Читаем Путеводитель в мир электроники. Книга 2 онлайн бесплатно

Наверное, у многих известных ныне ученых, инженеров, радиолюбителей увлечение радиотехникой начиналось с чтения хороших научно-фантастических романов. Ведь прекрасная фантастическая литература увлекает не только оригинальным сюжетом, но и великим разнообразием различных технических идей. Это — мир мечты, в котором хочется побывать. Приблизить мечту к реальной жизни — наша с вами задача. И решить ее поможет электронная техника.

В этой книге вы узнаете, как самостоятельно можно сделать разные виды радиоприемников и передатчиков, зарядные устройства, светомузыку, электронные таймеры и множество других полезных конструкций. Все они собраны в основном на легкодоступной и известной отечественной элементной базе. Но полностью отказываться от применения самых современных компонентов, в том числе и импортных, авторы посчитали нецелесообразным: ведь они позволяют сделать многие устройства проще и надежней. А так как радиолюбитель, как правило, не имеет дома большого перечня измерительных приборов, это заставляет упрощать методику настройки устройств за счет применения соответствующих элементов.

Отдельный раздел книги знакомит c основами цифровой техники. Эти знания помогут вам понять, как работает большинство логических элементов и узлов, что позволит в дальнейшем самостоятельно собирать простые конструкции на их основе. Надеемся, что после прочтения главы о цифровой технике для вас перестанут быть загадкой, например микрокалькулятор, таймер стиральной машины и электронные часы.

Для удобства изготовления практических схем в конце книги приведена вся необходимая справочная информация, в том числе расположение выводов у использованных транзисторов.

Сегодня многие имеют дома собственный персональный компьютер. Поэтому данная тема вне всякого сомнения, читателя заинтересует. Здесь вы познакомитесь с возможностями, которые предоставляет радиолюбителю и радиоинженеру современный персональный компьютер. Один из разделов книги полностью посвящен вспомогательным программам, которые станут незаменимы в практических делах — от справочных и выполняющих радиотехнические расчеты до таких, которые превращают компьютер в настоящий измерительный комплекс с широкими возможностями.

На лазерном диске, прилагаемом к книге в качестве подарка, вы найдете большинство из описанных программ (не придется «мучить» модем) или же будет указан адрес в Интернете, откуда эти программы можно переписать. Все программы распространяются свободно. Кроме того, на диске содержится много справочной информации в «электронном» виде, в том числе и той, которая не поместилась на страницах книги, но без нее читателю будет сложнее разбираться в работе электронных устройств.

Мы старались создать современную и полезную книгу, которая сможет в увлекательной форме научить основам радиоэлектроники настоящего и будущего. Насколько это удалось, судить вам, уважаемые читатели. Свои замечания, предложения и вопросы авторам можно переслать через издательство по адресам:

для обычных писем: 123242, Москва, а/я 20

или по электронной почте Solon.avtor@coba.ru

Значение радиотехники в современном мире огромно, но в повседневной жизни мы вряд ли особенно ощущаем ее важность, вряд ли задумываемся над этим. Зачем нужна радиотехника — тоже вопрос из редких. Мы просто пользуемся ее достижениями, они постоянно с нами: мы смотрим телевизор, слушаем радио, разговариваем по мобильным телефонам и радиоканалам карманных радиостанций. Достижения радиотехники широко используются не только в быту.

Радиосвязь во много раз ускорила нашу жизнь. Исполнилась давняя мечта людей об оперативной и быстрой передаче информации, невзирая на расстояния, преграды, снег, дождь, ветер. А осуществилось это всего за каких-нибудь 100 лет! Давайте же «отмотаем» эти сто лет назад, как пленку магнитофонной кассеты, и, прежде чем практически начать освоение мира радиотехники, быстренько пройдем путь ее развития, упомянем имена великих изобретателей, исследователей, первооткрывателей. Конечно, в практической части мы сможем охватить далеко не все достижения радиотехники, но даже то немногое покажется удивительным и захватывающим.

Ну что ж, совершим экскурсию в историю.

Слово «радио» (латинское radius — луч) появилось в словарном обиходе людей не так давно. Более того, можно назвать и точную дату и человека, который ввел термин «радио» в обиход.Вильям Крукс (1832–1919), английский физик и химик, член Лондонского королевского общества, создал прибор для изучения «сил отталкивания, возникающих в нагретых телах», и назвал этот прибор радиометром. Радиометр представлял собой грушевидный сосуд, в котором размещалась вертушка с четырьмя лопастями из слюды. Вертушка была насажена на острие иглы, а значит крутилась свободно. Когда на лопасти падал свет или катодные лучи, вертушка начинала вращаться. Крукс, однако, тогда ошибочно считал, что вращение происходит не под действием электромагнитных волн, а от неких «тепловых» сил. Но Крукс все же разобрался в природе электромагнитных волн и позже одним из первых предложил использовать их для передачи информации. В 1892 г. он отметил: «Лучи света не могут проникать ни через стену, ни, как мы слишком хорошо знаем, через лондонский туман. Но электрические лучи легко проникают через такие среды, являющиеся для них прозрачными. В таком случае здесь раскрывается ошеломляющая возможность телеграфирования без проводов».

Хотя радиометр Крукса в современном понимании мало походил на радиоприемные средства, он в буквальном смысле фиксировал наличие электромагнитных волн или их отсутствие. Через 16 лет профессор физики Парижского католического университета Эдуард Юджин Десаир Бранли (1844–1940) показал, что термин «радио» логичнее применять не к любым невидимым глазу воздействиям, а только к электромагнитным волнам. Имя Бранли прочно вошло в историю радиотехники благодаря изобретению так называемого датчика Бранли. Собственно, ничего особенного в этом датчике нет, его может изготовить из подручных средств любой — нужна только стеклянная трубка, заполненная металлическими опилками, и выведенные наружу электроды с торцов. При подключении к электродам батареи датчик Бранли работает как изолятор, но если на некотором расстоянии от датчика возникает электрическая искра достаточной мощности, датчик начинает проводить электрический ток! Чтобы перевести датчик опять в непроводящее состояние, его нужно просто немного встряхнуть.

Реакцию датчика на искру Э. Бранли наблюдал в пределах своей лаборатории — где-то в радиусе 20 метров. Он мог бы продолжать эксперименты с датчиком, придумать первый радиопередатчик и радиоприемник, увековечить себя в истории как изобретатель радиосвязи, но… Но Бранли никогда не интересовался передачей сигналов на расстояния! Ученого интересовало электричество Только применительно к медицине, для лечебных целей. А датчик появился случайно, при попытке смоделировать проводимость нерва.

Открытое явление было описано Бранли в 1890 г. в статье «О проводимости несплошных проводящих веществ». Название статьи покажется скучным, но в публикации автор отметил принципиальные для нашего рассказа моменты, дословно звучащие так: «На сопротивление металлических порошков влияют электрические разряды, производимые на некотором расстоянии от них. Под действием разрядов опилки резко изменяют свое сопротивление и проводят ток». Бранли назвал свой датчик радиокондуктором.

Усовершенствовал радиокондуктор другой физик — англичанин сэрОливер Джозеф Лодж (1851–1940). В 1894 г. Лодж добавил к радиокондуктору специальный прерыватель (trembler), который встряхивал опилки после прохождения искрового разряда. Лодж назвал свой вариант датчика словом когерер (рис. 10.1).

Рис. 10.1.Когерер, изобретенный Э. Бранли и усовершенствованный О. Лоджем.

Результаты проведенных опытов Лодж опубликовал в английском журнале «The electrican». Кстати, прочитав статью Лоджа, Э. Бранли написал ответную статью, в которой достаточно тактично поправил Лоджа: «Мою трубочку с опилками О. Лодж назвал «кохерер» и некоторые воспринимают это как общепринятое. Это название, однако, неточно отражает исследованное явление. Я предложил название «радиокондуктор» — «радио» и «проводник», — которое отражает главное свойство несплошного проводника при воздействии электромагнитного излучения». Но как бы то ни было, а «когерер» прочно утвердился в радиотехнических изделиях вплоть до начала 20-х гг. XX в., когда ему на смену пришли кристаллические детекторы электромагнитных волн и детекторы на электронных лампах.

