Электронные самоделки

Рабочее место радиолюбителя для эффективной работы требует чистоты, безопасности и комфорта. Одна из составляющих комфорта в работе состоит в пользовании удобными и надежными инструментами, важнейшим из которых является паяльник. В практике ремонта радиоаппаратуры и создании радиолюбительских конструкций нередки случаи, когда приходится подсвечивать участок монтажной (печатной) платы дополнительным источником света. Для этой цели удобно закрепить небольшой светильник на корпусе паяльника. При этом источник света должен быть небольшим, а его световой поток направленным на жало паяльника.

В литературе для радиолюбителей иногда описываются рацпредложения по установке дополнительного освещения с направленным потоком света на паяльное оборудование. Однако предлагаемый в настоящей книге метод отличается тем, что теперь не потребуется вносить никаких изменений ни в конструкцию паяльника (как это периодически предлагается другими авторами), ни затрачивать время на устройство освещения жала. Эти рекомендации легко осуществить на практике, благодаря тому, что портативные минисветильники для бытовых нужд уже появились в продаже. Один из таких светильников локальной подсветки представлен на фото рис. 4.2.

Основное отличие светильника от других экземпляров в его небольших габаритах и возможности поворота на 360°.

Клипса, расположенная в основании светильника, надежно закрепляет его на корпусе-ручке практически любого паяльника, в том числе и тех, что входят в комплект паяльной станции. Расположенная в торце светильника кнопка включения позволяет удобно включать и выключать световой поток движением только одного большого пальца правой руки, в которой обычно держат паяльник. Источником освещения служат три ультраярких светодиода типа L-793SRC-E бело-лунного цвета свечения (в некоторых моделях применяют светодиоды RS276-143); сведения получены из паспорта светильника. Светодиоды расположены в одном коллиматоре, что позволяет получить световой поток большой силы и кучности. Сила света только одного светодиода 2800 мкд (милликандел).

4.2.1. Метод закрепления устройства на ручке паяльника

Как закрепить светильник на ручке паяльника показано на фото рис. 4.3.

Источником питания служат три элемента типа LR-44 (соединены последовательно) с напряжением питания 1,35 В каждый. При непрерывном применении светильника по назначению свежих элементов питания хватит на 12–13 час (следует из электрических параметров элементов питания и светодиодов). Однако редкий радиолюбитель пользуется подсветкой в течение длительного времени непрерывно. В большинстве случаев светильник используют кратковременно для тех или иных радиомонтажных работ, когда требуется замена элемента в печатной плате. Для этих целей светильник безотказно работает годами, т. к. ресурс светодиодов (по сравнению с лампами накаливания) огромен и составляет не менее 20 000 час.

При необходимости такой светильник можно без труда снять с паяльника и применять по другому назначению (например, для подсветки клавиатуры в ноутбуке в вечернее время).

Стоимость мини-светильника (вместе с элементами питания) менее 50 руб. (в регионе Санкт-Петербурга).

Несколько лет назад в широкой продаже появились механические таймеры, работающие от сети переменного тока 220 В по принципу механических часов-будильников. Как известно, в момент совпадения положения часовой и минутной стрелок с положением стрелки будильника, электрический контакт замыкается и звенит зуммер. Механический таймер также замыкает электрическую цепь питания нагрузки в определенное время.

Среди многочисленных моделей механических таймеров особое внимание занимает модель BST-59549 производства Китай. Модель электромеханического таймера (далее ЭМТ) представлена на рис. 4.8.

4.4.1. Особенности модели BST-59549

Чем примечательна эта модель?

□ Своей функциональностью — таймер работает по заданному циклу постоянно. Иначе говоря, он будет включать и выключать нагрузку периодически каждый день бесконечно долго.

□ Механический таймер не зависит от наличия напряжения в осветительной сети. Таким образом, в отличие от цифровых (аналогичных по назначению устройств на микросхемах и с цифровой индикацией состояния), программируемых на конкретное время включения или выключения нагрузки, механический таймер продолжает отсчет времени (чуть сбившись по времени), если электроэнергию выключат, а затем снова включат. В таком случае разница по времени — это разница времени отсутствия электроэнергии, тогда как цифровой таймер вообще прекратит свой счет.

□ Этот таймер позволяет задавать любые интервалы выдержки времени в течение суток, кратные 15 минутам. Это программирование происходит вручную перемещением желтой фишки (соответствующего лепестка) в положение «вкл».

□ Мощность таймера позволяет управлять устройствами нагрузки в сети 220 В до 500 Вт.

□ На передней панели корпуса ЭМТ расположен выключатель для принудительного включения/отключения нагрузки.

□ ЭМТ работает в режиме реального времени, т. е. в устройстве есть возможность установить текущее время путем размещения времязадающего механизма (колеса) напротив стрелки. Таким образом, можно установить ЭМТ для включения практически любых бытовых приборов в заданном интервале времени.

□ Части устройства таковы, что в нем практически нечему ломаться (выходить из строя), что подтверждает электрическая схема прибора, представленная на рис. 4.9.

□ Цена таймера (по Санкт-Петербургу) всего 150 руб.

При всех указанных параметрах данная модель ЭМТ, а вместе с ней и другие аналогичные способны работать в широком спектре услуг, будут полезны дома, в быту, на производстве и везде, где есть электроэнергия с напряжением 220 В и необходимость включения электроприборов на заданный интервал времени.

Использование ЭМТ можно пояснить двумя распространенными примерами:

□ Периодическое включение/выключение освещения (бытовых приборов, нагревателя, вентилятора), например, для того, чтобы показать, что кто-то есть дома, т. е. ввести в заблуждения квартирных воришек.

□ Периодическое включение света для аквариума. Известно, что некоторым рыбам необходимо строго дозированное освещение.

Кроме этого, бесконечно много примеров эффективного применения рассматриваемого типа ЭМТ, поэтому его можно справедливо назвать бытовым таймером.

4.4.2. Электрическая схема таймера

При подключении ЭМТ к сети 220 В через ограничительный резистор R1 напряжение поступает на катушку К1 (имеющую сопротивление 3,9 кОм). С помощью системы шестеренок и приложенного к этой катушке напряжения (с помощью электромагнитной индукции) в устройстве возникают электромагнитные колебания, благодаря которым таймер ведет собственный счет времени. Конечно, точность хода «внутренних часов» ЭМТ отличается от часов-будильников, однако уход от реального времени во время месячных испытаний ЭМТ (в беспрерывном режиме 24 час) не превысил 10 мин (за 30 дней).

В реальности на корпусе таймера имеются флажки-метки желтого цвета. На рис. 4.8 они показаны серым цветом. Этими флажками устанавливают время включения нагрузки. Отогнутый флажок означает включение нагрузки на 15 мин. Соответственно два отогнутых флажка означают включение нагрузки на 30 мин, 5 флажков — на 1 час 15 мин и т. д. Если между отогнутыми флажками (установленными по часовой стрелке по кругу с метками времени) не будут встречаться нормально загнутые желтые флажки (в центр круга), то включение нагрузки осуществляется в непрерывном режиме в соответствии с запрограммированной флажками выдержке времени. Таким образом нормально отогнутый в центр круга установочный флажок означает выключенную нагрузку. Разобраться с таким «программированием» способен любой школьник.

Для наглядности на рис. 4.10 представлена фотография «внутренностей» ЭМТ, т. е. того, что спрятано под крышкой его корпуса.

На фото в правом верхнем углу хорошо видна катушка К1, ограничительный резистор и система шестеренок. Одним из важных элементов конструкции является включатель (обозначенный на рис. 4.9, как SA1). Он представляет собой микропереключатель EML200 (очень похожий внешне на отечественный микропереключатель МП1, МП1-3 и аналогичный), способный коммутировать ток до 2 А и напряжение 250 В (эти данные вместе с маркировкой нанесены на корпус микропереключателя). Переключатель SA1 механически управляется рычагом из пластмассы, который хорошо виден на фото рис. 4.11.

4.4.3. Типичная неисправность и реанимация ЭМТ

При первом взгляде на схему и устройство таймера приходит на ум радужное впечатление, что «здесь нечему ломаться». Однако уже то, что автор озаботился рассмотрением этой проблемы, говорит об обратном.

Типичная неисправность ЭМТ BST-59549 и подобных ему (возможно, встречающихся в других регионах и с другим названием) заключается в нечетком срабатывании таймера в режиме включения нагрузки. Иначе говоря, запрограммированное «желтыми флажками» время включения нагрузки не всегда выполняется, а бывает ситуация, когда таймер то включится, то отключится. Эта ситуация неприемлема, тем более что такая нестабильность со временем переходит в заметный «дребезг контактов» и при управлении мощной нагрузкой неизбежны электрические помехи, влияющие на другие электронные устройства, включенные в одном с данным ЭМТ электрическом контуре (в пределах одного электросчетчика).

