Текст книги "Секреты радиомастеров"

Андрей Кашкаров
Секреты домашних мастеров

От автора

Детективы больше не локомотив отечественного книгоиздания. Спрос смещается в сторону познавательной литературы.

Сразу строго предупреждаю: повторять электронные схемы рекомендуется только опытным радиолюбителям, которые могут начать листать страницы дальше, к первой главе, и так «перелопатить» всю книгу, а потом, если у них хватит совести, закинуть ее под диван. Именно это сделал бы Аркадий Райкин, показывавший образ одного из «грамотных» читателей – «если нет фельетона – читать нечего».

Тем же, кто пока робко позиционирует себя как новичок в радиоделе – мой совет таков: бегите, бегите глазами скорее дальше в другие ипостаси и издания, где в заголовках уважаемых авторов так и написано: Радио – начинающим. В моей книге Вы найдете для себя разве что вывод: «Не влезай, убьет!» Для всех остальных читателей, кто чувствует в себе силы не плыть по течению, а искать и находить, изменять и оптимизировать, мечтать и добиваться, адресована эта книга со всеми ее главами и приложениями. Не стану разглагольствовать, что Вы много потеряете, если не дочитаете до конца, но кое‑что несомненно…

Что касается меня, если Вы читаете эти строки, то сие значит, что один из опытных радиолюбителей решил не ругать всех и вся, безудержно критикуя, а поделиться практическим опытом. Ведь кто знает – может быть именно Вы, дорогой читатель, через несколько лет будете вещать на все страну с широкоэкранных мониторов и модулей, установленных в центрах мегаполисов, а ваше имя будет необратимым образом вписано в историю радиоэлектроники, или же вы станете профессионалом в другой области. Тогда, глядя на вас, я скажу себе: «Ого– го, не прошли таки даром наши с Издателем потуги!»

Как говорят китайцы, чья продукция видится сегодня в России бесконечной и количественно необъятной – «Путь в тысячу миль начинается с первого шага».

Начав впервые работу с паяльником, и собирая электронное устройство, рано или поздно, читатель добирается до святая святых – понимания принципа действия электронных компонентов и схемотехники того или иного электронного узла. В каждом из нас живет изобретатель, рационализатор или, по крайней мере, человек, стремящийся к совершенству. Добравшись до электронного узла, где можно самостоятельно что‑то изменить, большинство из нас незамедлительно этим пользуются. Причем женщины – чаще, они ищут лучшее, а мужчины всего лишь новое.

В этом Вам призвана помочь моя книга.

Радиотехника и радиоэлектроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества.

Некоторые практические рекомендации, созданные автором много лет назад показали настолько хорошие результаты, что впоследствии были удачно модифицированы, переработаны в соответствии с новейшей элементной базой, для настоящего времени в соответствии с прогрессом, актуальны, и поэтому вошли в данную книгу.

Читатель вправе (что даже приветствуется автором) отступать от предложенного образца для улучшения результатов опытов, а иногда и применять авторские рекомендации в иных целях.

В общем, не теряйте связи с автором.

Конечно, если нужна экстренная помощь, то достаточно набрать с мобильного телефона 112 —искренне желаю, чтобы это не пригодилось вам на практике.

Сделайте свою работу «умной», комфортной и эффективной!

Глава 1
Рекомендуют специалисты

Как проверить яркость разных осветительных ламп

В быту люди часто сталкиваются с различными осветительными приборами, большинство из которых работают от сети 220 В и являются лампами накаливания или лампами дневного света (далее – ЛДС). И те и другие выполняют одну и ту же функцию освещения, однако принцип их действия совершенно разный.

При замене ламп накаливания с перегоревшей спиралью часто ориентируются на ее мощность, предполагая заменить ее аналогичной лампой или ЛДС с такой же мощностью. Однако, если сила света, исходящая от данной лампы накаливания, пропорциональна мощности (значение мощности наносится на колбу или цоколь лампы накаливания), то при замене ламп дневного света, ее мощность не всегда пропорциональна силе света. А значит, и освещенности территории, ведь этот параметр является для людей окончательным и главным результатом эффективности работы ламп. Особенно это касается небольших компактных светильников с ЛДС, которые в быту применяют как локальные подсветки уголков помещения, кладовок, аквариумов и других мест и интерьеров.

В большинстве светильников с ЛДС применяют ЭПРА (электронные пускорегулирующие аппараты), представляющие собой высокочастотный преобразователь напряжения. Их также называют электронными трансформаторами. Эти устройства являются конкурентами классическим схемам питания ЛДС, содержащими дроссель, конденсатор и стартер. Именно ЭПРА применяются в маломощных бытовых светильниках локальной подсветки различного назначения.

