серии КТ315 или КТ312 с коэффициентом передачи тока более 100. Диоды могут быть любые из серии Д2, Д9, Д18, но с минимальным прямым сопротивлением (его измеряют омметром). Электролитический конденсатор марки К50-3, остальные постоянные конденсаторы БМ-2, КЛС и КМ. Все резисторы — МЛТ-0,/5 или МЛТ-0,125. Магнитная антенна выполнена на стержне из феррита с магнитной проницаемостью 600... 1000, диаметром 8 и длиной 150...160 мм. Контурная катушка содержит 40—50 витков провода ЛЭШО 21 X 0,07, намотанного еиток к витку на бумажной парафинированной гильзе, надетой на стержень. Гильза-каркас должна перемещаться по стержню с небольшим трением. При отсутствии у казанкого провода катушку можно изготовить из провода ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм, скрутив 7—11 отрезков нужной длины. В крайнем случае допустимо использование одножильного
провода марок ПЭВ, ПЭЛ, ПЭЛШО диаметром 0,25... ...0,35 мм. Добротность контура, а следовательно, чувствительность и избирательность приемника в этом случае будут несколько меньше.
Для более уверенного приема радиостанции можно предусмотреть гнездо для подключения наружной антенны-провода длиной 1...2 м. Антенное гнездо подключается к верхнему по схеме выводу катушки L1. Настройку приемника на частоту радиостанции «Маяк» производят, передвигая катушку магнитной антенны по стержню.
Монтаж выполняется на односторонней плате фольги-рованного гетинакса. Фольга не вырезается и не протравливается — вся ее площадь служит общим проводом и экраном, что улучшает стабильность работы приемника. Выводы деталей, соединяемые с общим проводом, пропускают, как обычно, в отверстия в плате и припаивают к фольге. Другие же выводы пропускают в раззенкованные со стороны фольги отверстия. В качестве соединительного используется одножильный провод в изоляции.
Ну и наконец — приемник для самых старших ребят.
В журнале «Радио» № 7 за 1979 г. и № II за 1980 г. был описан приемник на операционном усилителе А1 К140УД1А. Благодаря сравнительно высокому коэффициенту усиления операционного усилителя К140УД1А удалось собрать миниатюрный приемник (рис. 3.14), рассчитанный на прием сигналов мощной радиостанции на расстоянии до 100 км. При этом операционный усилитель выполняет сразу несколько функций: усиливает колебания ВЧ, детектирует их, усиливает высокочастотные колебания.
Колебательный контур приемника образован катушкой индуктивности L1, магнитной антенной W1 и конденсатором С/. При указанной на схеме емкости конденсатора контур будет настроен на волну радиостанции «Маяк» (550 м).
С выхода операционного усилителя сигнал НЧ подается через конденсатор СЗ на разъем XI, к которому подключают нагрузку — миниатюрный головной телефон ТМ-2М. Конденсатор С2 нужен для того, чтобы перевести один из каскадов операционного усилителя в режим детектирования.
Для изготовления магнитной антенны используется стержень диаметром 8 и длиной 40 мм из феррита марки 400НН или 600НН. На стержень надевают цилиндрический каркас, склеенный из плотной бумаги. На каркас наматывают виток к витку 70 витков провода ЛЭШО 10 X 0,05.
Рис. 3.14. Приёмник на операционном усилителе
В крайнем случае можно применить провод марки ПЭВ диаметром 0,2...0,3 мм.
Конденсаторы С1 к С2 — КЛС (можно другие слюдяные или керамические), G9 — K53-L Резистор R1 — любого типа. Источник питания — батарея «Крона», её подключают к приемнику через разъём Х2. Разъём XI — стандартное гнездо под телефон ТМ-2М.
Приёмник можно смонтировать на плате из фольгиро-ванного гетинакса размерами 45 X 26 мм.
Плату удобно разместить в пластмассовой или деревянной коробочке, в боковой стенке которой укрепляют телефонное гнездо, служащее и выключателем питания.
Налаживание приёмника начинают с установки режима работы операционного усилителя. Соединив между собой выводы 9, 10, проверяют напряжение на выводе 5 — оно должно быть равно примерно половине напряжения источника питания. Если измеренное напряжение меньше указанного, снимают перемычку между выводами 9 и 10 и устанавливают нужное напряжение подбором резистора R1.
На выбранную радиостанцию приёмник настраивают подбором конденсатора С1 или изменением числа витков катушки L1.
РАБОТА ДЕСЯТАЯ. РОБОТ
Нужно сразу оговориться: разработка сложной кибернетической модели робота требует много времени, деталей, материалов и в условиях пионерлагеря практически невозможна.
Нам удалось сделать модель простейшего человекоподобного робота. Высота робота около 70 см, и хотя вид у него внушительный, он сделан из тонкого картона, затем покрыт фольгой или окрашен. Чтобы гюбот был устойчивым, самые тяжелые его детали размещаются в ногах. В ступнях робота находятся батарейки 3336Л, двигатели, перемещающие робот, и колеса с резиновыми шинами. Как сконструировать ноги робота, чтобы он шагал и был устойчивым, видно из рис. 3.15 (в программе нашего пионерлагеря эта работа тринадцатая по счету).
Силами старших и опытных ребят эту модель можно снабдить программным управлением. Можно сделать, чтобы робот двигался на свет. Можно — чтобы он понимал человеческую речь и по команде «Иди» шел вперед, а по команде «Стой» останавливался. Для этого нужно собрать акустический автомат, умеющий анализировать звуковые команды. Он реагирует на звуковые колебания, примерно соответствующие произношению гласных букв «и» и «о». Если к исполнительным выводам этого автомата подключить электрический двигатель, то произносимые громко слова «иди» и «стой» будут заставлять модель «слушаться». В таком автомате (рис. 3.16) микрофон выполняет роль датчика. Он преобразует звуковой сигнал в электрические колебания, а усилитель низкой частоты усиливает их, Затем колебания низкой частоты поступают на дешифратор с двумя фильтрами, каждый из которых настроен на определенную полосу звуковых частот (звук «и» соответствует частоте колебаний 400...700 Гц, а звук «о» — частоте 150...300 Гц). Принятый дешифратором сигнал соответствующей частоты вызывает срабатывание одного из электронных реле, которое своими контактами включает двигатель и сигнальную лампочку.
Принципиальную схему акустического электронного реле вы видите на рис. 3.16. Каскады на транзисторах VI—V3 образуют простейший усилитель низкой частоты. Сигнал с микрофона В1 поступает на базу транзистора VI и управляет его коллекторным током, который, в свою очередь, поступает на базу транзистора V2 и усиливается
ДЕСЯТАЯ РАБОТА
Рис. 3.16. Анализатор звуковых команд
им. Точно так же коллекторный ток транзистора V2 усиливается транзистором V3. В цепь коллектора последнего включена нагрузка — резистор R3. Режимы транзисторов усилителя по постоянному току определяются сопротивлением резистора R1, изменяя которое в пределах от 200 до 600 кОм можно регулировать чувствительность автомата.
Последовательное соединение транзисторов позволяет получить довольно большое усиление тока, которое может «достигать величины, равной произведению статических коэффициентов передачи тока применяемых приборов.
С выхода усилителя командный сигнал через конденсатор С2 поступает на вход дешифратора, но срабатывает та из его двух ячеек, которая настроена на частоту сигнала. Дело в том, что сопротивление параллельного колебательного контура для колебаний, частота которых совпадает с его собственной частотой, во много раз больше, чем для колебаний всех других частот. Это свойство контура и лежит в основе принципа работы ячеек дешифратора.
Пока сигнала на входе дешифратора нет, составной транзистор V4V5 первой ячейки электронного реле немного приоткрыт напряжением смещения, создаваемым делителем R6R7. В этом режиме ток в коллекторной цепи составного
транзистора и обмотке реле К1 минимален, он не вызывает срабатывания реле. Это реле не срабатывает и при поступлении сигнала с частотой, отличной от резонансной частоты колебательного контура L1C3, так как в этом случае сопротивление контура мало и практически все входное напряжение падает на резисторе R4.
С поступлением на вход дешифратора сигнала с частотой, близкой резонансной частоте контура (для которой сопротивление контура L1C3 велико), на составной транзистор V4V5 подается переменное напряжение командного сигнала. Это напряжение, усиленное транзистором, выделяется на обмотке реле /С/ и с нее через конденсатор С5 попадает на диод V8. В результате выпрямления на резисторе R7 появляется постоянная составляющая, которая в отрицательной полярности подается через катушку L1 на базу транзистора V4. Коллекторный ток составного транзистора при этом резко возрастает, реле Д7 срабатывает. Его контакты К1-1 блокируют цепь питания обмотки этого реле, а контакты К1.2 размыкают блокировочную цепь реле К2 и подключают электродвигатель Ml к батарее питания G2.
Точно так же работает и вторая ячейка дешифратора, только реагирует она на сигналы другой частоты. Если будет подан командный сигнал с частотой 150...300 Гц, то сработает реле К2, которое контактами К2.2 разомкнет цепь питания обмотки реле К1 и включит индикаторную лампочку HI, а контактами К2.1 заблокирует свою обмотку. Такое положение автомат принимает по команде «Стой».
Детали акустического автомата лучше разместить на трех отдельных монтажных платах из гетинакса или текстолита толщиной 2...3 мм. Размеры и форма плат определяются объемом свободного пространства внутри модели.
В качестве микрофона В1 применен телефон ТА-56М (можно и электродинамический капсюль ДЭМ-4М). Резисторы МЛТ-0,125, электролитические конденсаторы К50-6 (можно ЭМ), конденсаторы СЗ—С6 К74-5, К10-7 или КМ. Транзисторы VI—V7 маломощные низкочастотные МП39— МП42, желательно малошумящие — с индексом Б.
Коэффициент передачи тока всех транзисторов может быть в пределах от 40 до 100. Полупроводниковые диоды V8, V9 серии Д9 или Д2 с любым буквенным индексом.
Электромагнитные реле К1—К2, работающие в ячейках дешифратора, РЭС-б, РЭС-9 или самодельные с током срабатывания до 30...40 мА. В некоторых случаях следует
ослабить возвратные пружины якоря, чтобы реле надежно срабатывало при напряжении 5...6 В.
Каркасом для индуктивностей L1 и L2 служат катушки от ниток, только отверстия в них нужно рассверлить до диаметра 8 мм. На катушки намотайте внавал провод ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,12...0,18 мм, у первой катушки 2000, а у второй 3200 витков. Подстроечные сердечники (диаметром 8 и длиной 50 мм из феррита марки I000HM или 600НН) отколите от ферритового стержня. Сердечник должен с небольшим трением перемещаться внутри катушки.
Микроэлектродвигатель Ml, устанавливаемый в моделях автомобилей, обычно рассчитан на напряжение 4,5 В, поэтому он подключается контактами реле /С/.2 к средней точке источника питания, состоящего из двух последовательно соединенных батарей G1 и G2 3336Л.
Индикаторная (сигнальная) лампочка HI — на напряжение 6,3 В.