Эта неисправность происходит из-за нечеткого давления рычажка (см. рис. 4.11, внизу) на кнопку микропереключателя SA1 в момент воздействия на рычажок «установочного флажка». Причины неисправности очевидно в нарушении правил эксплуатации ЭМТ. В правилах по эксплуатации (переведенных на русский язык) четко написано, что «программировать» время включения/отключения таймера с помощью установочных флажков следует при отключенном питании (220 В) и в положении «0» принудительного переключателя (хорошо показанного на фото рис. 4.8). Если эти несложные правила нарушить (что случается сплошь и рядом), таймер начинает работать неправильно.

Всесторонне изучив рассматриваемое устройство, автор пришел к выводу, что ЭМТ данной конструкции можно легко реанимировать.

Для этого корпус таймера аккуратно вскрывают, верхнюю крышку с установочными флажками откладывают в сторону так, чтобы на нижней стороне корпуса не вылетели шестеренки часового механизма. При этом разборку доводят до того момента, который показан на рис. 4.10.

Рычажок (см. рис. 4.11, внизу) аккуратно вынимают пинцетом и на его направляющую часть (соприкасающуюся в конструкции с кнопкой микропереключателя SA1) надевают полихлорвиниловую (или из иного материала) изоляционную трубку с внутренним диаметром 4 мм. Для фиксации, или в том случае, когда трубку диаметром 4 мм найти не удалось, но есть изоляционная трубка чуть большего диаметра, ее приклеивают к рычажку моментальным клеем, аккуратно нанеся на рычажок одну каплю и дав просохнуть 1 мин.

Теперь конструкцию собирают, крышки корпуса соединяют и фиксируют штатными шурупами-саморезами.

После такой реанимации электромеханический таймер работает без сбоев и теперь уже его можно программировать без соблюдения «несложных правил» — при включенном питании 220 В и не отключая ручной переключатель — эффективность работы ЭМТ больше не изменится.

Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. В первичной обмотке под действием напряжения в сердечнике наводится магнитный поток, пропорциональный этому напряжению, который, в свою очередь, наводит ЭДС самоиндукции во вторичных обмотках. ЭДС, наводимая во вторичных обмотках, прямо пропорциональна количеству витков этих обмоток. Силовой трансформатор служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения с преобразованием мощности и при неизменной частоте.

4.5.1. Немного истории

Изобретателем трансформатора был русский ученый П. Н. Яблочков. В 1876 г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для питания электрических свечей (ламп накаливания). Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы с замкнутым сердечником (применяемые в настоящее время) появились примерно в 1884 г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого широко не применялся. Русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский (1862–1919 г.) в 1889 г. предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трехфазного тока протяженностью 175 км; трехфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В. В дальнейшем, в качестве силовых, начали применять масляные трансформаторы, т. к. было установлено, что масло является не только хорошей изоляцией, но и хорошей охлаждающей средой.

Трансформаторы применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками энергии, а также в выпрямительных, усилительных и других устройствах, где требуется развязка электрических цепей.

4.5.2. Особенности трансформаторов и термины

«Золотой век» намоточных трансформаторов, применяемых в радиолюбительских конструкциях, да и в промышленной аппаратуре, кажется, уже прошел. Сегодня наиболее популярны понижающие двух- и многообмоточные трансформаторы, применяемые в источниках питания, и импульсные трансформаторы (для импульсных источников питания). Для преобразования, передачи электрической энергии в низковольтных устройствах популярны оптоэлектронные трансформаторы на основе оптопар. Они обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей и значительно эффективнее намоточных трансформаторов с магнитной индукцией. Тем не менее некоторые области применения трансформаторов в классическом виде остаются. Это область мощных трансформаторов для силовых цепей. Намоточные трансформаторы в широком ассортименте продаются в магазинах, выпускаются промышленностью, а это значит, что разбираться в их особенностях необходимо и сегодня. Этому посвящен настоящий раздел, в котором читатель узнает как общие сведения о трансформаторах, так и том, как правильно классифицировать и читать их обозначения (принимать решения о применении того или иного прибора в конкретном устройстве или заменять его наиболее подходящим по электрическим характеристикам).

Индукционный трансформатор (далее трансформатор) — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии. К силовым трансформаторам относятся трансформаторы трехфазные и многофазные мощностью до 6,3 кВт и более, однофазные мощностью 5 кВт и более. Силовые трансформаторы можно увидеть невооруженным глазом недалеко от вашего дома в ближайшей «трансформаторной» будке или электрической подстанции. Также силовые трансформаторы установлены вдоль железнодорожного полотна, по которому курсируют поезда на электротяге.

Повышающий трансформатор — трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка, имеющая более низкое напряжение.

Понижающий трансформатор — трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка с более высоким напряжением.

Сигнальный трансформатор (согласующий) — трансформатор малой мощности, предназначенный для передачи и преобразования электрических сигналов.

Автотрансформатор — трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны так, что имеют общую точку.

Импульсный сигнальный трансформатор — это сигнальный трансформатор, предназначенный для передачи, формирования, преобразования и запоминания импульсных сигналов.

Коэффициент трансформации трансформатора малой мощности — отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки.

Магнитная индукция — это векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.

Индуктивная связь — связь электрических цепей посредством магнитного поля.

4.5.3. Классификация трансформаторов

Трансформаторы классифицируют по признаку функционального назначения:

□ трансформаторы питания;

□ трансформаторы согласования.

Трансформаторы питания в свою очередь классифицируют:

□ по напряжению:

— низковольтные;

— высоковольтные;

— высокопотенциальные;

□ в зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения:

— однофазные;

— трехфазные;

□ в зависимости от числа обмоток:

— двухобмоточные;

— многообмоточные;

□ в зависимости от конфигурации магнитопровода:

— стержневые;

— броневые;

— тороидальные;

□ в зависимости от мощности:

— малой мощности;

— средней мощности;

— большой мощности;

□ в зависимости от способа изготовления магнитопровода:

— пластинчатые;

— ленточные;

□ в зависимости от коэффициента трансформации:

— повышающие;

— понижающие;

□ в зависимости от вида связи между обмотками:

— с электромагнитной связью (с изолированными обмотками);

— с электромагнитной и электрической связью (со связанными обмотками);

□ в зависимости от конструкции обмотки:

— катушечные;

— галетные;

— тороидальные;

□ в зависимости от конструкции всего трансформатора:

— открытые;

— капсулированные;

— закрытые;

□ в зависимости от назначения:

— выпрямительные;

— накальные;

— анодно-накальные;

□ в зависимости от рабочей частоты:

— пониженной частоты (менее 50 Гц);

— промышленной частоты (50 Гц);

— повышенной промышленной частоты (400, 1000, 2000 Гц). Об этом подробнее в главе 5;

— повышенной частоты (до 10 000 Гц);

— высокой частоты.

4.5.4. Конструктивные особенности трансформаторов

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и катушка с обмотками.

Материалом для магнитопровода трансформаторов служит листовая электротехническая сталь различных марок и толщины, горячей прокатки и холоднокатаная. От содержания кремния, количество которого отражено в марке стали, а также от толщины листа зависят потери мощности в магнитопроводе от вихревых токов. Толщину листа применяемой стали выбирают в зависимости от частоты сети, питающей трансформатор: с увеличением частоты толщину листа надо уменьшать. Ленточные (витые) магнитопроводы изготавливают из лент рулонной стали; предварительно лента покрывается изолирующим и склеивающим составом.

Постоянный обмен информацией, короткое время производства, экономия финансов при возможности оптимального выбора экспозиции и редактировании фотоизображений, наконец польза для окружающей среды (безотходное производство т. к. нет негатива) — вот только несколько причин, которые объясняют гигантский рост интереса к цифровым фотоаппаратам.

Сегодня многие так или иначе сталкиваются с задачей «ввода» фотографий в компьютер (далее — ПК), особенно с помощью камеры высокого (1024×768 и более) разрешения.

4.6.1. Особенности применения цифровых и пленочных камер

Если фотограф, использующий фотопленку, допускает промах, и снимки оказываются некачественными, то начинаются проблемы. Поэтому возможность мгновенного контроля качества изображения в цифровых камерах неоценима.

Что касается профессиональной фотосъемки на торжествах и важных мероприятиях (свадьбах, исторических встречах, интервью), то сегодня необходимость приглашать профессионального фотографа (90 % работы которого — это проявка пленок и печать фотографий) отпадает сама собой: с цифровой съемкой отлично справятся дизайнеры, да и сами пользователи «цифровика», которым, к тому же, открываются новые возможности творчества.

Для того чтобы сделать художественный снимок на целую полосу глянцевого журнала, нужны «серьезные» пленочные профессиональные аппараты и услуги соответствующих специалистов, однако, не отрицая пока необходимость их существования, все же рекомендую обратить внимание на профессиональные «камеры» стоимостью за 15–20 тыс. руб. А для среднестатистической бытовой съемки сложно придумать что-нибудь лучше «цифровиков».

