Самоучитель по радиоэлектронике

Приложение 1. Расположение и назначение выводов разъемов

В практике радиолюбителя часто приходится перепаивать некоторые разъемы для подключения устройств друг к другу, а расположение и назначение выводов вы не знаете или забыли. Приведенные ниже сведения помогут восполнить этот пробел. При подключении нештатных устройств, используя эти разъемы, рекомендуется придерживаться стандартного назначения некоторых выводов во избежание неприятностей при случайном подключении такого разъема к аппаратуре.

Разъемы DIN (СРЗ и СР5) в 70-80-е годы XX века широко применялись в отечественной аудиоаппаратуре. В табл. П1.1 представлены некоторые варианты использования выводов разъемов.

Разъемы D-SUB стандарта RS232 используются в качестве низковольтных компьютерных соединителей и имеют от 9 до 78 контактов. Например, разъем DB9 (табл. П1.2) используется в качестве последовательного порта (СОМ-порт) для подключения периферийных устройств к ПК.

Разъем DB25, как правило, используется в качестве параллельного порта (LPT-порт) для подключения принтера к ПК (табл. П1.3). К этому порту можно также подключать самодельные устройства, управляемые компьютером.

Разъем Peritel (SCART) используется в основном для соединения между собой бытовой видеоаппаратуры (табл. П1.4).

Соединители типа RJ имеют от 2 до 10 контактов. Их удобно использовать не только для телефонных линий (RJ-11) и подключения компьютеров в сети (RJ-45), но и для быстрого соединения различных самодельных устройств. Вилочная часть имеет обозначение ТРх-6Р4С (для RJ-11), розеточная — TJx-8P8C (для RJ-45), где х- цифровое или буквенное значение, определяющее разновидность разъема. В табл. П1.5, П1.6 представлена цветовая маркировка жил телефонного провода, прямого провода (компьютер-концентратор) и кросс-кабеля (компьютер-компьютер).

Приложение 2. Химические источники тока

Радиоэлектронные приборы, работающие автономно, имеют встроенный источник питания того или иного типа. Рассмотрим некоторые химические источники тока (ХИТ).

Для питания бытовой и радиолюбительской аппаратуры чаще других используют марганцево-цинковые элементы и батареи с различными электролитами (солевым, хлоридным или щелочным) или воздушной деполяризацией. Широкое распространение получили также ртутно-цинковые, серебряно-цинковые и литиевые ХИТ. Конструктивно ХИТ обычно имеет форму цилиндра (цилиндр малой высоты называют таблеткой или пуговицей).

По рекомендации МЭК такие ХИТ имеют в обозначении:

• букву, определяющую электрохимическую систему (L — алкалиновая, S — серебряно-цинковая, М или N — ртутно-цинковая и др.);

• букву, говорящую о форме элемента (R — цилиндрическая, от англ. Ring — круг; F — прямоугольная, от англ. Foursquare — квадрат);

• число от 1 до 600, условно определяющее размеры элемента.

Применяя ХИТ той или иной системы, следует, конечно, знать ее возможности, особенности эксплуатации и т. п.

Солевые элементы и батареи

Первый тип — это марганцево-цинковые элементы. Это, прежде всего, хорошо известные батареи Лекланше с солевым электролитом (водным раствором хлорида аммония и хлорида цинка). Они могут эксплуатироваться при температурах от -5 до +50 °C. Имеют заметный саморазряд и недостаточно хорошую герметичность. Дешевы. Могут иметь надпись Marganese-Zihc.

Другой тип — угольно-цинковые ХИТ с водным раствором хлорида цинка. Энергетические показатели этих источников примерно в 1,5 раза выше, чем у элементов и батарей предыдущей группы. Могут эксплуатироваться при температурах от -20 до +55 °C. Имеют меньший саморазряд и лучшую герметичность. Допускают больший разрядный ток. В табл. П2.1 приведены данные солевых элементов и батарей по международным (МЭК) и государственным (ГОСТ, ТУ) стандартам.

