|
Радиолюбительские схемы на ИС типа NE555
Скачать книгу |
ОписаниеВ В. А. ДАВЫДОВА и А. И. ЗИЛЬБЕРМАНА под редакцией канд. техн. наук Л. С. ХОДОША Москва кМир» 1988 Оглавление От редактора перевода 5 Введение 8 Глава 1. Микроэлектроника 10 Пленочные микросхемы 15 Гибридные микросхемы 16 Корпуса интегральных микросхем 17 Модифицированный корпус ТО-5 18 Проверка электронных компонентов ........ 21 Омметры 22 Другое испытательное оборудование 24 Определение выводов немаркированных транзисторов 25 Проверка биполярных транзисторов 26 Проверка полевых транзисторов 29 Проверка диодов 31 Проверка тиристоров н симисторов 33 Проверка интегральных схем 33 Экспериментирование 35 Глава 2. Техника монтажа электронных схем 38 Инструмент 38 Техника пайки 40 Рабочее место радиолюбителя 46 Правила монтажа 48 Глава 3. Компоненты электронных схем и измерения ... 50 Напряжение 51 Электрический ток 52 Проводники 53 Сопротивление . 53 Мощность 55 Емкость 56 Индуктивность 58 Полупроводники 60 Диоды 61 Транзисторы 64 Кремниевые управляемые выпрямители и снмисторы . . 67 Интегральные схемы 68 Измерении в электронике 72 Предосторожности при работе с мультиметром ... 77 Измерение сопротивлений 79 Измерение напряжений 85 Измерении в децибелах i 89 Измерения тока 90 Глава 4. Как работает интегральная микросхема 555 ... 95 Работа в ждущем режиме 99 Работа в автоколебательном режиме 101 Детектор пропущенных импульсов 103 Делитель частоты 105 Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) 105 Фазоимпульсная модуляция (ФИМ) 106 Генератор тестовых последовательностей 107 Режимы работы ИС 107 Глава 5. Приобретение и хранение компонентов 110 Справочники по взаимозаменяемости компонентов . .110 Радиолюбительский «ящик с хламом» 112 Организация хранения электронных компонентов . . .114 Интегральная схема 555 ............119 Глава 6. Тридцать три радиолюбительские схемы иа ИС 555 122 Схема 1. Миниатюрный передатчик . 123 Схема 2. Дверное устройство тревожной сигнализации 127 Схема 3. Еще одно устройство тревожной сигнализации 132 Схема 4. Звуковой генератор на частоту 3500 Гц . .133 Схема 5. Метроном 136 Схема 6. Генератор тонального сигнала для частной радиолинии 138 Схема 7. Электронный таймер 144 Схема 8. Звуковой генератор для обучения азбуке Морзе 148 Схема 9. НЧ-модулитор для портативной дуплексной радиостанции 152 Схема 10. 9-В источник питания 155 Схема П. Стабилизированный источник питания с регулируемым выходным напряжением . . . 163 Схема 12. Электронный испытательный пробник . . . 166 Схема 13. 100-кГц частотный калибратор 169 Схема 14, Устройство для прослушивания передаваемых телеграфных сигналов . 172 Схема 15. Другое устройство прослушивания переда ваемых телеграфных сигналов 177 Схема 16. Внешний усилитель низкой частоты .... 178 Схема 17. Генератор звуковых эффектов 181 Схема 18. 10-с таймер 184 Схема 19, Генератор тактовых импульсов с частотой следования 100 Гц 187 Схема 20. Генератор тактовых импульсов с частотой следования 1 Гц . , 189 Схема 21. Пробник электрических цепей . . ^ . . . 190 Схема 22. Простое устройство о.хранной сигнализации 194 Схема 23. Более сложное }'стройство охранной сигна лизации 198 Схема 24. Таймер с двумя выходами 202 Схема 25. Сирена на ИС 556 205 Схема 26. Электронный орган . 208 Схема 27. Мигалка 211 Схема 28. Устройство охранной сигнализации со свето вым датчиком 214 Схема 29. Специализируемая схема задержки .... 217 Схема 30. Переключаемая схема задержки 220 Схема 31. Простейший мультивибратор 222 Схема 32. Мультивибратор с переключением частоты 225 Схема 33. Транзисторный усилитель-ограничитель . . 227 Заключение . 229 Глава 7. Поиск и устранение неисправностей 230 Логический подход 230 Шесть этапов процедуры поиска и устранения неис правностей 231 Отыскание неисправностей в устройствах на ИС . . 253 Приложении 255 Назначение выводов ИС 555 и ИС 556 255 Обозначении интегральных схем 555 и 556 257 Рекомендации по выбору аналогов 258 Предметный указатель 259 От редактора перевода В настоящее время интегральные схемы (ИС) находят все более широкое применение в радиолюбительской практике. Они используются в радиопередатчиках, радиоприемниках, звуковой аппаратуре, радиолюбительских измерительных приборах, бытовой электронной аппаратуре и т. д. Именно для радиолюбителей, приступающих к использованию ИС в своей деятельности или имеющих небольшой опыт их применения, и предназначена эта книга. Основное внимание в ней уделено ИС таймера серии 555 (отечественный аналог—КР1006ВИ1) и разнообразным радиолюбительским устройствам, выполненным на ее основе. Благодаря своей универсальности эта таймер-ная ИС получила широкое распространение за рубежом, уступая только операционным усилителям и Стабилизаторам. О ее распространенности в радиолюбительской практике свидетельствуют и те 33 устройства разнообразного назначения, которые описаны в данной книге. Краткие сведения об ИС 555 и основных схемах ее включения имеются в отечественной литературе, например в книге В. Л. Шило «Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре» (М.: Советское радио, 1979). Однако приведенный там материал ориентирован на специалиста по радиоэлектронике. В журнале «Радио» (1986 г., № 7, с. 57—58) опубликована небольшая заметка Е. Пецюха и А. Казарца «Интегральный таймер КР1006ВИ1», посвященная отечественному аналогу ИС 555. Предлагаемая книга успешно восполняет существующий пробел, так как вместе с подробными сведениями о самой ИС и схемах ее включения содержит описания многочисленных радиолюбительских устройств с детальными рекомендациями по их сборке и наладке. Но сначала автор в простой и доходчивой форме знакомит читателя с основами полупроводниковой микроэлектроники и дает ряд полезных советов по выполнению монтажных работ при сборке радиолюбительских устройств и по оснащению рабочего места радиолюбителя. Применительно к американской элементной базе автор описывает основные виды компонентов микроэлектронных схем и простейшие методы измерения их параметров. Отдельная глава посвящена главному «действующему лицу» книги —• ИС таймера серии 555, ее основным параметрам, схемам включения и режимам работы. Для начинающих радиолюбителей будут весьма полезны советы и рекомендации автора (опытного радиолюбителя с боль^ шим стажем) по организации хранения электронных компонентов и радиодеталей. Очень полезный материал, посвященный систем а-" тическому и последовательному подходу к поиску и устранению неисправностей, завершает книгу. Эти рекомендации автора помогут радиолюбителям всех категорий, занимающимся наладкой собственных устройств и схем, а также ремонтом радиоэлектронной аппаратуры самого различного назначения. Главный раздел книги — это описание 33 радиолюбительских электронных устройств на основе тай-мерной ИС 555. Все они могут принести вполне реальную пользу в радиолюбительской практике и дают богатую пищу для пытливого ума с точки зрения развития предлагаемых схемных решений и расширения сферы их применения. Большой интерес для радиолюбительской практики представляют: простейшая схема звукового генератора (схема 4), электронный метроном (схема 5), разнообразные электронные таймеры (схемы 7, 18, 24), тональный генератор для изучающих азбуку Морзе на телеграфных ключах (схема 8), частотный калибратор для настройки радиоприемников (схема 13), низкочастотные тактовые генераторы (схемы 19, 20), схемы задержки (29,30). Молодые радиолюбители наверняка получат удовольствие от сборки, наладки и эксплуатации таких не-* обычных устройств, как генератор звуковых эффектов (схема 17) и простейший электронный орган (схема 26). Хотелось бы особо подчеркнуть, что все схемы чрезвычайно просты в сборке и наладке (ни в одной из них не требуется печатный монтаж) и доступны даже начинающим радиолюбителям. Книга будет интересна и полезна как начинающим, так и опытным радиолюбителям, а также руководителям радиокружков и клубных секций. Часть материала может представить