Сегодня это действительно удобно: сделал снимок, «загнал» его в ноутбук и через Интернет (или с помощью сотового телефона) передал куда нужно. Если есть цифровой принтер, то процесс осуществляется еще проще: от момента съемки до момента печати снимка проходит несколько минут. Поэтому там, где нужна оперативность, лучше использовать цифровые камеры.

Еще одна область применения цифрового фото — Web-дизайн. Так как практически все цифровые камеры используют Motion JPEG-компрессию и «родной» для них формат JPG широко распространен среди пользователей ПК, то задача быстрого периодического обновления снимков на Web-сайте решается при помощи цифровой камеры очень легко. К тому же в Интернете редко требуются снимки с большим разрешением «на весь экран», иначе пользователи, не имеющие выделенной линии с модемом ADSL, будут долго ждать вывода изображения на экран. Кстати, познавательно, что многие фирмы, торгующие цифровыми фотоаппаратами с возможностью высокого разрешения фотоизображений, позиционируют их именно как устройства для владельцев Web-сайтов. Цифровые камеры также популярны для быстрого составления фотокаталогов продукции и рекламных проспектов, т. е. удобны не только для семейных фотоальбомов и оперативной полиграфии, но и для презентаций бизнеса.

4.6.2. Устройство цифровых фотокамер (фотоаппаратов)

Сердцем любого цифрового фотоаппарата является светочувствительная матрица CCD (Charge Coupled Device, т. е. ПЗС — прибор с зарядовой связью). Обычно в камерах используется 1/3-дюймовая CCD, состоящая из элементов, преобразующих световые волны в электрические импульсы (аналогоцифровой преобразователь (АЦП) заменяет электрические заряды цифровой информацией). Количество таких элементов более 810 000 в современных «средних» камерах с разрешением от 1024*768. Сами матрицы не являются новым изобретением — родившись как оборудование для физических экспериментов (в частности, в физике высоких энергий), они уже давно используются в видеокамерах.

Как и в обычных фотоаппаратах, качество кадра «цифровиков» во многом определяется качеством объектива. В среднем, камеры любительского уровня (и высокого, и низкого разрешения) комплектуются объективами с фокусным расстоянием около 5 мм (примерно соответствует фокусному расстоянию 35-миллиметровых объективов обычных пленочных камер) и фиксированной диафрагмой (aperture). Другие модели обладают объективами с переменным фокусным расстоянием (zoom).

4.6.3. Анализ характеристик цифрового фотоаппарата

Для многих фотографов и пользователей графических программ самым легким способом оценить цифровой фотоаппарат является анализ его оптической системы, ведь многие цифровые фотоаппараты используют в качестве оптической основы профессиональные 35-миллиметровые фотоаппараты. Как цифровые технические характеристики (глубина цвета и разрешение) практически влияют на качество изображения?

Динамический диапазон полутонов, захватываемых фотоаппаратом, от самого яркого до самого темного элемента в первую очередь определяется глубиной цвета. Это напоминает принцип действия планшетного сканера. Например, невысокие по цене (и самые простые по сервису) цифровые фотоаппараты, такие как Apple QuickTake 3500, Kodak DC-400 и Model-4 от компании Dycam, способны захватывать 24 бита цвета (8 бит данных для каждого цвета RGB-диапазона). Камеры классом повыше типа Kodak DCS-460 захватывают 36 бит, что дает более точную детализацию изображения с меньшим шумом. На самом верху классификации находится Leaf Digital Camera Black, которая производит снимки с глубиной цвета 14 бит на каждый RGB-цвет.

Разрешение в цифровом фотоаппарате базируется на количестве горизонтальных и вертикальных элементов изображения, которое он может захватить. Как и в сканере, эти элементы изображения называются пикселами (пс). Чем больше количество пикселов по горизонтали и вертикали, тем выше разрешение фотоаппарата и, следовательно, более четким получается изображение и более мягкими цветовые переходы.

Относительно дорогие аппараты (по цене от 10 000 руб на сентябрь 2006 г. в регионе Санкт-Петербурга), как правило, предполагают наилучшее разрешение. Например, Kodak DCS-460 обладает разрешением 2000×3000 пикселов (6 Мпс). Аппарат фирмы Apple QuickTake 3500, который стоит в розницу меньше 3000 руб., имеет самое большое разрешение — 640×480 пикселов. Такого класса фотокамерами комплектуются современные сотовые телефоны.

К сожалению, многие люди (даже знакомые с цифровой графикой) находят для себя сложным разобраться в том, каким образом размеры в пикселах превращаются в качество изображения. Для понимания этого сначала необходимо уяснить, что размеры в пикселах, как правило, основываются на разрешении 72 ppi (пиксела на дюйм). Также важно понимать, что уменьшение размера цифрового изображения увеличивает количество пикселов на дюйм. Таким образом, проблема разрешения, как правило, сводится к следующему вопросу: каков самый большой размер, до которого вы можете уменьшить (сжать) изображение без опасности потерять его высокое качество на выходе?

Для достижения наилучших результатов при выводе изображения на печать разрешение должно быть в 1,5–2 раза больше экранной частоты (измеряется в строчках на дюйм), используемой при выводе изображения.

Предположим, вы используете цифровой фотоаппарат Kodak DCS 460 и вам надо отослать изображение размером 7×7 дюймов и разрешением 225 ppi в журнал. Для того чтобы определить, можете ли вы сфотографировать изображение, которое бы отвечало этим требованиям, просто разделите требуемые пикселы на дюйм в горизонтальном и вертикальном разрешении цифрового аппарата. Максимальный возможный размер изображения с разрешением в 225 ppi будет равен приблизительно 13×9 дюймов (3000:225 = 13, 33 дюйма и 2000: 225 = 8,89 дюйма).

Таким образом, у вас не будет проблемы с отсылкой изображения размером 7×7 дюймов с разрешением в 225 ppi. Однако если вы будете использовать для печатной работы аппарат, максимальное разрешение которого 640×480 пикселов, то у вас возникнет проблема. Оптимальный размер изображения с разрешением 225 ppi будет равен 2,84×2,13 дюйма (640: 225 = 2,84; 180: 225 = 2,13) для вывода изображения с экранной частотой всего в 150 dpi (количество точек на дюйм).

Как только станет ясно, как глубина цвета и разрешение цифрового фотоаппарата влияют на качество вывода, вопрос о выборе цифрового фотоаппарата решается сам собой. Почти все современные модели «цифровиков» имеют режим видео- и аудиозаписи, рассчитанный на короткое время (в зависимости от емкости карты памяти).

Перед тем как воспользоваться цифровым фотоаппаратом, полезно знать, что не все модели (даже не все дорогие модели) захватывают каждый нюанс цвета в изображении, особенно если условия освещения удовлетворительные.

На конкретном примере иногда делается упор на то, что аппараты фирмы Kodak дают цветовую палитру более солнечного спектра, чем, например, аналогичные по характеристикам аппараты фирмы Minolta (дающие относительно более холодные «голубые» тона). Но неискушенному покупателю сперва будет трудно это отличить, также как неспециалисту разобрать общие линии в отпечатках пальцев.

Это вовсе не означает, что цифровые фотоаппараты производят изображения плохого качества, которые нельзя использовать, а только говорит о том, что в каждом конкретном случае, возможно, понадобится прибегнуть к услугам таких программ редактирования изображений, как Adobe Photoshop, HSC Live Picture, Fauve Xres, MicrografX Picture Publisher или Corel PhotoPaint, или коррекционного программного обеспечения, поставляемого вместе с фотоаппаратом для расширения динамического диапазона изображения и установки четкости цветовой коррекции.

Интерес к домашним кинотеатрам в народе неугасим. Объемы продаж кинотеатральных компонентов с каждым днем растут, как на дрожжах. Но кинотеатр состоит из нескольких сложных электронных приборов, среди которых телевизоры — самые сложные. Какой он должен быть — ваш семейный большой телевизор? Какой у него должен быть размер экрана, какая технология, какие форматы видео он должен поддерживать, а какие — необязательно, какой звук у него должен быть и, самое главное — какое изображение? Покупка телевизора — это скорее вопрос стратегии: стоит ли так далеко заглядывать в будущее и готовить аппаратуру для телевидения высокой четкости HDTV? Или же все-таки приобрести «ящик», где изображение будет ярким, четким и привычно живым?

Можно сказать, что без телевизора сегодня почти никто не живет. Однако в жизни каждого человека, уже имеющего телевизор, рано или поздно наступает момент, когда он ясно осознает, что дальше смотреть «это» уже нельзя, и тогда встает вопрос — как и какой телевизор покупать вновь.

