Текст книги "Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем"

Андрей Кашкаров
Занимательная электроника: нешаблонная энциклопедия полезных схем

К читателю

Монтировать, обслуживать и эксплуатировать устройства, рассмотренные в этой книге, могут ответственные радиолюбители. Это лица, ознакомленные со всеми предупреждениями и замечаниями по безопасности, а также эксплуатационными и монтажными процедурами, изложенными в соответствующих инструкциях по охране труда и наставлениях (руководствах) по электробезопасности:

• лица, прошедшие обучение и получившие полномочия на монтаж, обслуживание и эксплуатацию электро– и радиооборудования с учетом требований правил техники безопасности;

• лица, прошедшие обучение и способные использовать все необходимые защитные средства;

• лица, прошедшие обучение и способные оказать пострадавшим от электрического тока первую (доврачебную) медицинскую помощь.

Надежная и безопасная работа рекомендуемых в книге устройств зависит от исправности радиокомпонентов, грамотной сборки, соблюдения правил выполнения монтажа (особенно в устройствах, где применяются полевые транзисторы с управляющим напряжением) и своевременного технического обслуживания (регламента) электронных устройств и систем.

Меры безопасности

Чтобы рекомендованные в книге устройства служили долго, необходимо соблюдать указания по технике безопасности.

Во избежание опасности возгорания и поражения электрическим током перед первым включением электрических устройств, питающихся от напряжения 220 В осветительной сети, а также после замены деталей, необходимо при отключенном напряжении внимательно осмотреть монтажную плату с элементами, проверить правильность соединений (в соответствии с электрической схемой).

Подавать питание можно только после того, как удостоверитесь в правильности монтажа. Все устройства и узлы, рекомендованные читателям в этой книге, проверены автором на полное соответствие стандартам безопасности.

Автор не несет ответственности за повреждения устройств и травмы, полученные вследствие неправильной эксплуатации рекомендованных конструкций.

Авторские права

Информация, включенная в данную книгу, является собственностью автора и не может копироваться или тиражироваться любыми способами, любыми лицами и организациями без письменного разрешения автора и издателя, с которым заключен авторский договор.

Автор оставляет за собой право совершенствовать приведенные в книге радиоэлектронные устройства и узлы, внося в них изменения и дополнения, не ухудшающие их эксплуатационные характеристики без предварительного уведомления читателей.

Автор (и издатель) не несут ответственности за любые убытки, как единовременные, так и последующие, вызванные наличием ошибок в монтаже, включая типографские, электронные, арифметические и другие ошибки.

Вместо предисловия

Любое препятствие преодолевает настойчивость.

Леонардо да Винчи

В 2013 году именно для радиолюбителей издано много новых книг. Чтобы убедиться в этом, достаточно посетить любой магазин радиоэлементов, имеющий книжный отдел. С чем это связвно в век, казалось бы, передовых, прогрессивных технологий, которые динамично совершенствуются?

Разберемся подробнее. Современная техника немыслима без электроники. Электронные системы управляют самолетами, ракетами, помогают врачам ставить диагнозы и лечить людей. Без электроники не обходятся не промышленность, ни транспорт. Связь стопроцентно построена на электронике. Свой быт многие из нас также не мыслят без нее. Электроника и радиотехника в последние годы прогрессируют. Только ленивый может этого не заметить: компьютеры и мобильные телефоны – лишь вершина айсберга широкого потребления людьми радиотехнических и электронных возможностей.

На фоне увеличившейся доступности компьютеров для населения (не за горами то время, когда в России компьютер будет в каждой семье, желающей его иметь) можно с уверенностью предположить, что электроника как увлечение приобрела массовых поклонников в среде молодежи. А между тем объем накопленных радиолюбителями опытных знаний и разработок, улучшающих бытовые условия, двигающих прогресс вперед, еще долго не будет исчерпан. Возросли возможности публикации интересного материала и ознакомления с ним, даже не выходя из дома, используя Интернет.

Вот приближается робкий читатель с вопросом: «А мне можно добиться успеха, как вы думаете?» Можно, всем можно.

Однако следует помнить об охраняемой законом интеллектуальной собственности на изобретения, которая в Интернете практически не защищена.