Налаживание акустического электронного реле можно проводить без специальной измерительной аппаратуры, понадобится только звуковой генератор (можно самодельный) и простейший авометр.
После проверки монтажа приступают к настройке усилителя низкой частоты. Между плюсовым проводником питания и положительным выводом конденсатора С2 включают высокоомные телефоны. Произнося перед микрофоном слова или подавая тональные сигналы, вы должны услышать в подключенных телефонах неискаженный усиленный звук. Если этот звук очень сильный и хриплый, то в цепь эмиттера транзистора V3 следует включить резистор сопротивлением 51... 100 Ом. Если звук в телефонах, напротив, слишком тихий, следует более тщательно подобрать сопротивление резистора R1 (в пределах от 220 до 680 кОм). Далее, отключив телефоны от усилителя, начинайте настройку резонансных контуров ячеек дешифратора. При наличии звукового генератора его выводы соединяют с теми же точками на схеме, что и контрольные телефоны при проверке усилителя. Установив генератор на частоту 550 Гц (середина частотного диапазона 400...700 Гц), подайте к ячейкам дешифратора сигнал напряжением 2... ...3 В. Плавно вводя сердечник в катушку L/, настройте контур на частоту резонанса. В момент резонанса коллекторный ток составного транзистора V4V5 должен резко возрасти, а реле /С/ — четко сработать. Чем точнее
настройка, тем больше будет коллекторный ток транзистора. Изменяя сопротивление резистора R4, надо добиться, чтобы сила этого тока была не менее 35...50 мА. Настройку контура можно вести и подбором емкости конденсатора СЗ в пределах от 0,022 до 0,047 мкФ.
Таким же образом настройте в резонанс с частотой 225 Гц (середина частотного диапазона 150...300 Гц) второй контур — L2C4. При настройке емкость конденсатора С4 можно изменять в пределах от 0,1 до 0,33 мкФ, а сопротивление резистора R5 — от 47 до 100 кОм.
Повторите настройку резонансных контуров ячеек дешифратора еще два-три раза, но при более слабых сигналах звукового генератора. И наконец, отключив звуковой генератор, проверьте работоспособность всего устройства, подавая команду голосом. Не исключено, что после этого также потребуется внести некоторые коррективы в настройку ячеек.
Окончательную проверку работы и подстройку дешифратора производят после установки всех плат автомата в роботе. Микрофон разместите так, чтобы его звуковое отверстие было открыто. Правильно собранный и настроенный акустический автомат при подаче команды «Иди» (нужно форсировать звук «и» в этом слове) подключает к источнику питания электродвигатель, и модель трогается с места. Остановить робота вы сможете новой командой — «Стой» (выделяя звук «о»). Когда модель остановится, должна загореться сигнальная лампочка.
Если вы захотите расширить возможности аппаратуры, например добавить команду «Назад» (произношению буквы «а» соответствует полоса частот 700... 1100 Гц), следует собрать еще одну ячейку дешифратора по аналогичной схеме и настроить резонансный контур на указанный диапазон частот.
РАБОТА ОДИННАДЦАТАЯ. ГЕНЕРАТОР ТЕЛЕГРАФНОЙ АЗБУКИ НА МИКРОСХЕМЕ
При изучении телеграфной азбуки можно использовать генератор (рис. 3.17), собранный на одной логической интегральной микросхеме, состоящей из четырех двухвходовых элементов 2И-НЕ (вариант 1). Собственно генератор выполнен на элементах D1.1—DL3, а элемент DL4. исполь-
Рис. 3.17. Генератор сигналов азбуки Морзе
зуется как выходной каскад. Частота генератора за-висит от емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R1, при указанных на схеме номиналах она составит примерно 1000 Гц. К выходу элемента D1.4 подключены головные телефоны 81. Лучше всего при-
менить высокоомные телефоны ТОН-1 и ТОН-2 или аналогичные, сопротивлением не менее 1 кОм. Питается генератор от батареи 3336Л. Телеграфный ключ К1 включен в разрыв цепи питания.
ЭЛЕМЕНТЫ МОДУЛЬНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
Модульное конструирование в кружке пионерлагеря полезно тем, что приближает ребят к пониманию современных микроэлектронных устройств, в основе которых, как правило, лежат микросхемы-модули различного назначения.
Эксперименты с модульным блоком радиокубиков (кубик № 10) — первый шаг в модульном конструировании, они подводят кружковцев к очень важной мысли: по сути дела все распространенные электронные конструкции могут быть разбиты на типовые модули.
В частности, соединяя по-разному модули-мультивибраторы и добавляя каждый раз какие-то детали, можно получить самые различные звуковые и световые эффекты. А модуль усилителя для схем «лая», «мяу», «пения соловья», «сирен» и т. д. вообще может быть общим.
Самым младшим любителям радиоэлектроники пионерлагеря можно начать модульное конструирование с шести простейших схем, показанных на рис. 3.18 (1—6).
Модуль, собранный на транзисторах VI и V2, при подключении различных деталей работает так:
1 — электронная мигалка;
2 — электронный метроном;
3 — индикатор влажности;
Рис. 3.18. Шесть простейших схем на основе одного модуля
4 — индикатор влажности со световой сигнализацией;
5 — электронная сирена;
6 — электромузыкальный инструмент.
В основе всех этих устройств лежит схема несимметричного мультивибратора на транзисторах разной структуры.
Используя эту схему, можно собрать прибор-мигалку. Ее можно, например, установить на велосипеде для питания сигнала поворота или в модели маяка, сигнальном фонаре, на авто- или судомодели.
Нагрузкой несимметричного мультивибратора, собранного на транзисторах VI, V2, служит лампочка HL Частота повторения импульсов определяется емкостью конденсатора С1 и сопротивлением резисторов Rl, R2. Резистор R1 ограничивает максимальную частоту вспышек, а резистором R2 можно плавно менять их частоту. Начинать работу надо с максимальной частоты, которой соответствует верхнее по схеме положение движка резистора R2.
Устройство питается от батареи 3336Л, которая под нагрузкой дает 3,5 В, а лампочка HI рассчитана на напряжение всего 2,5 В. Не перегорит ли она? Нет. Длительность ее свечения очень коротка, и нить не успевает перегреться. Если транзисторы обладают большим коэффициентом усиления, то вместо лампочки 2,5 В X 0,068 А можно применить 3,5 В X 0,16 А. В качестве транзистора VI подойдут МП35—МП38, a V2 — МП39 — МП42.
Если в эту же схему вместо лампочки установить громкоговоритель, вы получите другой прибор — электронный метроном. Он применяется при обучении музыке, для отсчета времени в ходе физических экспериментов и при фотопечати.
Если немного изменить схему — уменьшить емкость конденсатора С1 и ввести резистор R3, увеличится длительность импульса генератора, звук усилится (рис. 3.18, 2). Этот прибор может выполнять роль квартирного звонка, звукового сигнала модели или детского педального автомобиля. (В последнем случае напряжение надо увеличить до 9 В.) Он может быть использован и для изучения азбуки Морзе, только тогда вместо кнопки S1 следует подключить телеграфный ключ. Тон звука определяется конденсатором С1 и резистором R2. Чем больше R3, тем громче звуковой сигнал. Однако следует иметь в виду: если его сопротивление будет превышать 1 кОм, колебания в генераторе могут и не возникнуть.
В этом генераторе применены такие же транзисторы, как и в предыдущей схеме, а в качестве громкоговорителя — телефоны или динамическая головка с сопротивлением катушки от 5 до 65 Ом.
Несимметричный мультивибратор на транзисторах разной проводимости обладает интересным свойством: при
работе оба транзистора одновременно или открыты или заперты. Ток, потребляемый запертыми транзисторами, очень мал, что позволяет создавать экономичные индикаторы изменения неэлектрических величин, например индикаторы влажности. Принципиальная схема такого индикатора приведена на рис. 3.18, 3. Как видно из схемы, генератор постоянно подключен к источнику питания, но не работает, поскольку оба транзистора заперты. Уменьшает потребляемый ток и резистор R4. К гнездам XI, Х2 подключен датчик влажности — две тонкие облуженные проволоки длиной по 1,5 см. Они пришиты к куску ткани на расстоянии 3...5 мм друг от друга. Сопротивление сухого датчика велико, у влажного оно падает. Транзисторы открываются, генератор начинает работать. Чтобы уменьшить громкость, надо уменьшить напряжение питания или сопротивление резистора R3. Такой индикатор влажности можно, кстати, применять при уходе за новорожденными детьми.
Если немного расширить схему, то индикатор влажности одновременно со звуковым сигналом будет подавать световой — зажжется лампочка HI. В этом случае, как еидно из схемы рис. 3.18, 4, в генераторе устанавливаются два несимметричных мультивибратора на транзисторах разной проводимости. Один собран на транзисторах VI, V2 и управляется датчиком влажности, подключенным к гнездам XI, Х2. Нагрузкой этого мультивибратора служит лампа HI. Напряжение с коллектора V2 управляет работой второго мультивибратора, собранного на транзисторах V3, V4. Он работает как генератор звуковой частоты, и на его выходе включен громкоговоритель В1. Если нет необходимости в подаче звукового сигнала, то второй мультивибратор может быть отключен. Транзисторы, лампа и громкоговоритель в этом индикаторе влажности применены такие же, как и в предыдущих приборах.
Интересные приборы можно построить, используя зависимость частоты несимметричного мультивибратора на транзисторах разной проводимости от тока базы транзистора VI. Например, генератор, имитирующий звук сирены. Такой прибор можно установить на модели «скорой помощи», пожарной машины, спасательного катера.
Принципиальная схема прибора приведена на рис. 3.18,5. В исходном положении кнопка S1 разомкнута. Транзисторы заперты, генератор не работает. При замыкании кнопки через резистор R2 заряжается конденсатор С2.
Транзисторы открываются, и мультивибратор начинает работать. По мере зарядки конденсатора С2 растет ток базы транзистора VI и увеличивается частота импульсов мультивибратора. При размыкании кнопки все повторяется в обратном порядке. Звук сирены имитируется при периодическом замыкании и размыкании кнопки. Скорость нарастания и спада звука подбирается резистором R4 и конденсатором С2. Тон сирены устанавливают резистором R3, а громкость звука — подбором резистора R5. Транзисторы и громкоговоритель выбираются такими же, как и в предыдущих приборах.
На рис. 3.18, 6 показана схема простейшего музыкального инструмента, выполненная на основе все того же двухтранзисторного мультивибратора. Описанные электронные схемы можно подключать к различным самодельным игрушкам.
НАСТРОЙКА ЗВУКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА
Стремясь приобщить юных техников к осмысленному усвоению основ радиоэлектроники, следует знакомить их с измерительной техникой с самых первых работ. Все эксперименты с радиокубиками ребята проводят с миллиамперметрами на ток 1... 10... 100 мА. Ими контролируют ток, потребляемый всем устройством, а также его отдельными цепями. Ребята умеют пользоваться прибором для проверки транзисторов, различными тестерами, генератором звуковой частоты.
Но с особым увлечением они занимаются с осциллографом. Эти занятия строятся так, чтобы у кружковцев сложилось твердое убеждение, что без измерений никакая серьезная техническая работа невозможна.