Автор, проверивший на практике много телевизоров разных форматов и технологий, делится в этом разделе своими советами и рекомендациями по выбору оптимального варианта из многих возможных. Предположим, что перед покупкой телевизора вы имеете энную сумму, и не пытаетесь сэкономить. Если это не так, то рекомендации, приведенные ниже, окажутся полезными даже в случае оптимального выбора между извечным: цена — качество.

4.7.1. Размер экрана (диагональ)

Размер экрана телевизора лучше просчитать исходя из размеров комнаты и дистанции от дивана до телевизора. Именно дистанция определяется размером помещения, а диагональ телевизора можно выбрать. Конечно, бегать с линейкой и считать на калькуляторе угол обзора не стоит, потому что можно применить так называемое «правило пяти диагоналей», а именно, размер диагонали экрана телевизора должен соответствовать расстоянию от него, т. е. расстоянию, вычисляемому как размер диагонали, умноженный на пять. Иначе говоря, измерив расстояние от дивана до телевизора и поделив его на пять, получают диагональ будущего телевизора.

Как правило, диагональ телевизора измеряется в дюймах, а расстояние — в метрах. В табл. 4.1 рассмотрены соответствия «дюйм — метр».

Диван не должен стоят прямо у стены, правила звукоинсталяции предполагают, что за вашей спиной будут стоять колонки тыловых каналов звука.

Чтобы понять различия между технологиями, необходимо разобраться с главными техническими параметрами телевизоров, потому что именно их отличие определяет выбор телевизора той или иной технологии.

4.7.2. Характеристики телевизоров

Яркость измеряется в физических единицах, называемых «канделы», на единицу площади экрана в квадратных метрах и определяет способность экрана отображать картинку без потерь качества в условиях высокой внешней засветки. Однако надо помнить, что максимальная яркость экрана — не главное его достоинство, тем более что абсолютное большинство телезрителей никогда не включает свои телевизоры на предельную яркость (просто незачем, да и картинка от этого только страдает). Однако яркость экрана — это тот важный параметр, который определяет общий уровень техники визуализации, и чем яркость выше, тем, как правило, картинка лучше. Яркость не главное достоинство телевизора, но и не последнее.

Это весьма относительная (и субъективная) величина, характеризующая соотношение между светимостью полностью включенного элемента изображения и полностью выключенного. Или, если совсем просто, между горящим пикселом и выключенным.

Для определения яркости и контрастности надо выйти в меню управления телевизором и в настройках изображения вывести эти параметры поэтапно сначала на максимум, потом на минимум и, наконец, в то положение, которое вам покажется комфортным. После такой нехитрой процедуры можно реально узнать о яркости и контрастности телевизора все, о чем не сможет рассказать ни один пресс-релиз производителя.

Количество элементов изображения (точки, пикселы) на площади экрана телевизора называют разрешением. Это важнейший параметр для хорошей визуальной картинки телевизора. Высокое разрешение придает картинке телевизора ощущение «слитности», а низкое разрешение, напротив, рассыпает изображение на отдельные пикселы и придает картинке «рыхлость» и зернистость.

Здесь уместно вспомнить о рекомендации просмотра больших полотен-панорам, написанных масляной краской.

Особенности человеческого зрения таковы, что вблизи точки изображения видны лучше, а издалека они сливаются в единое изображение, возникает так называемый «типографский эффект», когда отдельные точки создают цельное изображение, а издалека экран слабого разрешения выглядит нерезким. Еще один аргумент в пользу телевизоров с матрицами высокого разрешения в том, что такие телевизоры имеют, как правило, весьма производительные графические процессоры, что также способствует улучшению качества изображения.

Большой экран требует очень высокого разрешения, потому что с ростом диагонали точки изображения — пикселы — «разлетаются» в стороны, делая изображение «рыхлым» и нечетким. Для ликвидации этой проблемы дорогие телевизоры с матрицей высокого разрешения используют специальные графические чипы, которые логично заполняют пустоты между строками и элементами обычного телевизионного сигнала довольно малой четкости. Сигнал высокой четкости использует матрицу телевизора целиком, а потому желательно приобретать большой HD-Ready-телевизор.

Стандартные разрешения телевидения высокой четкости (ТВЧ) — стандарт HDTV — 1280×720 точек с прогрессивной разверткой (p) и 1920×1080 с чересстрочной разверткой (i). Значит, телевизор должен иметь матрицу не менее 720 точек по вертикали. Впрочем, 720p по качеству все же лучше, чем 1080i.

Сегодня почти все дорогие телевизоры оснащены системой HDTV. Но не всякий контент сегодняшнего дня, да и ближайшего будущего, будет нести в себе высокочеткий сигнал. Да и посмотреть высокочеткий фильм сегодня удастся с трудом. Россия (Москва и Санкт-Петербург в частности) принимает сегодня спутниковый HD-сигнал, только временами и как экспериментально — пробный. Правда некоторые компании в столице достаточно успешно зарабатывают на высокой четкости, продавая диски с HD-контентом, записанные на простые DVD-диски. Один такой 1,5-часовой фильм размешается на 3–4 дисках, но, закачав их в ПК, фильм удается посмотреть. В Москве также некоторое время в пробном режиме вещала локальная сеть IP-телевидения, используя высокий трафик, она передавала фильмы в HD-формате.

Однако HDTV формат будущего — его поддержку интенсивно готовят все ведущие производители бытовой электроники и, вероятно, уже через год ситуация изменится. К этому времени ожидается выход на промышленный выпуск дисков с высокой плотностью записи HD DVD и Blue Ray, а также выход массовых моделей плееров для HD-фильмов. Через три года на высокую четкость планируют перейти российские каналы из числа «первых кнопок». В массовом масштабе телевизоры сегодня производятся по четырем основным технологиям. Поэтому все производимые телевизоры можно подразделить на следующие типы:

□ ЭЛТ-телевизоры;

□ ЖК-телевизоры;

□ плазменные панели;

□ проекционные телевизоры.

4.7.3. Технологии современных телевизоров

Их все лучше знают по термину «обычный телевизор», он же кинескопный, он же на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) или в английской аббревиатуре — CRT (cathode-ray tube). С этими привычными каждому телевизорами многие родились и выросли, они стоят почти в каждом доме, но человечество уже «выросло из кинескопа» и двинулось к плоскопанельным телевизорам. В больших городах сегодня это массовое явление. Дальнейшее развитие электронно-лучевых телевизоров останавливают два фактора — невозможность увеличения размера и разрешения экрана. Виной тому сам принцип их действия.

Экран ЭЛТ-телевизора является пустотелой стеклянной трубкой — кинескопом, из которого выкачан воздух, а на внутренний обращенный к нам слой стекла нанесен люминофор, который светится при «бомбардировке» его пучками электронов, вылетающими из электронно-лучевой пушки. Проблема кинескопных телевизоров в том, что невозможно создать такие телевизоры с большими экранами, сам телевизор станет весить под сто килограмм и занимать слишком много места в комнате. Кроме того, технологически сложно и экономически нецелесообразно создавать кинескопы высокой четкости. Вместе с тем: ЭЛТ-телевизоры лишены многих недостатков ЖК- или плазменных телевизоров. Они дольше работают, не знают проблем с временем отклика или углом обзора, но покупать такой телевизор для домашнего кинотеатра имеет смысл тогда, когда его диагональ будет не более 29 дюймов (см. табл. 4.1).

Технология жидких кристаллов имеет синонимы ЖК, LCD, TFT, но последнее технически некорректно, т. к. означает одну из самых массовых, но не единственную технологию жидкокристаллических дисплеев. Жидкокристаллические телевизоры (ЖК-телевизоры) массовых серий начинают свои диагонали с 15 дюймов и заканчивают много за 40. При этом малые размеры ЖК-панелей в какой-то степени являются уникальным свойством этой технологии, потому что других плоскопанельных телевизоров с диагональю менее

37 дюймов не бывает. ЖК-телевизоры имеют возможность поддерживать систему HDTV, но это распространяется лишь на те телевизоры, у которых достаточный размер экрана, чтобы иметь необходимое для высокой четкости разрешение. ЖК-телевизоры всегда имеют более низкое соотношение цена/размер экрана, чем, например, «плазма». Технология ЖК-телевизоров та же, что и ЖК-калькуляторов или электронных часов. Отличие от последних заключается только в том, что экран телевизора подсвечивается флуоресцентной лампой, установленной за экраном, но она имеет свой определенный срок службы и выгорает примерно через 6–7 лет. Впрочем, она меняется без замены самого экрана.

Как уже было отмечено ранее, ЖК-телевизоры могут поддерживать систему HDTV, но только в тех случаях, когда им это позволяет размер и разрешение матрицы.