Но множество полезных изобретений до сих пор не представлены миру. Недавно я ознакомился с прекрасной разработкой дипломированного автора из Латвии «Датчик дождя» для автомобильной техники. Причина того, что разработка не известна широкому кругу радиолюбителей, в том, что автор более года ведет переговоры о внедрении ее в массовое производство на российских автомобилях. Пока идут переговоры, которым не видно конца, интеллектуальная ценность теряет свою актуальность. Этот пример лишний раз свидетельствует о том, что очень много ценного для массового радиолюбителя материала пропадает в закромах наших Кулибиных. В этой книге я попытался восполнить пробел и предложил вниманию читателей свой вариант датчика дождя, однако, чтобы выбрать лучшее, нужно знать разное. Растет новое поколение молодых увлеченных радиолюбителей, которое уже теснит старых и опытных мастеров. Авторские статьи в журналах по радиотехнике заметно помолодели без потери их качества. Новейшие разработки электронных схем сочетают в себе узлы на микропроцессорах с силовыми ключевыми каскадами на мощных полупроводниках и микросхемах.

Эта книга – в помощь радиолюбителям, делающим самостоятельные шаги в электронике, имеет целью развить их творчество, подать импульс для новых разработок и усовершенствовать старые конструкции. Для успешной творческой деятельности не нужно много условий и правил. Достаточно придерживаться общепринятых понятий.

Сделанное хорошо остается на века. Сделанное быстро так же быстро и разрушается. Радиолюбителю, понятно, хочется поскорее сделать монтаж, подключить питание и… Хочется быстро, а не нужно быстро, нужно хорошо.

В качестве ситуации, в которой находится каждый из нас, приведу такую картинку. Вы идете за грибами по хорошей дороге и начинаете замечать на обочине грибы. У вас есть выбор – идти дальше, где грибы крупнее и их намного больше, или начинать собирать у дороги. Но если вы начнете собирать, то потеряете время и не дойдете до грибного места, куда дойдут другие.

На другом конце этой дороги грибы уже размером с театральную тумбу, и рядом бесплатно предоставляются машины для доставки грибов.

1. Поэтому первая идея, которую хочу подарить вам, дорогие читатели – не торопитесь. Занимайтесь творчеством целеустремленно, чтобы до минимума сократить раздражающие внешние воздействия. Когда человек торопится, мысли скачут словно белки. И ни одна не додумывается до конца. Всему есть время и место. «Сделанное наспех – редко хорошо сделано» (Сократ).

Что можно посоветовать радиолюбителю, чтобы не наступать на «проверенные грабли» своих коллег?

2. Желательно иметь пример. Пример человека, который намного опытнее вас и у которого вы смогли бы учиться, наблюдая и впитывая его творчество. Не нужно вычленять какие-то отдельные приемы, попробуйте почувствовать этого человека.

Чем больше разница между ним и вами – тем быстрее вы будете учиться. Учиться у того, кто не сильнее вас, бесполезно и бесполезно копировать слабых людей.

Где найти такого человека? Молодым радиолюбителям, увлеченным подросткам я бы рекомендовал отыскать такого наставника в межшкольных учебно-производственных комбинатах, работающих на факультативной основе, состоящих из мастеров на все руки, оборудованных лабораториями и хорошей базой радиоэлементов. Как правило, над такими факультативами шефствуют ведущие предприятия электронной промышленности региона.

Это совсем не обязательно человек, занимающий высокое положение. Но это обязательно несуетливый человек и человек, который пользуется авторитетом у своих знакомых и коллег по радиоделу. Мастерство незаметно, хорошо видна тяжелая работа.

В его присутствии начинаешь испытывать покой и уверенность в правильности выбранного пути. Можно сказать, что это мудрый человек, но трудно описать, как выглядит мудрость. Если вам удастся найти такого человека, постарайтесь просто проводить рядом побольше времени, перенимая опыт. В мегаполисах с интегрированной и развитой инфраструктурой нет для того препятствий, в регионах, пока, к сожалению, дела обстоят чуть хуже. Но и здесь заметны прогрессирующие изменения.

Учебные заведения сегодня уже оборудованы компьютерными классами, и учет всех документов обеспечен в электронном виде. Десятилетия назад, когда я и мои коллеги клепали «Синклеры», с благоговением смотрели на подержанный компьютер фирмы «Apple» и модели IBM PC 286 казались верхом интеграции, мы только мечтали о грядущей массовой компьютеризации населения. Теперь она реальность и что же мы видим?