Например, ребятам должно быть известно, что, взяв два генератора низкой частоты (рис. 3.19), один из которых работает на частоте около 0,2...2 Гц, а второй генерирует напряжение частотой 600...800 Гц, и соединив их, как показано на блок-схеме, можно получить имитацию «голосов» различных животных и другие звуковые эффекты. Каждый из кружковцев убеждается в том, что на экране можно «увидеть» мяуканье кошки, лай собаки, кудахтанье курицы, пение птицы. Для этого достаточно помяукать или залаять в микрофон, подключенный ко входу осциллографа.
Рис. 3.19. Блок-схема генератора и временные диаграммы
Мяукать и лаять умеет каждый, но иногда для уверенности к осциллографу тащат кошек и собак, обитающих в лагере. Оказывается, что различные «голоса» выглядят на экране совсем по-разному и, как правило, состоят из сочетания синусоидальных колебаний нескольких частот (рис. 3.20).
Посмотрим, как можно получить такие звуки с помощью наших генераторов и осциллографа.
Первый генератор («более низкочастотный») работает на RC-цепочку с определённой постоянной времени. После включения он генерирует импульсы, близкие по форме к прямоугольным (1) (см. рис. 3.19).
На рис. 3.19 показаны временные диаграммы работы устройства, а на рис. 3.21 — принципиальная схема генератора «мяу», работу которого мы наблюдаем на осциллографе. Конденсатор С1 (см. рис. 3.19) заряжается и разряжается по закону, соответствующему кривой 2. С началом импульса первого генератора (момент времени tt) напряжение на конденсаторе С1 начинает возрастать. В момент t2 отрицательное напряжение на конденсаторе С1 достигает значения, достаточного для возникновения генерации второго генератора, который до этого не работал. С момента времени t2 начинает работать второй генератор, выдавая синусоидальное напряжение с частотой около 600...800 Гц.
Рис. 3.20. Эпюры напряжений генераторов, имитирующих «голоса» животных:
1 — мяуканье кошки; 2 — лай собаки; 3 — кудахтанье курицы
Амплитуда колебаний второго генератора возрастает по мере роста отрицательного напряжения на конденсаторе С1. Это продолжается до момента времени t3, то есть до тех пор, пока длится импульс, поступающий от первого генератора.
По окончании импульса конденсатор С1 разряжается и отрицательное напряжение на нем уменьшается (кривая 2 на рис. 3.19). Это приводит к тому, что амплитуда колебаний второго генератора с момента времени t3 тоже становится меньше. Так продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе С/ не достигнет значения, при кото-
ром второй генератор прекращает работу (момент t4 ia рис. 3.19). Как только с первого генератора на конденсатор С1 поступит очередной прямоугольный импульс (момент t[ на рис. 3.19), весь процесс повторится.
Принципиальная схема генератора, имитирующего мяуканье кошки, изображена на рис. 3.21. Первый генератор, выдающий прямоугольные импульсы с частотой 0,2 Гц, собран на транзисторах VI и V2 по схеме несимметричного мультивибратора. Несимметричным этот мультивибратор назван потому, что время пауз между импульсами, создаваемыми генератором, не равно длительности импульса.
Генерируемые мультивибратором прямоугольные импульсы отрицательной полярности через резистор R5 поступают на конденсатор СЗ и заряжают его, причем рост напряжения на конденсаторе происходит по закону, изображенному кривой 2 на рис. 3.19. Напряжение, сформированное на конденсаторе СЗ, через резистор R8 поступает на базу транзистора V3, на котором собран второй генератор, работающий с частотой 800 Гц. При отсутствии напряжения от первого генератора на конденсаторе СЗ смещение на базе транзистора V3 настолько мало, что генерация второго генератора невозможна. Второй генератор собран по RC-схеме. Фазовращающей цепью, необходимой для создания условий возникновения колебаний, служат конденсаторы С4—С6 и резисторы R6, R7.
Примерно такая же структура и у схемы генератора «лая» (см рис. 3.11).
Описание генератора кудахтанья курицы было опубликовано в сборнике «В помощь радиолюбителю», вып. 69 (автор статьи И. Глузман).
Генератор «курица» имеет довольно сложную схему (рис. 3.22), но прост в наладке. Эпюры напряжений в этом устройстве показаны на рис. 3.24, а структурная схема — на рис. 3.23. Подобные генераторы могут найти применение в аттракционах, устройствах сигнализации, игровых автоматах, часах-будильниках, различных игрушках.
Источником звука служит управляемый генератор синусоидальных колебаний ГНЧ. Генератор работает на частотах в диапазоне 2...2,5 кГц. Прерывистость звуков «куд-куд-куд» достигается путем периодического отключения ГНЧ мультивибратором МВ2 с частотой 4...5 Гц. При этом другой мультивибратор (МВ1) дает «разрешение» на работу мультивибратору МВ2. Так как звук «куд-куд-куд» должен по частоте быть значительно ниже последующего
Рис. 3.21. Схема генератора «мяу»
Рис. 3.22. Принципиальная схема генератора
Рис. 3.23. Структурная схема генератора «курица»
Рис. 3,24. Эпюры напряжений в различных точках генератора «курица»
звука «да-а», то одновременно МВ1 производит коммутацию соответствующих элементов ГНЧ, обеспечивающих требуемую частоту. По истечении 2...2,5 с, когда звуки «куд-куд-куд» должны заканчиваться, происходит переключение МВ1. На МВ2 от МВ1 поступает сигнал запрета его работы, ГНЧ переходит в режим непрерывной генерации, а его частота под действием МВ1 увеличивается. Возникает звук «да-а».
Для большего сходства с криком курицы необходимо, чтобы после окончания звука «да» следующий цикл, начинающийся опять со звуков «куд-куд-куд», наступал после некоторой паузы (0,5...О,б с). С этой целью в устройство вводится узел паузы УП. Во время звучания «куд-куд» УП заперт сигналом от MBl и никакого влияния на работу ГНЧ не оказывает. Когда же звучит «да», на выходе 2 МВ1 появляется напряжение.
На выходе УП вначале имеется напряжение, которое не препятствует работе ГНЧ. Но по истечении 0,3...0,4 с в результате процессов, происходящих в УП, это напряжение скачком падает почти до нуля. ГНЧ запирается и прекращает работу еще до переключения МВ1. Возникает пауза. По окончании ее МВ1 переключается, УП возвращается в исходное состояние, звучит «куд-куд куд», и далее цикл повторяется.
Изменяя номиналы конденсаторов и резисторов в схеме различных генераторов, можно продемонстрировать кружковцам на экране осциллографа все тонкости наладки этих устройств. Обычно в результате занятий с осциллографом ребята хорошо усваивают назначение и работу частото-задающих цепей и уверенно манипулируют их параметрами.
Глава IV.
ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ ОТДЫХА
Главная цель пионерского лета — полноценный отдых детей, поэтому большинство лагерных самоделок неизбежно носят развлекательный характер.
Конечно, очень большое значение ребята придают оборудованию танцевальной площадки: магнитофонам, усилительной технике, цветомузыкальной установке. Разумеется, эту сторону жизни ребят взрослые не должны оставлять
без своего внимания: музыкальную программу дискотеки должен подбирать сведущий человек, он же может и комментировать номера программы — так для ребят сочетается приятное с полезным. Хорошо оборудованный пульт для дискотеки будет, кроме того, очень полезен при постановке любительских спектаклей.
Очень украшает пионерский лагерь включаемая по вечерам электрическая иллюминация «бегущие огни». Здесь каждый кружок может в полной мере проявить свою фантазию и эстетический вкус.
ЭЛЕКТРОННЫЕ КАРТИНЫ
Представьте себе всем известную пантеру Багиру из «Маугли». Для того чтобы глаза величественной пантеры то медленно загорались, то так же медленно потухали, одного мультивибратора недостаточно. Пришлось из импульса мультивибратора с помощью зарядно-разрядной RC-цепочки формировать пилообразный импульс с медленно нарастающим и спадающим фронтами. Этот импульс и управляет мощным транзистором, в цепь коллектора которого включены лампочки — глаза Багиры.
Или еще картина — свирепые пираты, насмерть перепуганные летающими Карлсонами. У пиратов быстро мигают глаза-светодиоды, зажигающиеся от трех отдельных мультивибраторов. Раздаются выстрелы пистолетов, в моменты которых на концах стволов вспыхивают красные огоньки — также светодиоды, управляемые устройством выстрела. А Карлсонам все нипочем, они летают себе как ни в чем не бывало, и сзади у них, как и положено, вертятся пропеллеры электрических вентиляторов.
У совы, сидящей на суку, медленно открываются и закрываются зелёные глаза-щёлочки (индикаторы настройки приёмников, управляемые мультивибратором).
А вот копия вьетнамской миниатюры «В джунглях».
Одинокая человеческая фигурка на ажурном мостике... Шумит ливень, слышны всплески воды, шорох дождевых капель. Временами вспыхивают молнии и раздаются раскаты грома. Разумеется, и на этот раз все звуковые и световые эффекты — электронные.
Схема имитатора шума плеска волн изображена на рис. 4.1. На транзисторе V2 и стабилитроне VI выполнен генератор шума. На транзисторах V5 и V6 собран симмет-
Рис. 4.1. Имитатор «шума волн»
Рис. 4.2. Генератор «шелеста камыша»
Рис. 4.3. Генератор «шума дождя»
ричный мультивибратор, генерирующий колебания частотой 1...3 Гц. Они поступают на базу транзистора V4, который периодически изменяет усиление каскада на транзисторе V3. В результате на выходе устройства появляется то нарастающий, то спадающий шум. Уровень его регулируют переменным резистором R3, а тембр (в небольших пределах) — подбором конденсатора С2. Если установить на выходе устройства регулятор тембра, можно получить звук, напоминающий шум дождя.
Транзисторы V3—V6— любые из серии КТ315, V2— КТ602А—КТ602Г, КТ603А—КТ603Д. Стабилитрон желательно подобрать по наибольшему уровню шума на выходе имитатора.
Генератор звуков, напоминающих шелест камыша (рис. 4.2), собран на двух низкочастотных кремниевых
транзисторах структуры п-р-п — МШИ. Один из транзисторов (V2) работает в лавикном режиме (его коллектор никуда не подключен). Резистор R4 ограничивает ток через этот транзистор и служит нагрузкой, на которой выделяется напряжение шума, возникающее в результате лавинного процесса. Это напряжение усиливается транзистором VI и через конденсатор С1 поступает на телефон В1 (марки ТМ-2 или ТМ-4). С телефона сигнал поступает на вход усилителя низкой частоты. Конденсатор С2 как бы срезает высокие частоты, обеспечивая необходимое приятное для слуха звучание. Транзисторы VI, V2 — МГШ1, МП37 с любым буквенным индексом, источник питания G1 — две последовательно соединенные батареи «Крона».
Конденсаторы С1 и СЗ — МБМ или КБГ, С2 — КД, КЛС. Резисторы МЛТ-0,5 или ВС-0,5. Настройка устройства заключается в подборе сопротивления резистора R4 и емкости конденсатора С2 по желаемому звуковому тону.