На сегодняшний день такие «болячки» жидких кристаллов, как большое время отклика или малый угол обзора, окончательно ушли в прошлое, но покупать б/у модели старых линеек все равно нет смысла. И, самое главное: в магазинах России основная масса 26—27-дюймовых телевизоров, разрешение которых по вертикали не превышает 576 точек. Однако встречаются варианты 480 или даже 543 точки, а это совершенно не согласуется с тем телевизионным сигналом в 576 строк, который передает телецентр. Поэтому аппарат, согласовывая сигнал с собственной матрицей, «ломает» картинку. Выбирайте телевизор с размером матрицы не менее этой заветной цифры по вертикальному разрешению, и тогда получите идеальную картинку при просмотре телепрограмм.

Синоним технологии — PDP. Основу современного домашнего кинотеатра составляет именно плазменная панель или телевизор, потому что ни одно другое устройство пока не дает такую колоссальную контрастность и, соответственно, цветовую яркость, как «плазма». Минимальный размер экрана для плазмы 37 дюймов, и делать меньший размер производители, вероятно, не будут. Конструктивно панель выполнена как две стеклянные пластины, в проеме между которыми находятся многочисленные капсулы с газообразной смесью, которая при прохождении сквозь нее потоков электронов начинает светиться, подобно неоновой рекламе. Одна капсула отвечает за один цвет одной точки. Цветов у каждой точки три, а точек (пикселов) у некоторых моделей до 2 млн. Разумеется, миллионы плазменных огоньков создают качественную картинку на экране. Иначе говоря, плазменная панель довольно сложная, но в работе весьма красивая штука.

Большой телевизор может быть отдельным телевизором или телевизором в составе домашнего кинотеатра, в последнем случае он работает в паре с усилительными, аудио- или медиакомпонентами. Но вот парадокс: в последнем случае вашим телевизором может стать то, что телевизором не является вовсе. Как так?

Очень просто — телевизор, как электронное устройство, отличается от прочих устройств наличием ТВ-тюнера, принимающего эфирный или кабельный телевизионный сигнал, и наличием встроенной аудиосистемы. В случае с медиацентром или домашним кинотеатром эти функции может взять на себя компьютер или ресивер (в которых уже есть ТВ-тюнеры), а внешняя многоканальная акустика избавляет «плазму» от необходимости иметь собственные динамики. Так обычная плазменная панель, без собственного звука и тюнера, становится великолепным телевизором. В последние годы «плазма» начала резко сбрасывать свою немалую цену и за 5 лет подешевела более чем в 2 раза. Однако все равно она остается самым дорогим из бытовых электронных устройств и сегодня стоит не менее 30 000 руб.

Есть плазменные панели, которые под телевизионные и кинотеатральные цели не подходят.

Не всякая плазменная панель подходит для использования в домашнем кино и телевидении, и главный критерий для «отсекания» «телевизионной плазмы» от не «телевизионной» — параметр разрешения матрицы панели. Как и в случае с ЖК-телевизором, разрешение менее 576 точек по вертикали не вписывается в российский стандарт телевизионного сигнала и те плазменные панели, которые имеют меньшее разрешение, относятся (для России) к классу информационных специальных мониторов. Они, кстати, часто так и применяются, на вокзалах и аэропортах.

Проекционный телевизор представлен на рис. 4.12.

Это только отчасти телевизор, на самом деле это проектор, спрятанный в глубины телевизионного корпуса, снабженный ТВ-тюнером и встроенной акустической системой. Изображение создается проектором и через систему зеркал «выбрасывается» на просветный экран телевизора. С конструкцией телевизора все относительно просто, а вот с самими проекторами — сложнее.

Сегодня известно три основных технологии изготовления проекторов и еще несколько, не получивших широкого распространения.

Первыми проекторами были проекторы электронно-лучевые, и как это не покажется странным, не сумев создать ЭЛТ-телевизор с большим экраном, его сделали с помощью все той же ЭЛТ-технологии. Для этого кинескопы разделили, и сделали из одного многоцветного три однотипных, но разного цвета. Перед каждым поставили линзу объектива и максимально увеличили яркость. Теперь свет от трех кинескопов стал падать на экран, где его совместили и получили все то же многоцветное изображение. Так появился первый ЭЛТ-проектор.

Потом его «одели» в телевизионный корпус, придали ему акустические колонки и тюнер, и получился проекционный телевизор. Их выпускают и сегодня, но из-за больших размеров проекторов этой технологии и сами телевизоры отнюдь не малы.

Проекционные телевизоры при массе своих недостатков имеют так же и массу достоинств.

Жидкие кристаллы в проекционных технологиях дали возможность резко уменьшить размеры проекторов, а за счет применения мощных ламп пошел на спад и световой поток. Но лампу пришлось охлаждать, а это прибавило шума в работе телевизора, который создали на базе ЖК-проекторов. Вторая беда ЖК-проекционных телевизоров это то, что лампы имеют относительно низкий срок работы — всего около 2000 час.

DLP-проекционный телевизор (DLP — Digital Light Processing — «цифровая обработка света», разработка фирмы Texas Instruments) повторяет традиции ЖК-проекционных телевизионных приемников, но отличается более высокой контрастностью и яркостью картинки, т. к., в отличие от ЖК-телевизора, свет от лампы в нем не проходит сквозь жидкие кристаллы, а отражается от микрозеркал специально разработанного под эту технологию DMD-чипа. Предельный размер экранов проекционных телевизоров составляет около 60 дюймов. Пример такого телевизора представлен на рис. 4.13.

Как видно из рисунка, такой аппарат занимает довольно много места. Вместе с тем, за последние годы ЖК-проекционные телевизоры стали много компактней, чем первые ЭЛТ.

Общей бедой всех проекционных панелей являются: малый угол обзора, особенно в вертикальной плоскости, относительно частая смена лампы и порой не слишком удобный доступ к ней, а также размер телевизора и его вес. Зато проекционные телевизоры радуют глаз цветностью, контрастом, как правило, очень хорошим звуком (уж что-что, а места для акустики в таких корпусах хватает) и относительно невысоким коэффициентом цена/дюйм экрана.

Далее рассмотрим достоинства и недостатки телевизоров различных технологий, которые сведены в табл. 4.2.

4.7.4. «Фичи»

Каждый из нас перед покупкой какой-либо «серьезной» вещи, испытывая дефицит информации, обращается к более сведующим в конкретном вопросе людям. Часто ими становятся продавцы-консультанты магазинов. К сожалению именно потому, что лояльных к покупателю консультантов очень и очень мало. Главная задача такого специалиста — продажи магазина несмотря ни на что (а лучше продажи «задержавшегося» товара), а потому для получения больших продаж они применяют некоторые приемы, которые на жаргоне консультантов магазинов называются «фичи». Для того чтобы не стать жертвой таких «консультаций», надо их знать. Из самых любимых «фичей» консультантов и продавцов телевизоров являются яркость и контрастность последних. Когда на вас обрушивают лавину цифр и специальных терминов, а потом с «замиранием сердца» говорят о контрасте телевизора — не торопитесь «развешивать уши». Даже заявленные производителями параметры весьма относительны, а самих методик замеров контрастности много, и все они друг от друга отличаются.

Так что, например, при коэффициенте контраста 3000:1 у одной модели телевизора его картинка может оказаться хуже, чем у другого с контрастностью в 1000:1. Впрочем, всегда покупая конкретный телевизор, необходимо оценивать изображения самого аппарата, а не данные релиза производителя.

Не доверяйте разным логотипам, сокращениям и модным технологиям. Часто, и особенно у производителей второго эшелона, создание новых технологий вызвано не желанием улучшить качество изображения, а маркетинговыми интересами. Для покупателя важно — насколько качественна картинка данного телевизора, а потому сначала подсчитайте нужный вам размер экрана, затем составьте список сначала технологий, потом производителей, потом моделей, отсекая поэтапно, что не устраивает или не интересует. Затем из оставшегося списка моделей просмотрите в магазинах все, дайте самому себе паузу в одну неделю, чтобы не «замылить» взгляд, и еще раз посмотрите оставшиеся в самом последнем списке. Свой телевизор «покажется» вам сразу.

Поделим все телевизоры только на два главных класса — на большие и малые. Вся остальная классификация телевизионных приемников по диагоналям или технологиям (например, электронно-лучевые, жидкокристаллические, плазменные, проекционные) всего лишь параметры больших и малых телевизоров.

Еще одно весомое отличие телевизоров — это то, как их эксплуатируют. Большие телевизоры дают возможность настоящего комфортного отдыха, качественной картинки и звука. Малые отличаются портативностью, небольшими размерами и экранами, чаще их держат на кухне и смотрят по утрам блоки новостей. Но телевизоры даже при единых размерах экрана могут работать в разных помещениях и условиях. Например, кто-то ставит на кухню 20-дюймовый телевизор, считая его маленьким, а другой водружает такой же в зал и для него — тот же аппарат большой. Для определения некой границы между этими классами априори примем, что самый большой из малых телевизоров может иметь размер экрана не более 21 дюйма.

Приведу пять советов по выбору размера телевизора (в связи с вышесказанным).