Лодж, в отличие от Бранли, интересовался вопросами радиосвязи, и в данной области сделал немало изобретений. Однако он также не может считаться изобретателем радио. Позже, когда О. Лоджа спрашивали, почему ему не пришла в голову такая простая и светлая мысль, сэр Оливер отвечал: «Я был слишком занят работой, чтобы браться за развитие телеграфа или любого другого направления техники. У меня не было достаточного понимания того, чтобы почувствовать, насколько это окажется важно для флота, торговли, гражданской и военной связи».

Оставим ненадолго направление, связанное с конструированием детекторов электромагнитных колебаний. Разберемся, как были открыты электромагнитные волны — главный беспроводной переносчик информации. Как осуществлялся их поиск и экспериментальное подтверждение. Удивительно, но впервые электромагнитные волны были описаны Максвеллом теоретически. Люди даже не знали тогда, существуют ли они реально. Электромагнитные волны не были найдены до самой смерти Максвелла. Экспериментально подтвердить существование волн предстояло другому ученому — Генриху Герцу (1857–1894). Но пока поговорим не об опытах Герца, а об… Т. Эдисоне, Э. Томсоне, Н. Тесла.

В 1875 г., проводя эксперименты с большим электромагнитом, Эдисон заметил крохотные искорки, которые проскакивают между некоторыми металлическими предметами, расположенными в лаборатории неподалеку от электромагнита. Эдисон также установил, что искорки не влияют на прибор регистрации электрического заряда — электроскоп. Изобретатель тут же опубликовал статью об открытой им «эфирной силе», отнеся источник возникновения искорок к некой неэлектрической силе.

Статья Эдисона попала в руки американскому изобретателю Элиху Томсону, который решил продолжить эксперименты. Коммутируя катушку индуктивности (тогда один из ее видов назывался катушкой Румкорфа) и создавая с ее помощью магнитное поле, Томсон также заметил, что в помещении между близкорасположенными металлическими предметами вспыхивают искры. Так было доказано, что «электричество» передается через пространство, а также было опровергнуто предположение о существовании «эфирной силы». Трудно сказать, почему Томсон не двинулся дальше и не совершил открытие электромагнитных волн.

Еще один человек, близко подошедший к открытию электромагнитных волн, — Никола Тесла (1856–1943), американский изобретатель, долгое время работавший на заводах Эдисона, а затем основавший собственную лабораторию в штате Колорадо. С 1892 г. Тесла интересовался способами передачи информации без проводов. Еще в 1893 г., выступая перед слушателями Франклиновского института в Филадельфии (США), Тесла сказал: «С каждым днем я все больше убеждаюсь в практической осуществимости идеи передачи осмысленных сигналов на любое расстояние вовсе даже без помощи проводов. И хотя я знаю, что большинство ученых не верят, что такие результаты могут быть действительно реализованы, я рассматриваю этот проект передачи энергии и сигналов без проводов уже не просто как теоретическую возможность, а как весьма серьезную проблему электротехники, которая должна быть решена со дня на день». Действительно, слова Тесла оказались пророческими — эта проблема была решена через два года, но уже не головой и руками Тесла. Хотя вклад Тесла в радиотехнику тоже значителен. Изобретенный им воздушный повышающий трансформатор использовался в первых серийных радиопередатчиках в качестве источника излучения. Тесла вошел в историю электротехники изобретением асинхронного двигателя, электромеханического генератора тока высокой частоты, идей радиолокации и радиоуправления.

И вот теперь мы поговорим о Г. Герце. Что же сделал этот ученый, благодаря чему он остался в истории радиотехники первооткрывателем электромагнитных волн? Генрих Герц впервые назвал основные устройства для организации радиоканала — вибратор и резонатор. Вибратор должен генерировать электромагнитное поле, а резонатор — его принимать. А предыстория открытия Герца такова.

В 1879 г. Берлинская академия наук объявила конкурс на разработку темы «Экспериментальное подтверждение связи между электродинамическими силами и диэлектрической поляризацией». За ее разработку и взялся Герц, тогда молодой ученый, имевший в своем активе самостоятельную научную работу. Поначалу он колебался, стоит ли тратить время на столь непонятные исследования, но под влиянием своего руководителя, считавшегося первым физиком Европы, — Германа Гельмгольца — начал эксперименты и с успехом справился с поставленной задачей. Путь к главному открытию жизни был открыт!