Посмотрим на рис. 4.3. Это простое устройство имитирует мерный шум дождя. Меняя положение ползунка переменного резистора R2, регулируют ритм работы громкоговорителей Bin B2.
Разумеется, автор не считает, что образцы электронных картин, о которых здесь рассказано,— наилучшие из всех возможных. Однако кажется ясным, что этот новый вид электронных самоделок имеет право на существование.
«поймай светлячка»
Этот игральный автомат изображен на рис. 4.4. После нажатия кнопки «Старт» начинают случайным сбразом вспыхивать лампочки-звездочки, на каждую из которых нужно успеть нажать в течение короткого времени горения. Все удачные нажатия в течение минутного цикла работы автомата подсчитывает счетчик. Когда лампочки отключаются, на передней панели загорается надпись «Игра окончена». На счетчике можно прочесть число очков, набранных игроком.
Автомат «Поймай светлячка» помогает ребятам оценить и потренировать свою реакцию. Надо сказать, что восьмиклассник Роман Кузнецов собрал его всего лишь за четыре дня.
Принципиальная схема автомата «Поймай светлячка» показана на рис. 4.5. В ней четыре мультивибратора —
Рис. 4,4. Внешний вид игры «Поймай светлячка»
МВ1, МВ2, МВЗ и МВ4. По случайному закону они вызывают срабатывание реле К1, К2, КЗ и К4, включающих то одну, то другую лампочку.
Если во время горения лампочки, под каждой из которых установлен микровыключатель, играющий успевает, нажав на неё через выключатели S1—S16, подать напряжение на счётчик Y1, то очко выиграно: при нажатии на кнопку срабатывает соответствующий ей микровыключатель.
Мультивибраторы питаются от стабилизированного источника. Напряжение на них подается включением кнопки «Старт». По истечении одной минуты реле К5 отключает питание устройства и включает сигнал «Игра окончена».
ЭЛЕКТРОННЫЕ КОСТИ
Эту игру вы видите на рис. 4.6. У двух игроков при нажатии кнопок S1 и S2 «выпадают» разные цифры (от 0 до 9).
Принципиальная схема игры показана на рис. 4.7. Нажатием кнопок S2 и S3 срывается генерация мультивиб-
Рис 4.5. Принципиальная схема игры «Поймай светлячка»
раторов, собранных на микросхемах D1 и D4. При этом счетчики D2 и D5 через дешифраторы D3 и D6 вызывают загорание различных цифр индикаторов HI, H2.
ТРЕНАЖЁР ПРАВИЛ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
Этот автомат (рис. 4.8) кружковцы лагеря сделали по образцу, представленному на 31-й Всесоюзной радиовыставке горьковчанином Дмитрием Марковым («Радио», 1984, № 1). Тренажёр предназначен для начального обучения дорожной «азбуке» и может использоваться не только в пионерских лагерях, но и в школе.
Рис. 4 6. Электронные кости
Рис. 4.7. Схема игры «Электронные кости»
Рис. 4.8. Внешний вид тренажёра Правил дорожиого движения
Рис. 4.9. Принципиальная схема тренажёра Правил дорожного движения
Тренажёр выполнен в виде переносной конструкции, на лицевой панели корпуса которой размещены дорожные знаки с электрическими контактами возле них — по этой трассе нужно провести указку в соответствии с разрешенными знаками направления движения. При этом играющий указкой касается контактов, встречающихся по ходу движения. В случае неверного движения звучит сирена и начинают вспыхивать сигнальные лампы.
Электронная часть тренажёра (рис. 4,9) состоит из двух мультивибраторов, собранных на транзисторах V2, V3 и V5, V6. Частота колебаний первого мультивибратора 1 Гц, второго — 1 кГц. Импульсы с первого мультивибратора поступают на интегрирующую цепь R7C3 и становятся пилообразными. Они управляют режимом транзистора V5, модулируя колебания второго мультивибратора. В итоге получается звук, напоминающий сирену спецавто-мобилей ГАИ. Он раздается из капсюля ДЭМШ-1А (В1), подключенного ко второму мультивибратору через согласующий каскад на транзисторе V8. Сигнальные лампы подключены к плечам первого мультивибратора через согласующие каскады на транзисторах VI и V4.
Пока указка, подключённая к гнезду X1, не касается контактов ошибочного направления движения (они соеди-
нены между собой и подключены к гнезду Х2), транзистор V8 закрыт. Когда же такое касание произойдет, на управляющий электрод тринистора будет подано напряжение через резистор R15, и тринистор откроется, подавая питание на мультивибраторы и сигнализаторы. Зазвучит сирена и замигают лампы. Выключить сигнализацию можно, только отключив питание выключателем S1. После этого играющий должен повторить упражнение с самого начала.
Все транзисторы могут быть серий МП25, МП26, МП39—МП42 с любым буквенным индексом и статическим коэффициентом передачи тока не ниже 30. Тринистор — любой из серии КУ101. Сигнальные лампы — НСМ 6,3-20, резисторы — МЛТ-0,25, конденсаторы; С1—СЗ — К50-6, а С4, С5-КМ-2.
При налаживании конструкции резисторы R1 и R7 подбирают по необходимой яркости свечения ламп> резистор R13 — по наибольшей громкости и наименьшим искажениям звука, резистор /?/5 —по надежному открыванию тринистора.
ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ НА МИКРОСХЕМАХ
Генератор случайных чисел, также разработанный горьковчанами («Радио», 1984, № 1, с. 54), очень прост в изготовлении и наглядно демонстрирует работу триггерных счетчиков (рис. 4.10). Он очень надежен в работе. За две лагерные смены кружковцы в пионерлагере «Иссары» успели сделать четыре таких автомата, поступивших затем на игровую площадку лагеря.
На элементах D1.1 и D1.2 выполнен генератор прямоугольных импульсов, следующих с частотой 500...900 кГц. Когда нажата кнопка S1, импульсы генератора поступают на счетчик, состоящий из трех триггеров, каждый из которых собран на двух логических элементах 2И-НЕ (D1.3 и D1.4, D2.1 и D2.2, D2.3 и D2.4). Через ограничительные резисторы (R4, R7, R10) к каждому триггеру подключен светодиод (VI—V3). Поскольку частота поступающих на триггеры импульсов высока, светятся все светодиоды.
Как только кнопку отпускают, триггеры устанавливаются в произвольном состоянии, отображаемом свето-диодами — каждый из них обозначен соответствующей цифрой (1, 2 и 4). Сумма чисел у горящих светодиодов и есть количество набранных очков в данной попытке. Если
Рис. 4.10. Принципиальная схема генератора случайных чисел
генератор используется в игре, то победителем будет тот, кто наберет наибольшее число очков при определенном числе попыток.
СОРЕВНОВАНИЯ ЮНЫХ САПЁРОВ
На территории лагеря в различных местах закладываются «радиомины», смонтированные старшими ребятами по схеме, приведенной на рис. 4.11. Это немного измененная схема сигнализатора обрыва проводника, подключенного к контактам XI.
Этот сигнализатор состоит из двух мультивибраторов. Один из них (на транзисторах VI и V2) служит нагрузкой другого (на транзисторах V4 и V5). Второй мультивибратор отличается от первого большей емкостью конденсатора обратной связи С4. Поэтому его частота сравнительно низка — около 1 Гц. Первый мультивибратор подключается к источнику питания на короткий промежуток времени (0,2...0,3 с), в течение которого звучит акустическая головка В1.
Несложное преобразование сигнализатора обрыва проводника позволит использовать его как «мину» в соревнованиях юных саперов или при проведении военной игры «Зарница». Для этого нужно включить вместо динамической головки катушку (например, от электромагнитного реле) сопротивлением 4... 10 Ом. Ее можно изготовить
Рис. 4.11. «Радномина»
самим, намотав на швейную катушку из-под ниток провод ПЭВ-1 диаметром 0,25...0,4 мм до заполнения. Катушку зарывают в землю на небольшую глубину, а электронное устройство маскируют поблизости от нее. При включении питания вокруг катушки образуется переменное магнитное поле звуковой частоты.
Чтобы обнаружить катушку-«мину», потребуется «миноискатель». Чувствительным «миноискателем» может быть карманный радиоприемник, настроенный на свободный от радиостанций участок диапазона длинных волн. Звук в приемнике начнет прослушиваться при приближении его к катушке «мины» на расстояние 0,5... 1 м. Он появляется из-за того, что колебания мультивибратора, как известно, помимо основной частоты содержат множество гармоник, то есть сигналов, частота которых кратна основной. Vx и улавливает приемник.
Еще лучших результатов можно достигнуть, если катушку «мины» заменить несколькими витками провода диаметром 0,4...0,5 мм в эмалевой изоляции, уложенного непосредственно в землю. Диаметр витков 1...3 м, общее сопротивление такой катушки должно быть 4... 10 Ом. Теперь сигнал «мины» будет хорошо прослушиваться радиоприемником и внутри катушки, и в нескольких метрах от нее.
СОРЕВНОВАНИЯ ЮНЫХ РАДИОЛЮБИТЕЛЕЙ В ПИОНЕРЛАГЕРЕ
Для популяризации радиоэлектроники и демонстрации достижений участников кружка перед концом лагерной смены уместно организовать соревнования юных радиолюбителей на открытом воздухе.
В ходе таких соревнований особенно проявляются все достоинства радиокубиков, из которых соревнующиеся буквально в считанные минуты собирают генераторы сигналов азбуки Морзе, различные мультивибраторы, мигалки со световой и звуковой индикацией, радиоприемники, генераторы различных звуковых сигналов и другие самоделки. Соревнования на радиокубиках наглядно демонстрируют степень овладения теоретическими основами электроники. После сборки схем из радиокубиков проводятся состязания на звание лучшего радиомонтажника-конструктора. В этом случае продолжительность каждого состязания не должна превышать 15...20 мин; ведь зрители—народ нетерпеливый. При этом нужно учитывать, что главное — не сложность поставленных задач, а доступность их выполнения. В то же время ребята должны продемонстрировать здесь свои знания, смекалку и сноровку. В спокойной обстановке на выполнение монтажа, ремонта и испытания готовой конструкции уходит не более 10... 15 мин.
В программу соревнований может входить сборка простейшего детекторного приемника или электронной мигалки, монтируемых на картонных панелях. Эти панели (рис. 4.12) готовят заранее. Края их надрезают острием ножа примерно на треть толщины картона, сгибают треугольником, а затем приклеивают к панели снизу.
Каркас катушки склеивают из бумаги на отрезке круглого ферритового стержня марки 400НН или 600НН длиной 40...45 мм, который будет выполнять роль подстроеч-ного сердечника контурной катушки. Для настройки приемника на радиостанцию длинноволнового диапазона контурная катушка L1 может содержать 250...300 витков провода ПЭВ-1 или ГОЛ 0,15...0,18, намотанных пятью секциями (для уменьшения собственной емкости) по равному числу витков в каждой секции, а для приема радиостанции средневолнового диапазона — около 80 витков такого же провода, уложенных на каркас виток к витку.