□ Определитесь с технологией ЖК-телевизора или ЭЛТ (о важных для пользователя различиях рассказано ранее).

□ Внимательно проверьте настройки телевизора: одна из распространных уловок продавцов — это искусственно улучшенное изображение у демо-аппарата.

□ Посмотрите на телевизор в режиме телевещания, потому что многие магазины «гоняют» не ТВ-сигнал, а высококачественный композитный сигнал.

□ Если вам показали один телевизор, а потом несут со склада другой — отказывайтесь смело, потому что брать имеет смысл именно тот аппарат, что выбрали вы, поскольку он уже был показан, что называется, «на лицо».

□ Посмотрите на панель разъемов, чтобы узнать совместимы ли интерфейсы данного телевизора с теми, что использует техника, которую вы собираетесь подключать к новой покупке. Как минимум, телевизор должен обладать разъемами SCART, RCA (тюльпан), выходом на наушники и S-video.

Малый телевизор на кухне до последнего времени однозначно выглядел так — 14-дюймовый ЭЛТ-телевизор с минимумом сервисных функций. Но сегодня все чаще на месте этих толстеньких карапузов можно увидеть тонкие жидкокристаллические телевизоры, цена которых варьируется от 8000 рублей. Что же человек, купивший ЖК-телевизор, приобретает, а что, возможно, теряет?

Казалось бы, ЖК-телевизор более технологически-продвинутый формат техники и его приобретение однозначное благо, но тут есть свое «но». ЖК-телевизоры бюджетного класса имеют и самую маленькую по разрешению матрицу, значение количества точек в которой не превышает 640^480 точек.

Что в этом плохого? Реальное количество строк на видимой части экрана в стандарте SECAM, в котором, кстати, и вещает наше телевидение — 576 строк, т. е. 480 это уже меньше и сам телевизор показывает с худшим качеством, чем то, что показывает телевизионная станция.

Как такое возможно?

Запросто, телевизоры с таким разрешением прекрасно работают в США и Японии, где стандарт NTSC предполагает как эти самые 480 строк. Мы же покупаем телевизоры, порой не особо интересуясь стандартами и форматами. К тому же на малобюджетных жидкокристаллических аппаратах, как правило, ставят весьма слабые графические процессоры (сродни тем видеокартам, что стоят на компьютерах), потому они нередко страдают искажениями картинки, нечеткостью, завышенной контрастностью, и завалами по темным участкам изображения, когда эти участки заливает сплошной чернотой, без каких-либо деталей.

480-строчные NTSC-телевизоры далеко не лучший вариант для отечественного телесигнала.

Огромное количество ЖК-телевизоров продаются с диагональю в 20 дюймов, и также имеют разрешение NTSC-сигнала. Поэтому даже непредвзятый телезритель ясно видит, что такой ЖК-телевизор показывает гораздо хуже, чем обычный «кинескопный». Так что же, теперь продолжать покупать для кухни или дачи эти старые электронно-лучевые телевизоры?

И да, и нет. С одной стороны, при малых размерах экрана пока ЭЛТ-телевизорам нет равных по качеству изображения. Есть еще один плюс в пользу ЭЛТ малых телевизоров. Их производители тоже не стояли на месте, и выпускают теперь телевизоры с диагональю не в 14, а в 15 дюймов.

Какая разница?

Если смотреть вблизи, а малое ТВ только так и смотрят, очень существенная, и к тому же их стали делать с абсолютно плоскими экранами, тут и борьба с искажениями картинки, да и сам телевизор красивее. И если на даче хочется смотреть кино или спорт с исключительно только высококачественной картинкой, то следует покупать именно такие телевизоры.

15-дюймовые ЭЛТ-телевизоры с плоским экраном дают сегодня лучшую картинку (чем портативные ЖК-телевизоры).

C другой стороны, жизнь не стоит на месте, и вот уже появилось множество ЖК-телевизоров нового класса. Они имеют диагональ от 15 дюймов и разрешение матрицы от 1028*768 точек, а также производительные графические процессоры, а порой и приемлемый встроенный звук. Такие телевизоры в последнее время снабжают разъемом для соединения с ПК и называют телевизорами-мониторами. Поэтому, прежде чем решить, что купить на кухню или дачу, осмотритесь с «холодным вниманием вокруг», вдруг увидите то, что конкретно нужно. Ведь правильная поставленная задача предполагает уже наполовину успешное решение. А эта информация вовремя — просто бесценна.

Смотрите на конкретный телевизор, на его картинку, и когда будете покупать его, берите то, что видели сами, а не то, что принесет продавец со склада, потому что даже внутри серии модель от модели порой отличаются по картинке весьма существенно. При покупке смотрите также на размеры, на вес, на разъемы, просто на дизайн, в конце концов, вам ведь с этим телевизором еще долго жить в единой среде обитания.

Мы привыкли поневоле рассматривать телевизор не только как нечто необходимое, но и как предмет, занимающий наше жизненное пространство. Именно поэтому в свое время классические ЭЛТ старались максимально уменьшить в габаритах, а впоследствии начали интенсивно разрабатывать «тонкие» ЖК- и плазменные телевизоры. Но есть класс людей, которые по роду своей деятельности очень много работают с персональным компьютером (например, студенты). Чтобы не загромождать жизненное пространство дополнительным «ящиком» в виде телевизора, разработчики компьютерных компонентов придумали специальные встроенные или внешние ТВ-тюнеры для компьютеров, которые позволяют смотреть телевидение через монитор. Так они получили возможность смотреть телевизор, не отрываясь от процесса обучения (работы, например, предприниматели, программисты и журналисты). Однако просмотр телепрограмм через компьютерные мониторы омрачает несколько факторов.

Во-первых, во время такого просмотра компьютер должен быть включен, а значит — естественно, шумит, во-вторых, даже когда были разработаны внешние ТВ-тюнеры, не требовавшие присутствия включенного компьютера, оставалась проблема звука, ведь монитор (если он не мультимедийный) был молчалив.

ЖК-телевизор-монитор лучший друг студента.

Специальные мультимедийные колонки это опять же дополнительное пространство на столе, и звук от пластмассового «мультимедиа» соответствующий. Тут спасло положение появление телевизоров-мониторов. Даже небольшой 15-дюймовый аппарат этого класса работает гораздо лучше телевизора с той же диагональю, т. к. уже одно только количество точек на матрице «обязывает» разработчиков всерьез относиться к картинке. К тому же в роли монитора к такому телевизору появляется столько требований (иначе его просто не продать), что поневоле подтягивается и телеуровень.

Но студент нынче ушлый, и 15 дюймов для них это что-то вроде Windows 98 для сисадмина, а потому телевизоры-мониторы с диагональю меньше 17 дюймов берут редко. Продажи растут от 17 дюймов. Стоит такой монитор чуть дороже «простого», а удовольствия «три в одном». Почему три, а не два? Да потому что такие устройства, как правило, несут на себе и неплохие колонки, и, подключив портативный МР3 или CD-плеер к такому телевизору, получается готовый медиацентр. Большие телевизоры тоже поддерживают входящий сигнал с МР3-плеера и компьютера, но случаев такого использования домашних кинотеатров практически нет. Как правило, компоненты серьезных систем не страдают от отсутствия контента, да и дефицит пространства их тоже не смущает.

Плазменные и жидкокристаллические экраны больших размеров рассчитаны на телевидение будущего. А что делать со старыми стандартами?

Многие современные HD-модели воспроизводят и SECAM, и тот же PAL не без проблем.

Причиной расхождения в качестве изображения является различие в природе видеосигналов. Если на экране HD-телевизора высокого разрешения показывать изображение повышенной четкости, то сказка о домашнем кинотеатре становится былью. Но если «раздуть» на том же экране изображение с обычным разрешением SECAM или PAL, то или придется очень далеко отойти, чтобы что-то рассмотреть, или через несколько минут начнет рябить в глазах. Производители для такого случая специально указывают, что минимальное расстояние для просмотра должно составлять четырехкратный или пятикратный (см. ранее) размер диагонали экрана. Так, при диагонали телевизора 1 метр, диван придется ставить на балкон.

Однако важен не только формат видеосигнала, но и способ его обработки в телевизоре.

Преобразование разрешения SECAM или PAL в более высокое разрешение жидкокристаллических экранов требует повышенных затрат вычислительной мощности. От этого страдает в первую очередь качество и глубина цветопередачи: например, лица становятся неестественно плоскими, структурные поверхности теряют детализацию.

Видеофильмы становятся похожими на компьютерную анимацию, или же картинка делается более «пиксельной» и, в особенности у движущегося изображения, появляются артефакты.

4.7.5. Основные различия между плазменными и ЖК-дисплеями

В отличие от обычных кинескопов, жидкокристаллические и плазменные дисплеи имеют постоянное разрешение экрана, при этом каждый световой пункт воспроизводится автономно.