интерес и для специалистов по радиоэлектронике. Остановимся теперь на вопросах приобретения радиодеталей и электронных компонентов для радиолюбительской деятельности. В нашей стране их можно приобрести в специализированных радиомагазинах, отделах радиотоваров крупных универмагов, отделах уцененных товаров магазинов «Пионер», «Юный техник», а также по почте — по каталогам Посылторга, имеющимся в отделениях связи. К сожалению, выбор радиотоваров в торговой сети пока не очень велик, а ИС КР1006ВИ1 в продажу практически не поступает. (В более благоприятном положении находятся организованные радиолюбители, занимающиеся в кружках при домах пионеров, радиоклубах и т. д., для которых существуют дополнительные источники снабжения.) Поэтому мы очень надеемся, что выход книги в свет поможет соответствующим министерствам оперативно решить эту конкретную проблему и более эффективно организовать торговлю радиолюбительскими товарами. Ведь роль массового радиолюбительского творчества в решении задач ускорения научно-технического прогресса и подготовке квалифицированных специалистов по радиоэлектронике и вычислительной технике просто невозможно переоценить. В заключение хочется пожелать успеха радиолюбителям, которые будут собирать схемы, приведенные в книге, и выразить надежду, что наиболее инициативные и пытливые из них создадут еще более интересные и гораздо более сложные устройства, чем описанные здесь. В конце книги помещен список отечественных аналогов для ИС и полупроводниковых приборов, включенных в приведенные схемы. Радиолюбителям, использующим в своей работе другие иностранные источники, рекомендуем для отыскания аналогов справочник А. В. Нефедова и В. И. Горде-евой «Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги». — М.: Радио и связь, 1986. Л. С. Ходош Моим старым друзьям Керку и Бетти Стратто- нам, которые были для меня источником вдох» новения. Когда я больше всего в этом нуждался. ВВЕДЕНИЕ Каково число различных схем, устройств и приборов, в которых нашла применение ИС таймера 555? Точный ответ на этот вопрос дать невозможно, но можно смело утверждать, что на сегодняшний день оно составляет сотни тысяч. Число таких изделий растет с каждым днем, поскольку ИС 555 и 556 (два таймера 555 в одном корпусе) по-прежнему широко применяются в современной продукции, выпускаемой радиоэлектронной промышленностью. Тот факт, что ИС 555 на протяжении ряда лет не подвергалась различного рода усовершенствованиям и не была вытеснена более совершенными микросхемами,— обстоятельство довольно необычное для нашего времени, характеризующегося быстрым прогрессом в области электроники. ИС 555 применяется в самых разнообразных устройствах — от таймеров, используемых вместо старинных песочных часов при варке яиц, до сложнейших частотомеров и компьютеров. Реализованные в ИС 555 способы генерации импульсов и формирования временных задержек полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к подобным устройствам, и заслужили одобрение изготовителей электронной аппаратуры. По сравнению с современными микросхемами таймер 555 представляет собой довольно простую схему. Большинство компаний выпускают эту ИС в 8-выводном корпусе, а в нем, как в тайнике из пластмассы, металла и керамики, находятся более 25 транзисторов, столько же резисторов и большое число межсоединений. Если электрическую принципиальную схему ИС 555, размер корпуса которой составляет 13X6,5 мм, собрать на дискретных компонентах, то такая конструкция окажется намного дороже и много больше, а ее масса 8 составит около 0,5 кг. В ИС 555 все эти элементы размещены на миниатюрном кристалле кремния. Поскольку таймер 555 представляет собой сложную схему, выполненную на одном кристалле ИС, то для него имеется огромное число возможных применений, В любительских приемопередатчиках ИС 555 часто применяются в качестве низкочастотного звукового генератора сигнала, используемого для включения СВЧ-ретрансляторов. В импульсных устройствах она используется для формирования временных задержек с точностью до долей микросекунды. В компьютерах ИС 555 находит применение в качестве генератора тактовых импульсов. Эту схему можно использовать даже для задания времени при варке яиц. В настоящую книгу включены 33 схемы, выполненные на основе таймера типа 555. Они применимы в самых разнообразных областях и могут быть использованы для развлечения, экспериментирования, а также в качестве функциональных блоков сложной электронной аппаратуры. ИС 555 представляет собой идеальное пособие для ознакомления с принципами разработки устройств иа интегральных схемах. Несмотря на свою многофункциональность и эффективность, она, по всей видимости, является самой дешевой из всех имеющихся сегодня в продаже интегральных схем. Кроме того, ИС 555 весьма «терпима» к неправильным включениям, ошибочной установке в схему компонентов с неверными номиналами, а также к ошибкам монтажа, что может немедленно вывести из строя другие, более .чувствительные к подобному обращению ИС. Я надеюсь, что приведенные в этой книге практические советы окажутся полезными читателю, а описанные в ней схемы вызовут у него интерес, будух им без труда собраны и принесут определенную пользу. Экзотические ИС появлялись и исчезали, а ИС 555 продолжала оставаться одной из самых популярных схем в течение всего последнего десятилетия. Нет сомнений, что она сохранит свои позиции и в последующие десять лет. Глава f МИКРОЭЛЕКТРОНИКА Микроэлектроника — это область электронной техники, охватывающая вопросы создания и эксплуатации электронных схем в микроминиатюрном исполнении. Этот же термин употребляется для описания изготовления микроминиатюрных электронных схем, содержащих диоды, траизнсторы, интегральные микросхемы и другие компоненты. Данная книга стала возможна благодаря большим достижениям микроэлектроники, хотя она посвящена одной микросхеме, которая служит нам уже долгие годы. Интегральная микросхема 555 называется таймером, но может быть применена во многих электронных устройствах. Она используется в электронной промышленности с самого момента своего появления. Хотя у нее уже довольно солидный возраст, она по-прежнему входит в некоторые наиболее сложные электронные устройства, которые выпускаются в настоящее время. Я часто сравниваю таймер 555 со старой электронной лампой типа 6146, разработанной несколько десятилетий назад, когда возникла необходимость в универсальной генераторной и усилительной лампе, которая могла бы работать в широком диапазоне частот. Эта радиолампа заполнила очень большой разрыв между маломощными радиолампами и радиолампами большой мощности. Ее модернизированный вариант получил обозначение 6146А, позднее был выпущен вариант 6146В, к настоящему времени, возможно, появились уже модели С и D. Суть дела в том, что эта электронная лампа, сконструированная много лет назад, до сих пор не устарела в отличие от многих ламп, разработанных в то же время. То же самое можно сказать и об интегральной микросхеме 555. Она выпускается почти всеми фир- 10 мами, производящими полупроводниковые приборы, причем, несмотря на все усовершенствования, происшедшие благодаря успехам электронной промышленности, почти в своем первоначальном виде. Микроэлектроника совершенствует технику в целом, поскольку она позволяет создавать сложнейшие микросхемы в миниатюрных корпусах, но трудно улучшить само совершенство, а микросхема 555 определенно близка к нему. Микроэлектроника, или техника микроминиатюризации, как она иногда называется,— это развивающаяся в последние годы технология создания электронных схем и устройств в микроминиатюрных корпусах. Она объединяет много различных технических приемов. Микроэлектроника появилась в результате многолетних исследований и разработок в области электроники, направленных на то, чтобы получить миниатюрные схемы, которые выполняли бы те же функции, что и значительно более крупные схемы. По мере развития микроэлектронные схемы становятся все