Детектором (VI) может быть любой точечный диод. Головные телефоны В1 — высокоомные, например ТОН-2, ТА-4. Емкость конденсатора С1 может быть до 470...510 пФ, конденсатора С2 — от 1000 пФ до 0,01 мкФ.
Сами радиодетали размещают на панели сверху, а их выводы пропускают через отверстия в картоне и спаивают под панелью. Гнезда могут иметь форму петель, выгнутых из монтажного провода, в которые плотно входили бы штепсельные вилки антенны, заземления, головных теле-
Рис. 4.12. Детекторный приёмник, смонтированный на картонной панели
фонов. Расстояние между центрами гнезд для подключения телефонов 20 мм.
Определяя призеров соревнования, судейская коллегия учитывает не только время, затраченное участниками на выполнение задания, но и коэффициент качества монтажа. Можно предложить такие значения этого коэффициента: за хороший монтаж — 0,1, за посредственный — 0,5, за плохой — 1,0. Например, приемник сдан судейской коллегии через 380 с после команды начала монтажа. Коэффициент качества монтажа — 0,5. Участнику, следовательно, начисляется 380 • 0,5 = 190 очков. У кого меньше очков, тот победитель.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На этом можно и остановиться — но останавливаться нельзя! Кружок из года в год нужно развивать и совершенствовать.
Мы вторглись в микроэлектронику и вслед за радиокубиками, доступными каждому, вводим в действие конструкторы, позволяющие освоить логические основы построения ЭВМ, а также свойства и возможности различных микросхем.
Сейчас наша цель — создание конструктора, позволяющего из кубиков, содержащих на этот раз различные микросхемы и светодиоды, собирать важнейшие узлы современных ЭВМ: пересчетные декады, регистры сдвига, делители частоты и другие сложные приборы.
В кружке можно и нужно учить детей микросхемотехнике! Мы присутствуем при новом этапе развития электроники, связанном с появлением больших интегральных схем (БИС). Технология изготовления БИС дает возможность производить калькуляторы, вычислительные машины и даже «говорящие машины» со словарным запасом в несколько сотен слов. Развитие технологии интегральных схем открывает возможность создания еще более совершенных устройств.
Перед новичком, приступающим к построению электронных устройств, открывается интересный и удивительный мир. Он получает возможность собрать за считанные часы занятий такие устройства, которые сравнительно недавно потребовали бы знаний, способностей и терпения даже от искушенных радиолюбителей.
Будем продолжать эту работу.
Успеха вам!
Приложение 1
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ
БАЗА КРУЖКА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
1а. Подбор помещения для кружка
Успех работы кружка зависит от целого ряда условий: удобства и размера помещения, качества оборудования и инструментов, ассортимента материалов, деталей, измерительных приборов и т.д.
Особое значение следует придавать выполнению правил техники безопасности и пожарной безопасности, чтобы исключить несчастные случаи во время работы кружковцев (см. приложения 2, 3).
Для работы кружка в пионерских лагерях стационарного типа следует отвести чистое, сухое помещение с деревянным полом и нормальной температурой воздуха.
Соответствие условий работы в кружке правилам пожарной безопасности в каждом отдельном случае согласуется с представителем местной пожарной охраны. К таким правилам относятся: план эвакуации детей в случае возникновения пожара, оборудование мест использования нагревательных приборов (плиток, термостатов, паяльников и др.), определение мест хранения легковоспламеняющихся жидкостей (ацетона, дихлорэтана и др.) и т. д.
Большое внимание должно быть уделено освещению рабочего места. От этого зависит сохранение зрения кружковцев и качество их работы. Поэтому, кроме общих подвесных светильников, на каждом рабочем месте должна быть настольная лампа, арматура которой крепится слева у края крышки стола. Внутренняя поверхность отражателя лампы должна быть покрыта белой эмалью или алюминиевой краской, а лампочка утоплена в отражателе. Напряжение питания настольных ламп выбирают равным 36 В.
При лаборатории желательно иметь небольшое подсобное помещение для хранения материалов, деталей, приборов, учебно-наглядных пособий и др. При отсутствии подсобного помещения площадь лаборатории следует увеличить для устройства стеллажей и шкафов.
Учитывая, что в кружках могут быть как начинающие, так и достаточно опытные радиолюбители, следует предусмотреть в радиолаборатории место для слесарного и столярного верстаков и настольного сверлильного станка для различных вспомогательных работ.
Занятия можно проводить в помещении небольших размеров, если разбить кружковцев на звенья, определив время занятия каждого звена и указав расписание в журнале учета кружковой работы.
В пионерских лагерях палаточного типа для электропитания устройств, как правило, применяют батареи 3336Л или «Крона». В связи с полной безопасностью работа с такими источниками питания может проходить и в палатке, и на открытом воздухе.
Однако если используются мощные низковольтные источники тока, например типа автомобильных аккумуляторов напряжением не выше 12 В, то здесь необходимо принимать определенные меры предосторожности. При коротких замыканиях аккумуляторов возникает дуга, горят и плавятся провода, разлетаются капли расплавленного металла. Обычный автомобильный аккумулятор может отдать ток до 500 А, что, безусловно, опасно. В этом случае в цепях низковольтного питания необходимо использовать плавкие предохранители или автоматы защиты сети (АЗС).
1б. Оборудование кружка
Выбрав помещение для кружка, руководитель прежде всего составляет примерный план размещения мебели и оборудования, учитывая как рекомендации настоящего пособия, так и местные специфические условия.
Общие правила техники безопасности в форме яркого плаката вывешивают на видном месте. Каждый измерительный прибор должен быть снабжен инструкцией с краткими правилами пользования.
Стол руководителя кружка располагают с таким расчетом, чтобы с него были видны все рабочие места кружковцев. В непосредственной близости от стола руководителя кружка на стене прикрепляют силовой распределительный щит с общим выключателем сети лаборатории, предохранителями, индикаторной лампой, сигнализирующей включение электросети, и отдельными выключателями для паяльников, станков, приборов.
Около силового щита можно разместить понижающий трансформатор для питания паяльников. Вторичная обмотка трансформатора должна быть хорошо изолирована от первичной обмотки. Автотрансформатор для питания паяльников непригоден.
В удобном месте на стене устраивают «вешалку» для паяльников. На стену прибивают лист асбеста или асбоцемента шириной 200...250 мм. Поверх него укрепляют лист железа или алюминия той же ширины. Длина листов зависит от количества паяльников. В средней части защитной полосы металла прикрепляют отрезок дюралюминия уголкового профиля сечением 40 х 40 мм, имеющий отверстия с прорезями. Диаметр отверстий 15 мм, ширина прорези 10 мм. Расстояние между центрами отверстий около 35 мм. При таком хранении паяльников соблюдаются правила пожарной безопасности, а шнуры паяльников находятся в выпрямленном положении, что предотвращает их излом.
На одну из стен лаборатории вешают классную доску, хорошо видную с любого рабочего места. Если в распоряжении руководителя кружка имеется проекционная аппаратура (киноаппарат, фильмоскоп, эпидиаскоп и др.), над классной доской укрепляют свертывающийся экран. Напротив экрана на соответствующем расстоянии устанавливают столик для проекционной аппаратуры (при ненадобности его убирают). Для демонстрации фильмов или пленок необходимо предусмотреть устройство затемнения радиолаборатории.
В лаборатории можно повесить таблицы, плакаты, развернутые схемы и другие учебно -на глядкые псссбия, необходимые для предстоящего занятия. Размещать много разных плакатов и пособий на стенах радиолаборатории не рекомендуется, так как они отвлекают внимание ребят от текущих занятий.
Хорошо иметь в лаборатории застекленную витрину или шкаф для показа конструкций, изготовленных кружковцами. Макеты и конструкции, находящиеся в работе, можно хранить в шкафу или на стеллаже. Для справочной литературы необходима полка.
В лаборатории желательно иметь небольшой переносный станок для намотки катушек. Станок может храниться в шкафу с инструментом или на стеллаже.
По санитарно-гигиеническим условиям располагать рабочие столы в лаборатории нужно так, чтобы свет из окон падал на стол с левой стороны сидящего.
Для обеспечения нормальной посадки при работе лучше всего использовать стулья с вращающимися сиденьями, чтобы можно было нодобрать высоту стула соответственно росту кружковца.
При наличии подсобного помещения в нем следует оборудовать стеллажи и шкафы для хранения свободных от работы приборов, учебно-наглядных пособий, деталей и материалов. Щиты и макеты нужно хранить в шкафах большой вместимости с подвижными полками или на стеллажах. Все таблицы рекомендуется наклеивать на картон. Верхнюю и нижнюю части таблиц зажимают между двумя тонкими деревянными рейками.
Проводку электросети можно вести как под полом, так и по полу, соблюдая соответствующие технические нормы («Строительные нормы и правила», ч. III, разд. II, гл. 6, 1967). Провода, идущие к рабочим местам, следует укладывать в трубах, а в местах отвода необходимо устанавливать распределительные коробки. По правилам пожарной безопасности в радиолаборатории положено иметь огнетушитель. Для оказания первой медицинской помощи нужен набор медикаментов, который должен храниться в любом доступном месте.
Хороший радиолюбитель — это мастер на все руки. При сборке любой радиотехнической конструкции он не только знает теорию, но и умеет практически выполнять различные работы: слесарные, электромонтажные, наладочные, столярные, малярные, токарные, умеет правильно разметить и изготовить шасси, укрепить на нем детали, провести электромонтажные работы по принципиальной и монтажной схемам, изготовить и установить нужные шкалы и указатели, наладить работу конструкции по требуемым параметрам, сделать красивый футляр или корпус.
Для выполнения всех этих работ необходим набор разнообразных инструментов. Чем инструменты больше соответствуют специфике тех или иных работ, тем быстрее и качественнее эти работы будут выполнены. Руководитель кружка должен не только хорошо знать различные инструменты, но и уметь ими пользоваться. В процессе занятий он обязан научить своих воспитанников пользоваться ьтими инструментами. При этом нужно всегда обращать внимание кружковцев на праг-ила техники безопасности.
Кроме того, следует научить кружковцев определению назначения инструментов и выявлению их дефектов. Ниже приводится примерный перечень инструментов, используемых для различных работ при изготовлении радиотехнических конструкций.