Щелочные (алкалиновые) элементы и батареи

Электрохимическая система аналогична электрохимической системе марганцево-цинковых элементов, но в качестве электролита здесь используется щелочь в виде водного раствора гидрооксида калия. Алкалиновый элемент можно перезаряжать до 10–15 раз, но его повторная отдача не превысит 35 % начальной. Для перезарядки годятся элементы, сохранившие герметичность и имеющие напряжение не менее 1,1В. Алкалиновые ХИТ могут эксплуатироваться при температурах от-30 до +55 °C. Допускают значительные разрядные токи. На корпусе элемента обычно имеется надпись Alkaline. Применяются в устройствах со средним и высоким энергопотреблением: фотовспышки, электробритвы, диктофоны, плейеры, магнитофоны, телефоны, радиостанции, мощные фонари. В табл. П2.2 приведены данные алкалиновых элементов и батарей по международным (МЭК) и государственным (ГОСТ, ТУ) стандартам.

Воздушно-цинковые элементы

Электрохимическая система: цинк-воздух-гидрооксид марганца. Гидрооксид марганца МпООН окисляется кислородом воздуха до МnО₂. Для подвода и удержания О₂ используют специальные конструкции и материалы катода (элемент активизируется лишь после извлечения пробки, открывающей доступ воздуху). ХИТ с воздушной деполяризацией обладают высокой емкостью и длительным сроком хранения и могут работать при температурах от -15 до +50 °C. Они выпускаются в ограниченном количестве и в основном используются в слуховых аппаратах.

Ртутно-цинковые элементы и батареи

Электрохимическая система: цинк-оксид ртути-гидрооксид натрия. Источники тока имеют высокие энергетические показатели. Работоспособны лишь при положительных температурах (от 0 до +50 °C). При малых токах разряда и стабильной температуре напряжение на элементе остается почти неизменным. Практически не имеют газовыделения. Из-за наличия ртути экологически вредны и к применению не рекомендуются. Их можно отличить по надписи Mercuri. В табл. П2.3 приведены данные ртутно-цинковых элементов и батарей по международным (МЭК) и государственным (ГОСТ, ТУ) стандартам.

Серебряно-цинковые элементы и батареи

Электрохимическая система: цинк — одновалентное серебро — гидрооксид калия или натрия. Источники обладают малым саморазрядом, имеют хорошие энергетические характеристики и почти неизменное напряжение в процессе работы (при неизменной температуре). Температурный диапазон — от 0 до +55 °C. Их отличают по надписи Silver или Silber. В табл. П2.4 приведены данные серебряно-цинковых элементов и батарей по международным (МЭК) и государственным (ГОСТ, ТУ) стандартам.

Литиевые элементы и батареи

Используется электролит с диоксидом марганца на основе органических соединений. Сюда входят более десяти электрохимических систем. Напряжение на элемент- от 1,5 до 3,8 В. Энергетические и габаритно-весовые показатели выше, чем у ртутно- и серебряно-цинковых элементов: по массе — в 3 раза, по объему — в 1,5–2 раза. Литиевые источники обладают исключительно малым саморазрядом (сохраняют более 85 % емкости после 10 лет хранения). Элементы работоспособны в интервале температур от -30 до +65 °C. Они герметичны и имеют довольно стабильное напряжение. Выпускаются в основном в «таблеточном» исполнении для часов, калькуляторов, фотоаппаратов, компьютеров и других небольших приборов. В микромощных устройствах, где важна надежность контактов, используют литиевые источники с выводами под пайку. На корпусе обозначены как Lithium. В табл. П2.5 приведены данные литиевых элементов по шифру типоразмера.