Повальное увлечение молодежи играми и использование практически неограниченных ресурсов Интернета невольно притупляют личностные творческие способности. Зачем что-то придумывать, если можно воспользоваться результатами уже кем-то придуманного и проверенного временем?

На этот вопрос постарайтесь ответить себе сами.

Я же полагаю, что творчество – это путь к самосовершенствованию, индивидуальности и знанию.

3. Третья идея – развивайте свое индивидуальное творчество, набирайтесь опыта. Личное развитие – самое эффективный путь, выгоднее продажи наркотиков и оружия. Но очень сильно искушение остановиться. Вы спросите: а пока я буду заниматься радиотехникой, имея ее как хобби, кто меня будет кормить? Никто. Не нужно крайностей. Сейчас речь идет о приоритетах. Если вы каждую ситуацию рассматриваете не как способ заработать, а как возможность развиваться, как опыт, то делаете вы то же самое, но ваше умение и знания растут. Почему, например, изобретатели редко применяют свой талант для продажи собственных изобретений? Я думаю, причин несколько.

Первое – недостаточная уверенность в себе, проявляющаяся хотя бы в скромной оценке собственных способностей. Второе – это отсутствие рекламных ходов. Третье и главное объясняет американская поговорка: «Кто придумал, получает 1 доллар, кто произвел – 10, тот, кто продал, – 100».

4. Не бойтесь ошибок, в творческом процессе они неизбежны. Ошибки дают ценную информацию, они указывают на возможность развития. Не бывает случайных ошибок. Вы ошибаетесь не потому, что не знаете, а потому, что перегружены ошибочным знанием. Ошибки, как трассирующие пули, указывают на отклонение от цели. Поэтому, чтобы попасть в цель, нужно действовать невзирая на них.

С опытом люди становятся умнее, сильнее, эффективнее. Правда, не все. Некоторые, наоборот, становятся все более скучными и ориентированными на рутинную деятельность. Под умным я понимаю не человека, умеющего сдавать экзамены на пятерки в университете. Для этого нужно иметь качества хорошего магнитофона. Быть умным и эффективным, как я думаю, это не умение записывать лекции и воспроизводить на экзамене, а умение производить новые решения, подходящие к ситуации, как ключ к замку.

5. Имея уже достаточно знаний, экспериментируйте, создавайте свое или используйте чужое изобретение, создавая новую технологию на его основе. Технология должна быть лучше, чем первоначальная база. Новое всегда должно стремиться к эффективности и выгодной себестоимости. Тут есть дилемма: на чем концентрироваться – на базовой разработке или шлифовке технологии. Для меня выбор ясен. Еще одно изобретение – это выигрыш в сотни процентов; шлифовка технологии в лучшем случае – десятки. И создается это все личным трудом радиолюбителя.

В этой книге не будет разделения материала на главы и темы по градациям сложности или специализации. Большинство предлагаемых разработок не требуют для их повторения наличия на монтажном столе дорогостоящих или специальных приборов. Все, что понадобится радиолюбителю в процессе ознакомления с моим материалом, – обычный набор радиомонтажника плюс терпение и настойчивость. Под набором радиомонтажника надо понимать наличие свободного стола, стабилизированного регулируемого блока питания с защитой от перегрузок на напряжение 3-20 В (вариант его описан подробно в самом начале книги), тестер (желательно стрелочный с допуском не более 20 %), паяльник 220 В (25–40 Вт), желательно иметь паяльник с питанием от безопасного напряжения 6-36 В, монтажный материал (текстолит, гетинакс – они пригодятся для самодельных эстетичных корпусов устройств), припой ПОС-60 или аналогичный другой с невысокой температурой плавки, канифоль (флюс жидкий – раствор канифоли в спирте), ацетон, клей «Контакт», провод обмоточный (0,1–1 мм), провод монтажный изолированный типа МГТФ, кассеты с радиоэлементами, монтажный инструмент (скальпель, бокорезы-кусачки, пинцеты, отвертки и др.). Приведенный список не является обязательным или исчерпывающим и может быть расширен и дополнен.