Этот световой пункт (пиксел), в свою очередь, состоит из трех субпикселов, по одному на три основных цвета: красный (R), зеленый (G) и синий (B). При изменении интенсивности свечения субпикселов образуется определенный цвет основного пиксела.

В жидкокристаллических (ЖК, LCD) дисплеях субпикселы подсвечиваются сзади, и в зависимости от команд управления пропускают больше или меньше света. Конструктивной особенностью ЖК-дисплеев является ограниченный угол обзора, тем не менее в тесте они были ярче и контрастнее, чем плазменные. Кроме того, у них есть один плюс: их поверхность матовая, поэтому на ней не возникает бликов и отражений.

В плазменных дисплеях субпикселы светятся каждый самостоятельно. Это позволяет делать плазменные дисплеи крупнее жидкокристаллических.

Недостаток плазменных дисплеев: воспроизвести полностью черный экран субпикселам пока не по плечу.

Почти в любой области измерений значение предельно различимого слабого сигнала определяется шумом — мешающим сигналом, который забивает полезный сигнал. Даже если измеряемая величина и не мала, шум снижает точность измерения. Некоторые виды шума неустранимы принципиально (например, флуктуации измеряемой величины), и с ними надо бороться только методами усреднения сигнала и сужения полосы. Другие виды шума (например, помехи на радиочастоте и «петли заземления») можно уменьшить или исключить с помощью разных приемов, включая фильтрацию, а также тщательное продумывание расположения проводов и элементов схем. Существует шум, возникающий в процессе усиления, и его можно уменьшить применением малошумящих усилителей.

Одной из форм шумов являются мешающие сигналы или паразитные наводки. Шум в виде сигналов, приходящих по связям с источником питания и путям заземления, на практике может иметь более важное значение, чем рассматриваемый ранее внутренний шум. Например, наводка от сети 50 Гц имеет спектр в виде пика (или ряда пиков) и относительно постоянную амплитуду, а шум зажигания автомобиля, шум грозовых разрядов и другие шумы импульсных источников имеют широкий спектр и всплески амплитуды. Другим источником помех являются радио- и телепередающие станции, окружающее электрооборудование. Иногда от многих из этих источников шума можно отделаться путем тщательного экранирования и фильтрации.

Сигнал помехи может попасть в электронный прибор по входам линий питания или по линиям ввода и вывода сигнала. Помехи могут попасть в схему и через емкостную связь с проводами (электростатическая связь — наиболее серьезный эффект для точек схемы с большим полным сопротивлением), или через магнитную связь с замкнутыми контурами внутри схемы (независимо от уровня полного сопротивления), или электромагнитную связь с проводами, работающими как небольшие антенны для электромагнитных волн. Любой из этих механизмов может передавать сигнал из одной части схемы в другую.

Токи сигнала в одной части могут влиять на другую часть схемы при падении напряжения на путях заземления и линиях питания.

4.8.1. Методы исключения помех

Для решения этих часто встречающихся вопросов борьбы с помехами придумано много эффективных приемов, но в большинстве они направлены на уменьшение сигнала (или сигналов) помехи, редко когда помеха уничтожается совсем. Поэтому имеет смысл повысить уровень сигнала просто для увеличения отношения сигнал/шум. Большое значение также имеют и внешние условия: устройство, безукоризненно работающее в лаборатории, может на практике работать с огромными помехами в ином месте.

Перечислю некоторые внешние условия, которых не следует избегать:

□ соседство радио- и телестанций (РЧ-помехи);

□ соседство линий метро (импульсные помехи и «мусор» в линии питания);

□ близость высоковольтных линий (радиопомехи, шипение);

□ близость лифтов и электромоторов (всплески в линии питания), а также близко расположенные здания с регуляторами освещения и отопления (всплески в линии питания);

□ близость оборудования с большими трансформаторами (магнитные наводки);

□ близость электросварочных аппаратов (наводки всех видов неимоверной силы).

4.8.2. Эффективные приемы при борьбе с помехами

В борьбе с шумами, идущими по линии питания, лучше всего комбинировать линейные РЧ-фильтры и подавители переходных процессов в линии переменного тока. Этим способом можно добиться ослабления помех на 60 дБ при частотах до нескольких сот килогерц, а также эффективного подавления повреждающих всплесков.

С входами и выходами дело сложнее из-за уровней полного сопротивления и из-за того, что надо обеспечить прохождение полезных сигналов, которые могут иметь тот же частотный диапазон, что и помехи. В устройствах типа усилителей звуковых частот можно использовать фильтры нижних частот на входе и на выходе (многие помехи от близлежащих радиостанций попадают в схему через провода громкоговорителя, выполняющего роль антенн). В других ситуациях необходимы, как правило, экранированные провода. Провода с сигналами низкого уровня, в частности при высоком уровне полного сопротивления, всегда нужно экранировать. То же относится к внешнему корпусу прибора.

Внутри прибора сигналы могут проходить всюду путем электростатической связи: в какой-нибудь точке в приборе происходит скачок сигнала напряжением 10 В и на расположенном рядом входе с большим полным сопротивлением произойдет тот же скачок. Что можно сделать?

Лучше всего уменьшить емкость между этими точками (разнеся их), добавить экран (цельнометаллический футляр или даже металлическую экранирующую оплетку, исключающую этот вид связи), придвинуть провода вплотную к плате заземления (которая «глотает» электростатические пограничные поля, очень сильно ослабляя связь) и, если возможно, снизить полное сопротивление насколько удастся.

Низкочастотные магнитные поля не ослабляются металлической экранировкой. Лучший способ борьбы с этим явлением — следить, чтобы каждый замкнутый контур внутри схемы имел минимальную площадь, и стараться, чтобы схема не имела проводов в виде петли. Эффективны в борьбе с магнитной наводкой витые пары, т. к. площадь каждого витка мала, а сигналы, наведенные в следующих друг за другом витках, компенсируются.

При работе с сигналами очень низкого уровня, или устройствами, очень чувствительными к магнитным наводкам (катушки индуктивности, проволочные сопротивления), может оказаться желательным магнитное экранирование. Если внешнее магнитное поле велико, то лучше применять экран из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, из железа или фольги) для того, чтобы предотвратить магнитное насыщение внутреннего экрана. Наиболее простым решением является удаление мешающего источника магнитного поля.

Наводки радиочастоты могут быть очень коварными. Так, не внушающая подозрений часть схемы может работать как эффективный резонансный контур с огромным резонансным пиком. Кроме общего экранирования, желательно все провода делать как можно короче и избегать образования петель, в которых может возникнуть резонанс. Классической ситуацией паразитного приема высоких частот является пара шунтирующих конденсаторов, что часто рекомендуется для улучшения шунтирования питания. Такая пара образует отличный паразитный настроенный контур где-то в области от ВЧ до СВЧ (от десятков до сотен мегагерц), самовозбуждающийся при наличии усиления.

4.8.3. Обеспечение помехозащищенности аппаратурных средств компьютерной техники

Для подавления помех, вызванных ударами молнии в силовые линии, переключениями реле, переходными процессами при пуске электродвигателя, электрическими разрядами в аппаратуре или вблизи нее, высокочастотными полями необходима тщательная проработка цепей питания, заземления, экранирования, топологии печатных плат с учетом конкретных характеристик интегральных схем.

Интегральные схемы (ИС) ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), представляющие собой токовые приборы с малым входным сопротивлением, особенно чувствительны к разности потенциалов цепей питания между отдельными ИС, возникающей из-за паразитных токов.

ИС МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) управляются напряжением и имеют высокое входное и малое выходное сопротивление, поэтому они особенно чувствительны к излучаемым помехам. Вторичная чувствительность к паразитным токам возникает в результате помех от соседних проводников, по которым передаются импульсные сигналы.

Линейные ИС имеют высокое входное и малое выходное сопротивления. В отличие от цифровых ИС для линейных ИС не указываются диапазоны напряжений. Шумовые выбросы могут просачиваться в усилитель с высоким коэффициентом усиления по шинам питания.