более сложными и более миниатюрными одновременно. Дискретные полупроводниковые приборы я микросхемы малой степени интеграции сейчас значительно потеснили электронные лампы, которые долгое время применялись в электронных системах. Но и их в свою очередь постепенно заменяют средние и большие интегральные схемы. Микроэлектроника — это непрерывно расширяющаяся область электронной техники, которая в настоящее время охватывает многие типы интегральных схем (ИС), в том числе тонкопленочные, толсто пленочные, гибридные и полупроводниковые. Все эти ИС находят широкое применение в цифровой, аналоговой и других видах электроники. Сейчас можно изготовить несколько схем на одном кристалле кремния, что еще больше увеличивает плотность упаковки и в то же время уменьшает размеры, массу и число внешних соединений. При этом также резко возрастают надежность, количество выполняемых логических функций и возможности систем на основе таких микросхем. Полупроводниковой (монолитной) называется та' кая ИС, все электронные элементы которой объеди- И ны выводы, у него немного больше "(5,8 мм, а не 5,1 мм). Модифицированный корпус ТО-5 показан на рис. 1.6. Для изготовления выводов и донышка корпуса используется ковар — сплав железа с никелем, а для изготовления заготовки с выводами — стекло марки 7052. Колпачок корпуса может быть изготовлен из нейзильбера, ковара или никеля, но чаще всего употребляется ковар, поскольку он имеет такой же коэффициент линейного расширения, как и стеклянная заготовка ножки, что позволяет получать их спай с согласованными температурными характеристиками. Стеклянная заготовка ножки и донышко собираются, как показано на рис. 1.6, а затем их соединение герметизируется путем сплавления в печи при температуре 1000 °С. После герметизации весь узел, называемый ножкой корпуса, подвергается очистке и его выводы обрезаются до необходимой длины. Затем ножка покрывается слоем золота толщиной 0,025 мм, осаждаемым из цианистых соединений. Чтобы прикрепить кристалл интегральной схемы к ножке, между ними помещается навеска припоя, затем на эту конструкцию помещается груз и она нагревается до температуры примерно 395 °С. При этом кристалл, припой и ножка корпуса сплавляются друг с другом. Поскольку элементы интегральной схемы (транзисторы, диоды и т. д.) очень малы, приварить проволочные выводы непосредственно к точкам на кристалле ИС невозможно. Для этой цели в процессе изготовления кристалла на нем создаются специальные относительно крупные контактные площадки, расположенные по его краям и соединенные с помощью металлизации с соответствующими точками в ИС. При сборке кристалла в корпус эти контактные площадки соединяются с выводами корпуса при помощи тонких проволочек (диаметром от 0,025 до 0,075 мм). Эти проволочки могут быть золотыми или алюминиевыми и присоединяются посредством термокомпрессии или ультразвуковой сварки. На заключительном этапе сборки кристалла в корпус ТО-5, который проводится в атмосфере с регулируемым химическим со-ставом, к ножке приваривается колпачок. 19 варами для радиолюбителей, предлагаются микросхемы в пластмассовом корпусе типа DIP, который наиболее широко используется для сборки этих таймер-ных ИС. Проверка электронных коллпонентов У тех, кто прежде работал только с дискретными компонентами, переход на микросхемы вызывает некоторую неуверенность. Это связано с новизной таких приборов по сравнению с теми, которые им уже хорошо известны. Но в интегральных схемах нет ничего нового. Они уже долгое время служат нам, и многие конструкторы давно предпочитают их аналогичным схемам из дискретных компонентов. Включение ИС в схему не более сложно, чем включение трех или четырех транзисторов — в зависимости от числа ее выводов. У таймера 555 только восемь внешних выводов, но даже и они не всегда подключаются все вместе. Кроме того, можно использовать специальную панельку для установки ИС, чтобы дополнительно защитить их от повреждений, возможных при непосредственной припайке выводов. Когда говорят, что ИС—это целая схема на кристалле, то такое утверждение не всегда точно. Каждая микросхема в большинстве случаев требует для своей работы некоторого количества дополнительных дискретных компонентов. Микросхема обычно представляет собой только часть полной схемы, в которую могут входить другие ИС, а также транзисторы, диоды и дополнительные дискретные элементы. Поэтому необходимо знать, как проверить те или иные приборы для выявления неисправностей и наладки электронных схем, которые будут описаны в одной из следующих глав. Можно приобрести специальный тестер для интегральных микросхем, но этот прибор может оказаться довольно дорогим и потребовать большого объема знаний для правильной эксплуатации. Можно также приобрести прибор для проверки транзисторов и приспособить его для контроля микросхем или частей микросхем, содержащих транзисторы, электроды которых подключены к внешним выводам. 21 Единственным прибором, необходимым для полной наладки и проверки схем, представленных в этой книге, является обычный мультиметр (универсальный прибор). Одна из следующих глав посвящена применению этого прибора, но сначала остановимся на полупроводниковых компонентах. Приведенный ниже материал взят из книги «Общее руководство по замене полупроводниковых приборов фирмы «Сильвания» (Sylvania EGG Semiconductor Master Replacement Guide), изданной фирмой «Филипс И-С-Джи». Он посвящен проверке многих различных типов полупроводниковых приборов, большинство которых будет использовано в схемах, описываемых в нашей книге. Кроме того, многие из этих методов могут быть применены и при проверке ИС, Омметры Омметры при работе с транзисторными схемами следует использовать с большой осторожностью. Необходимо помнить, что омметр содержит внутренний источник напряжения. К тому же некоторые измерительные приборы могут иметь большой выходной ток. Измерения производятся при помощи остроконечных щупов, что облегчает проверку печатных плат. Щупы уменьшают опасность случайного замыкания соседних проводников. В то же время острые концы щупов легко прокалывают изоляционную смолу, лак или пленку окисла на поверхности проводников. Неправильные измерения часто являются результатом плохого контакта щупа с печатным проводником. Внутрисхемные измерения часто приводят к неверным результатам из-за шунтирующего действия рп-пе-реходов транзисторов, которые смещаются в прямом направлении напряжением источника питания омметра (рис. 1.8). Если омметр подключить так, как показано на рисунке, то под действием напряжения его внутреннего источника питания на эмиттерном пере* ходе транзистора возникнет прямое смещение. Это приведет к тому, что сопротивление перехода RE шуш тирует резистор R2. Низкоомное шунтирующее действие могут оказы'* вать также малогабаритные электролитические кон* 22 Включение омметра, при котором переходы транзистора смещаются в обратном направлении, связано с риском превысить напряжение пробоя Уы перехода. В особенности это относится к эмиттерному переходу, который пробивается при более низком обратном напряжении. Если не известно УЬГ(ЕВО) транзистора И в омметре используется источник питания на несколько вольт, то лучше отключить транзистор. Измерения, в ходе которых переходы транзистора преднамеренно или случайно смещаются в прямом направлении, также рискованны, так как при этом через транзистор может пойти слишком большой ток. Смещенный в прямом направлении переход практически представляет собой короткое замыкание, поэтому суммарный ток определяется в основном напряжением питания омметра и его внутренним сопротивлением. Многие омметры, в том числе и электронные авометры, обладают током короткого замыкания около 100 мА на шкале R X !