При неоднократных заменах вышедших из строя ЛДС, в локальных светильниках автор столкнулся с тем, что не все лампы ЛДС (одинаковой мощности, размеров и даже производителя) дают одинаковый световой поток.

Оценить работу ЭПРА в сочетании с конкретной ЛДС (особенно актуально для локальной подсветки) можно простым способом, описанным ниже.

Для этого потребуется фоторезистор (фотодиод) и прибор для измерения сопротивления– омметр. Желательно использовать фоторезисторы типа СФ2-2, СФ2-5 (или аналогичные), так как у этих приборов конструктивно большая площадка (окно) рабочей поверхности фоточувствительного элемента. Фоторезистор закрепляют на любом столе неподвижно, примерно на расстоянии 0,5 м от ЛДС (также закрепляют неподвижно в штатном светильнике). К выводам фоторезистора подключают омметр в режиме измерения сопротивления с пределом 100…250 Ом (в зависимости от омметра). Для более точных показаний желательно применять цифровой тестер, например, М830 и его модификации.

Фиксируют сопротивление фоторезистора при нормальном горении ЛДС (после пускового режима). Затем ЛДС отключают и производят ее замену другой, с аналогичными (заявленными производителем) параметрами. Теперь снова включают ЛДС и замеряют сопротивление фоторезистора. Если оно уменьшилось, значит, сила света и яркость второй лампы больше, и наоборот. Такой результат после подборки с помощью нескольких ЛДС можно считать успешным.

Этот же метод уместно использовать при самостоятельной настройке (ремонте) ЭПРА. Путем замены элементов в ЭПРА и регулировке его тока по яркости ЛДС можно добиться лучшего результата таким простым «дедовским» методом (без использования осциллографа).

Иногда можно поэкспериментировать с изменением полярности включения ЛДС, например, бывают частные случаи, когда после этого ЛДС улучшает свои световые характеристики.

Как устранить фон (с частотой 50 Гц) в усилителях ЗЧ

Усилители звуковой частоты, создаваемые и ремонтируемые радиолюбителями, часто становятся источником «головной боли» из-за возникающего впоследствии фона переменного тока с частотой 50 Гц, заметного на слух в громкоговорителях или телефонах (наушниках).

Если такое происходит, следует проверить, правильно ли подключен микрофон к (ПУ) предварительному усилителю (общий провод устройства должен быть соединен с оплеткой-экраном шнура), а также – правильно ли подключен выход ПУ и вход усилителя мощности (УМ). Дело в том, что иногда в одном устройстве применяются два усилителя (предварительный и УМ), имеющие разную полярность общего провода. В усилительной схемотехнике такое включение не является проблемой, главное дня качественного усилителя совместимость входного сопротивления и собственный уровень шумов усилителя. Однако, неправильное (некорректное) подключение усилителей между собой и предварительного усилителя к источнику звука (например, к микрофону) зачастую является причиной фона с частотой 50 Гц.

Для локализации этой проблемы существует простой способ, касающийся включения источников звука к предварительному усилителю (это может быть не только микрофон, но и иной источник с небольшим уровнем сигнала до 10 мВ). Разберем данный способ на основе примера с подключением микрофона.

Центральный проводник в оплетке микрофонного шнура подключается на вход ПУ, как правило, к разделительному конденсатору, ограничительному резистору или делителю напряжения. Оплетка (экран) подключается не к общему проводу напрямую, а последовательно с RC-цепью (параллельно подключенные резистор сопротивлением 2 кОм (±20 %) и оксидный конденсатор емкостью 10 мкФ с таким же допуском по возможному отклонению от номинала). Здесь сопротивление резистора и конденсатора рассчитано для устройств с напряжением источника питания в диапазоне 6—20 В.

Положительная обкладка оксидного конденсатора в данном случае включается сообразно полюсовке источника питания так, что если общий провод подсоединен к «минусу» источника питания, то оксидный конденсатор подключается к общему проводу отрицательной обкладкой, и наоборот.

Такой метод позволяет устранить фон в большинстве усилителей с различным общим проводом источника питания, в том числе в старых ламповых усилителях, где фильтрация выпрямленного напряжения оставляет желать лучшего. В большинстве случаев таким способом удавалось решить проблему фона с частотой 50 Гц в динамических головках, возникающую после замены штатного микрофона другим (с близкими электрическими характеристиками), а также в случае замены высокоомного микрофона (например, МД-47, оснащенного согласующим трансформатором и имеющего сопротивление 1600 Ом) на низкоомный микрофон типа МД-201 с сопротивлением катушки 200 Ом или аналогичный по электрическим характеристикам.

