Генрих Кардашев - Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

• Название: Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником
• Автор: Генрих Кардашев
• Издательство: «Горячая линия-Телеком»
• Жанр: Радиотехника
• Год: 2007
• ISBN: 5-93517-327-1

Книга является практическим введением в изучение начал радиоэлектроники с помощью компьютера и самостоятельного технического творчества. В популярной форме рассказывается о радиоэлектронике, поясняется смысл используемых понятий и явлений, приводятся занимательные эпизоды из истории изобретений и открытий. Основу практической части составляют описания простейших и в тоже время интересных и полезных самоделок из электронных наборов Мастер КИТ. Даются подробные советы по их сборке, наладке и применению в быту. Параллельно принципы действия рассматриваемых устройств раскрываются путем моделирования их схем на компьютере в простой программе игрового типа — Electronics Workbench.

Для широкого круга читателей, которые хотели бы подружиться с радиоэлектроникой, сев за компьютер и взяв в руки паяльник.

---

Датчиком служит специальная тактовая кнопка, а регулировка времени выдержки выполняется «подстроенным» резистором. Для получения больших задержек емкость рабочего конденсатора увеличена и составляет 470 мкФ.

Сенсорный выключатель Мастер КИТ NM4013

Миниатюрный сенсорный выключатель (рис. 114) предназначен для включения исполнительных устройств (электронных игрушек, настольных ламп, бытовой техники и т. д.) легким прикосновением к сенсорному датчику.

Рис. 114. Сенсорный выключатель Мастер КИТ NM4013

Выключатель имеет индикатор срабатывания. Небольшие габаритные размеры и надежность позволяют устанавливать датчик в любом удобном месте, удаленном от исполнительного устройства. При токе нагрузки более 75 мА в качестве исполнительного устройства необходимо использовать электромагнитное реле (в комплект набора не входит), параметры которого должны соответствовать коммутируемому току нагрузки.

Датчиком служат специально изготовленная из фольгированного стеклотекстолита пластинка размерами 10x10 мм, показанная в верхней части рис. 114. Пластинка имеет гребенчатую структуру прорезей в токопроводящем покрытии. Геометрию этого сенсора можно изменить и экспериментально подобрать соответствующую чувствительность устройства.

Фотоприемник Мастер КИТ NM4014

Миниатюрный фотодатчик (рис. 115) предназначен для управления различными устройствами в зависимости от освещенности.

Рис. 115. Фотоприемник Мастер КИТ NM4014

Например, с наступлением темноты, фотодатчик включит освещение на улице и в подъезде вашего дома, а на рассвете — выключит. Предусмотрена регулировка порога срабатывания, а также индикация включения исполнительного устройства, ток нагрузки которого не должен превышать 75 мА. При токе более 75 мА в качестве исполнительного устройства необходимо использовать электромагнитное реле (в комплект набора не входит), параметры которого должны соответствовать коммутируемому току нагрузки.

Небольшие размеры, наличие индикатора, простота подключения и надежность позволяют устанавливать датчик в любом удобном месте, удаленном от исполнительного устройства. В качестве первичного преобразователя в устройстве используется фоторезистор СФЗ-1 или MPY54C569.

Несколько более сложным по изготовлению и наладке является устройство, относящееся к противопожарным системам.

Сигнализатор задымленности Мастер КИТ NK291

Этот прибор позволяет обнаружить дым в помещении и включить сигнал тревоги. Устройство (рис. 116) создано на базе инфракрасного барьера.

Рис. 116. Сигнализатор задымленности Мастер КИТ NK291

Барьер представляет собой область между излучающим светодиодом и фотоприемником. Инфракрасные лучи, проходя через область дыма, попавшего в барьер, подвергаются рассеянию и поглощению. В результате сигнал, принимаемый фотоприемником, уменьшается и срабатывает реле, включающее сигнал тревоги.

В качестве сигнала тревоги могут быть использованы различные звуковые сирены или световые эффекты.

Сигнализатор питается от стабилизированного источника с напряжением 12 В, минимальный ток потребления 150 мА. Размеры печатной платы: 59x45мм. Рекомендуемый корпус: G024.

Сигнализатор задымленности устанавливается под потолком помещения и предназначен для любительского применения: он не может заменить профессиональные противопожарные системы, проходящие необходимую сертификацию в соответствующих службах.

Неслышимые звуки

«Мухтар, ко мне!»