• Такой ток может вывести из строя транзисторы. Во избежание пробоя транзистора нужно использовать такой режим измерения, при котором ток короткого замыкания не превышает 1 мА. Для большинства приборов безопасными являются шкалы R X 100 или R X Ю к. Не измеряйте токи прямо смещенных переходов на шкале R X 1. Суммируя, можно сказать, что прежде, чем производить измерения омметром, необходимо все обдумать. Перед измерениями с помощью омметра следует выяснить три вещи: полярность напряжения на его выводах, напряжение внутреннего источника питания и ток короткого замыкания. Если шунтирующая цепь не может быть однозначно устранена выбором полярности омметра, то необходимо отключить от схемы один из выводов проверяемого компонента. Другое испытательное оборудование Обратите внимание на то, что в некоторых условиях возможна утечка напряжения между каким-либо измерительным или испытательным устройством с сетевым питанием и шасси проверяемой схемы, что также может вызвать повреждения транзисторов,^ 24 Следующий шаг позволяет определить тип транзистора. Для этого измеряется сопротивление между выводом базы и любым другим выводом. Если низкое сопротивление получится, когда к базе подключен отрицательный полюс омметра, то транзистор —< рпр-тнпа. Низкое сопротивление, замеренное при соединении базы с положительным полюсом омметра, указывает на транзистор прп-тапа. Проверка биполярных транзисторов Обычно можно считать, что транзистор, который работает в соответствии со своими паспортными характеристиками по рабочему напряжению, рассеиваемой мощности и температуре, имеет неограниченный срок службы. Неисправности транзисторных схем чаще всего вызываются повреждением или неправильной работой каких-либо других компонентов. Особенно это касается случаев, когда используются малогабаритные трансформаторы и электролитические конденсаторы. Несмотря на высокую надежность самих транзисторов, их неисправности случаются из-за коротких замыканий или обрывов в цепях смещения, кратковременных перегрузок, механических повреждений и даже ошибок при обслуживании аппаратуры. Существует много различных тестеров и анализаторов транзисторов. Некоторые из них измеряют только ток утечки и коэффициент усиления по току, тогда как другие могут измерять все параметры транзисторов. С точки зрения обслуживания достаточно нескольких простых измерений, чтобы обнаружить большинство неисправностей. Такие измерения, как будет описано ниже, позволяют обнаружить короткие замыкания, обрывы и повышенную утечку и обеспечивают грубую проверку наличия усиления по току. К счастью, для этого требуется минимум оборудования. Для некоторых таких измерений нужен только омметр. Более тщательные измерения можно выполнить при помощи всего нескольких дополнительных компонентов. Проверка рп-переходов Транзистор содержит два рп-перехода, или диодные структуры. Главные характеристики транзистора 26 вывести из строя, если не принять надлежащих мер предосторожности. В случае необходимости взять в руки, установить на плату или заменить транзистор такого типа следует соблюдать следующие правила: 1. Прежде чем устанавливать его в схему, необходимо либо убедиться, что все выводы соединены друг с другом при его изготовлении металлической закорачивающей пружинкой, прикрепляемой к транзистору, либо сделать это, используя электропроводящий пенопласт. Заметим, что обычный пенополисти-рол не подходит, поскольку он может накапливать большой электростатический заряд. 2. Если вы берете транзистор рукой, то рука дол^ жна быть заземлена. 3. Жало паяльника должно быть заземлено. 4. Транзистор нельзя устанавливать в схему или удалять из нее при включенном питании. Проверка полевых транзисторов с управляющим рп-лереходом Прямое сопротивление транзистора может быть измерено низковольтным омметром на шкале RXlOO. Присоедините отрицательный вывод омметра к затвору, а положительный к стоку или истоку, если имеете дело с транзистором с каналом п-типа. Если транзистор с каналом р-типа, то поменяйте полярность. Чтобы измерить обратное сопротивление полевого п-канального транзистора, присоедините положительный полюс омметра к затвору, а отрицательный к истоку или стоку. Прибор должен показать почти бесконечное сопротивление. Низкое сопротивление свидетельствует об утечке или коротком замыкании. Для проверки р-канального транзистора поменяйте полярность. Проверка МОП-транзисторов Прямое и обратное сопротивления МОП-транзисторов можно проверить низковольтным омметром на шкале для измерения самых больших сопротивлений. МОП-транзистор с изолированным затвором имеет очень большое входное сопротивление. Следователь- 30 но, мы получим почти бесконечное сопротивление при измерении прямого и обратного сопротивлений между затвором и стоком или истоком. Низкое сопротивление говорит о пробое диэлектрика между затвором и стоком или истоком. Проверка диодов Поскольку диоды и выпрямители не являются уси" лительными приборами, простой проверки на короткое замыкание, обрыв или повышенную утечку вполне достаточно, чтобы судить о правильности их работы. Однако описанные ниже методы проверки неприменимы к специальным выпрямителям в цепях фокусировки и к высоковольтным утроителям напряжения. Диоды и выпрямители Прямое сопротивление диодов и выпрямителей (выпрямительных диодов) проверяется подключением положительного и отрицательного полюсов омметра, предварительно установленного на шкалу RXlOO, соответственно к положительному (аноду) и отрицательному (катоду) выводам. Измеренное сопротивление должно составлять от 500 до 600 Ом для обычных кремниевых диодов и от 200 до 300 Ом для германиевых диодов, а для выпрямительных диодов "(германиевых или кремниевых) из-за их большого размера сопротивление ниже, чем у соответствующих обычных диодов. Высоковольтные диоды состоят из нескольких диодов, соединенных последовательно, поэтому при измерении их сопротивление оказывается более высоким. Описанный прием хорошо подходит для быстрого определения работоспособности диода. Чтобы проверить диод на короткое замыкание или утечку, нужно переключить омметр на высокоомную шкалу и поменять местами его выводы. Низкое сопротивление укажет на короткое замыкание или повышенную утечку диода. У германиевых диодов обратное сопротивление составляет от 100 кОм до 1 МОм. Кремниевые диоды имеют более высокое обратное сопротивление, которое может достигать 1000 МОм. 31 удалить старую микросхему и произвести ее замену. Нужно быть очень внимательным, так как монтажные ошибки, например неправильная полярность, могут вызвать непоправимое повреждение ИС, как только вы включите схему. Если удалить ИС и установить на ее место новую, то она также будет повреждена, как только на нее будет подано напряжение. Прежде чем включать какую-либо электронную схему, еще и еще раз проверьте, правильно ли включена батарея или другой источник питания. Проверьте выводы и соединения всех остальных компонентов, чтобы убедиться, что все они включены в соответствии с принципиальной схемой. Я конструирую электронные устройства уже много лет, и мне ни разу не попадались негодные микросхемы, но я сам вывел из строя несколько ИС из-за неправильного монтажа. Правда, это не значит, что новые микросхемы не могут быть неисправными, В редких случаях могут попасться и непригодные-То же самое можно сказать, разумеется, и о других схемных компонентах, хотя вероятность такого случая очень мала. Фирма «Поли-Пакс» иногда предлагает сдвоенные интегральные схемы, такие, как 556, которые представляют собой аналог микросхемы 555. Один из их внутренних таймеров, аналогичных 555, может быть неисправным, в то время как другой работает нормально. Поскольку в большинстве случаев бывает нужен только один таймер 555, такие неисправные микросхемы вполне пригодны для работы. Нужно уметь проверять такие сомнительные микросхемы и определять, какие из них пригодны, а какие нет. Используя некоторые из принципов, изложенных в описании испытаний полупроводниковых компонентов, можно проверить на работоспособность многие из простых ИС (таких, как ИС 555). Для такой проверки необходимо располагать принципиальной схемой внутренних элементов ИС и знать, какие из них соединены с