При отсутствии гетинакса для монтажных плат можно использовать стеклотекстолит. Для безопасности легковоспламеняющиеся жидкости (ацетон, спирт, нитрокраски, клеи) хранят в удалении от рабочего стола. Крепежные детали и радиоэлементы для удобства должны быть рассортированы по размерам, типам и наименованиям и храниться в специальных отсеках (кассах).

Большинство схем, приведенных в этой книге, не нуждаются в настройке и регулировке, при правильном монтаже и исправных радиоэлементах начинают работать сразу и надежно. Автор даже специально не акцентирует внимание читателя на это в описании каждой схемы и не пишет о том, что все конструкции прошли проверку временем и при соблюдении простейших правил электробезопасности не могут ничем навредить человеку – это подразумевается само собой. Среди большого количества приведенных в книге схем все же можно выделить некоторые, требующие относительно большего опыта у радиолюбителя, чем простейшие навыки. Однако автор надеется, что такая организация материала в книге будет только способствовать тому, чтобы молодой радиолюбитель повышал свою квалификацию, знания и опыт, чтобы осваивать и новые, более сложные, разработки.

Как и в первом издании, я не уделяю здесь большого внимания рекламным целям и не описываю варианты монтажа радиосхем. Так как многие из устройств настолько просты, что не требуют, на мой взгляд, разводки специально под них печатных плат. Достаточно обычного гибридного монтажа с пайкой выводов элементов к токопроводящей поверхности фольгированного текстолита, предварительно разрезанного на изолированные друг от друга ячейки. Можно осуществлять монтаж на специальных монтажных перфорированных платах, но они радиолюбителю могут показаться пока дороги.

В этой книге описаны не только отличительные, положительные черты тех или иных конкретных схем, но и их недостатки (минусы), относительно идеала. Между тем, критическое описание сегодня почти не встречается в авторских работах. Акцентирование внимания читателей наряду с неоспоримой пользой от повторения схемы и ее последующего применения в быту, ряда недостатков-тем самым автор показывает возможный путь для совершенствования предлагаемой разработки – также, думаю, является пользой для радиолюбителей.

Особенностью книги также считаю целый раздел, посвященный технологии изготовления в домашних условиях без специальной техники различных приборов-датчиков для схем радиолюбителя. Большинство из предлагаемых читателю конструкций электронных устройств – необычны.

Можно ли использовать эти рекомендации как руководство к успеху? Я искренне отвечу: эта книга – не учебник, это большая мысль, выраженная с разных сторон, имеющая своей целью побудить читателей к творчеству, а творчество радиолюбителя неисчерпаемо по определению. Это на всю жизнь.

Здесь я постарался изложить то, что накопилось за многие годы, и если бы мне сейчас предложили написать еще что-то, то, я думаю, у меня возникли бы серьезные затруднения. Можно шлифовать, когда есть на чем наводить глянец. Заниматься мелочами, когда не решено главное, существенное, ключевое, – бессмысленно.

Хочется чем-нибудь удивить читателя. Задумайтесь: Зачем вы читаете эту книгу? Она дает возможность стать более эффективным?

Мы часто едим не от голода, а от скуки. И часто читаем не для того, чтобы найти ответы на вопросы, и даже не для развлечения, а чтобы занять голову, которая, как ветровое колесо без генератора, крутится не для того, чтобы вырабатывать электроэнергию, а потому, что не может не крутиться. Итак, люди читают. И даже в школе учат читать, правда, забывают объяснить, – зачем. А многие считают – пусть ребенок читает, вместо того чтобы шляться на улице. Надеюсь, что ваши цели, дорогие радиолюбители, при чтении более глубоки и оправданны.

Далее я буду писать, получая удовольствие от процесса создания книги. Вы будете читать (надеюсь), получая удовольствие от своего творчества, повторяя схемы и стараясь усовершенствовать их. Если вы получите удовольствие, это повысит раскупаемость книги. Если создадите нечто свое – это будет наш вклад в мировой научно-технический прогресс. В любом случае, надеюсь, вам станет приятно.

Желаю вам творческих успехов.

Благодарю всех, кто принимал участие в создании этой книги.

А. Кашкаров

Глава 1
Современные простые конструкции без микросхем

Эти устройства всегда можно сделать дома буквально за 1 световой день, имея небольшой набор радиоэлементов и паяльник.