Как подобрать пассивные радиоэлектронные компоненты

Если проанализировать работу в течении 3–5 лет любых аудио– и видеоусилителей, собранных на дискретных компонентах или с применением таковых, окажется, что шумовые помехообразующие свойства данных усилителей (без исключения, самодельного и промышленного производства), в разной степени неудовлетворительны для требовательного слуха меломана или просто внимательного слушателя, привыкшего к комфорту.

Одним из основных требований, предъявляемым к усилителям, является минимальный шум на выходе. В паспортных данных промышленно изготовленного усилителя, как правило, поставленного на конвейерную сборку, присутствует такой параметр, как отношение сигнал/шум. Чем ниже этот показатель – тем качественнее усилитель. Наверное, радиолюбители замечали, что сразу после приобретения нового усилителя среднего класса А или В, его шумовые характеристики практически удовлетворительны, то есть в динамических головках трудно зафиксировать на слух шум самого усилителя. В процессе эксплуатации этот параметр постепенно ухудшается и вот уже на полной громкости усилителя слышен то ли «шум камыша», то ли иной постоянный шорох.

Как правило, бывший в ремонте усилитель имеет худшие качественные параметры, относительно нового. Объяснений тому может быть несколько – от установки в виде замены тех элементов, что есть в наличие, а не тех, которые необходимы по заданным параметрам (это касается всех радиоэлементов) и целым комплексом других причин. После повторной пайки, усилители (как показывает практика), начинают больше шуметь даже с установленными высококачественными элементами. Основное усиление в усилителях прямого преобразования осуществляется на низких частотах. Поэтому особо важно при сборке усилителя применять те компоненты, которые впоследствии дадут меньше шумовых эффектов.

По источнику возникновения шумы усилителей можно разделить на внешние и внутренние. С помехами и наводками, вызванными внешними причинами, можно успешно бороться известными способами – с помощью оптимального расположения элементов, экранирования корпуса устройства, фильтрами и фильтрующими оксидными конденсаторами по питанию. От внутренних шумов, возникающих в процессе усиления сигнала, избавиться не просто. Внутренние шумы усилителя зависят от схемотехники усилителя (совмести транзисторов и целых каскадов), и возникают при прохождении тока через пассивные (резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы) и активные (транзисторы) элементы схемы.

При разработке или повторении высококачественного усилителя звуковой частоты, кроме оптимального выбора вида схемы, важно правильно подобрать элементную базу и оптимизировать режим работы каскадов усилителя.

В каждом усилителе источником внутренних шумов являются тепловые и токовые шумы постоянных и переменных резисторов, фликкер-шумы конденсаторов, диодов и стабилитронов, флуктуационные шумы активных элементов, вибрационные и контактные шумы.

Контактные шумы возникают при некачественной пайке (произведенной с нарушением температурного режима), в местах соединения разъемов и отслоений контактных площадок печатного монтажа. Количество всевозможных разъемов в усилительной аппаратуре должно быть сведено к минимуму. Вибрационные шумы – это разновидность контактных шумов. Они могут проявляться при эксплуатации усилителя на подвижных объектах, с вибрацией почвы (основания), в автомобиле и при неоправданно близком расположении мощных динамических головок к конструкции усилителя. Такие шумы возникают из-за передачи механических колебаний на обкладки конденсаторов, на которые воздействует приложенное напряжение. Особенно подвержены данному недостатку керамические конденсаторы (К10, К15 и другие) с емкостью более 0,01 мкФ, установленные во входных цепях усилителя, и выполняющие роль разделительных. Спектр помехи находится в диапазоне низких частот. Для борьбы с этим явлением желательно применять амортизацию всей конструкции. В оксидных конденсаторах такие помехи не возникают.

Например, звуковой эффект эхо-сигнала – когда в динамических головках (учитывая стереоэффект) отчетливо слышно повторение сигнала. Для некоторых меломанов такой эффект даже приятен и необычен, но по сути это является недостатком усилителя, хотя бы потому, что его невозможно выключить (устранить).