внешними выводами. Например, выводы некоторых транзисторов могут быть подключены к трем внешним контактам микросхемы. Разумеется, могут быть и внутренние соединения с такими транзисторами. Но все же есть шанс, что удастся прове- 34 рить нужный транзистор при помощи омметра, осо* бенно если известны сопротивления внутренних ре* зисторов в этой части схемы. Разумеется, в ИС имеются и другие элементы, которые не соединены непосредственно с выводами. В таком случае наилучший метод проверки состоит в том, чтобы включить эту микросхему в устройство, которое заведомо работоспособно. Например, легко собрать одну из простейших схем, приведенных в данной книге, используя монтажную панельку для микросхемы. Первая проверка проводится с микросхемой, которая заведомо исправна. После этого про^ сто выньте исправную микросхему и замените ее на микросхему, которую надо проверить. Этим методом можно быстро проверить большую партию микросхем, отделив неработающие. Экспериментирование В гл. 6 содержатся описания 33 электронных схем, выполненных с использованием ИС 555 или 556. Многие из предложенных схем могут быть изменены в соответствии с вашими потребностями, и мы поддерживаем попытки читателей внести такие изменения, но только после того, как описанная схема будет собрана и окажется работоспособной. Если же сразу начать вносить изменения, то, вероятнее всего, дело кончится тем, что схема просто не будет работать. Проще всего начинать вносить изменения в схему, которая работает правильно. Если при замене какой-либо детали схема перестала работать, то вернитесь к исходному варианту и повторите попытку. Изменения, таким образом, надо производить маленькими шагами, до тех пор пока не будут достигнуты желаемые результаты. Таймер 555 используется, как следует из его названия, для построения электронных таймеров, схем временной задержки, автогенераторов и т. д. Временные интервалы или рабочая частота (либо и то и другое) определяются в большинстве случаев внешними резисторами и конденсаторами. Чтобы получить различные временные интервалы и частоты, можно изменять номиналы этих внешних компонентов, Если 2* 35 в одной из публикуемых схем выходной сигнал представляет собой звуковой сигнал частотой 1000 Гц, то это вовсе не означает, что нельзя просто заменить несколько простых компонентов, чтобы получить частоту в два раза меньше или в десять раз больше исходной. ИС 555 работает при постоянном напряжении от менее 5 до 18 В. Изменения напряжения питания также приводят к изменению временных интервалов или частоты колебаний почти во всех случаях. Если вы намереваетесь использовать более высокое или более низкое напряжение питания, чем это указано на принципиальной схеме, то очень может быть, что также придется внести дополнительные изменения в номиналы компонентов. Если изменения напряжения питания малы, то небольшими будут и изменения в номиналах компонентов. Если же использовать напряжение питания 5 В для схемы, которая рассчитана на 15 В, то могут потребоваться и существенные изменения номиналов компонентов. При занятиях микроэлектроникой, в частности при разработке любительских устройств с применением ИС, требуется осторожность, особенно при монтаже компонентов. Однако не нужно бояться этого. Проведя несколько часов за сборкой и экспериментами, вы поймете, что создание электронных устройств на ИС — самый простой и легкий вид конструирования электронных устройств. Многие встретились с трудностями при переходе от электронных ламп к транзисторам, и столь же многие с энтузиазмом их преодолели. Те, кто совершил такой переход, поняли, насколько легко работать с полупроводниковыми компонентами, как только начали мыслить категориями полупроводниковой электроники. Такого рода затруднения свойственны человеку. Мы чувствуем себя уверенно, когда хорошо знаем что-то, и боимся неизвестного. Кое-кто получает точно такую же психологическую травму при переходе от дискретных полупроводниковых компонентов к интегральным микросхемам. Подобных трудностей 15 лет назад было больше, чем сейчас, но и теперь они время от времени дают о себе знать. Действительно, независимо от того, как 36 глубоко вы продвинетесь в технике конструирования на интегральных микросхемах, вы никогда не расстанетесь с дискретными компонентами, так как их все еще необходимо использовать. Если вы уверенно чувствуете себя, работая с диодами, транзисторами и другими дискретными полупроводниковыми КОМПОч нентами, то вспомните, что интегральная микросхема»' состоит именно из них. Различие лишь в том, что кто-то уже выполнил за вас большую часть ее мон< тажных соединений. Глава 2-^ ТЕХНИКА МОНТАЖА ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ Тем, кто только начинает собирать электронные схемы, эта глава даст основы знаний о том, что включает этот процесс, какой инструмент нужен и как надо действовать, чтобы схема заработала с первой попытки. Для более опытных радиолюбителей представленные здесь сведения могут послужить курсом «повышения квалификации» по правильной технике монтажа. Умение хорошо сконструировать и собрать схему—это искусство, которое можно изучить и освоить практически только методом проб и ошибок. Но трудность не только в этом. Очень важно помнить, что каждую ступеньку следует преодолевать не торопясь, внимательно, и на каждом этапе нужно убедиться, что предыдущий выполнен так, как положено. Если вы новичок, то советуем начать с более простых схем гл. 6 и переходить к более сложным, чтобы постепенно повышать свое мастерство. В этой книге нет слишком сложных схем, и те из читателей, у которых есть некоторый практический опыт в электронике, не встретят больших трудностей. Инструмент Рабочее место для занятий электроникой должно быть оборудовано набором инструментов, который обычно используется при монтаже схем. Вероятно, самым важным является инструмент для пайки. Можно иметь несколько паяльников различных типов, но наиболее удобен так называемый микропаяльник мощностью 25—30 Вт. Ввиду того что полупроводниковые компоненты, используемые в схемах, описываемых в данной книге, малы, рекомендуем использовать-микропаяльник. Он обеспечивает достаточный нагрев 38 и при этом не подвергает компоненты опасности выхода из Строя. Другое устройство, называемое рабочим местом для пайки, очень удобно для монтажа электронных схем (рис. 2.1). Оно состоит из микропаяльннка, изолированной подставки и блока управления. Блок управления служит для поддержания постоянной температуры жала паяльника. Он автоматически включается, когда температура жала падает ниже определенного уровня, и выключается, когда она достигает Рис. 2.1. Хорошо оборудованное рабочее место для пайки, требуемого уровня. Такое устройство очень удобно, но иметь его не обязательно. Чтобы выполнить пайку, необходимо запастись припоем. В электронике обычно используется трубчатый припой с канифолью внутри. Под этим названием он обычно продается в магазинах для радиолюбителей. Не путайте трубчатый припой с канифолью с припоем с паяльной кислотой, который продается в магазинах скобяных изделий! Последний применяется преимущественно для лужения и содержит кислоту, которая быстро выведет из строя электронную схему. Другие инструменты, которые должны быть на рабочем месте радиолюбителя, это пара плоскогубцев с тонкими губками, кусачки-бокорезы, миниатюрный перочинный нож, приспособление для снятия изоляции с проводников, набор отверток (крестообразных и плоских), гаечные ключи, набор гаек и болтов, 39 изоляционная лента, зажимы типа «крокодил» и за* жлмы-теплоотводы. Вовсе не обязательно, чтобы все перечисленные инструменты были самого высокого качества и цены, но не следует приобретать их и среди уцененных товаров. Чаще всего придется пользоваться кусачками-бокорезами и плоскогубцами, поэтому эти инструменты должны быть достаточно качественными, а остальные инструменты можно приобретать по умеренной цене. Бокорезы понадобятся для обрезки выводов деталей, удаления