ПОЛНА «ГОРНИЦА»…

May 17, 2010 by admin Комментировать »

Электронные самоделки, с которыми вы до сих пор зна­комились, собраны на так называемых дискретных радио­элементах. Это — транзисторы, диоды, резисторы, конден­саторы, трансформаторы и другие. Каждый из них имеет отдельный корпус сравнительно небольших размеров, и если таких элементов в конструкции не так уж много, то и по габаритам она невелика. А если вы задумали собрать, скажем, компьютер, состоящий из тысяч различных радио­деталей? Представьте, каким же громоздким он будет?

Но ведь многим из вас наверняка уже довелось видеть микроЭВМ, свободно помещающуюся в «дипломате». Сей­час никого не удивишь ни наручными электронными часами, ни микрокалькуляторами и даже телефонным аппаратом, вся электронная «начинка» которого заключена в трубке.

В чем же секрет этих чудесных превращений? Может быть, существуют какие-то особые элементы, в десятки, сотни или даже в тысячи раз миниатюрнее тех, с которыми вы знакомы? Действительно, такие элементы есть. Но они на­столько малы, что собрать из них электронное устройство с помощью обычного паяльника невозможно. Тут нужна со­вершенно иная технология.

Вероятно, вы уже замечали, что узлы с одинаковыми функциями часто используются в различных по назначению аппаратах. Например, усилители — в приемниках, в стерео­комплексах, в измерительных приборах; выпрямители и ста­билизаторы — в блоках питания. Вот и решили конструк­торы собирать из миниатюрных элементов универсальные узлы, способные работать в самых разнообразных устрой­ствах. Причем выводы делают не от всех элементов, а лишь те, что необходимы для работы данного узла. Так возникли новые миниатюрные приборы — микросхемы (сокращенно МС). Благодаря им электронные гиганты прежних лет пре­вратились в современные компактные и изящные аппараты и устройства.

В корпусах МС помещаются десятки, сотни и даже ты­сячи различных элементов: транзисторов, диодов, резисто­ров, конденсаторов, индуктивностей и других. Размеры их настолько малы, что разглядеть детали можно только з мощный микроскоп. Невидимыми нитями они связаны друг с другом, образуя самые разнообразные электронные устройства. Один такой миниатюрный прибор заменяет це­лую плату со множеством дискретных элементов.

Как же удается изготавливать элементы размером меньше пылинки? Существуют два основных вида микросхем: полу­проводниковые и гибридные. В первых элементы форми­руются на поверхности специальной пластины — подложки из полупроводникового материала. Вплавляя в пластину кристаллы с различным типом проводимости, получают не только транзисторы и диоды. Так, например, конденсаторы образуются за счет собственной емкости р-п перехода, а роль резисторов выполняют участки полупроводниковой пластины между двумя соседними кристаллами (рис. 1а). В гибридных микросхемах используются бескорпусные тран­зисторы и диоды, а резисторы, индуктивности и конденса­торы изготавливают, напыляя на диэлектрическую подложку пленочные полоски из высокоомного и низкоомного прово­дящего материала (рис. 16). В обоих видах МС соединения между элементами выполняются напылением узких прово­дящих дорожек, а для подключения выводов на дорожках делаются расширенные участки — контактные площадки. Одновременное изготовление большого числа элементов и объединение их в один функциональный узел на языке ра­диоэлектроники носит название «интеграция», поэтому к сло­ву «микросхема» часто добавляют термин «интегральная».

Промышленность выпускает огромное количество самых разнообразных микросхем, и рассказать обо всех сразу просто невозможно. Начнем с наиболее интересных и уни­версальных — операционных усилителей (сокращенно ОУ). Они относятся к категории так называемых аналоговых микросхем, предназначенных для работы в усилительной технике. Первоначально ОУ применялись вычислительных устройствах для выполнения математических операций — суммирования, вычитания, интегрирования, дифференциро­вания. Отсюда и их название — операционные.