Для уменьшения восприимчивости аппаратуры на ИМС (интегральных микросхемах) к электромагнитным помехам на практике необходимо:

□ максимально применять развязку по цепи питания, подключая конденсаторы индивидуальной развязки к отдельным микросхемам или группам микросхем;

□ выбирать достаточную ширину печатных проводников шин питания;

□ не путать шину «земля» (ШЗ) с «общей шиной» системы (обратный провод источника питания). ШЗ не должна использоваться для передачи мощности. Проводники «земля» и «общий» необходимо соединять только в одной точке системы, иначе образуется замкнутый контур, излучающий помехи в схему;

□ питать цепи, потребляющие большой ток, от отдельного источника. В этом случае переменные составляющие тока питания не проникают в шины, подводящие питание к маломощным логическим схемам. Следует иметь в виду, что проводники, передающие резкие изменения тока, индуктивно связаны с соседними проводниками, а последние передают фронты напряжений через емкостные связи соседним участкам схемы. В связи с этим размещению таких проводников надо уделять особое внимание;

□ выбирать резисторы утечки с минимальным сопротивлением, допускаемым с точки зрения мощности потребления или других условий. Это особенно важно в ИС МДП-типа;

□ в устройствах, построенных на ИС ТТЛ-типа, неиспользуемые логические входы надо подключить к положительной шине «питание» через резистор 1 кОм. В устройствах на МДП ИС неиспользуемые логические входы подключаются соответственно к положительной или отрицательной шинам, т. к. в противном случае может возникнуть состояние неопределенности в работе ИС;

□ применять в линейных устройствах резисторы и конденсаторы, имеющие допуск на разброс параметров до 1 %. Исключение могут составлять резисторы утечки и конденсаторы блокирующих цепей, где допускается 20 % разброс параметров. По окончании разработки следует изучить влияние изменения параметров компонентов на работу схемы.

Если указанные ранее меры не дают желаемого эффекта, то можно применить фильтрацию сетевого напряжения и экранирование. Корпуса из металла или с проводящим покрытием в значительной степени ослабляют внешние помехи. Окна, образуемые индикаторами, шкалами или измерительными приборами, можно закрыть медными экранами. Фильтры сетевого напряжения обеспечивают защиту от помех из силовой сети, но их необходимо согласовать с аппаратурой.

Наиболее успешная борьба с помехами возможна лишь в том случае, когда разработка электрических схем и конструкций радиоэлектронной аппаратуры неразрывно связаны.

Аналогичный подход справедлив и для всех прочих электронных устройств.

Среди многих полезных электронных устройств, находящихся в продаже, есть и занимательные фонари с автономным питанием и автоматической подзарядкой от солнечных батарей. Многим, наверное, не раз приходилось видеть такие промышленные конструкции на прилавках магазинов, особенно часто в Европе и Скандинавии. Сделанные «под старину» (или имеющие иной внешний вид) фонари хорошо вписываются в уютный семейный интерьер городского или загородного дома. Внешний вид фонаря представлен на рис. 4.14.

4.12.1. Особенности устройства

Могут быть и другие конструкции, отличающиеся по внешнему виду (например, предназначенные для «втыкания» (вертикального крепления) непосредственно в землю на дачном участке. Предназначение у разного вида светильников может быть различным, емкость аккумуляторов и их тип (а также мощность солнечной батареи) отличается в зависимости от конструкции, но принцип действия у всех один.

При ясной погоде с большой солнечной активностью (днем) устройство, с помощью фотоэлементов солнечной батареи преобразует солнечную энергию в электрический ток, который заряжает маломощные аккумуляторы.

При наступлении темноты естественная солнечная активность снижается, зарядка аккумуляторов прекращается. Внутренняя схема «чувствует» наступление сумерек и разрешает мерцание светового элемента, которым является светодиод оранжевого свечения. Конструктивно светодиод выполнен в трубке из матовой пластмассы так, что кажется, как будто внутри корпуса фонаря мерцает свеча.

Благодаря конструктивным особенностям корпуса, удачным эстетическим решениям, а также электронной схеме устройства, управляющей светодиодом хаотичными пачками импульсов, удалось получить эффект мерцания свечи.

Прогресс в области новых световых элементов необратим. Лет 10 назад повсеместно в продаже имелись специальные лампы (рассчитанные под патрон Е27 и напряжение осветительной сети 220 В), которые производили аналогичный эффект мерцающей свечи благодаря инертному (неоновому) газу в колбе лампы. Сегодня такой же эффект можно получить от светодиода.

Стоимость таких фонарей-светильников невелика и колеблется от 3 до 10 Евро. В России и ближнем зарубежье подобные светильники продаются в отделах электротоваров, сувениров и гипермаркетах.

Рассмотрим электрическую схему устройства и ее основные элементы. Электрическая схема устройства представлена на рис. 4.15.

Микросхема DA1 является конструктивно «залитой» и на печатной плате представляет собой каплю твердой композиции с тремя выводами. Функция этой микросхемы — выработка импульсов с хаотичной частотой следования и скважностью. Как только на нее поступает питание после замыкания электрической цепи включателем SB1, на выводе 3 DA1 «OUT» присутствуют хаотичные импульсы положительной полярностью амплитудой 1,5–1,6 В (при нормально заряженных аккумуляторах). Ограничительный резистор R3 ограничивает ток через светодиод HL1, чем осуществляет энергосберегающую функцию устройства в вечернее время.

Импульсы хаотичного порядка с выхода микросхемы поступают в базу транзистора VT3, на котором выполнен усилитель тока.

В свою очередь, на транзисторах VT1, VT2 собран фоточувствительный узел (фотореле), управляющее работой усилителя тока VT2 и светодиода HL1. При ясной погоде или заметной солнечной активности в пасмурный день (короче, говоря, в дневное время) солнечная батарея на элементах FBI — FB4 является генератором постоянного тока. Максимальное суммарное напряжение на ее элементах (замеренное у катода диода VD1 и общего провода) не менее 3,4 В. Это напряжение поступает в базу транзистора VT1 (включенного вместе с VT2 по схеме Дарлингтона — с максимальным коэффициентом умножения напряжения) через делитель напряжения на резисторах R1, R4. Таким образом, пока светло, напряжение на солнечной батарее достаточно для открывания транзистора VT1 и, соответственно, запирания VT2. Через транзистор VT3 ток не течет, светодиод не мерцает.

Аккумуляторы GB1, GB2, соединенные последовательно, когда SB1 замкнут, заряжаются небольшим током через диод VD1, вторая функция которого — не допустить разряд аккумуляторов в темное время суток через элементы солнечной батареи.

В вечернее (темное) время суток, когда естественного освещения недостаточно для зарядки аккумуляторов, фотореле на транзисторах VT1, VT2 разрешает протекание тока через транзистор VT3, при этом светодиод HL1 мерцает, напоминая горение свечи. В этом случае через светодиод течет ток порядка 8 мА. При погашенном светодиоде устройство практически не потребляет ток. Соответственно, хорошо заряженных аккумуляторов при условии свечения светодиода только в вечернее время и ночью (то есть V суток) было бы достаточно на трое суток (примерно, 88 час).

Однако в дневное время аккумуляторы заряжаются, поэтому на практике время работы нового фонаря увеличивается намного и зависит (в основном) от солнечной активности в дневное время, т. е. тока заряда аккумуляторов.

Как правило, фонарь устанавливают в комнате на окне, с тем, чтобы он лучше заряжался днем. На практике, устанавливать фонарь в глубину комнаты, а тем более в темные интерьеры нельзя, т. к. не удастся получить желаемый уровень зарядки аккумуляторов и заявленные в руководстве (инструкции по эксплуатации) возможности «бесконечной работы, т. к. ресурс светодиода составляет не менее 100 000 часов» не соответствуют действительности. Конечно, не из-за светодиода, а просто устройство требует постоянной солнечной энергии для подзарядки, которую в темном углу или помещении будет неоткуда взять, да и аккумуляторы имеют не бесконечный цикл заряд-разряд. Прочие замеченные недостатки устройства и пути их локализации рассмотрим далее.

4.12.2. О деталях

Устройство комплектуется аккумуляторами Ni-Cd типа АА с номинальным напряжением 1,2 В и емкостью 700 мА/ч.

Транзисторы VT1—VT3 можно заменить отечественными приборами типа КТ312, КТ343 с любым буквенным индексом или аналогичные.

И тип аккумуляторов, и их емкость, на мой взгляд, недостаточны для хорошей и долговременной работы устройства. Именно поэтому устройство не принадлежит к «профи», а является «смешной детской самоделкой», рассчитанной на широкого потребителя и имеет больше сувенирное предназначение, нежели практическое.

4.12.3. Рекомендации по улучшению работы устройства

Для улучшения работы устройства, включающего длительную бесперебойную работу в течение месяцев подряд, а не нескольких суток, необходимо сделать ряд простых изменений в схеме.

□ Параллельно диоду VD1 установить еще 2 аналогичных диода для увеличения тока заряда аккумуляторов. Главное — чтобы все три диода были аналогичными.

□ Штатные аккумуляторы заменить аккумуляторами Ni-Mh (это продлит срок их полезной эксплуатации) в таком же корпусе АА, но с емкостью от 1400 мА/ч.

□ Резистор R4 из схемы удалить. При этом фотореле будет срабатывать раньше, уже при минимальной освещенности и включать светодиод позже (в сумерки), что способствует более длительному заряду аккумуляторов, тем более с большей емкостью, чем штатные.

□ Днем эксплуатировать (как уже было отмечено ранее) фонарь лучше в максимально освещенных местах (например, на окне), а к ночи, в преддверии романтического ужина, можно переносить его уже вглубь комнаты, что придаст атмосфере человеческого общения необычность.