компонентов с печатных плат и обрезки лишних участков платы, когда схема готова. Плоскогубцы нужны для изгибания проволочных выводов, а также для их скручивания, когда требуется надежное механическое соединение. Об этом будет рассказано ниже в этой главе. Тех инструментов, которые здесь описаны, вполне достаточно, чтобы собирать схемы, приведенные в этой книге. Для более сложных схем могут потребоваться специальные инструменты, не упомянутые здесь, а те, у кого уже есть опыт сборки электронных схем, вероятно, имеют значительно более богатый набор инструментов, приобретенных на протяжении некоторого времени. Но набор инструментов, предложенный здесь, для начала вполне хорош и должен вас удовлетворить. Техника пайки Наиболее важный момент при монтаже электронной схемы независимо от особенностей схемы и используемых компонентов—это пайка. Она является причиной наибольшего числа затруднений, которые испытывают как начинающие, так и опытные радиолюбители. Причина этого состоит не в сложности самого процесса пайки, а в том, что она требует величайшей аккуратности. Всего лишь один плохо припаянный контакт—и вся схема будет работать неправильно или неустойчиво. Процесс же поиска и устранения неисправности может оказаться очень длительным из-за необходимости перепайки всех соединений. Всего этого легко избежать — просто ие нвдо жалеть времени, чтобы все пайки выполнять аккуратно и придерживаться следующих правил; 40 1. Все проводники, которые должны быть спаяны, следует тщательно осмотреть, чтобы убедиться, что на них нет масел, загрязнений или остатков изоляции. Посторонние частицы должны тщательно удаляться, пока поверхность не станет чистой и блестящей. 2. Проводники должны быть крепко скручены друг с .другом, чтобы получить так называемое механическое соединение. Убедитесь в прочности механического соединения, осторожно подергивая выводы компонентов. Если они неподвижны, значит это соединение существует. 3. Включите паяльник и дайте ему прогреться до нужной температуры. Не пытайтесь пользоваться паяльником прежде, чем он как следует прогреется. 4. Когда паяльник нагреется до нужной температуры, приложите его к соединению, а не к припою. Это, пожалуй, наиболее важный момент, и если его выполнить неверно, то получится дефектный спай с «холодной» пайкой. «Холодная» пайка — это результат того, что припой наносится на место соединения, прежде чем выводы компонентов или проводники хорошо прогреты жалом паяльника. Только после того как соединение будет прогрето паяльником, на него помещается капля припоя, который может свободно растечься по проводникам. Если соединение нагреется до той же температуры, что и паяльник, то припой расплавится и заполнит все полости в «скрутке» проводов. Обязательно используйте небольшую каплю припоя, так как слишком большое его количество также вызовет образование «холодного» спая. Это связано с тем, что слишком большая навеска припоя полностью не расплавится. 5. Когда припой растечется по спаиваемому соединению, уберите паяльник и подождите 20 с, пока припой остынет. Очень важно, чтобы в это время спаиваемые проводники не двигались, так как это может привести к растрескиванию припоя и нарушению контакта. Когда пройдет 20 с, осторожно подергайте выводы, чтобы убедиться, что в только что сделанном соединении отсутствует механическая подвижность. Теперь внимательно осмотрите соединение: нет ли в нем признаков «холодной» пайки, таких> 41 как тусклая поверхность или нерасплавившиеся кусочки припоя. Хорошо пропаянное соединение должно быть ровным и блестящим. Если все в порядке, можете приступать к пайке следующего соединения. Описанная последовательность действий довольно проста, и если следовать ей при выполнении пайки, то у вас почти не будет неприятностей при монтаже схем. Советуем новичкам потренироваться в этом деле на кусочках перфорированных монтажных плат и дефектных компонентах, пока весь процесс не будет выполняться автоматически. Еще одно преимущество тренировки, перед тем как приступить к реальным схемам, заключается в том, что некоторые компоненты (полупроводниковые приборы) могут быть повреждены из-за перегрева даже маломощным паяльником, если их нагреть слишком сильно. Таким образом, при пайке важно действовать быстро, чтобы избежать нагрева компонентов выше допустимой температуры. Несколько часов тренировки дадут необходимые навыки, чтобы выполнять пайку качественно и с наименьшими затратами времени. Один из инструментов, о котором говорилось выше в этой главе, очень удобен при выполнении пайки. Это теплоотвод, т. е. устройство, которое отводит и поглощает тепло от чувствительных компонентов и рассеивает его в воздухе. Для этой цели можно использовать пару зажимов типа «крокодил», хотя су" шествуют и специальные зажимы для отвода тепла. «Крокодилы» неплохо выполняют эту работу, и их, пожалуй, проще всего приобрести. Кроме того, очень хорошим теплоотводом могут служить плоскогубцы. Они просто помещаются в точку вблизи корпуса компонента, как показано на рис. 2.2. Часть тепла передается по выводу от места пайки, однако большая его часть будет поглощаться плоскогубцами. Единственным недостатком этого инструмента является то, что его надо держать рукой. Все, что требуется при пользовании зажимами «крокодил» или специальными теплоотводами,— это просто установить их в нужное место, после чего руки будут полностью свободны для выполненяя других операций во время пайки. Старайтесь размещать инструменты, применяемые для теплоотвода, как мож^ 42 При вертикальном монтаже нужно помнить, что он уменьшает только размеры монтажной платы, при этом пространство, необходимое для размещения компонентов, просто приобретает «третье измерение». Иногда желательно или просто необходимо объединить оба метода монтажа в одной схеме. Это может быть удобно в том случае, когда обнаруживается, что частично готовая схема не умещается на выбранной для нее перфорированной плате. Тогда достаточно легко установить часть крупных компонентов вертикально и продолжить сборку схемы. Самое главное при конструировании электронных схем независимо от выбранного метода монтажа — использовать практический опыт и применять такие методы, которые позволят сделать схему наиболее эффективно. Выполняя сборку на участке платы, полезно размещать компоненты, которые должны соединяться друг с другом, как можно ближе к поверхности платы. Такой способ весьма эффективен при выполнении соединений, так как обеспечивает минимальную длину межсоединений и, следовательно, соединительных проводов. Иногда все-таки приходится использовать короткие навесные провода, однако удачное размещение компонентов на плате зачастую позволяет сократить время пайки и площадь, занятую на плате. Для многих схем, описанных в этой книге, будут приведены варианты компоновки, для которых гарантирована нормальная работоспособность. Разумеется, эту компоновку можно при необходимости менять, если при этом сохранять малую длину всех соединительных проводов. И вообще помните: чем проще схема, тем больше шансов, что она заработает сразу после сборки, и тем надежнее она будет затем работать. Рабочее место радиолюбителя Хотя заглавие этого раздела предполагает, что у sac в квартире есть рабочее место, предназначенное исключительно для занятий электроникой, не следует огорчаться и тем, у кого такого специального места нет. Рабочее место радиолюбителя должно лишь 46 удовлетворять некоторым требованиям для удобной работы. Это может быть обычный кухонный стол, который становится рабочим местом в вечернее время. Запаситесь чем-нибудь, чтобы накрыть стол и защитить его поверхность от капель припоя и царапин, которые можно сделать инструментами или выводами компонентов. Подберите удобный стул, так как иногда придется подолгу сидеть в одной позе. Позаботьтесь также о хорошем источнике верхнего освещения. Помните, что придется рассматривать миниатюрные компоненты, соединять их между собой, поэтому хороший