Обозначаются ОУ следующим образом. Цифра после буквы К — символа микросхемы — характеризует тип МС: 1, 5, 6 или 7 — полупроводниковая, 2, 4 или 8 — гибрид­ная, 3 — пленочная или керамическая; следующие две или три цифры обозначают порядковый номер серии; буквы УД указывают, что это операционный усилитель; последняя циф­ра — номер серии. Например, К153УД6 — полупроводнико­вый операционный усилитель 53-й серии, порядковый номер серии — 6.

На принципиальных схемах операционные усилители изо­бражаются в виде треугольника, одна из сторон которого расположена вертикально (рис. 2). Вход, изображенный с кружком, называется инвертирующим, так как сигнал на выходе по отношению к сигналу на этом входе имеет про­тивоположную полярность. Обозначается ОУ символом DA.

Операционные усилители характеризуются многими пара­метрами, из них шесть основных — напряжение питания, потребляемая мощность, чувствительность, коэффициент усиления, полоса пропускания и выходная мощность.

Подробнее с операционными усилителями мы познако­мимся на примере микросхемы К14ОУД1Б (КР140УД1Б), наиболее простой из всех существующих ОУ. Она выпу­скается в корпусах двух вариантов: цилиндрическом для К14ОУД1Б (рис. За) и прямоугольном для КР14ОУД1Б (рис. 36). На рисунке Зв приведена принципиальная схема ОУ (в скобках указаны номера выводов для МС серии КР140). В состав трехкаскадного усилителя входят 9 транзисторов, 1 диод и 12 резисторов. Питание микросхемы осуществляется от двухполярного источника ±12,6 В со средней точкой, потребляемая мощность — 170 мВт. Коэффициент усиле­ния ОУ 1300—12 000, верхняя граничная частота не ниже 100 кГц, низкий уровень собственных шумов.

clip_image001

Рис. 1. Структура и электриче­ская схема интегральной микро­схемы:

а — полупроводниковой, б — гибридной.

clip_image002

Рис. 2. Условное графическое обозначение ОУ.

clip_image003

Рже 3. Внешний вид ОУ К140УД1Б (я), КР140УД1Б (б) и их принципиальная схема (в).

clip_image005 clip_image007

Рис. 4. Принципи­альная схема ЭМИ. Рис. 5. Принципиаль­ная схема блока пита­ния.

clip_image009

Рис. 6. Монтажная пла­та ЭМИ и блока пита­ния со схемой располо­жения элементов.

clip_image011 clip_image013

Рис. 7. Монтажная плата для подстроечных резисторов.

Рис. 8. Устройство кла­виатуры:

1 — корпус ЭМИ, 2 — клавиша, 3 — ось креп­ления клавиш, 4 — со­единительные провода, 5 — стойка крепления контактных пластин, 6 — контактная пара.

Предлагаем собрать на операционном усилителе К14ОУД1Б простейший электромузыкальный инструмент. Он состоит из импульсного низкочастотного генератора на микросхеме DA1 и усилителя на транзисторе VT1, нагрузкой которого служит динамическая головка ВА1.

Генератор собран по мостовой схеме. Напряжение на вы­ходе DA1 скачком переключается между двумя уровнями благодаря положительной обратной связи, осуществляемой через резисторы R2S и R26. Переключение происходит в момент, когда напряжения на входах ОУ равны.

Конденсатор С1 задает диапазон рабочих частот. При по­ложительном выходном напряжении С1 заряжается через R25. Когда напряжения на входах 9 и 10 DA1 сравняются, ОУ переключится в противоположное состояние, напряже­ние на выходе станет отрицательным, -конденсатор начнет разряжаться через R25. И вновь при равенстве напряжений на входах ОУ переключится. Частоту генерации можно ме­нять, подсоединяя клавишами S1—S24 подстроенные рези­сторы R1—R24. В промежутках, когда ни одна из клавиш не нажата, генератор «молчит».