1в. Инструменты индивидуального пользования:
паяльник электрический мощностью 40...60 Вт, желательно со сменными стержнями разного диаметра. При монтаже пользуются паяльниками, рассчитанными на питание переменным током от понижающего трансформатора напряжением не выше 36 В. Паяльники с питанием от сети 127... ...220 В применять не рекомендуется, так как в случае пробоя изоляции между нагревателем и стержнем работающий может попасть под опасное для жизни напряжение. Среди инструментов общего пользования в радиолаборатории желательно иметь 2...4 паяльника разной мощности;
плоскогубцы (3 шт.). Первые — размером 100...120 мм с тонкими и узкими губками без насечки, чтобы при сгибании голого провода не портить его поверхность, а при укладке изолированного провода не повредить изоляцию. Вторые—размером 150... 170 мм с насечкой на губках, которые служат для вытягивания или выпрямления толстых одножильных проводов, поджатия различных крепежных скобок и других работ. Третьи — длинные — «утконосы» для работы в труднодоступных местах. Для определения годности проверяют перекос губок и прилегание их друг к другу по всей поверхности;
круглогубцы (2 шт.). Первые — размером 40...50 мм, тонкие, диаметром 1,5 мм у концов и 5,0 мм у основания губок. Ими удобно изгибать проволочные выводы деталей с любым радиусом от 0,75 до 2,5 мм. Вторые —- размером 150 мм с насечкой на сходящихся поверхностях губок. Диаметр губок у концов З...3,5 мм, у оснований — 7... ...8 мм. Применяются при монтаже радиоаппаратуры оголенным проводом диаметром 1,5...2,0 мм. Ими удобно делать кольца на конце провода для крепления под гайку;
кусачки торцовые и боковые («бокорезы»). Размер их 100—130 мм. Торцовые кусачки более прочны. Размер торцовых кусачек 150—200 мм;
пинцет. Он очень удобен для разных работ, особенно для фиксации деталей и проводов при пайке. В радиотехнике используют часовые и анатомические пинцеты. Часовые пинцеты применяются при монтажных работах с малогабаритными деталями и проводом диаметром до 0,1...0,12 мм. Наиболее подходящий размер пинцета 140...150 мм;
монтажный или перочинный нож. Он необходим для зачистки проводов от изоляции, обрезки ниток и других вспомогательных работ;
инструменты для укладки и правки монтажа. Для прижатия проводов во время пайки, протягивания одиночных проводов или групп их через отверстия в стенках шасси, вытягивания провода из жгута и во всех случаях укладки проводов внутри конструкции очень удобно иметь шпильку, упор, круглый и прямой крючки. Эти инструменты легко изготовить силами кружковцев из стального прутка диаметром 3...5 мм;
отвёртки с шириной лезвия 1,2; 4,6 и 8 мм, разной длины. При работе отверткой следует подбирать ширину лезвия в соответствии с шириной шлица винта. При этом лезвие должно плотно входить в шлиц. Соблюдение этих условий предохраняет шлиц от порчи. Ручки отверток должны быть сделаны из изоляционного материала во избежание поражения электрическим током;
отвёртка крестообразная для винтов с двумя взаимно перпендикулярными шлицами;
шилья четырёхгранное и круглое малое для прокола отверстий.
1г. Инструменты общего пользования:
тиски ручные, настольные и слесарные. Для тисков следует иметь накладные губки из красной меди толщиной 3...5 мм. Во избежание порчи насечки губок зажимать тиски без обрабатываемой детали или без накладных губок не рекомендуется. На лабораторном верстаке должны быть установлены двое тисков с расстоянием около 700 мм между ними и общими уголковыми накладками из стали для изготовления шасси, гнутых фигурных скоб, подставок, держателей и т. д.;
напильники и надфили различают по размерам, форме и типу насечки. По типу насечки напильники бывают дра-чевые — с крупной насечкой, личные — с более мелкой насечкой, бархатные — с самой мелкой насечкой для тонкой обработки. Выбор напильников для работы зависит от величины и формы опиливаемой поверхности, толщины снимаемого слоя и точности обработки. Особо тонкие и точные работы выполняют маленькими напильниками с очень мелкой насечкой — надфилями. Мелкие личные и бархатные напильники не рекомендуется применять для обработки цветных металлов, так как в насечку забивается металлическая пыль. В кружке нужно иметь напильники всех типов в достаточном количестве. Их следует оберегать от ударов
и попадания на их поверхность влаги и масла, нельзя класть друг на друга. По окончании работы напильники следует вычистить и убрать. Хранят напильники отдельно от остальных инструментов в специальных готовальнях;
молоток массой 200...300 г, с деревянной ручкой длиной 230...250 мм. Для работы с зубилом нужен молоток массой до 800 г. В лаборатории нужно иметь несколько молотков разного веса. При сгибании шасси, скоб и других изделий может понадобиться деревянный молоток — киянка;
пассатижи — лучше всего с изолированными ручками. Пассатижи служат в качестве обычных плоскогубцев и могут быть использованы для придержания гаек, снятия изоляции, перекусывания проводов, винтов и т.д.;
ножницы размером 150...200 мм. Необходимы для резания бумаги или тонкой ткани. Необходимо иметь и небольшие ножницы для резания листового металла толщиной до 1...1,5 мм;
гаечные ключи — торцовые и боковые (накидные). Их употребляют для завертывания мелких гаек. В лаборатории необходимы гаечные ключи под гайки размером от 3 до 15 мм. Универсальный ключ служит для завертывания больших гаек;
зубило применяют для рубки листового металла или вырубания в нем отверстия;
ножовка слесарная ручная со сменными полотнами для работы по металлу и дереву;
торцовый ключ для настройки контуров. Его изготавливают из изоляционного материала. Можно изготовить ключ из цилиндрического стержня, выточенного из органического стекла. В центре торца высверливают отверстие диаметром 3...4 мм на глубину 5...6 мм. Из прутка латуни или стали выпиливают штамп, по размерам и форме соответствующий верхней части сердечника, на который будет надеваться ключ. Штамп, нагретый до температуры 200... ...300°С, вдавливают в отверстие, проделанное в торце стержня, и вместе со стержнем быстро погружают вхолодную воду. После охлаждения штамп вынимают из отверстия. Окончательная обработка ключа состоит в опиловке торца и его цилиндрической поверхности;
отвёртка из изоляционного материала для подстройки контуров с сердечниками. Для изготовления её пригоден стержень из любого поддающегося обработке изоляционного материала. В нём делается пропил. В него вставляется на заклёпке или на клею БФ-2 небольшая пластинка из
латуни или бронзы. Пластинку затачивают так же, кая лезвие отвертки;
абразивы: бруски и точильные круги для заточки инструмента, шлифовальные шкурки, полировочные пасты и т. д. для отделочных и других работ;
ручная дрель малая и средняя. Кроме применения по назначению может быть использована для свивания проводов, наматывания провода на катушку и т. п.;
свёрла разные, диаметром от 1 до 10 мм;
плашки для нарезания внешней резьбы наиболее часто употребляемых размеров (МЗ, М4, Мб);
метчики для нарезания внутренней резьбы тех же размеров, что и плашки;
лобзик с пилками по дереву и металлу для выпиливания фигурных панелей, отверстий и т. д.;
кернер для обозначения места сверления. Имеет форму цилиндра с концом в виде конуса, заостренным под углом 60°;
бородки для пробивания отверстий в листовом металле. Имеют коническую форму с плоским рабочим концом;
выколотки для выколачивания штифтов, шпилек, заглушек и т. д. Отличаются от бородков тем, что имеют цилиндрическую форму с плоским рабочим концом;
натяжки и обжимки — инструменты, применяемые при креплении деталей в процессе сборки аппаратуры. Натяжка применяется для уплотнения или прижимания деталей друг к другу и к головке заклепки. Обжимка служит для окончательного оформления головки заклепки;
резак по металлу и пластмассе. Изготовляется из куска старого ножовочного полотна с заточенным концом. Заточку производят на наждачном круге. Ручка у резака обматывается обычной изоляционной лентой;
челнок для намотки провода на кольцевые сердечники делают из вязальной спицы длиной около 200 мм и диаметром 1,5 мм. Концы спицы отжигают и немного расплющивают молотком на длину 8...10 мм. Затем лобзиком с пилкой по металлу делают продольный пропил на 7...9 мм. Бархатным напильником или надфилем опиливают расплющенные края спицы и окончательно зачищают мелкой шкуркой, чтобы не повреждать изоляцию обмоточного провода;
линейка металлическая для разметки и заготовки шасси или монтажной панели и проверки правильности обработки
изделия. В кружке желательно иметь несколько линеек различной длины: 150, 300, 500 мм — по 3...4 шт. каждою размера и 1000 мм — 1 шт;
угольник для разметки и проверки правильности обработки изделия;
чертилка, употребляемая при разметке изделий. Представляет собой круглый пруток инструментальной стали диаметром 3...4 мм и длиной 100...120 мм с острозаточен-ным концом;
циркули: по металлу — для разметки заготовки, чертежные — для вычерчивания принципиальных и монтажных схем;
штангенциркуль для измерения диаметра отверстий, винтов, сверл со стертыми надписями и т.д.;
микрометр 0...25 мм для измерения диаметра проводов;
металлическая щётка, служит для чистки напильников и металлических поверхностей;
кисточка из мягкого волоса, используется для чистки монтажа конструкции от пыли;
кисти разных форм и размеров для малярных работ;
тряпки для стирания пыли, краски, загрязнений.
Для столярных работ желательно иметь: стамески для вырубания отверстий и пазов разной ширины; рубанки для обстругивания досок; пилы одноручные или лучковые для распиловки досок, фанеры и др.; струбцины для зажимов; коловорот разного диаметра для сверления отверстий в дереве.
Хранить инструменты индивидуального пользования лучше всего на каждом рабочем месте в специальных готовальнях или на щитках. Инструменты коллективного пользования хранят в шкафу или на щнте у слесарного верстака. К щиту инструменты прикрепляют проволочными крючками, скобами, прижимами или укладывают в деревянные гнёзда.
Свёрла хранят в деревянном «магазине», в котором по диаметру каждого сверла сверлят глухие отверстия У отверстий делают надписи, указывающие диаметр сверл. При хранении рекомендуется на режущую кромку надевать кусок разрезанного по длине резинового шланга. Это надёжно защищает инструменты от порчи и предохраняет кружковцев и руководителя от случайных травм.
По окончании работы инструменты нужно протереть, почистить, устранить мелкие неисправности, если нужно,
заточить и убрать на свое место. Для предохранения рук от мозолей деревянные ручки инструментов слегка обжигают на огне до получения коричневого цвета.
Никогда не работайте тупым или неисправным инструментом!
1д. Материалы
Потребность в материалах (ассортимент и количество) определяется планом работы кружка, предусматривающим как учебные работы, так и изготовление законченных конструкций. Кроме того, желателен резерв материалов для внеплановых работ.
Каждый руководитель кружка сам решает, сколько и каких материалов потребуется для работы кружка в течение года. Ниже приводится список материалов, которые можно использовать на практических работах. В зависимости от конкретного плана руководитель выбирает из списка те материалы, с которыми его воспитанникам предстоит работать.
1. Гетинакс листовой толщиной 1,0; 1,5; 2,0 мм;
2. Гетинакс фольгированный односторонний толщиной 1,0; 1,5 мм.
3. Органическое стекло разных цветов толщиной 1; 2; 3 мм;
4. Полистирол листовой толщиной 1; 3 мм;
5. Картон;
6. Прессшпан (электрокартон);
7. Бумага чертежная;
8. Бумага миллиметровая;
9. Бумага электроизоляционная намоточная;
10. Калька;
11. Фанера толщиной от 1 до 5 мм;
12. Алюминий листовой толщиной 0,5; 1; 1,5; 2,0 мм;
13. Дюралюминий листовой толщиной 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мм;
14. Уголки дюралюминиевые разные (10 х 10, 12 х X 12 мм и др.);
15. Жесть белая;
16. Латунь листовая разная;
17. Трубка медная или латунная диаметром 3...4 мм;
18. Сталь, дюралюминий, латунь в прутках и болванках;
19. Припой ПОС-60, сплав Вуда и др.
20. Канифоль техническая;
21. Флюсы жидкие и вазелинообразные, например: раствор канифоли в спирте, глицериновая паста и др.;
22. Ацетон;
23. Спирт;
24. Нитрокраски разные,
25. Клеи: столярный, казеиновый, БФ-2 и др.;
26. Лакоткань, трубки кембриковая и поливинилхло-ридная разных диаметров;
27. Нитки хлопчатобумажные и суровые;
28. Шурупы и гвозди мелкие;
29. Стеклянная и наждачная бумага;
30. Пистоны монтажные (пустотелые заклепки);
31. Винты и гайки М2 и МЗ, шайбы, заклепки;
32. Провод монтажный разный (типа ПМВ, МГШВ
и др.);
33. Провод обмоточный (диаметром 0,1; 0,15; 0,5;
1,0 мм);
34. Провод с высоким удельным сопротивлением разный;
35. Батареи и элементы: 3336Л (КБС-Л-0,5), 316, 332, 373, «Крона» и др. Можно пользоваться аккумуляторными батареями типа Д-0,1, Д-0,2 и др.
Приведённый список не является исчерпывающим и может быть дополнен другими материалами. При отсутствии гетинакса для монтажных плат можно использовать стеклотекстолит, текстолит, а в некоторых случаях — прессшпан, картон, тонкую фанеру.
Легковоспламеняющиеся жидкости — ацетон, дихлорэтан, бензин, нитрокраски и др.— хранят в специально отведенных помещениях. В лаборатории их разрешается иметь в небольших количествах.
Крепёжные изделия должны быть рассортированы по размерам и храниться в специальных кассах.
1е. Радиодетали
Потребность в радиодеталях для работы кружка определяют аналогично потребности в материалах. Руководитель кружка сам решает, какие типы радиодеталей данного наименования необходимо применить в работе.
Список деталей:
1. Резисторы по номиналам, указанным на схемах, н с отклонениями от номинала для подбора нужных величин. Количество определяется с запасом на отбраковку.
2. Конденсаторы подбираются аналогично.
3. Громкоговорители малогабаритные разные.
4. Трансформаторы малогабаритные согласующие и выходные.
5. Диоды Д1, Д2, Д9 и др.
6. Транзисторы высокочастотные П401 и др.
7. Транзисторы низкочастотные МП37 — МП42, КТ315, КТ361 и др.
8. Ферритовые стержни круглые (плоские) для антенн.
9. Ферритовые кольца диаметром 7, 8, 10 мм для дросселей, трансформаторов и др.
10. Сердечники подстроечные карбонильные и ферритовые, стержневые и броневые разных размеров.
11. Капсюли ДЭМ-4М.
12. Выключатели и тумблеры малогабаритные.
13. Вилки однополюсные и двухполюсные.
14. Гнёзда телефонные.
15. Клеммы.
16. Разъёмы разные.
17. Реле разные.
18. Электродвигатели разные для магнитофонов, ходовых и рулевых машинок игрушек.
19. Электролампы малогабаритные (2,5; 3,5; 6,3 В н др.).
20. Каркасы катушек индуктивности разные.
21. Фотодиоды, радиолампы, панели, переключатели, ручки и другие радиодетали, которые могут потребоваться для работы кружка.
Радиодетали хранят в шкафах и на стеллажах. Крупные детали (трансформаторы силовые, электродвигатели и др.) укладывают рядами на полках. Для хранения мелких деталей лучше всего применить кассетницу, ящики которой разделены на ряд отделений. В качестве кассетницы можно использовать библиотечные каталожные шкафы или тумбы. Каждый каталожный ящик делится на несколько отделений, в которых рассортировывают детали. Особенно важно разобрать по отделениям резисторы и конденсаторы. Тогда поиск необходимого номинала значительно ускорится, что облегчит работу и освободит время руководителя кружка. Аналогично хранят транзисторы, диоды и крепежные детали.
Взаимозаменяемость деталей в какой-либо конструкции решается в каждом отдельном случае руководителем кружка в зависимости от назначения этой детали и прибора в
целом. Замена малогабаритных деталей более крупными влечет изменение габаритов и монтажной схемы конструкции. При затруднениях в снабжении деталями можно рекомендовать для простых конструкций следующую замену: транзисторы высокочастотные—П401, П402, П403, П416, П421—423, ГТ308, транзисторы низкочастотные — МП39, МП40, МП41, МП42, а из старых выпусков — ШЗ, П14, Ш5, П16; транзисторы п-р-п проводимости — МП35, МП37, МП38, а старых выпусков — П8, П9, ПЮ, ПИ. Следует отметить, что в результате замены транзисторов могут возникнуть изменения качественных показателей конструкции. Это может быть самовозбуждение, недостаточный коэффициент усиления и т. п. Поэтому при замене следует брать транзисторы с параметрами, аналогичными рекомендуемым.
Если не нужно принимать во внимание габариты резисторов и размер конструкции, замену производят по номинальному сопротивлению и рассеиваемой мощности, строго соблюдая указанные параметры. Для простых конструкций, изготовляемых в кружке первого года занятий, тип резистора может быть любым. Так, резисторы типа ВС могут быть заменены резисторами МТ, МЛТ и т. д.
Так же поступают с конденсаторами, сохраняя величины номинальной емкости и рабочего напряжения. Рабочее напряжение у конденсатора должно быть не менее указанного на схеме, иначе возможен электрический пробой диэлектрика конденсатора.
При сборке измерительных приборов, передатчиков и приёмников для радиоуправляемых моделей и другой специальной аппаратуры принимают во внимание и такие параметры как предельная частота усиления по току для транзисторов, температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ) для конденсаторов, класс точности или ЭДС шумов для резисторов и т. д. Для детектирования можно применить практически любые точечные диоды Д1, Д2, Д9 с любым буквенным обозначением.
Малогабаритные громкоговорители, как правило, имеют сопротивление обмотки звуковой катушки около 6 Ом, поэтому для простых радиолюбительских конструкций может быть применен практически любой тип громкоговорителя. Выходные малогабаритные трансформаторы в большинстве случаев рассчитаны на работу с громкоговорителем, имеющим сопротивление звуковой катушки около 6 Ом, при выходных транзисторах типа МП39, поэтому большин-
ство выпускаемых выходных трансформаторов легко заменить без заметного изменения работы простых конструкций. Замена малогабаритных согласующих трансформаторов может вызвать заметные искажения в работе усилителя, поэтому возможности их замены несколько более ограничены, чем выходных.
Ферритовые стержни для антенны выпускают в продажу с магнитной проницаемостью 400НН и 600НН. Они взаимозаменяемы при условии соответствующего изменения числа витков катушек, размещенных на стержне антенны. Можно изменять и диаметр каркасов катушек, изменяя одновременно число витков так,чтобы индуктивность катушки оставалась прежней.
Замена таких деталей, как вилки, тумблеры, клеммы, реле и другие, производится в зависимости от требований, предъявляемых к конструкции.
1ж. Приборы
Ниже приводится список измерительных приборов, кото» рые желательно иметь в кружке. Для кружка первого года обучения, кроме пробника на неоновой лампе, для индикации напряжения достаточно иметь авометр и прибор для измерения параметров транзисторов. Оба прибора можно изготовить в кружке.
В дальнейшем каждому кружку необходимы:
1. Авометр любого типа (Ц-20, Ц-56, Ц-435 и др.).
2. Прибор для измерения параметров транзисторов типа Л2-1.
3. Генератор стандартных сигналов типа Г4-1а (ГСС-ба).
4. Генератор стандартных сигналов ГСС-7 или ГСС-17.
5. Катодный вольтметр типа ВК-7, ЛА9-2 или любой другой.
6. Звуковой генератор типа ГЗ-33 или любой другой,
7. Осциллограф любого типа.
8. Измеритель индуктивностей и емкостей высокочастотный типа Е12-1.
9. Измеритель индуктивностей и емкостей низкочастотный типа Е12-2.
10. Мост для измерения сопротивлений.
11. Микроамперметры магнитоэлектрической системы типа М-24, ПМ-70 и др.
12. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
13. Стабилизированный универсальный блок питания.
14. Зарядные устройства для аккумуляторов.
Список может быть дополнен и другими приборами.
Приборы постоянного пользования обычно хранятся на измерительных стендах. После работы их закрывают чехлами из плотной ткани или брезента. Приборы, используемые сравнительно редко, хранят на полках стеллажей также в чехлах.
Приложение 2
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
Следует постоянно заботиться об исправности паяльников. Работать неисправным паяльником нельзя. При пайке надо остерегаться разбрызгивания припоя и канифоли во избежание ожогов.
Заменять детали при налаживании и ремонте аппаратуры можно только при выключенном напряжении сети. Выключать прибор полагается и выключателем, и вилкой шнура питания одновременно.
Категорически запрещается касаться проводников, несущих высокое напряжение в аппаратуре на электронных лампах.
Руководитель проводит в кружке инструктаж по правилам техники безопасности и несет полную ответственность за проведение занятий. Поэтому руководитель кружка должен строго требовать от ребят соблюдения учебно-производственной дисциплины, постоянно напоминая им о правилах техники безопасности.
Руководителю категорически запрещается покидать радиолабораторию во время занятий даже на непродолжительное время, отвлекаться разговорами с посторонними лицами или заниматься какими-либо делами, не связанными с работой кружка. Нельзя позволять кружковцам без особого разрешения пользоваться измерительными приборами, переходить с одного места на другое. Включение напряжения на рабочие места руководитель производит лично, оповещая об этом кружковцев. Запрещается снимать индикацию включения напряжения. По окончании монтажных работ все паяльники должны быть выключены из розеток, а помещение полностью обесточено.
2а. Правила техники безопасности при работах с электричеством
1. Напряжение выше 36 В опасно для жизни.
2. Не включайте источники электропитания без разрешения руководителя кружка.
3. Не включайте макет или конструкцию под напряжение без предварительной проверки руководителем кружка и его разрешения.
4. Все переключения и замену деталей при монтаже, налаживании и ремонте радиотехнических макетов или конструкций производите только при отключенном источнике электропитания.
5. После отключения источника электропитания не забудьте разрядить конденсаторы фильтров.
6. Не оставляйте без наблюдения макет или конструкцию, находящиеся под напряжением.
7. Не замыкайте накоротко блокировочные устройства и предохранители в аппаратуре. Это опасно для жизни и ведёт к порче аппаратуры.
8. Не работайте с незаземлёнными приборами, станками.
9. Следите, чтобы изоляция проводов, щупов, шнуров питания и т. п. была исправна.
10. При налаживании и отыскании неисправностей в радиотехнической аппаратуре работайте одной рукой, при этом под ногами должен быть резиновый коврик или изолирующая подставка.
11. Никогда не трогайте и не берите в руки макеты, конструкции, приборы, детали и т. п., принадлежащие товарищам, без их разрешения. Это может послужить причиной поражения электрическим током или привести к порче взятого предмета.
2б. Правила безопасного пользования ручным инструментом
1. Пользуйтесь только исправным инструментом, проверяя его каждый раз в начале и конце занятий.
2. Пользоваться напильниками без ручек запрещается. На конце ручки должно быть предохранительное кольцо.
3. При рубке металла обязательно надевайте защитные очки. Пользоваться зубилом, длина которого менее 150 мм, запрещается.
4. Гаечные ключи подбирайте по размерам гаек. Удлинение ключей с помощью труб и других предметов запрещается.
5. Нельзя сдувать или сметать пальцами металлическую стружку или опилки с тисков и опиленной поверхности. Пользуйтесь для этого щеткой.
6. Будьте особенно осторожны при выполнении работ вблизи открытых электрических устройств.
7. Не допускайте трещин на ручках напильников, молотков и т. п.
8. Ручки инструментов должны быть изготовлены из твердых пород дерева (береза, вяз, бук, кизил). Из дерева хвойных пород и сырого материала делать ручки не рекомендуется.
9. Для предохранения рук от мозолей деревянные ручки инструментов нужно обжечь на огне до получения коричневого цвета.
10. При выполнении слесарных работ следите, чтобы молоток был прочно насажен на ручку и заклинен металлическим клином. Зубило, молоток, бородок, кернер не должны иметь трещин, сколов и наклепа. Поверхность ударной части молотка не должна быть скошенной.
11. Помните об острых концах чертилок и рейсмусов. Надевайте на свободные концы этих инструментов предохранительные колпачки.
12. Разрезаемый металл следует надежно закреплять в тисках. Полотно должно быть натяну! о не слабо и не слишком туго. Слабо натянутое полотно может сломаться, а туго натянутое — лопнуть. В обоих случаях работающий может получить ранение обломками полотна.
13. Тонкий листовой металл, разрезаемый ручными ножницами, надо держать левой рукой, в брезентовой рукавице. Это предохраняет руку от ранений острыми кромками металла и лезвиями ножниц. Нельзя пользоваться тупыми ножницами и ножницами с разболтанным шарниром.
2в. Правила безопасной работы на сверлильном станке
1. Перед началом работы на сверлильном станке следует привести в порядок свою рабочую одежду: застегнуть обшлага рукавов, чтобы они плотно прилегали к запястью, волосы аккуратно убрать под плотно прилегающий голов-
ной убор (косынку или берет), снять галстук на время работы, надеть защитные очки.
2. Нельзя работать у станка в легкой обуви — тапочках, сандалиях, босоножках.
3. Запрещается удерживать деталь руками — надо пользоваться зажимами или тисками.
4. Нельзя прикасаться к вращающемуся сверлу и притормаживать шпиндель руками. Нельзя устанавливать инструмент во время вращения шпинделя. Это может привести к тяжелому ранению рук.
5. При сверлении не следует допускать образования длинных витых стружек. Вращаясь с большой скоростью вместе со сверлом, они могут ударить работающего по рукам или лицу. Нужно сверлить с перерывами, своевременно удаляя стружки из обрабатываемого отверстия и со стола станка крючком или щеткой, остановив предварительно станок.
6. Нельзя охлаждать работающее сверло мокрой тряпкой: сверло может намотать тряпку на вебя и захватить пальцы работающего.
7. При сверлении нельзя наклонять голову близко к шпинделю и режущему инструменту.
8. Снимать и надевать приводной ремень на шкивы можно только после полной остановки станка.
9. Если мотор станка гудит, надо немедленно выключить напряжение и сообщить об этом руководителю кружка.
10. Если при прикосновении к металлическим частям станка появилось ощущение электрического удара, следует немедленно остановить станок и поставить в известность руководителя кружка.
11. Перед работой с электродрелью проверяют, не повреждена ли изоляция, и заземляют корпус дрели специальным проводом.
Приведённые правила могут быть дополнены руководителем кружка в зависимости от местных условий.
СОБЛЮДЕНИЕ ПРАВИЛ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЯЗАТЕЛЬНО КАК ДЛЯ КРУЖКОВЦЕВ, ТАК И ДЛЯ РУКОВОДИТЕЛЯ КРУЖКА,
Приложение 3
ПРИМЕРНЫЕ ПРАВИЛА ПОВЕДЕНИЯ КРУЖКОВЦЕВ В РАДИОЛАБОРАТОРИИ
1. Будьте внимательны, дисциплинированны, осторожны; точно выполняйте указания руководителя кружка.
2. Не оставляйте рабочее место без разрешения руководителя кружка.
3. Размещайте на рабочем месте приборы, инструменты, материалы только в порядке, указанном руководителем кружка.
4. Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении работы.
5. Строго выполняйте правила техники безопасности, применяйте правильные приемы работы.
6. Перед уходом из лаборатории уберите свое рабочее место.
Литература
Борисов В.Г. Юный радиолюбитель.— Л.: Энергия, 1966.
Борисов В.Г. Практикум начинающего радиолюбителя.— М.: ДОСААФ, 1984.
Мацкевич В.В. Занимательная анатомия роботов.— М.: Советское радио, 1980.
Отряшенков Ю.М. Юиый кибернетик.— М.: Детская литература, 1978.
Путятин Я.Я. Радиоконструироваиие.— М.: ДОСААФ 1975.
От автора.................. 3
Глава I. ЧУДЕСА В ПИОНЕРЛАГЕРЕ....... 6
Организация кружковой работы и требования к подготовке руководителя............ 12
Состав кружка. Регламент и тематика его работы 14
Воспитательная работа в кружке радиоэлектроники 19
Глава II. ИЗУЧЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ В КРУЖКЕ ПИОНЕРСКОГО
ЛАГЕРЯ................ 27
Различные детали н свойства электрической цепи 34
Первый шаг — резистор........... 35
Телефон ТМ-2А как индикатор тока....... 38
Следующий шаг — ёмкость.......... 40
Диод — электрический вентиль.......... 46
От отдельных радиодеталей к модульному блоку 48
Транзистор как электронный выключатель 51
Электронная мигалка........... 56
Мультивибратор............ 57
Весёлая электроника............ 59
Самодельные радиокубики на кнопках...... 59
Учимся паять............... 63
Глава III. НАЧАЛА КОНСТРУИРОВАНИЯ В РАДИОКРУЖКЕ ПИОНЕРСКОГО ЛАГЕРЯ...... 69
Работа первая. Электрический фоиарик...... 70
Работа вторая. Электрический вентилятор..... 72
Работа третья. Указатель поворотов....... 74
Работа четвёртая. Электронный камин...... 79
Работа пятая. Электромузыкальный инструмент (ЭМИ) 79
Работы шестая, седьмая, восьмая. Электронные соловей, поросёнок, собака............ 83
Работа девятая- Радиоприёмник........ 85
Работа десятая. Робот............ 91
Работа одиннадцатая. Генератор телеграфной азбуки
на микросхеме..............96
Элементы модульного конструирования.....97
Настройка звуковых генераторов с помощью осциллографа.................101
Глава IV. ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ ОТДЫХА.....107
Электронные картины...........108
«Поймай светлячка»............110
Электронные кости.............111
Тренажёр Правил дорожного движения.....112
Генератор случайных чисел на микросхемах.....115
Соревновання юных сапёров.........116
Соревнования юных радиолюбителей в пионерлагере.....117
Заключение .................120
Приложения.....121
1. Материально-техническая база кружка радиоэлектроники.................121
1а. Подбор помещения для кружка.......121
1б. Оборудование кружка..........122
1в, Инструменты индивидуального пользования 125
1г. Инструменты общего пользования......126
1д. Материалы .............130
1е. Радиодетали .............131
1ж. Приборы ..............134
2. Правила техники безопасности.......135
2а. Правила техники безопасности при работах с электричеством ...............136
26. Правила безопасного пользования ручным инструментом.................136
2в. Правила безопасной работы на сверлильном станке.....137
3, Примерные правила поведения кружковцев в радиолаборатории ...............139
Мацкевич В. В.
М38 Занимательная радиоэлектроника в пионерлагере.— М.: ДОССАФ, 1986.— 141 с.: ил.
55 к.
Излагается опыт организации и работы кружка радиоэлектроники пионерского лагеря. Приводятся методика изучения кружковцами основ радиотехники с использованием 10 специально разработанных радио-кубиков и описания типовых конструкторских работ, созданных с участием ребят.
Рассчитана на руководителей кружков радиоэлектроники и энтузиастов технического творчества, а также может быть полезна юным радиолюбителям.
2402020000-050 М 072(02)-86 24-86
ББК 32.884.19 6Ф2.9
Вадим Викторович Мацкевич
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА В ПИОНЕРЛАГЕРЕ
Заведующий редакцией А.В. Куценко
Редактор М.Е. Орехова
Художник А.П. Прысекина
Художественный редактор Т.А. Хитрова
Технический редактор З.И. Сарвина
Корректор Л.И. Логункова
ИВ № 1242
Сдано в набор 10.07.85. Подписано в печать 06.01.86. Г-94201. Формат 84x108 1/16. Бумага кн.-журн. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. п. л. 7,56, Усл. кр.-отт. 7,88. Уч.-изд. л. 7,37. Тираж 490 000 экз. (1 завод 1 — 200 000 экз.). Заказ 6—144. Цена 55 к. Изд. № 2/п-372.
Ордена «Знак Почета» издательство ДОСААФ СССР 129110, Москва, Олимпийский просп., 22
Отпечатано с матриц Харьковской книжной фабрики им. М.В. Фрунзе иа Киевской книжной фабрике, 252054. Киев-54, ул. Воровского, 24.
Магазин «Военная книга» принимает предварительные заказы на интересующие Вас издания по годовому плану выпуска литературы Издательства ДОСААФ СССР. Здесь Вы можете получить необходимые справки о вновь выходящих и имеющихся в наличии книгах нашего издательства.
Покупатели, проживающие в населенных пунктах, где нет магазина «Военная книга», могут направить заказ в ближайший отдел «Военная книга — почтой».
Адреса отделов «Военная книга — почтой»:
480091, Алма-Ата, ул. Кирова, 124
690000, Владивосток, ул. Ленинская, 18
252133, Киев, бульвар Леси Украинки, 22
443099, Куйбышев, ул. Куйбышевская, 91
191186, Ленинград, Невский просп., 20
290007, Львов, просп. Ленина, 35
220029, Минск, ул. Куйбышева, 10
113114, Москва, Даниловская наб., 4а
630076, Новосибирск, ул. Гоголя, 4
270009, Одесса, ул. Перекопской дивизии, 16/6
226011, Рига, ул. Крышьяна Барона, 11
344018, Ростов-на-Дону, Буденновский просп., 76
620062, Свердловск, ул. Ленина, 101
700077, Ташкент, Луначарское шоссе, 61
380007, Тбилиси, пл. Ленина, 4
720001, Фрунзе, ул. Киевская, 114
698038, Хабаровск, ул. Серышева, 42
672000, Чита, ул. Ленина, 111а