Особенности обозначений и надписей

При использовании элементов питания мы часто сталкиваемся с тем, что с виду одинаковые элементы имеют различные обозначения. В связи с этим выбор аналога нужного элемента иногда вызывает определенные трудности. В табл. П2.6 приведено соответствие обозначений солевых и щелочных элементов разных стандартов, а в табл. П2.7 и П2.8 — дисковых серебряно-цинковых и ртутно-цинковых элементов.

_{Примечание к табл. Элементы, обозначенные звездочкой (*), а также с буквой W после косой черты (/W) в конце обозначения имеют существенно меньшее внутреннее сопротивление по сравнению с другими аналогами и предназначены для использования в часах с подсветкой и будильником.}

О некоторых особенностях элементов и батарей зарубежного производства, а также преимущественном их назначении можно судить по сделанным на них надписям:

• Camera — для фотокиноаппаратуры;

• Cigarette Lighter — для карманной зажигалки;

• Communication Device — для средств связи;

• Fishing Float — для поплавка;

• Game — для электронной игрушки;

• Hearing Aid — для слухового аппарата;

• Lighter — для зажигалки;

• Measuring Equipment — для измерительных приборов;

• Medical Instrument — для медицинских приборов;

• Microphone — для микрофона;

• Mini Radios — для миниатюрного радиоприемника;

• Photographic Light Meter — для фотоэкспонометра;.

• Pocket Bell — для карманного будильника;

• Standart — универсальный элемент (батарея);

• Watch — для часов;

• Wristwatch — для наручных часов.

Приложение 3. Зарядка аккумуляторов

Обычно выделяют два больших семейства аккумуляторов: свинцовые и никель-кадмиевые. Первые применяются во всех транспортных средствах со стартерами (и в некоторых других областях). Вторые, менее тяжелые и громоздкие, используются для питания радиотелефонов, переносных компьютеров, видеокамер и другой аппаратуры. Сегодня различные модели обоих типов представлены в большом ассортименте, и каждый может выбрать то, что ему требуется. Условия перезарядки для обоих семейств различны, и эти правила необходимо строго соблюдать. Ниже представлены основные рекомендации по зарядке аккумуляторов.

Свинцовые аккумуляторы

Свинцовые аккумуляторы с пробками или без пробок (запаянные) заряжаются при ограниченном токе. Его значение выбирают равным С/10, где С — емкость в ампер-часах. Требуемое напряжение зарядного устройства составляет 2,4 В на каждый элемент. Таким образом, аккумулятор с номинальным напряжением 12 В емкостью 5 А·ч, состоящий из 6 элементов по 2 В, будет заряжаться при напряжении 14,4 В (как у автомобильного генератора) и токе 0,5 А. Избыточная длительность перезарядки не приносит большого вреда. Если аккумулятор находится в нормальном рабочем состоянии, то при достаточном уровне зарядки потребление тока сокращается само по себе.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

В процессе зарядки никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металл-гидридных (NiMH) аккумуляторов рекомендуется использовать ток, составляющий десятую часть номинальной емкости (например, 60 мА для батареи емкостью 600 мА·ч), в течение 16 ч. В любом случае ток следует ограничить с помощью резистора, включенного последовательно с источником напряжения (желательно, стабилизированного). Если источник позволяет задать ограничение по току, нужно отрегулировать его на величину, не представляющую угрозы для батареи.

Наконец, не следует забывать о том, что напряжение аккумулятора в процессе зарядки увеличивается и что в конце операции оно может превысить заданное напряжение источника питания. Чтобы ток не протекал через источник в обратном направлении, рекомендуется подключить защитный диод.

Пользователям переносных компьютеров и сотовых телефонов хорошо знаком «эффект памяти». Если аккумулятор начинают перезаряжать, когда он еще не полностью разрядился, его емкость после отключения зарядного устройства будет равна той, что он имел до перезарядки. Иначе говоря, либо аккумулятор надо постоянно оставлять на зарядке, либо надо дождаться его полной разрядки, а затем зарядить. В противном случае срок службы батарей существенно сокращается. По этой причине «разумные» зарядные устройства полностью разряжают аккумулятор перед его зарядкой.

