Часть I. ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

Глава 1. ОСНОВНЫЕ РАДИОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Знакомство с электроникой начнем с измерительных приборов. Не будем ставить задачу понять их принцип действия, познакомимся только с их назначением и научимся правильно ими пользоваться, подобно тому как дома мы пользуемся радиоприемником, телевизором или магнитофоном, не интересуясь их внутренним устройством. В дальнейшем, по мере практического ознакомления с работой различных электрических схем, их принцип действия станет постепенно более понятным. Из всего многообразия радиоизмерительных приборов выберем только те, которые наиболее часто используются в практической работе: универсальный электроизмерительный прибор, называемый также тестером, или авометром, электронный осциллограф и звуковой генератор. Эти приборы так же необходимы, например, для наладчика или регулировщика радиоаппаратуры, как линейка, штангенциркуль или угломер для слесаря. В приведенном сравнении радиоизмерительные приборы играют даже более важную роль, так как без них можно работать только «вслепую».

О наличии в цепи тока мы судим косвенно: по различным действиям, которыми он сопровождается (например, по нагреванию проводника). Нужно, однако, отметить, что нервные окончания кожи человека очень чувствительны к электрическому току, о чем более подробно будет рассказано в следующем параграфе, посвященном правилам безопасного труда при работе с электрическими цепями.

Радиоизмерительные приборы имеются в школьном физическом кабинете, выпускаются они и для радиолюбителей. В практических работах, описанных в данной книге, будем использовать только учебные приборы. Перед выполнением этих работ кратко рассмотрим некоторые важные понятия и термины раздела «Электричество» школьного курса физики.

1. Немного физики

Электрические приборы и устройства состоят из различных электрических цепей. Простейшая электрическая цепь состоит из трех составных частей: источника тока, потребителя электрической энергии, или нагрузки, и выключателя. Например, в карманном фонаре источником тока является электрическая батарея, потребителем — электрическая лампа с нитью накаливания, выключателем — две металлические пластинки, соединяющиеся при включении. Детали цепи соединяются проводниками. Когда выключатель замкнут, в цепи возникает ток; когда разомкнут, ток исчезает, так как воздушный зазор между пластинами выключателя является изолятором. Электрические цепи изображают в виде специальных чертежей или схем, на которых составные элементы или детали показывают с помощью условных обозначений. Схема электрической цепи карманного фонаря, состоящая всего из трех элементов, показана на рисунке 1. В дальнейшем схемы будут усложняться в связи с использованием новых элементов.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц, в металле ими являются электроны. Сила тока определяется зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени. Чем больший заряд проходит в единицу времени, тем больший ток устанавливается в цепи. Сила тока обозначается буквой

Силу тока измеряют в амперах. Применяют также так называемые дольные единицы — миллиампер и микроампер, составляющие, соответственно, одну тысячную и одну миллионную части ампера. Приведем примеры силы тока в некоторых цепях. Лампы карманного фонаря рассчитаны на силу тока 0,15 и 0,26 А, в зависимости от того, какой источник тока используется. Сила тока миниатюрной лампочки, служащей для подсветки шкалы ручных электронных часов, в десятки раз меньше, она измеряется в миллиамперах. Для жизни человека опасна сила тока всего в

Сила тока в цепи зависит от электрического сопротивления потребителя электрической энергии. Электрическое сопротивление проводников, или просто сопротивление, в свою

Рис. 1. Схема простейшей электрической цепи

очередь, зависит от материала проводника, его длины и площади поперечного сечения. Наименьшим сопротивлением обладают проводники, изготовленные из серебра, меди и алюминия. В радиомонтажных работах используют медные провода, иногда для уменьшения сопротивления их покрывают тонким слоем серебра. Сопротивление измеряется в омах (Ом). Кратными единицами являются килоом Ом) и мегом Ом) соответственно. Например, сопротивление раскаленной вольфрамовой нити лампы карманного фонаря равно примерно 14 Ом, сопротивление тонкого медного провода диаметром толщиной примерно с человеческий волос, равно 4,4 Ом.

Сопротивление кожи человека (эта величина определяет ток, возникающий при случайном прикосновении к электрической цепи) может меняться в очень широких пределах — от единиц до сотен килоом. Оно зависит от многих факторов, в частности от того, какая часть тела стала участком электроцепи.

Сопротивление изоляции проводов, проверяемое по специальной схеме, очень велико — от и выше.

Проводники могут соединяться последовательно, при этом один и тот же ток проходит через каждый из проводников, и параллельно, при этом происходит разветвление тока (рис. 2, а, б). На приведенном рисунке прямоугольниками изображены самые распространенные детали электрических схем — резисторы, т. е. специально изготовленные проводники с различным сопротивлением.

Сопротивление обозначается буквой

При последовательном соединении резисторов сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех включенных в цепь резисторов. Если их два, то сопротивление цепи рассчитывается по следующей простой формуле: При параллельном

Рис. 2. Схемы последовательного и параллельного соединения двух резисторов

Рис. 3. График переменного напряжения (гармонических колебаний)

соединении двух резисторов сопротивление цепи рассчитывается по более сложной формуле:

Другой величиной, от которой зависит сила тока в цепи, является электрическое напряжение, или просто напряжение. Напряжение, в отличие от электрического тока, существует не только в замкнутой цепи, но и в разомкнутой, например напряжение в розетке электрической цепи. Напряжение измеряется в вольтах На практике широко используют следующие дольные и кратные единицы: милливольт микровольт и киловольт Напряжение обозначается латинской буквой

Между тремя электрическими величинами — силой тока, напряжением и сопротивлением — существует простое, но очень важное соотношение, называемое законом Ома для участка цепи. Он устанавливает, что сила тока, проходящего через резистор, прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению, т.е. Из этой формулы получают выражения для определения напряжения и сопротивления в цепи: Если, например, напряжение на концах резистора равно 1 В, а сила тока в нем —1 А, то его сопротивление равно 1 Ом. Если при том же напряжении сила тока в два раза меньше (0,5 А), то это означает, что в цепи стоит резистор, имеющий в 2 раза большее сопротивление (2 Ом). Если сила тока 0,1 А, то сопротивление резистора 10 Ом и т.д.

Полученные соотношения справедливы как для постоянного, так и для переменного тока. Постоянный ток, как следует из самого названия, не меняет своего значения и, самое главное, направления в течение времени. Переменный ток меняется в соответствии с графиком (рис. 3). Показанные на графике колебания называют гармоническими. Наибольшие значения силы тока называются амплитудой тока. Другими характеристиками переменного электрического тока являются его период и частота. Период — это промежуток времени, за который происходит полное колебание. Он обозначается буквой Величина, обратная периоду, называется частотой колебаний. Она обозначается буквой Период измеряется в секундах, частота — в герцах (Гц). Один герц — это такая частота, при которой в одну секунду совершается одно полное колебание. Если в 1 с происходит два колебания, то частота равна 2 Гц, если десять колебаний, то частота равна 10 Гц и т. д. Электрическая сеть имеет переменное напряжение с частотой 50 Гц. Для обозначения постоянных токов и напряжений используется знак а для

переменных величин — знак «~». Сила переменного электрического тока и напряжение характеризуются не только амплитудой, но и так называемым действующим значением. Действующее значение силы переменного тока равно такому значению силы постоянного тока, которое оказывает такое же действие, как и переменный. Очевидно, что действующее значение переменного тока меньше его амплитуды, так как такое значение ток принимает только два раза за период, в остальные промежутки времени он имеет меньшее значение. Напряжение в электрической сети имеет действующее значение, равное 220 В. На столы учащихся для уменьшения опасности поражения электрическим током подается пониженное напряжение с действующим значением 36 или 42 В.

На этом закончим первоначальное ознакомление с физическими понятиями и величинами, необходимыми для начала практической работы. В дальнейшем ваши знания по физике будут постепенно пополняться. При этом нужно хорошо понимать, что подобное «забегание вперед», когда даются сведения из еще не изученных разделов физики, вынужденное, оно может оказать помощь в изучении физики, но, к сожалению, может и помешать, если ограничиться этими отрывочными сведениями. Лекарством от «всезнайства» является настоящая любознательность и, самое главное, творческая работа по конструированию электронных самоделок.