источник света существенно облегчит работу. Если света не хватает, то можно приобрести подержанную лампу и повесить ее высоко над столом, чтобы дополнительно осветить рабочее место. Советую также разложить инструменты в определенном порядке, а не держать их в инструментальном ящике на полу возле стула. Тогда будет гораздо легче найти тот или иной инструмент, когда он понадобится, не меняя позы и не перерывая весь ящик. Такая подготовка позволит сократить время монтажа и не отвлекаться от схемы, с которой вы работаете. Собирая схему на перфорированной монтажной плате, вы обнаружите, что все время приходится переворачивать ее с одной стороны на другую, чтобы вставить выводы компонентов в отверстия платы и скрутить их с другой стороны. Есть простой способ избавиться от этой процедуры. Выбирая подходящий кусок перфорированной платы, возьмите такой, который несколько превышает по размерам требуемый для схемы, и поставьте его на несколько деревянных брусков, как на подставку. Теперь можно вставлять выводы в отверстия и скручивать их, не переворачивая плату. Для большей устойчивости перфорированную плату можно прибить к брускам несколькими гвоздиками. Когда все компоненты размещены на плате и вы готовы к пайке, просто вытащите гвоздики, переверните плату и начинайте паять. После того как все спаяно, обрежьте бокорезами лишние части перфорированной монтажной платы. Такой способ не только удобен, но и реально экономит время, 47 Если вам повезло и рабочее место находится не в жилых помещениях дома, а, например, в подвале. Свободной комнате и т. д., то перфорированную монтажную плату можно закрепить в тисках, если они есть. Работать с тисками можно точно так же, как описано выше, и так же перевернуть плату для пайки соединений. Другое преимущество специально выделенного рабочего места заключается в том, что не нужно каждый раз все убирать в конце работы. Следует аккуратно обращаться со схемой в ходе монтажа, чтобы не подвергать опасности компоненты, которые легко повредить тем или иным способом. Кладите плату со схемой подальше от края стола и не держите инструмент и другие тяжелые предметы рядом с ней, чтобы не было опасности ударить ими плату или уронить их на нее сверху. Пока схема не закончена и не заключена в корпус, ее легко повредить, поэтому позаботьтесь о соответствующей защите. Правила монтажа При сборке электронных схем совершенно необходимо следовать некоторым полезным правилам. Некоторые из них, перечисленные ниже, вытекают просто из здравого смысла и применяются во многих случаях, но мы приводим их здесь, чтобы гарантировать успех в работе. Одно из самых главных правил заключается в том, что нельзя приступать к сборке схемы, пока все компоненты, соединители и корпус не находятся под руками. Если приступить к сборке, когда нескольких компонентов еще нет,.то нарушится порядок сборки схемы, в результате чего появляется вероятность пропустить важный этап работы. Скажем, вы собираете схему и запоминаете, что надо сделать, чтобы закончить ее, когда появятся недостающие компоненты. Затем часть компонентов появляется, вы устанавливаете их в схему, думая, что сделали все, как надо, включаете питание, а схема не работает. В конце концов целую схему придется выбросить после многочасовых безуспешных попыток устранить неисправность и все это из-за одного единственного забытого компонента, Подобных 48 неудач не будет, если следовать этому наиболее важному правилу. Другое полезное правило заключается в том, что надо делать почаще перерывы в работе, чтобы дать отдых уму и телу. Если долго находиться в одной и той же позе, пристально вглядываясь в мелкие провода п компоненты, то устает не только тело, но и голова. Не приступайте к работе над схемой, если вы уже утомлены — усталый человек ошибается чаще. И помните, что вы работаете с электричеством, которое представляет смертельную опасность, особенно если из-за утомления внимание рассеяно. Если почувствуете небольшую усталость, прекратите работу и сделайте перерыв на 10—15 мин, пока не отдохнете. Не планируйте срок окончания работы над схемой. Почувствовав, что не успеваете, вы начнете торопиться или будете продолжать работу в состоянии утомления. В результате могут возникнуть ошибки в монтаже, неправильная полярность или «холодная» пайка — все, чего можно было бы избежать. Итак, чтобы успешно собрать электронную схему, большую или маленькую, простую или сложную, необходимо правильно выполнять каждый этап работы. Прежде чем начать, необходимо организовать удобное рабочее место, обеспечивающее аккуратное выполнение работы. Во время работы инструмент и прочие принадлежности всегда должны быть под руками. Если созданы все нужные условия и есть инструмент, то все остальное достаточно просто, однако при условии выполнения правил сборки схем. Кроме того, не спешите к финишу. Поспешность может погубить любую работу и превратить сравнительно простую схему в многоголовое чудовище, быстро пожирающее время, компоненты и деньги. ЦОМПОНрНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ И ИЗМЕРЕНИЯ Большинство электронных схем, описанных в этой книге, построены на основе популярной интегральной микросхемы — таймера типа 555. Интегральная микросхема (ИС) представляет собой целую электронную схему на одном кристалле кремния, но чтобы получить действующее электронное устройство, необходимо некоторое количество дополнительных компонентов. Это могут быть резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и транзисторы. Чтобы собирать электронные устройства на ИС, необходимо знать, как работают эти дополнительные компоненты. Цель данной книги -:- описать электронные схемы, которые вполне под силу собрать радиолюбителю средней квалификации в домашней мастерской. Книга также дает возможность радиолюбителю учиться на каждой из стадий процесса конструирования схем. Большинство описанных здесь схем должны заработать сразу же после сборки, однако некоторые из них необходимо отрегулировать или настроить. Для этого могут понадобиться некоторые электронные измерительные приборы, однако в большинстве случаев вполне достаточно недорогого мультиметра. Бывает, что готовая схема отказывается работать, и тогда придется выполнить небольшую работу по поиску и устранению неисправностей. В этом случае очень важно иметь понятие об основных параметрах электронных приборов и схем и их физическом смысле. Иногда потребуется измерить ток и напряжение или внутреннее сопротивление. Эта глава — своего рода азбука электроники, и она должна помочь в буду-ш,ем при изготовлении, наладке и поиске и устранении неисправностей в схемах. 50 Напряжение Электрическое напряжение — это разность потенциалов между точками схемы. Само напряжение представляет собой силу, которая вызывает ток в схеме. Образно напряжение можно уподобить ракетке, ударяющей по теннисному мячу. Полет мяча можно сравнить с протеканием тока, а ракетка — это та потенциальная сила, которая его вызывает. Есть два основных вида напряжения —постоянное и переменное. Для работы большинства схем, описанных в этой книге, требуется постоянное напряжение. Часто источником этого напряжения служат батареи. Переменное напряжение — это, например, то напряжение, которое имеется в сетевых розетках в наших квартирах. Ток и напряжение взаимозависимы и должны рассматриваться совместно. Основной единицей напряжения является вольт (В), однако существуют производные единицы, которые используются для удобства в практических измерениях. Милливольт (мВ) соответствует разности потенциалов в тысячную вольта. Для еще меньших напряжений применяется такая единица, как микровольт (мкВ), составляющая тысячную милливольта, или миллионную вольта. Один киловольт (кВ) равен 11000 В. Большинство схем в этой книге работают при напряжениях, которые измеряются в вольтах. Когда говорят о напряжении, необходимо знать", постоянное оно или переменное. В основных электрических схемах напряжение измеряется между двумя точками: положительным и отрицательным полюсами. Чтобы в схеме пошел ток, эти полюса следует подключить к цепи питания схемы, а чтобы установить, есть ли ток,— к измерительному прибору. Когда источник питания правильно подключен к электронной схеме или к нагрузке, то в соответствующей цепи течет ток, направленный от отрицательного полюса к положительному. Все схемы постоянного тока имеют определенную полярность. Постоянная полярность означает, что один из контактов схемы всегда будет положительным, а другой — всегда отрицательным. У источников переменного тока напряжение постоянно меняется. 