Ультразвуки

Человеческий орган слуха путем длительной эволюции приобрел вполне определенную АЧХ, зависящую от конкретного индивидуума, но в среднем имеющую вид полосно-пропускающего фильтра с нижней границей среза на 20 Гц и верхней — на 20 кГц.

Область пропускания уха относится к звуку, колебания ниже 20 Гц — к инфразвуку, а выше 20 кГц — к ультразвуку. Общеизвестно, что чем выше частота колебаний (в волнах любой природы) и, соответственно, ниже длина волны, тем больше возможность их локализации в пространстве в виде направленных пучков, меньше размеры излучателей и приемников. Однако с ростом частоты растет поглощение волн, а мощность излучателей и чувствительность приемников имеют естественные физиологические или физические ограничения, поэтому существует оптимальная область частот для передачи и приема информации. Природа и человечество изобрели немало способов выхода из этой коллизии в зависимости от конкретных проблем.

Поскольку ультразвук не слышен человеческим ухом, то с его помощью можно скрытно передавать информацию объекту, обладающему обратными свойствами. Этот факт впервые интуитивно открыли безвестные средневековые браконьеры. Охотясь в заповедных королевских лесах Британии, они подавали не слышимые людям звуки своим натасканным собакам. Натасканные псы послушно приносили хитроумным хозяевам, подстреленную с помощью бесшумного же оружия (лук и стрелы), заветную дичь.

«Браконьерский свисток» со временем прошел через техническую эволюцию: превратился в милицейский (с переходом в звуковую область, ввиду противоположной задачи). Он лег в основу и ряда технологических ультразвуковых устройств, интенсифицирующих сложные гидро- и аэромеханические процессы (растворения, фильтрации, коагуляции и т. п.).

Акустические сигналы в виде упругих волн с частотой более 20 кГц используются в пультах дистанционного управления, барьерах охранной сигнализации, гидролокации, линиях задержки, для неразрушающего контроля материалов и т. п.

Мощные ультразвуковые колебания (интенсивностью более 1 Вт/см2) используют в технологии: для пайки алюминия (существуют специальные ультразвуковые паяльники), обезжиривания деталей, размерной механической обработки твердых материалов и т. п.

Ультразвук применяется также в медицине, как для диагностики и терапии, так и в хирургии. Источниками или приемниками ультразвука служат в большинстве случаев электроакустические преобразователи на основе пьезокерамических или магнитострикционных материалов.

Модель пьезокерамического излучателя

В пьезокерамическом излучателе пластинка пьезокристалла имеет металлизацию (обкладки, электроды) с двух сторон и специальный тип крепления. При переменном напряжении определенной частоты пластинка колеблется на этой частоте, излучая звуковые/ультразвуковые волны в окружающее пространство. Амплитуда этих вынужденных колебаний пьезоизлучателя зависит от амплитуды и частоты приложенного напряжения, геометрии, свойств материала пластинки и характера ее закрепления. Постепенно увеличивая частоту внешнего возбуждения, можно обнаружить, что АЧХ механических колебаний имеет резонансный характер, аналогичный кривой АЧХ последовательного электрического контура. Поэтому максимальная интенсивность излучения будет соответствовать возбуждению преобразователя на его резонансной частоте.

Поскольку пьезоизлучатель является колебательной электромеханической системой, то в его электрической модели механические элементы (эффективную колеблющуюся массу и эквивалентную упругость) можно заменить аналогичными электрическими: индуктивностью и емкостью. Потери на нагрев и излучение звука можно учесть резистивными элементами.

Модель пьезопреобразователя, как элемента электрической Цепи, можно представить в виде сложного R-L–C контура. Для этого обратимся к программе EWB.

Вышеизложенное позволяет выбрать в электрической схеме замещения (рис. 117, а) величины индуктивности Ls, моделирующей механическую инерцию (зависящую от массы колеблющейся пластинки, соединенных с ней элементов и «присоединенной массы» воздуха), колебательной емкости, моделирующей упругость пластинки при ее колебаниях Cs, и сопротивления Rs, связанного с внутренними потерями при циклических деформациях.

Здесь, как принято, индексом s отмечены параметры последовательного (serial) контура. Уточняя схему замещения, необходимо еще учесть собственную статическую емкость С0, образованную между обкладками пьезокварцевой пластинкой и проявляющуюся в отсутствие колебаний.

Рис. 117. Виртуальная модель в EWB пьезоизлучателя: