Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Глава 1 Предисловие-путеводитель

Т-1. Эта книга для радиолюбителей, для тех, кто сам конструирует приемники, усилители и другую электронную аппаратуру. Есть немало загадочных, необъяснимых явлений, немало тайн, до которых еще не успела добраться наука. В их числе и радиолюбительство. Как, например, объяснить такое: на магазинных полках полно прекрасных всеволновых приемников, а начинающий радиолюбитель, путаясь в проводах, обжигаясь о жало паяльника, собирает на куске фанеры свой первый шедевр — приемник, который в лучшем случае будет принимать две-три местные станции. Забыты друзья, на самом интересном месте заброшен детектив, мобилизованы последние финансовые ресурсы… И все это ради той радостной минуты, когда из громкоговорителя зашуршит едва слышное: «…е-е-е-если б знали вы-ы-ы, как мне дороги-и-и-и…»

Пройдут годы, появятся термоядерные электростанции и личные минивертолеты, космонавты высадятся на Марсе, будут раскрыты загадки человеческой памяти и секреты зарождения жизни. К тому времени, возможно, будет проведен и строгий научный анализ притягательных сил радиолюбительства… Пока же по этому поводу можно лишь высказывать предположения.

К радиолюбительскому конструированию наверняка влечет естественная потребность творить, создавать, строить. Она в самой человеческой природе, запрограммирована в нас, закреплена тысячелетиями. Так же как не может человек жить без воды и пищи, без воздуха, вот так же не может он без интересного дела. А радиолюбительство, конечно же, дело интересное, творческое. Наука на грани искусства.

Наверняка привлекает радиолюбительство и своей полезностью, тем, что позволяет легко приобщиться к самой современной технике.

Можете вы построить дома настоящий синхрофазотрон? А космический корабль? Атомный реактор? Самолет? Не можете… А вот настоящий магнитофон или настоящий радиоприемник можно изготовить прямо на краешке кухонного стола. И настоящую вычисляющую машину тоже, хотя, конечно, очень простую.

К радиолюбительству тянется не только тот, кто хочет связать свое будущее с электроникой. Сегодня электронная техника применяется повсюду, с ней вполне может встретиться летчик и врач, биохимик и экономист, металлург и музыкант. И каждый, кто занимается практической электроникой, как говорится, в порядке любительства, прекрасно понимает, что это приятное дело окажется полезным для человека любой профессии.

И вот еще что: радиолюбительство не только учит, но в сильной мере и воспитывает. Оно, например, делает человека более сообразительным, находчивым, изобретательным. Более собранным, четким, аккуратным — несколько раз пострадаешь из-за собственной небрежности, и, смотришь, появляется привычка тщательно проверять сделанное, работать быстро, но не спеша. Потеряешь час на поиски какой-нибудь детали, и совсем уже по-иному звучат слова: «порядок на рабочем столе» или «организация рабочего места».

Собирая электронные схемы, налаживая их, выискивая какую-нибудь неисправность, вы учитесь логически мыслить, рассуждать, учитесь использовать имеющиеся знания, добывать новые. Учитесь учиться.

Вспоминается, как известный советский радиофизик академик Александр Львович Минц, принимая специалистов на работу, всегда отдавал предпочтение радиолюбителям. И не только за конкретные знания, но главным образом за умение мыслить, работать творчески, изобретать.

Т-2. В книге имеются описания схем и конструкций для самостоятельного изготовления, они обозначены буквой «К». В этой книге имеется около ста практических электронных схем, рассчитанных на повторение в любительских условиях, предварительно отработанных и проверенных. В некоторых случаях это. схемы законченных устройств — приемников, усилителей, электромузыкальных инструментов, измерительных приборов, электронных автоматов. Много имеется схем отдельных узлов и блоков, из которых можно собрать совсем уже огромное множество простых и сложных схем подобно тому, как дети из кубиков собирают самые разнообразные «здания». Кстати, и в законченных схемах также выделены отдельные схемные «кубики», выделены некоторые типовые узлы и блоки, которые можно без всяких изменений переносить в другие схемы. В каждом отдельном случае по этому поводу даются рекомендации, а иногда и приводятся блок-схемы, показывающие, как соединять схемные узлы.

Каждый схемный блок, как правило, связывает с внешним миром всего несколько проводов (на схемах они заканчиваются небольшими треугольниками), в частности провод «Вход» («Вх»), который подключается к предыдущему блоку, провод «Выход» («Вых»), к которому подключается последующий блок, провод «Минус» («—»), к которому подключается «минус» источника питания (или провод с таким же обозначением «—» другого блока), и провод «Общий» («О»), к которому подключаются «плюс» источника питания и все другие провода с обозначением «Общий» («О»). Естественно, что, соединив блоки, «плюс» и «минус» самого источника питания достаточно подключить к точкам «О» и «—» только в одном блоке. Правда, нередко все бывает наоборот — с общим проводом соединяют не «плюс», а «минус» источника питания. Здесь многое зависит от типа применяемых транзисторов и микросхем (см. стр. 168, 191, рисунок Р-86;3), и на это нужно обращать внимание сразу, при первом же знакомстве со схемой.

Вскоре вы научитесь и сами компоновать сложные схемы из простых типовых блоков, используя для этого интересные элементы не только из этой книги, но и из других источников, из различных любительских и промышленных электронных схем.

Все имеющиеся в книге практические схемы сгруппированы на отдельных страницах, имеют самостоятельную нумерацию по всей книге и обозначение «К», от слова «конструирование». У каждой отдельной схемы или чертежа на такой странице есть свой порядковый номер, на который и дается ссылка в тексте. Так, например, ссылка К-2;7 означает, что имеется в виду седьмая схема на рисунке К-2.

В некоторых случаях принципиальные схемы дополнены объемными схемами (например, К-1;2 или К-3;2), которые наверняка помогут начинающему радиолюбителю совершить трудный переход от принципиальной схемы к монтажной. Часто дается еще и один из вариантов монтажной схемы, в расчете на навесной монтаж (К-П;2) или на печатный (К-17;5).

Кроме практических схем, буквой «К» обозначены еще и три вспомогательных рисунка: К-5 и К-6 с условными обозначениями некоторых деталей и К-7 с некоторыми технологическими рекомендациями и эскизами самодельных деталей. Нужно сказать, что в описаниях практических схем везде, где это возможно, предусмотрено применение самодельных деталей, даже таких, как реле, переключатели, контурные катушки. Сделано это на тот случай, если под руками не будет нужных «фирменных» деталей заводского изготовления. Или если захочется, как говорится, из спортивного интереса все, что можно, сделать своими руками.

Именно здесь, пожалуй, уместно сделать важное предупреждение. Так уж случилось, что система условных изображений и сокращенных буквенных обозначений радиодеталей менялась несколько раз. В результате в радиолюбительской литературе разных лет одни и те же детали изображаются и обозначаются по-разному. Правда, изображения, как правило, очень похожи, но все же различия есть и конденсатор с резистором не спутаешь. Последние изменения связаны с появлением так называемой машинной графики: чертежи и схемы сейчас во многих случаях выполняет не человек, а весьма распространенное устройство — графопостроитель, автоматическим пером которого управляет электронная вычислительная машина (об этом рассказано в главе 18). Графопостроителю проще делать чертеж линиями одинаковой толщины, и в связи с этим несколько лет назад была введена система условных обозначений, где и соединительные провода, и обмотки катушек, и все элементы других деталей изображаются сравнительно тонкими одинаковыми линиями.

