ПОЛНА «ГОРНИЦА»

         

ПОЛНА «ГОРНИЦА»...


Электронные самоделки, с которыми вы до сих пор зна­комились, собраны на так называемых дискретных радио­элементах. Это — транзисторы, диоды, резисторы, конден­саторы, трансформаторы и другие. Каждый из них имеет отдельный корпус сравнительно небольших размеров, и если таких элементов в конструкции не так уж много, то и по габаритам она невелика. А если вы задумали собрать, скажем, компьютер, состоящий из тысяч различных радио­деталей? Представьте, каким же громоздким он будет?

Но ведь многим из вас наверняка уже довелось видеть микроЭВМ, свободно помещающуюся в «дипломате». Сей­час никого не удивишь ни наручными электронными часами, ни микрокалькуляторами и даже телефонным аппаратом, вся электронная «начинка» которого заключена в трубке.

В чем же секрет этих чудесных превращений? Может быть, существуют какие-то особые элементы, в десятки, сотни или даже в тысячи раз миниатюрнее тех, с которыми вы знакомы? Действительно, такие элементы есть. Но они на­столько малы, что собрать из них электронное устройство с помощью обычного паяльника невозможно. Тут нужна со­вершенно иная технология.

Вероятно, вы уже замечали, что узлы с одинаковыми функциями часто используются в различных по назначению аппаратах. Например, усилители — в приемниках, в стерео­комплексах, в измерительных приборах; выпрямители и ста­билизаторы — в блоках питания. Вот и решили конструк­торы собирать из миниатюрных элементов универсальные узлы, способные работать в самых разнообразных устрой­ствах. Причем выводы делают не от всех элементов, а лишь те, что необходимы для работы данного узла. Так возникли новые миниатюрные приборы — микросхемы (сокращенно МС). Благодаря им электронные гиганты прежних лет пре­вратились в современные компактные и изящные аппараты и устройства.

В корпусах МС помещаются десятки, сотни и даже ты­сячи различных элементов: транзисторов, диодов, резисто­ров, конденсаторов, индуктивностей и других. Размеры их настолько малы, что разглядеть детали можно только з мощный микроскоп.
Невидимыми нитями они связаны друг с другом, образуя самые разнообразные электронные устройства. Один такой миниатюрный прибор заменяет це­лую плату со множеством дискретных элементов.

Как же удается изготавливать элементы размером меньше пылинки? Существуют два основных вида микросхем: полу­проводниковые и гибридные. В первых элементы форми­руются на поверхности специальной пластины — подложки из полупроводникового материала. Вплавляя в пластину кристаллы с различным типом проводимости, получают не только транзисторы и диоды. Так, например, конденсаторы образуются за счет собственной емкости р-п перехода, а роль резисторов выполняют участки полупроводниковой пластины между двумя соседними кристаллами (рис. 1а). В гибридных микросхемах используются бескорпусные тран­зисторы и диоды, а резисторы, индуктивности и конденса­торы изготавливают, напыляя на диэлектрическую подложку пленочные полоски из высокоомного и низкоомного прово­дящего материала (рис. 16). В обоих видах МС соединения между элементами выполняются напылением узких прово­дящих дорожек, а для подключения выводов на дорожках делаются расширенные участки — контактные площадки. Одновременное изготовление большого числа элементов и объединение их в один функциональный узел на языке ра­диоэлектроники носит название «интеграция», поэтому к сло­ву «микросхема» часто добавляют термин «интегральная».

Промышленность выпускает огромное количество самых разнообразных микросхем, и рассказать обо всех сразу просто невозможно. Начнем с наиболее интересных и уни­версальных — операционных усилителей (сокращенно ОУ). Они относятся к категории так называемых аналоговых микросхем, предназначенных для работы в усилительной технике. Первоначально ОУ применялись  вычислительных устройствах для выполнения математических операций — суммирования, вычитания, интегрирования, дифференциро­вания. Отсюда и их название — операционные.

Обозначаются ОУ следующим образом. Цифра после буквы К — символа микросхемы — характеризует тип МС: 1, 5, 6 или 7 — полупроводниковая, 2, 4 или 8 — гибрид­ная, 3 — пленочная или керамическая; следующие две или три цифры обозначают порядковый номер серии; буквы УД указывают, что это операционный усилитель; последняя циф­ра — номер серии.


Например, К153УД6 — полупроводнико­вый операционный усилитель 53- й серии, порядковый номер серии — 6.

На принципиальных схемах операционные усилители изо­бражаются в виде треугольника, одна из сторон которого расположена вертикально (рис. 2). Вход, изображенный с кружком, называется инвертирующим, так как сигнал на выходе по отношению к сигналу на этом входе имеет про­тивоположную полярность. Обозначается ОУ символом DA.

Операционные усилители характеризуются многими пара­метрами, из них шесть основных — напряжение питания, потребляемая мощность, чувствительность, коэффициент усиления, полоса пропускания и выходная мощность.

Подробнее с операционными усилителями мы познако­мимся на примере микросхемы К14ОУД1Б (КР140УД1Б), наиболее простой из всех существующих ОУ. Она выпу­скается в корпусах двух вариантов: цилиндрическом для К14ОУД1Б (рис. За) и прямоугольном для КР14ОУД1Б (рис. 36). На рисунке Зв приведена принципиальная схема ОУ (в скобках указаны номера выводов для МС серии КР140). В состав трехкаскадного усилителя входят 9 транзисторов, 1 диод и 12 резисторов. Питание микросхемы осуществляется от двухполярного источника ±12,6 В со средней точкой, потребляемая мощность — 170 мВт. Коэффициент усиле­ния ОУ 1300—12 000, верхняя граничная частота не ниже 100 кГц, низкий уровень собственных шумов.