51 в течение одного полупериода один из полюсов положителен, а другой отрицателен. В течение следующего полупериода ранее положительный полюс становится отрицательным, а ранее отрицательный — положительным. Другими словами, полярность источника переменного тока постоянно меняется. Частота изменений, или чередований, полярности в схемах переменного тока измеряется в герцах (Гц), 1 Гц соответствует одному полному колебанию в секунду. Все мы хорошо знакомы с переменным током. В наших домах в электросети действует напряжение переменного тока частотой 50 Гц, т. е. его полярность меняется 50 раз в секунду. Величина, характеризующая эти изменения, называется частотой. Электрический ток Ампер — это основная единица измерения тока. Если к схеме подключить источник напряжения, то электроны в ней придут в движение. Чтобы ток мог протекать, электрическая цепь между положительным и отрицательным полюсами источника напряжения должна быть замкнута, т. е. должна существовать своего рода электрическая «дорога» между полюсами источника напряжения. Когда цепь прервана, ток прекращается. Величина тока определяется количеством электронов, проходящих через некоторую точку схемы за заданное время. Току в один ампер соответствует примерно шесть триллионов электронов в секунду. На практике количество электронов не измеряется, а их движение выражается в амперах (А) или производных единицах. Электроны всегда текут от отрицательного полюса к положительному. Существует много производных единиц ампера. Миллиампер (мА) равен 1/1000 ампера. Эта единица часто используется для описания токов в полупроводниковых электронных схемах, таких, как приведенные в этой книге. Микроампер (мкА) равен 1/1000000 ампера, или 1/1000 миллиампера, и применяется для описания токов в микромощных электронных схемах. 52 Измерение напряжения производится присоедиие-нпем щупов мультиметра к отрицательному и положительному полюсам источника напряжения, а ток измеряется включением амперметра или миллиамперметра непосредственно в цепь, по которой течет ток. Проводники Проводником называется материал, по которому может течь электрический ток. Лучший пример проводника — обычный медный электрический провод, по которому свободно могут двигаться электроны. Электропроводность материалов зависит от частоты тока. Материал, который хорошо проводит постоянный ток или переменный ток низкой частоты, приобретает повышенное сопротивление при возрастании частоты. Для схем, описываемых в данной книге, вполне подходят медные провода. Идеальных проводников не существует. Любой материал, проводящий электрический ток, всегда имеет определенное, хотя и очень малое, сопротивление. Если говорить о медном проводе, то его сопротивление возрастает по мере удлинения пути электрического тока в нем. Например, маленькая батарейка дает вполне достаточный ток, чтобы горела миниатюрная электролампа. Но если батарейку подключить к лампочке при помощи медного провода длиной несколько тысяч метров, то его сопротивление может оказаться таким большим, что не пропустит ток, необходимый для того, чтобы лампочка горела. Сопротивление Сопротивление — это величина, характеризующая противодействие материала электрическому току. Сопротивление измеряется в омах (Ом). В электронных схемах используются калиброванные сосредоточенные сопротивления для регулирования тока. Такие компоненты называются резисторами; они выпускаются самых разнообразных типов. На рис. 3.1 показаны несколько Типичных резисторов, которые можно использовать в электронных схемах. Обычно это сравнительно небольшие приборы, которые оказывают 53 которое сначала повышает температуру резистивного прибора, а затем с помощью теплопередачи или излучения переходит в воздух или нагревает окружающие предметы. Поскольку слишком высокая температура может привести к выходу прибора из строя, для резистора помимо сопротивления задается величина, которая характеризует его способность рассеивать мощность без перегрева. Эта величина измеряется в ваттах. Выпускаются резисторы на мощность 0,25, 0,5, 1 и 2 Вт, а также на 5, 10, 25 Вт и более. Мощность в ваттах можно также выразить как квадрат тока через компонент, умноженный на его сопротивление, Р = PR, где R — сопротивление в омах. Таким образом, резистор сопротивлением 10 Ом, через который должен течь ток 2 А, должен иметь мощность не менее 2^X10 Вт, или 40 Вт. Чтобы через резистор пошел такой ток, к нему необходимо приложить напряжение 20 В, так как Е = IR. Мощность также можно вычислить по формулам P = V^IR и P = VA, где V — напряжение в вольтах, А —ток в амперах. Емкость Чтобы понять физический смысл термина электрическая емкость, представим себе две металлические пластины, которые расположены близко друг к другу, но нигде не соприкасаются. Если к этим пластинам подключить электрическую батарею, положительным полюсом к одной, а отрицательным к другой, то электроны из батареи потекут в пластину, соединенную с отрицательным полюсом. Вместе с тем произойдет отток избыточных электронов из пластины, соединенной с положительным полюсом батареи. Если теперь батарею отключить, то на одной пластине окажется избыток, а на другой недостаток электронов, а между ними сохранится разность потенциалов. Такие пластины (обкладки) образуют электрический конденсатор. Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность удерживать электрический заряд. Полный заряд, т. е. общее количество электронов, которое может быть накоплено в конденсаторе, 56 ПропорЦйййальйо ИбХбДЯЬйу'ГагГрйЖёйЯю и йЛощаДям обкладок и зависит от расстояния между ними и изолирующего материала (диэлектрика), который находится между обкладками. Основная единица измерения емкости — фарада (Ф). Фарада — это очень большая емкость, не достижимая в электронных схемах, поэтому мы обычно имеем дело с микрофарадами (мкФ) —миллионными долями фарады и пикофарадами (пФ) — миллионными долями микрофарады. На рис. 3.3 показаны различные типы конденсаторов, которые используются в наших схемах, и их графические схемные обозначения. Конденсаторы характеризуются рабочим напряжением, емкостью и иногда другими параметрами, например температурным коэффициентом емкости. Размеры конденсаторов зависят от рабочего напряжения, емкости, а также диэлектрика, который использован в их конструкции. Конденсаторы часто применяются в электронных схемах, так как они могут пропускать переменный ток (обкладки поочередно накапливают и отдают свободные электроны), однако для постоянного тока они служат преградой (обкладки изолированы друг от друга). Обратите внимание на то, что конденсаторы разных типов могут не быть электрически взаимозаменяемыми, так как у них существуют различия в токах утечки, способности работать на высокой частоте и другие. Поэтому, пока вы хорошо не поймете особенности конденсаторов, не заменяйте один тип конденсатора на другой. Заметьте также, что некоторые типы конденсаторов (в особенности электролитические и танталовые) имеют полярность и на их корпусах имеются метки в виде точки или знака «+» (положительный вывод) или знака «—» (отрицательный вывод). Включайте их в схему только с соблюдением правильной полярности. Неправильное включение может вывести конденсатор из строя или повредить другие компоненты. Индуктивность протекание тока через проводник вызывает появление магнитного поля, и в этом поле, окружающем Б8 |
|