Этот последний узаконенный стандартом вариант условных обозначений показан на К-3;15–41 в небольших синих рамках. Все остальные варианты условных изображений и буквенных значений, показанные на рисунках 15–41, использовались еще сравнительно недавно, их можно встретить в радиолюбительских книгах и журналах, выпускающихся на протяжении нескольких десятилетий. Для рисунков этой книги выбраны именно эти условные изображения деталей, они несколько отличаются от последнего стандарта, но зато более броские и выразительные, в основном за счет использования линий разной толщины.

Принятые в книге сокращенные буквенные обозначения деталей тоже отличаются от приведенных в тех же синих рамках буквенных обозначений, узаконенных последним стандартом. Сделано это потому, что начинающий радиолюбитель будет проще воспринимать обозначения, которые легко связать со знакомыми словами: Т — транзистор, Д — диод, R — резистор и т. д.

В случае же если вам придется знакомиться со схемами в свежих журналах, имеющими иные обозначения и начертания деталей, или придется готовить не упрощенный рисунок, а официальный документ или схему, которая должна строго соответствовать стандарту, то вы легко найдете нужное условное обозначение на рисунках К-3;15–41.

Большинство приведенных в книге практических схем можно для начала собрать на небольшом куске фанеры с монтажными лепестками из жести (К-7). На таком макете удобно подобрать нужные детали, установить заданные напряжения, привыкнуть к схеме, а затем уже, если захочется, перенести ее на более элегантную панель и упрятать в корпус. Правда, многие схемы можно так и оставить на фанерной монтажной панели: в таком развернутом монтаже есть даже какая-то красота. Не говоря уже о том, что схема всегда открыта, к любой детали можно быстро добраться, если нужно устранить неисправность или проверить какую-нибудь свежую идею совершенствования прибора.

Т-3. В книге есть некоторое количество справочных материалов первой необходимости, они обозначены буквой «С». Современный радиолюбительский справочник — это, как правило, довольно толстый том, а то и двухтомник. И конечно же, все справочные материалы, которые могут понадобиться радиолюбителю, ввести в эту книгу невозможно. Здесь вы найдете справочные данные только самой первой необходимости — данные распространенных типов транзисторов и диодов, некоторых трансформаторов, катушек громкоговорителей, микрофонов, намоточных проводов. Все эти данные расположены в тексте отдельными блоками, имеют свою собственную нумерацию, обозначение «С» — «справки» и отдельное оглавление в конце книги.

Некоторые справочные данные, такие, скажем, как расчетные формулы, можно найти на рисунках, относящихся к основному тексту, и в самом этом тексте, о котором хочется сказать особо.

Т-4. Книга позволяет сочетать практическую работу с изучением основ электроники, продвигаться вперед от простого к сложному. Есть два способа научить человека управлять автомобилем. Первый способ такой. Будущий водитель сразу садится за руль, и ему дают конкретную инструкцию: «Хочешь ехать вперед — передвинь этот рычаг на себя и влево, хочешь ехать назад — передвинь его на себя и вправо. Прежде чем переставлять рычаг, нажми вот эту левую квадратную педаль, а когда переставишь рычаг, отпусти ее. Хочешь ехать быстрее — надавливай на эту продолговатую педаль, хочешь притормозить — дави на эту правую квадратную педаль. Вот и все. Поехали…»

А вот другой способ. Человеку, который хочет водить машину, нужно сначала рассказать, хотя бы в самых общих чертах, о том, как этот автомобиль устроен. Как работает двигатель, как вращение передается колесам, что происходит при переключении скоростей, при нажатии на педаль сцепления, открывании дроссельной заслонки карбюратора, рассказать о всех основных процессах, которые происходят во время управления машиной. И только после такого рассказа будущему водителю показывают, какие ручки и педали управляют теми или иными агрегатами, объясняют, в каких случаях и как ими пользоваться.