Рис. 1. Структура и электриче­ская схема интегральной микро­схемы:

а — полупроводниковой, б — гибридной.



Рис. 2. Условное графическое обозначение ОУ.



Рже 3. Внешний вид ОУ К140УД1Б (я), КР140УД1Б (б) и их принципиальная схема (в).

                    


Рис. 4. Принципи­альная схема ЭМИ. Рис. 5. Принципиаль­ная схема блока пита­ния.



Рис. 6. Монтажная пла­та ЭМИ и блока пита­ния со схемой располо­жения элементов.

            


Рис. 7. Монтажная плата для подстроечных резисторов.

 

Рис. 8. Устройство кла­виатуры:

1 — корпус ЭМИ, 2 — клавиша, 3 — ось креп­ления клавиш, 4 — со­единительные провода, 5 — стойка крепления контактных пластин, 6 — контактная пара.



Предлагаем собрать на операционном усилителе К14ОУД1Б простейший электромузыкальный инструмент. Он состоит из импульсного низкочастотного генератора на микросхеме DA1 и усилителя на транзисторе VT1, нагрузкой которого служит динамическая головка ВА1.

Генератор собран по мостовой схеме. Напряжение на вы­ходе DA1 скачком переключается между двумя уровнями благодаря положительной обратной связи, осуществляемой через резисторы R2S и R26. Переключение происходит в момент, когда напряжения на входах ОУ равны.

Конденсатор С1 задает диапазон рабочих частот. При по­ложительном выходном напряжении С1 заряжается через R25. Когда напряжения на входах 9 и 10 DA1 сравняются, ОУ переключится в противоположное состояние, напряже­ние на выходе станет отрицательным, -конденсатор начнет разряжаться через R25. И вновь при равенстве напряжений на входах ОУ переключится. Частоту генерации можно ме­нять, подсоединяя клавишами S1—S24 подстроенные рези­сторы R1—R24. В промежутках, когда ни одна из клавиш не нажата, генератор «молчит».

VD1 устраняет характерные щелчки в динамической го­ловке во время пауз. Так как генератор критичен к сопро­тивлению нагрузки, то величина резистора R27, включенного между выходом DA1 и базой VT1, подобрана таким обра­зом, чтобы генерируемые частоты лежали в слышимой об­ласти звукового диапазона. Поскольку ОУ работает в им­пульсном режиме, выходной каскад для упрощения выпол­нен по схеме транзисторного ключа.

Питается ЭМИ от источника напряжения 9 В (рис. 5). На транзисторе VT1 и стабилитроне VD1 собрано устрой­ство стабилизации. Резистор R1 создает необходимое сме­щение на базе VT1. С1 сглаживает бросок напряжения в момент включения тумблера SA1. Батарея GB1 состоит из нескольких элементов с общим напряжением 13,5 В. Такой источник необходим для длительного поддержания неиз­менной величины питающего напряжения. При использова­нии для питания ЭМИ одних батарей без стабилизатора ча­стота звучания инструмента со временем будет значительно меняться.



Теперь о деталях электромузыкального инструмента. Вме­ сто микросхемы К14ОУД1Б можно применить КР14ОУД1Б. Однако для этого придется изменить конструкцию монтаж­ной платы. Вместо транзисторов КТ608Б подойдут КТ6О1 — КТ603, КТ801 с любым буквенным индексом. Диод VD1 в ЭМИ — серий Д2, Д9, Д18. Стабилитрон в источнике пита­ния — Д809, Д810, Д818А—Д818Г, Д814Б, Д814В.

Постоянные резисторы — ВС или МЛТ, подстроечные — СПЗ-16. Оксидный конденсатор — К50-6, неполярный — КМ5. Динамическая головка ВА1—любая мощностью 0,1—0,5 Вт. Тумблер SA1 — П1Т-1-1, П2Т-1-1 или МТ1. Источник пита­ния GB1 состоит из трех батарей по 4,5 В (3336Л, «Рубин») или девяти элементов по 1,5 В (373, «Марс»).

ЭМИ с источником питания собирается на монтажной плате размером 65X25 мм, выполненной из фольгирован-ного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1,5—2 мм (рис. 6). Подстроечные резисторы располагаются на отдель­ной плате размером 195X20 мм, изготовленной из такого же материала (рис. 7).

Электронная «начинка» ЭМИ размещается внутри игру­шечного пианино. Для этого его корпус аккуратно разбирают и удаляют всю музыкальную механическую часть, оставив лишь клавиатуру. Ее необходимо доработать под наш инст­румент. Для этого под каждой клавишей устанавливают контактные пары (рис. 8). Их можно изготовить из латуни или использовать контакторы от вышедших из строя элек­тромагнитных реле. В узле крепления контактной пары ис­пользуются диэлектрические прокладки, например из орг­стекла или фанеры, которые вместе с металлическими кон­тактными пластинами крепятся к днищу корпуса. Динамиче­ская головка и тумблер устанавливаются на задней панели ЭМИ. В ней по периметру диффузора ВА1 вырезается от­верстие, которое заклеивается тонкой тканью, окрашенной под цвет корпуса. Все соединения выполняют одножильным монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Если нуж­но ввести регулировку громкости, в цепь коллектора VT1 последовательно с динамической головкой включают пере­менный резистор сопротивлением 0—100 Ом.Его можно установить на верхней крышке инструмента и снабдить де­коративной ручкой. Заднюю или верхнюю панель корпуса необходимо сделать съемной, чтобы можно было менять батареи питания.

Настраивают ЭМИ по камертону или частотомеру. Для это­го нажимают поочередно каждую из клавиш и, вращая ротор соответствующего подстроечного резистора, добива­ются звука необходимой тональности,

В. ЯНЦЕВ

 

Моделист-конструктор

 

OCR Pirat