В настоящее время большой популярностью пользуются новые типы аккумуляторов: литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Pol), свободные от такого недостатка. Они значительно дороже, но имеют более широкие возможности применения.

Режимы зарядки аккумуляторов

Проблемы зарядки аккумуляторов по-прежнему актуальны.

Какое зарядное устройство лучше? Как определить момент окончания зарядки? Какой режим зарядки предпочтительнее? Ответы на эти и другие вопросы изложены ниже.

Зарядное устройство обязано, прежде всего, передать аккумулятору соответствующий электрический заряд. Но это требование дополняется обычно пожеланиями обеспечить быстроту зарядки аккумулятора, сохранить на протяжении длительного времени его номинальную емкость, сделать зарядку безопасной и др.

В зарядных устройствах любого типа важнейшим является определение момента окончания зарядки аккумулятора. Это делается несколькими способами.

Первый способ. При зарядке аккумулятора постоянным, не изменяющимся в процессе зарядки током ее прекращают вручную по истечении определенного времени. На такой режим ориентированы многие наиболее дешевые зарядные устройства. Зарядный ток в них составляет обычно I = 0,1Е, где I — зарядный ток в амперах, а Е — емкость аккумулятора в ампер-часах. В этом режиме емкостный КПД аккумулятора принимают равным 2/3 и, соответственно, длительность зарядки устанавливают равной 15 ч. Режим зарядки малым током (он может быть и меньше ОДЕ при соответствующем увеличении продолжительности зарядки) замечателен тем, что даже при значительной перезарядке аккумулятор не будет поврежден, во всяком случае — не взорвется.

Второй способ. Аккумулятор заряжают постоянным током, многократно превышающим 0,1Е (в 10–20 раз). Зарядка прекращается автоматически по истечении заданного, более короткого времени. В режиме такой интенсивной зарядки обязательно должно соблюдаться следующее. Во-первых, аккумулятор необходимо предварительно разрядить (обычно до 1 В на банку); во-вторых, должна быть обеспечена строгая зависимость продолжительности зарядки от установленного значения зарядного тока и, в-третьих, обеспечено аварийное его отключение (например, по перегреву корпуса). К этой категории относятся многие зарядные устройства, появившиеся на нашем рынке, но, к сожалению, далеко не все они обеспечивают должную безопасность.

Третий способ. Ток зарядки — не обязательно постоянный. Зарядку аккумулятора прекращают при увеличении его температуры. Этот способ имеет серьезные недостатки (аккумулятор почти всегда перезаряжается, ненадежен тепловой контакт и др.) и используется, как правило, лишь для аварийного отключения аккумулятора.

Четвертый способ. Ток зарядки — фиксированный, как правило, многократно превышающий 0,1Е. По достижении на аккумуляторе заданного напряжения зарядка заканчивается автоматически. Этот принцип долгое время использовался в самых лучших зарядных устройствах, потеснив систему зарядки аккумулятора малым током.

Установка порогового напряжения здесь весьма критична. Обычно его значение выбирают в пределах 1,45-1,55 В на аккумуляторную банку, чаще — 1,48 В. Пороговое напряжение зависит, к тому же, от температуры окружающей среды и «возраста» аккумулятора.

Неизменный ток зарядки здесь, вообще говоря, необязателен. Но это упрощает учет потерь на подводящих проводах. Если же не учитывать эти потери, то на аккумуляторе будет установлено заниженное пороговое напряжение, что обернется недобором заряда, а установленное лишь на один милливольт выше реального приведет к тому, что процесс зарядки аккумулятора никогда не кончится. Вернее, кончится тем, что аккумулятор либо перегреется при малом зарядном токе, либо взорвется при большом. Во избежание этого некоторые зарядные устройства по достижении напряжения, чуть меньше порогового, переходят на дозарядку аккумулятора безопасным током, которым ее и завершают, или переключаются в режим «капельного» заряда, то есть поддержания напряжения аккумулятора на определенном значении. Контроль уровня заряда осуществляется по изменению напряжения на клеммах аккумулятора (так называемый DV-метод).

Пятый способ. Процесс зарядки контролируют по скорости увеличения напряжения на аккумуляторе: оно быстро увеличивается непосредственно перед ее завершением. Отследив этот момент, зарядное устройство уменьшает большой ток зарядки (он доходит в них до 2?) до малого, безопасного, которым зарядка и завершается. По причинам, изложенным в описании способа 4, оба эти тока также лучше иметь фиксированными, не изменяющимися во времени.

Шестой способ. Как и в предыдущем случае, при зарядке постоянным током состояние аккумулятора определяют по скачку напряжения. Для получения хороших характеристик зарядку ведут током не менее 2Е. В таких зарядных устройствах обычно используют аналого-цифровые преобразователи, которые позволяют заметить 1-процентный скачок напряжения и вовремя прекратить зарядку. Таким зарядным устройствам не нужны регулировки, связанные с изменением числа заряжаемых аккумуляторов. В качестве защитной меры в них контролируется продолжительность зарядки.

Однако ни один из рассмотренных выше способов зарядки сам по себе не является оптимальным. Поэтому нередко они сочетаются.

По установившейся терминологии зарядка аккумулятора может быть очень быстрой (до 15 мин), быстрой (до 1 ч), ускоренной (до 3–4 ч), нормальной (от 12 до 16 ч) и медленной.

Реальная емкость аккумулятора зависит от температуры и значений тока зарядки и разрядки. Наибольшая измеренная емкость получается при зарядке аккумулятора большим током и разрядке малым.

Приложение 4. Список сокращений

Ниже приведен список некоторых англоязычных сокращений, которые часто встречаются в технической литературе и в периодических изданиях. Однако их перевод, возможно, не всем известен. Следует помнить, что указанные сокращения могут иметь не одно, а несколько различных значений. Здесь приведены наиболее распространенные варианты сокращений.

ASCII (American Standard Code for Information Interchan-Interchange) — американский стандартный код для обмена информацией. Набор семибитных кодов, которые присваиваются каждому знаку, распознаваемому компьютером.

BCD (Binary Coded Decimal) — двоично-десятичное число. Система гибридного двоичного счисления, кодирующая каждый десятичный разряд с помощью четырех бит.

BIOS (Basic Input/Output System) — базовая система ввода/вывода (БСВВ). Независимая от операционной системы программа взаимодействия с периферийными устройствами; при включении компьютера выполняет начальные тесты и инициализирует процессор.

BNS — байонетный разъем для коаксиального кабеля. Аналог отечественного СР-50.

CCD (Charger Coupled Device) — прибор с зарядовой связью (ПЗС). Электронное запоминающее устройство памяти, в котором пакеты электрически заряженных частиц непрерывно циркулируют через ячейки, нанесенные на полупроводник.

CPU (Central Processor Unit) — главная часть процессора. В широком смысле — сам процессор.

CS (Chip Select) — выбор кристалла. Вход интегральной схемы, предназначенный для ее активации при низком или высоком уровне сигнала. Этот вход имеется у всех ЗУ, у которых к выходной шине подключаются ячейки с тремя возможными состояниями.

DIN (Deutch International Normalization) — промышленный стандарт Германии. Стандарт для некоторых электрических соединительных элементов (разъемы DIN, шина DIN и т. д.).

DIP (Dual-in-line Package) — корпус с двухрядным расположением выводов. Термин для обозначения двухрядного расположения выводов интегральной схемы.

DVD (Digital Video (Versatile) Disk) — цифровой видеодиск (универсальный диск). Используется для хранения как видеоинформации, так и компьютерных данных в цифровом виде.

EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) — электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ). Аналогично ППЗУ, но с электрическим стиранием при помощи программируемых процедур.

EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory) — стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ).

FE (Falling Edge) — спад (задний фронт) импульса.

GAL (Generic Array Logic) — типовые матричные логические схемы со стиранием.

IR (Infra-red) — инфракрасное (ИК) излучение. Используется в устройствах дистанционного управления. IR — это также инициалы фирмы International Rectifier, производящей полупроводниковые приборы.

LCD (Liquid Crystal Display) — дисплей на жидких кристаллах.

LED (Light Emitting Diode) — светоизлучающий диод, светодиод.

LIFO (Last In First Out) — «последним пришел — первым обслужен». Принцип функционирования устройства, согласно которому в первую очередь обрабатывается элемент блока данных, поступивший последним.

LSB (Least Significant Bit) — младший бит (например D0).

LSI (Large Scale Integration) — большая интегральная схема (БИС). Интегральная схема с высокой степенью интеграции (большое число транзисторов).

MCU (Microcontroller Unit) — микроконтроллер. Микропроцессор в сочетании с разными периферийными устройствами (ЗУ, устройства входа/выхода и т. д.) на одном кристалле.

Modem (Modulator-demodulator) — модем (сокращение от термина модулятор-демодулятор). Устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые аудиосигналы, передаваемые другим компьютерам и принимаемые от них по телефонным линям связи.

ОЕ (Output Enable) — разрешение выхода. Вход микросхемы, аналогичный CS, который активизирует не сам компонент, а только его выход или выходы (при считывании данных из ЗУ).

PAL (Programmable Array Logic) — программируемые матричные логические схемы. Комплект логических элементов на кристалле, программируемый аналогично ППЗУ.

РСВ (Printed Circuit Board) — печатная плата.

РР (Peak-Peak) — размах сигнала, двойная амплитуда.

PROM (Programmable Read Only Memory) — программируемое постоянное (нестираемое) запоминающее устройство (ППЗУ).

PWM (Pulse Width Modulation) — широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

RAM (Random Access Memory) — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Энергозависимая память (содержимое теряется при отключении питания). Называется также оперативной памятью с произвольным доступом. Выполняется на элементах статической или динамической памяти (часто требует охлаждения).

RE (Rising Edge) — фронт импульса.

RMS (Root Mean Square) — эффективное (действующее) значение.

ROM (Read Only Memory) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). ЗУ только для считывания (программируемое при изготовлении).

RS-232 — стандарт последовательной передачи данных от компьютера к периферийным устройствам.

RSA — разъем, используемый для передачи композитного видео- и аудиосигналов («тюльпан»).

RW (Read/Write) — считывание/запись. Вход/выход интегральной схемы, обычно запоминающего устройства, которое работает в режиме считывания или записи в зависимости от уровня управляющего логического сигнала. Одна из двух используемых букв имеет сверху черту (обозначающую логическое отрицание), что указывает на реализацию соответствующей функции при низком уровне сигнала.

SIL (Single In Line) — однорядное размещение выводов. Размещение выводов в один ряд, как в матрице резисторов.

SMD (Surface Mount Device) — компоненты с поверхностным монтажом (на печатную плату).

ТР (Test Poin) — контрольная точка на печатной плате.

VCO (Voltage Controlled Oscillator) — генератор, управляемый напряжением (ГУН). Генератор синусоидального или импульсного сигнала, частота которого регулируется путем изменения управляющего напряжения.

VDR (Voltage Dependent Resistor) — резистор, сопротивление которого зависит от напряжения. Варистор, обычно используемый для фильтрации сетевых помех. Часто включается перед трансформаторами и «гасит» кратковременные скачки напряжения.

VLSI (Very Large Scale Integration) — сверхбольшая интегральная схема (СБИС). ИС со степенью интеграции, большей, чем в БИС.

* * *