1.1. Как сделать локальный нагревательный элемент и регулировать его температуру

Идея локального нагрева небольшого участка реализована с помощью подручных деталей, которые наверняка найдутся в запасах рачительного хозяина, к числу которых, безусловно, принадлежат и радиолюбители. Причем в качестве нагревательного элемента применен обычный постоянный резистор с мощностью рассеяния 2 Вт. В зависимости от мощности и сопротивления постоянного резистора можно достичь нагрева ограниченной площадки в широком диапазоне температур – до 40–60 °C.

Схема устройства представлена на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Электрическая схема устройства локального нагрева

Электрическая схема состоит из нагревательного элемента R2, светодиодного индикатора HL1 и шунтирующего резистора R1. Последний защищает светодиод от колебаний напряжения. В данной схеме светодиод HL1 (его можно включать в любом направлении, поскольку род тока в осветительной сети 220 В – переменный) выполняет роль индикатора рабочего состояний устройства, ведь если нагревательный элемент выйдет из строя, электрическая цепь будет разомкнутой и светодиод погаснет. Кроме того, в моей конструкции он мерцает (с частотой 50 Гц) довольно комфортно, являясь дополнительным индикатором исправности сети.

Впрочем, если кому-то такая индикация покажется избыточной – в данной и без того простой схеме, – смело удаляйте из схемы элементы R1 и HL1; от этого ее работоспособность не уменьшится.

При указанных на схеме значениях элементов нагрев кафельной пластины до температуры 40 °C достигается за 7–8 минут. Еще через 10 минут эта температура стабилизируется в диапазоне 50–55 °C.

В моей конструкции, которую можно взять за пример для более глубоких разработок – в части практического применения идеи, – нагревательный элемент приклеен с помощью теплостойкого клея Fix-it (см. рис. 1.2) в центре кафельной пластины размерами 2x3 см, с обратной (тыльной) ее стороны.

Рис. 1.2. Клей Fix-it склеивает столь хорошо, что конструкции после его применения выдерживают вес до 120 кг– на разрыв

Почему именно этот клей?

Ни один другой клей не обладает после высыхания столь «мощными» качествами; он может склеивать даже… камни, подходит для склеивания большинства материалов, хорошо пристает к влажным, холодным и окрашенным поверхностям. Клеевое соединение эластично, устойчиво к влаге и морозу (температуре окружающего воздуха -40 °C) и жаре (+100 °C), то есть выдерживает нагрев.

Испытан при склеивании частей металла, резины, кожи, древесины и других материалов.

Почему для данной разработки выбран именно кафель? Это хорошо проводящий тепло материал, отвечающий всем нормам электробезопасности (электрический ток не проводит, огнеупорный, твердый, маленький участок кафеля трудно расколоть). Поэтому касание к кафелю со стороны, обратной монтажу электрических проводов и нагревательного элемента, абсолютно безопасно для человека и животного. С другой стороны (с лицевой) кафельная плитка имеет гладкую полированную поверхность, что дает возможность фантазировать о практическом применении устройства, о чем поговорим чуть ниже.

Пожалуй, единственное ограничение, которое все же оставил бы, – такую конструкцию не стоит помещать в жидкую среду (чтобы не было проводимости тока). В любой другой среде и в качестве решения задачи локального подогрева она, пожалуй, покажет свои лучшие универсальные качества.

На рисунке 1.3 представлен вид на приклеенный с тыльной стороны кафеля резистор R2.

Рис. 1.3. Вид на приклеенный с тыльной стороны кафеля резистор R2

Рис. 1.4. Вид на подключение проводников к нагревательному элементу – резистору

На рисунке 1.4 представлен вид на подключенные к резистору провода.

С учетом электрической схемы (рис. 1.1) и незначительной мощности потребления мною применен двужильный провод ШВВП 2x0,75 мм. Его длина от розетки до места монтажа кафельной пластины с резистором – 2,5 м. С учетом небольшой мощности конструкции падение напряжения в проводах незначительное.

Рисунок 1.4 представлен вниманию читателей не случайно. Для надежности конструкции и устранения опасности нарушения контакта при длительном нагреве соединительные провода предварительно не только облуживаются (опаиваются), но и скручиваются с выводами резистора R2.