При прямом прохождении тока собственные шумы диодов минимальны. Небольшой уровень шумов все же имеет место быть – при действии обратного напряжения образуется ток утечки, и чем он меньше – тем меньше шумовые свойства прибора. Стабилитроны и стабисторы дают больший шумовой эффект (с помощью таких полупроводников даже строят устройства со специальными эффектами – имитаторами шума прибоя, генераторы «белого» и «розового» шума). Чем большее сопротивление имеет ограничительный резистор в цепи стабилитрона (работа на малых токах), тем больше вероятность проявления внутренних шумов стабилитрона.

Рассмотрим шумы, возникающие от пассивных элементов: резисторов и конденсаторов.

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы вызваны движением электронов в токопроводящем слое, из которого частично состоит резистор. Такие шумы увеличиваются с увеличением температуры нагрева резистора, и даже температуры окружающей среды.

Если на резистор не действует напряжение, то ЭДС его шумов (мкВ) определяется соотношением:

Е_Ш= 0,0125 × (f₁ – f₂)R,

где (f₁ – f₂) – полоса частот, кГц; R — сопротивление, кОм.

При протекании через резистор тока возникают токовые шумы. Шумовое напряжение появляется из-за эффекта флуктуации контактных сопротивлений между проводниками, оно линейно зависит от приложенного напряжения.

Шумовые свойства резисторов характеризуются отношением действующего значения переменной составляющей напряжения шумов (мкВ) к приложенному напряжению (В): Еm/U.

Частотный спектр тепловых и токовых шумов непрерывный, но есть и различия. У теплового шума он равномерно распределен по всей полосе частот, а у токового шума спадает с примерно 10 МГц. Общая величина шума пропорциональна квадратному корню сопротивления, поэтому у резисторов с низким сопротивлением шумовые качества менее значимы. Кроме того, определяющее значение имеет материал, из которого изготовлены резисторы.

Есть несколько способов борьбы с шумами резисторов. Применение тех типов резисторов, в которых за счет технологии изготовления шумовые свойства менее значимы. У непроволочных резисторов токовые шумы значительно больше тепловых. Общий уровень шума для разных типов резисторов находится в диапазоне 0, 1-100 мкВ/В.

Подстроечные и переменные резисторы шумят больше постоянных, поэтому их лучше применять с небольшими номиналами или вообще исключить. Тепловые шумы можно значительно сократить, если применять резистор большей мощности рассеяния, чем это технологически требуется.

Тот же эффект достигается принудительным охлаждением резисторов, например, с помощью установленного непосредственно рядом с элементами вентилятора, или помещением всей монтажной платы в холодильник. Параллельное или последовательное включение резисторов для этой цели дает ощутимо меньший эффект, так как возрастает количество контактных соединений, что приводит к увеличению влияния контактных шумов.

Для сравнения шумовых свойств некоторых популярных резисторов обратимся к табл. 1.

Таблица 1

Шумовые свойства некоторых резисторов

Из табл. 1 видно, что наиболее эффективно использовать в высококачественном малошумящем усилителе звуковой частоты резисторы типов С2-26, С2-29В, С2-33 и резисторы в чип-исполнении (бескорпусные) С1-4. Как наиболее шумовые из популярных резисторов, кроме переменных и подстроечных, показали себя популярные и распространенные типы MЛT, OMЛT.

Резисторы, применяемые в колебательных контурах, усилителях высокой частоты должны обладать только активным сопротивлением, то есть не изменять свое сопротивление в рабочем диапазоне частот. Пограничная частота, на которой будет эффективно работать резистор, зависит от его сопротивления и собственной емкости и определяется соотношением F_ГР = 1/4RC.

Собственные емкости резисторов С2-6, С2-13, С2-14, С2-23, С2-33, OMЛT находятся в интервале 0,1–1,1 пФ. Постоянные резисторы имеют допуск отклонения сопротивления от номинальной величины. Здесь важно понимать, что чем больше допустимый разброс в отклонении от номинального сопротивления резистора – тем менее стабильной может оказаться его работа. В усилителях желательно применить постоянные резисторы с допуском отклонения 0,001…2 % марки С2-23. Допуск в отечественных резисторах обозначается третьим или четвертым элементом в маркировке.

В табл. 2 приводятся обозначения допусков постоянных резисторах отечественного производства.