VD1 устраняет характерные щелчки в динамической го­ловке во время пауз. Так как генератор критичен к сопро­тивлению нагрузки, то величина резистора R27, включенного между выходом DA1 и базой VT1, подобрана таким обра­зом, чтобы генерируемые частоты лежали в слышимой об­ласти звукового диапазона. Поскольку ОУ работает в им­пульсном режиме, выходной каскад для упрощения выпол­нен по схеме транзисторного ключа.

Питается ЭМИ от источника напряжения 9 В (рис. 5). На транзисторе VT1 и стабилитроне VD1 собрано устрой­ство стабилизации. Резистор R1 создает необходимое сме­щение на базе VT1. С1 сглаживает бросок напряжения в момент включения тумблера SA1. Батарея GB1 состоит из нескольких элементов с общим напряжением 13,5 В. Такой источник необходим для длительного поддержания неиз­менной величины питающего напряжения. При использова­нии для питания ЭМИ одних батарей без стабилизатора ча­стота звучания инструмента со временем будет значительно меняться.

Теперь о деталях электромузыкального инструмента. Вме­сто микросхемы К14ОУД1Б можно применить КР14ОУД1Б. Однако для этого придется изменить конструкцию монтаж­ной платы. Вместо транзисторов КТ608Б подойдут КТ6О1 — КТ603, КТ801 с любым буквенным индексом. Диод VD1 в ЭМИ — серий Д2, Д9, Д18. Стабилитрон в источнике пита­ния — Д809, Д810, Д818А—Д818Г, Д814Б, Д814В.

Постоянные резисторы — ВС или МЛТ, подстроечные — СПЗ-16. Оксидный конденсатор — К50-6, неполярный — КМ5. Динамическая головка ВА1—любая мощностью 0,1—0,5 Вт. Тумблер SA1 — П1Т-1-1, П2Т-1-1 или МТ1. Источник пита­ния GB1 состоит из трех батарей по 4,5 В (3336Л, «Рубин») или девяти элементов по 1,5 В (373, «Марс»).

ЭМИ с источником питания собирается на монтажной плате размером 65X25 мм, выполненной из фольгирован-ного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1,5—2 мм (рис. 6). Подстроечные резисторы располагаются на отдель­ной плате размером 195X20 мм, изготовленной из такого же материала (рис. 7).

Электронная «начинка» ЭМИ размещается внутри игру­шечного пианино. Для этого его корпус аккуратно разбирают и удаляют всю музыкальную механическую часть, оставив лишь клавиатуру. Ее необходимо доработать под наш инст­румент. Для этого под каждой клавишей устанавливают контактные пары (рис. 8). Их можно изготовить из латуни или использовать контакторы от вышедших из строя элек­тромагнитных реле. В узле крепления контактной пары ис­пользуются диэлектрические прокладки, например из орг­стекла или фанеры, которые вместе с металлическими кон­тактными пластинами крепятся к днищу корпуса. Динамиче­ская головка и тумблер устанавливаются на задней панели ЭМИ. В ней по периметру диффузора ВА1 вырезается от­верстие, которое заклеивается тонкой тканью, окрашенной под цвет корпуса. Все соединения выполняют одножильным монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Если нуж­но ввести регулировку громкости, в цепь коллектора VT1 последовательно с динамической головкой включают пере­менный резистор сопротивлением 0—100 Ом. Его можно установить на верхней крышке инструмента и снабдить де­коративной ручкой. Заднюю или верхнюю панель корпуса необходимо сделать съемной, чтобы можно было менять батареи питания.

Настраивают ЭМИ по камертону или частотомеру. Для это­го нажимают поочередно каждую из клавиш и, вращая ротор соответствующего подстроечного резистора, добива­ются звука необходимой тональности,

В. ЯНЦЕВ

Моделист-конструктор

OCR Pirat

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты