Генрих Кардашев - Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

Впаиваем транзистор в телевизионную плату блока цветности — все цвета на месте. Теперь можно нормально смотреть футбол, и не только, да и тестер в хозяйстве пригодится еще не раз.

Eppure si muovi!

«А все-таки она вертится!» — воскликнул Галилео Галилей в XVII в. на суде инквизиции. Это относилось к Земле. Почему она вертится, никто толком не знает до сей поры…

Наша же задача куда проще: вот электродрель — весьма полезный инструмент радиолюбителя. Вертится она или не вертится, зависит от нас. Почему она вертится, теперь знает всякий, прошедший соответствующие разделы курса физики. В основе электродрели электрический двигатель. Посмотрим на его модель.

В программе EWB в разделе Miscellaneus (смешанный — кнопка ) присутствует модель двигателя постоянного тока (DC Motor). Если собрать простейшую схему, моделирующую работу двигателя (рис. 100, а), то вольтметр V1 измеряет напряжение на двигателе, а вот вольтметр V2 подключен как бы к валу! Если это понимать буквально, то он измеряет напряжение между валом (OUT — выход) и землей.

Рис. 100. Регулятор скорости вращения мини-дрели Мастер КИТ NS042:

а — модель двигателя в EWB; б — схема-модель устройства в EWB; в — окно редактирования двигателя; г — общий вид регулятора

В реальном случае это могло бы быть напряжение, связанное с несовершенством изоляции обмоток двигателя. Здесь же это просто прием моделирования: вольтметр V2 является виртуальным тахометром, измеряющим частоту вращения вала. Одному Вольту на шкале V2 соответствует один оборот в минуту вала (RPM — Revolution Per Minute). В приведенном на рис. 100, а примере при напряжении V1 = 100,4 В, V2 = 1,879 кВ = 1879 В. Конечно, ни о каком таком электрическом напряжении на валу не может быть и речи. Зато вал, согласно модели, вращается, делая 1879 об/мин, что и показывает вольтметр-тахометр V2. Изменяя величину сопротивления реостата R, включенного последовательно с двигателем, нажатием на клавишу R или Shift+R, можно наблюдать регулирование напряжения на его зажимах и, соответственно, частоты вращения вала двигателя. Однако известно, что в зависимости от того, какой материал сверлится, надо выбирать различную частоту вращения вала. Для регулировки можно использовать специальный тиристорный преобразователь — регулятор скорости вращения мини-дрели. Такой регулятор можно собрать из набора Мастер Кит NK050.

Это устройство (рис. 100, б) позволяет регулировать частоту вращения вала двигателя постоянного тока за счет изменения напряжения от 12 до 24 В, при токе потребления до 3 А.

Схема (рис. 100, б) представляет собой регулируемый мостовой выпрямитель VD1-VD4, к выходу которого через тиристор VS1 подключен двигатель М. Резистивно-емкостная цепь с переменными сопротивлениями обеспечивает фазовое управление переключением тиристора, приводящее к регулированию выходного напряжения и, следовательно, частоты вращения якоря двигателя.

Для полного моделирования работы устройства необходимо сделать установки параметров модели конкретного двигателя. При отсутствии подробных паспортных данных это может быть и проблематичным и потребовать специальных измерений, прикидочных расчетов или их подбора. В программе EWB не ниже пятой версии есть специальный компонент DC Motor (двигатель постоянного тока), уже продемонстрированный ранее (см. рис. 100, а). Для вывода его на экран необходимо нажать на кнопку (Miscellaneous — смешанный), а затем на пиктограмму с изображением двигателя .

Далее, открыв окно DC Motors Properties (свойства двигателя постоянного тока) и нажав в нем на кнопку Edit (редактирование), откроем соответствующее окно для его редактирования (рис. 100, в).

Здесь имеется следующий набор параметров:

Sheet 1 (лист 1);

Armature resistance (RA): 1.15 Ohm (сопротивление якоря, Ом);

Armature inductance (LA): 1e-05 H (индуктивность якоря, Гн);

Field resistance (RF): 92 Ohm (сопротивление обмотки возбуждения, Гн);

Field inductance (LA): 1e-05 H (индуктивность обмотки возбуждения, Гн);

Shaft friction (BF): 0,000178 N*m*s/rad (коэффициент скоростного трения на валу, Н·м·с/рад);

Machine rotational inertia (J): 2e-05 N·m·s2 /rad (момент инерции, Н·м·с/рад);

Rated rotational speed (NN): 5200 RPM (номинальная частота, об/мин);

Rated armature voltage (VAN): 24 V (номинальное напряжение якоря);

Rated armature current (IAN): 2.4 А (номинальный ток якоря);

Rated field voltage (VFN): 24 V (ном. напряжение возбуждения);

Sheet 2 (лист 2);

Load torque (TL): 0 N·m (момент нагрузки).