Таблица 2

Маркировка постоянного резистора, обозначающая величину допуска, %

Величина допуска может быть нанесена и под номиналом, во второй строке. Что касается резисторов, на которых маркировка читается в виде цветных полос, то для нашего случая это еще проще – постоянные резисторы с малой величиной допуска (0,1… 10 %) маркируются пятью цветовыми кольцами на корпусе прибора. При этом первые три – численная величина сопротивления в Омах, четвертое кольцо – множитель, а пятое – допуск. Для нашего варианта пятая полоса должна иметь цвет: золотистый (±5 %), коричневый (±1 %), красный (±2 %), зеленый (+0,5 %), голубой (+0,25 %), фиолетовый (+0,1 %). Резисторы с более широким допуском маркируются четырьмя полосами.

Маркировочные знаки на резисторах сдвинуты к одному из выводов и читаются слева направо. Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из выводов, ширина полосы первого знака делается несколько больше других. Современные резисторы маркируются по ОСТ 11.074.009—98.

Первый элемент – буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резисторов (в этом материале рассмотрим только резисторы, имеющие значения для усилительной и высококачественной техники). Р – резисторы постоянные, РП – переменные.

Второй элемент – группа по материалу изготовления. 1 – непроволочные, 2 – проволочные или металлофольговые.

Третий элемент – цифра, обозначающая регистрационный номер разработки. Между вторым и третьим элементом ставится дефис, например, Р1-4. Кроме того, четвертым обозначением (не всегда) ставится климатическое исполнение, что важно для высококачественных усилителей. В – всеклиматическое, Т – тропическое исполнение. Совершенно естественно, что в относительно жарком климате надежней резистор исполнения «Т».

По классификации до 1980 г. обозначение отечественных постоянных резисторов начиналось с буквы «С» – сопротивления (СП – переменные резисторы). Вторая цифра указывает на особенности токонесущей части: 1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые; 2 – непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические или металлоокисные; 3 – непроволочные композиционные пленочные; 4 – непроволочные композиционные объемные; 5 – проволочные; 6 – непроволочные тонкослойные металлизированные.

Единая структура условных обозначений всех резисторов, выпускаемых за рубежом, отсутствует. Поэтому каждая уважающая себя фирма обозначает резисторы по своему стандарту. Чтобы перечислить все возможные обозначения (особо важен материал резистора и технология изготовления) потребовалось бы опубликовать несколько книг.

То же справедливо относительно цветовой маркировки зарубежных резисторов. Поэтому в данной книге отмечу лишь один зарубежный стандарт обозначения (MIT). Первый элемент обозначает серию резистора. Второй, третий, четвертый и пятый элементы – цифровой код, номинальное сопротивление. Эти данные сведены в табл. 3.

Таблица 3

Стандарт обозначения зарубежных резисторов MIL

Шестой элемент – буквенный код, которым обозначается уровень надежности резисторов в течении 1000 часов. Обратите внимание на табл. 4.

Таблица 4

Уровень надежности резисторов в течении 1000 часов

В последняя время пользуются популярностью металлопленочные резисторы MF.

Материал основы – особо чистая керамика, резистивный слой – осажденный Ni‑Cr сплав. Выводы таких резисторов из луженной меди. Температурный диапазон —55…+155 °C. Температурный коэффициент сопротивления ±15…±50 ppm/°С. Выпускаются с мощностью рассеяния 0,125—3 Вт. особо малогабаритные варианты данного типа постоянных резисторов маркируются MF‑S. Точность сопротивления (допуск отклонения) в пределах 0, 1–5 %, что позволяет использовать их в высококачественных усилителях. Точность сопротивления и другие электрические параметры маркируются цветовыми полосами так, как рассмотрено выше.

Еще один вариант подходящих постоянных резисторов для высококачественных усилителей звуковой частоты – металлооксидные резисторы МО. Основа та же. Резистивный слой – металлооксидная пленка дает название самому типу данных резисторов. Кроме отличий по электрическим характеристикам данный тип резисторов имеет огнеупорное покрытие, что позволяет строить на их основе устройства, работающие с высоким уровнем температуры воздуха, например, пожарной сигнализации.

Малогабаритные варианты маркируются MO‑S. Мощность рассеяния до 5 Вт при температуре +70 °C. Температурный коэффициент сопротивление чуть хуже: ±200 ppm/°С. Точность сопротивления (допуск) также уступают постоянным резисторам серии MF – только ±5 %. Температурный диапазон —55…+200 °C.

Постоянные резисторы серий KNP (проволочные резисторы), а также SQP и PRW (мощные проволочные резисторы с высокой перегрузочной способностью, закатанные в литой цементный корпус) для работы в высококачественном усилителе нежелательны из-за комплекса причин, одной из которых является чрезмерно нестабильный (для усилителей класса А) их температурный коэффициент сопротивления ±300 ppm/°С.