Эти два варианта освоения автомобиля очень похожи на два типичных пути, которыми радиолюбители идут к конструированию электронных приборов. Первый начинается с того, что человек берет в руки паяльник и по готовому описанию со схемой пытается сразу же собрать приемник, усилитель, магнитофон, не вдаваясь в такие мелочи, как принцип действия тех или иных приборов и назначение тех или иных элементов схемы. А вот другой путь — изучение основ электротехники и радиоэлектроники, а затем уже со знанием дела практическая работа, конструирование электронных установок и аппаратов.

Если разобраться строго, то правильней и разумней идти вторым путем — от теории к практике, от понимания к действию. Но знакомство с основами электроники — дело не простое и не быстрое, тем более что предварительно нужно укрепить фундамент, вспомнить основы электротехники. А человеку не терпится, хочется побыстрее заняться делом — сверлить, паять, налаживать, побыстрее сделать что-нибудь такое, что само поет, играет, мигает лампочками. Хочется побыстрее нажать на педали и двинуться в путь.

С учетом всех этих «хочется» и «нужно» книга построена так, что допускает некий, если можно так сказать, гибридный путь в радиолюбительство. Из всего множества приведенных здесь схем и конструкций выделено несколько, рассчитанных на самого что ни на есть начинающего радиолюбителя, на того, кто в части радиоэлектроники находится на нулевой отметке. К числу таких «нулевых конструкций» относятся представители «поющих» и «мигающих» схем — мультивибраторы (К-10), детекторный приемник (К-9;3), приемник прямого усиления (К-3), простейшие схемы и конструкции, собранные на рисунках К-1 и К-2: электропроигрыватель с усилителем (К-1; 1, 6, 7), приставка к гитаре, превращающая ее в электрогитару (К-1; 8, 9), световой тир (К-2; 1, 2, 3, 4), электронная мандолина (К-2; 5, 6, 7), электронный камертон (К-1; 11), простейшие приборы для проверки и налаживания электронных схем (К-1; 10 и К-2; 9,10). Описания этих схем и конструкций сделаны несколько более подробно, чем всех остальных, в описания введены сведения о работе схемы, о назначении некоторых ее деталей. Одним словом, все рассчитано на то, чтобы эти «нулевые» конструкции можно было сделать еще до знакомства с теоретическими разделами книги или параллельно с изучением основ электроники, в какой-то степени сочетая таким образом то, что нужно, и то, что хочется.

Т-5. Основной текст книги посвящен основам электроники и некоторым конкретным ее направлениям, он обозначен буквой «Т». Одно только есть предостережение: не хотелось бы, чтобы первые успехи в сборке простейших схем передвинули на второй план знакомство с основами электротехники и электроники, создали иллюзию, что с этим делом можно подождать или даже вообще обойтись без него. Если вы не хотите понапрасну терять время на разгадывание известного или бросать работу, отчаявшись найти неисправность в схеме, когда обнаружить ее — дело одной минуты, если вы не хотите повторять чужие ошибки и слепо копировать посредственную схему, когда есть десятки способов улучшить ее, — одним словом, если вы не хотите блуждать в потемках по путаным дорогам страны Электроники, вашим девизом должно стать «знай и умей». Можно прекрасно собрать велосипед, не зная теоретической механики, и успешно пилить дрова, не зная теории резания древесины. Но успехи в области практической электроники в принципе невозможны без определенного теоретического фундамента.

Теория — это сконцентрированный опыт миллионов, собранные, приведенные в систему правильные решения, отброшенные в сторону бессчетные ошибки. Теория — это молниеносные мысленные эксперименты вместо долгих и дорогостоящих опытов «в металле», быстрый выбор правильного ответа вместо бесконечного слепого перебора и гадания. Теория — это кратчайший путь к нужному практическому результату. Прекрасно сказал великий итальянский физик Энрико Ферми: «Нет ничего практичнее хорошей теории».

В этой книге весь теоретический материал разбит на двадцать глав. Первые десять посвящены основам электротехники, радиотехники, электроники, это фундамент, необходимый для того, чтобы построить прочное здание знаний и умений. Последние десять глав посвящены некоторым конкретным областям электроники — радиоприемникам, высококачественному воспроизведению звука, магнитной записи, телевидению, электронной автоматике, измерениям, электронной музыке, вычислительным машинам и др.

В каждой главе есть некоторое количество сравнительно небольших разделов, они имеют сквозную нумерацию по всей книге и обозначаются буквой «Т» — от слова «теория». Конечно же, основной текст книги, тот, что назван «теорией», не очень-то похож на теорию в истинном, высоком смысле этого слова, теорию, насыщенную математическими формулами, охватывающую весь комплекс вопросов, связанных с данной темой. Основной текст книги — это очень краткий и по возможности предельно упрощенный пересказ некоторых элементов теории; теорией его можно называть только условно. Если же применение слова «теория» покажется вам вообще недопустимым, можете считать, что обозначение «Т» идет от слова «текст».

Т-6. Рисунки, поясняющие основной текст, образуют самостоятельную сюжетную линию книги, они обозначены буквой «Р». В разделы теории входят рисунки, они обозначаются буквой «Р» и имеют свою собственную нумерацию, тоже сквозную, от начала книги до конца. На рисунке может быть несколько фрагментов с отдельными номерами, на них и дается ссылка в тексте. Так, например, ссылка Р-18;2 означает «второй рисунок-фрагмент на сборном рисунке Р-18».

На рисунках помещены и формулы — как основные, так и расчетные, вспомогательные. Ссылка на формулу выглядит точно так же, как и ссылка на рисунок. Обозначение в скобках возле той или иной величины в формуле говорит о том, в каких единицах должна быть выражена эта величина.

Рисунки подобраны и скомпонованы так, что они как бы образуют самостоятельную сюжетную линию книги: просматривая эти рисунки, можно освежить в памяти знакомые разделы электротехники и электроники, вспомнить, о чем говорилось в той или иной главе и насколько подробно. Одним словом, рисунки «Р» — это своего рода сжатый конспект основного текста.

Т-7. Книга написана на нескольких разных языках, освоить их — значит сделать самый важный шаг в электронику. Внимательно наблюдая за самим собой, нетрудно убедиться, что мы мыслим словами. Стоит вам подумать: «Я иду в школу» — и где-то в глубине звучат неслышимые слова: «Я и-ду в шко-лу». Английский мальчик о том же самом подумает так: «Ай гоу ту тзе скул», немецкий мальчик: «Их гее ин ди шуле».

Каждый человек думает словами, думает на том языке, на котором говорит. Или скажем иначе: человек говорит на том языке, на котором мыслит. И не случайно преподаватели иностранных языков считают, что вы только тогда по-настоящему изучили язык, когда начали мыслить на нем так же, как и на своем родном.

Но вот шахматист, автоматически сделав несколько первых ходов, задумывается над сложной позицией. Неужели же и он в это время думает словами, слышит неслышимые: «Ес-ли я на-па-ду ко-нем на е-го сло-на, то он пой-дет на по-ле вэ-че-ты-ре и, заб-рав мо-ю пеш-ку, по-па-дет под у-дар мо-е-го фер-зя, и тог-да…»?

Нет, конечно же, шахматист не думает звучащими словами разговорного языка. Он думает совсем на другом языке, на специфическом языке шахмат, оперирует в своем сознании готовыми образами фигур, позиций, ходов, комбинаций. Точно так же, как механик, всматриваясь в сложную машину, мыслит на своем языке, «слова» которого — это образы конкретных деталей, их типичные взаимодействия, скажем, зацепление шестерен или червячной передачи. И так же, как математик, читая свои математические тексты, тоже обходится без разговорного языка, мыслит математическими символами и действиями, а композитор — мелодиями, аккордами, ритмами.

Нас окружает огромный мир, мир вещей и явлений. И в нашей вычислительной машине, в нашем мозгу, по мере того как мы познаем этот мир, строится его модель, которая…