Силовые параметры, установленные по умолчанию, были изменены на пересчитанные паспортные данные для двигателя постоянного тока с электромагнитным возбуждением и барабанным якорем типа СЛ-281.

Вольтметр, соединенный с валом, условно моделирует тахометр, измеряющий частоту вращения якоря в оборотах в минуту.

На рис. 100, б тахометр показывает 4,770 кОм, значит, якорь вращается, делая 4770 об/мин. Нажимая на клавиши [Р] и [Т], регулирующие величины соответствующих переменных сопротивлений, можно наблюдать за изменением показаний тахометра.

Внешний вид регулятора на основе набора Мастер КИТ NK050 приведен на рис. 100, г.

Теперь остается собрать подобное устройство, взять дрель, нажать выключатель и, следуя Галилею, радостно воскликнуть: «А все-таки она вертится!». Или, поскольку Галилей говорил по-итальянски: «EPPURE SI MUOVI!», что в русифицированной транскрипции читается как [эппу 'р си му 'ове]. Тогда друзья будут говорить о Вас: «Он знал довольно по-латыни, чтоб Галилея понимать». Увы, «латынь из моды вышла ныне», сегодня ее заменил английский, а во времена Галилея все научные трактаты в Европе писались на этом великом языке, и не было США и американской науки, не говоря уж о пресловутых долларах…

3.2. Охрана и сигнализация — не шутки

Предупредить о приходе долгожданных гостей, оградить от гостей непрошенных, дать сигналы тревоги при наводнении и пожаре, выполнить ряд других полезных по хозяйству функций помогут простейшие устройства сигнализации и автоматики.

Звонят, откройте дверь

В рассказе Антона Павловича Чехова с названием «Ах, зубы!» любитель сценических искусств Сергей Алексеич Дыбкин, доведенный до истерии замучившей его зубной болью, мчится на извозчике к врачу. Добравшись до места, «Дыбкин прыгает с извозчика и с воплем взбегает наверх по каменной лестнице. Давит он пуговку звонка с таким остервенением, что ломает свой изящный ноготь».

Да, звонок дело ответственное.

Это было в конце XIX в., но уже тогда звонки были электрические и самые разнообразные. Одноударные, с автоматическим прерыванием, «жужжалки» и «дребезжащие», с тирольским колокольчиком и т. д. и т. п. Подобные звонки еще можно увидеть в аналоговых телефонах. «Кнопки-пуговки» тоже сохранились до наших дней, а, нажимая на кнопку вызова старого лифта, можно и палец сломать. Сегодня о прибытии гостей нам сообщают соловьиные трели, оркестровые мелодии или призывный «динь-дон». Большинство звонкое теперь не электромеханические, а электронные.

Простейший электронный звонок можно сделать своими руками, а заодно и потренироваться в электронике. В наборах Мастер КИТ имеются разнообразные конструкции. Остановимся на устройстве NK038.

Схема звонка (рис. 101, а) представляет собой несимметричный мультивибратор на биполярных транзисторах PNP и NPN типов (VT1 — ВС557, VT2 — BD137-16). Схема отличается от ранее рассмотренного генератора сигналов азбуки Морзе (рис. 87, а) некоторыми деталями.

Рис. 101. Кнопочный дверной звонок Мастер КИТ NK038:

а — виртуальная модель в EWB; б — осциллограмма сигнала

Сборку виртуальной модели начнем с выбора транзисторов.

К сожалению, в библиотеке компонентов данной версии программы отсутствуют необходимые номиналы. В принципе можно было бы, найдя по справочным данным характеристики этих транзисторов, войти в режим редактирования их свойств и дополнить имеющиеся библиотеки. Однако типы параметров, приводимых в большинстве справочников и принятых в программе, отличаются, поэтому это требует дополнительной работы по расчетам и увязке. Вряд ли стоит этим заниматься с учетом назначения схемы.