1.1. Резисторы

Общая характеристика

Резисторы являются наиболее распространенными элементами радиоэлектронной аппаратуры. Раньше резисторы назывались сопротивлениями, но в соответствии с Государственным стандартом электрическим сопротивлениям, как схемным элементам, присвоено название «резисторы». Сделано это было с целью различать «сопротивление» как изделие (радиокомпонент) и «сопротивление», как его физическое свойство, электрическую величину. Резисторы характеризуются электрическим сопротивлением. Основной единицей электрического сопротивления в соответствии с международной системой единиц является Ом. На практике используются также производные единицы — килоом (кОм), мегаом (МОм), гигаом (ГОм), тераом (ТОм), которые связаны с основной единицей следующими соотношениями: 1 кОм = 103 Ом, 1 МОм = 106 Ом, 1 ГОм = 109 Ом, 1 ТОм = 1012 Ом.

Различают следующие виды резисторов: постоянные и переменные.

Переменные еще делят на регулировочные и подстроечные. У постоянных резисторов сопротивление нельзя изменять в процессе эксплуатации. Резисторы, с помощью которых осуществляют различные регулировки в радиоэлектронной аппаратуре изменением их сопротивления, называют переменными резисторами или потенциометрами. Резисторы, сопротивление которых изменяют только в процессе налаживания (настройки) радиоэлектронного устройства, называют подстроечными.

Основные параметры

Резисторы характеризуются такими основными параметрами: номинальным значением сопротивления, допустимым отклонением сопротивления от номинального значения, номинальной (допустимой) мощностью рассеяния, максимальным рабочим напряжением, температурным коэффициентом сопротивления, собственными шумами и коэффициентом напряжения.

Номинальное значение сопротивления R обычно обозначено на корпусе резистора. Действительное значение сопротивления резистора может отличаться от номинального в пределах допустимого отклонения (допуска, определяемого в процентах по отношению к номинальному сопротивлению).

Маркировка

На корпусе резистора, как правило, наносится краской его тип, номинальная мощность, номинальное сопротивление, допуск и дата изготовления. Для маркировки малогабаритных резисторов используют буквенно-цифровой код. Код состоит из цифр, обозначающих номинальное сопротивление, буквы, обозначающей единицу измерения, и буквы, указывающей допустимое отклонение сопротивления. Примеры наносимого на корпус резистора буквенного кода единиц измерения номинального сопротивления старого и нового стандартов приведены в табл. 1.1.

Если номинальное сопротивление выражается целым числом, то буквенный код ставится после этого числа. Если же номинальное сопротивление представляет собой десятичную дробь, то буква ставится. вместо запятой, разделяя целую и дробную части. В случае, когда десятичная дробь меньше единицы, целая часть (ноль) исключается.

При маркировке резисторов код допуска ставится после кодированного обозначения номинального сопротивления. Буквенные коды допусков приведены в табл. 1.2.

Например, обозначение 4К7В (или 4К7М) соответствует номинальному сопротивлению 4,7 кОм с допустимым отклонением 20 %. В табл. 1.1 и 1.2 приведены буквенные коды, соответствующие как старым, так и новым стандартам, так как в настоящее время встречаются оба варианта. Номинальная мощность на малогабаритных резисторах не указывается, а определяется по размерам корпуса.

Цветовой код маркировки резисторов

Тип маркировки, при котором на корпус резистора наносится краска в виде цветных колец или точек называют цветовым кодом (см. на рис. 1.1). Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение. Цветовая маркировка на резисторах сдвинута к одному из выводов и читается слева направо. Если маркировку нельзя разместить у одного, из выводов, то первый знак делается полосой шириной в два раза больше, чем остальные.

На резисторы с малой величиной допуска (0,1… 10 %), маркировка производится пятью цветовыми кольцами. Первые три кольца соответствуют численной величине сопротивления в омах, четвертое кольцо есть множитель, а пятое кольцо — допуск (рис. 1.1).

Резисторы с величиной допуска 20 % маркируются четырьмя цветными кольцами и на них величина допуска не наносится. Первые три кольца — численная величина сопротивления в омах, а четвертое кольцо — множитель.

Иногда резисторы с допуском 20 % маркируют тремя цветными кольцами. В этом случае первые два кольца — численная величина сопротивления в омах, а третье кольцо — множитель. Незначащий ноль в третьем разряде не маркируется.

В связи с тем, что на рынке радиоаппаратуры значительное место занимают зарубежные изделия, заметим, что резисторы зарубежных фирм маркируются как цифровым, так и цветовым кодом. При цифровой маркировке первые две цифры обозначают численную величину номинала резистора в омах, а оставшиеся представляют число нулей.

Например: 150 — 15 Ом; 181–180 Ом; 132 — 1,3 кОм; 113 —11 кОм.

Цветовая маркировка состоит обычно из четырех цветовых колец. Номинал сопротивления представляет первые три кольца, двух цифр и множителя. Четвертое кольцо содержит информацию о допустимом отклонении сопротивления от номинального значения в процентах. Определение номиналов зарубежных резисторов по цветовому коду такое же, как и для отечественных. Таблицы цветовых кодов отечественных и зарубежных резисторов совпадают.

Многие фирмы, помимо традиционной маркировки, используют свою внутрифирменную цветовую и кодовую маркировки. Например, встречается маркировка SMD-резисторов, когда вместо цифры 8 ставится двоеточие. Так, маркировка 1:23 означает 182 кОм, a:0R6 — 80,6 Ом.

Рис. 1.1. Цветовая маркировка отечественных и зарубежных резисторов в виде колец или точек, в зависимости от допуска и ТКЕ

 

1.2. Конденсаторы

Общая характеристика

Конденсатором обычно называют устройство, которое обладает способностью накапливать электрический заряд. Конструктивно конденсатор представляет собой два проводника, разделенных диэлектриком.

Единицей электрической емкости конденсатора в системе СИ является фарада. Сокращенно обозначается буквой Ф. Названа в честь английского физика Майкла Фарадея. В радиоэлектронике используется емкость конденсатора, выраженная через дробные единицы фарад: пикофарад, нанофарад, микрофарад (1мкФ =10-6 Ф; 1 нФ = 10-9 Ф; 1 пФ = 10-12 Ф; 1 мкФ = 103 нФ = 106 пФ). В старой радиотехнической литературе использовалась единица емкости — сантиметр: 1 см = 1,11·10-12 Ф = 1,11·10-6 мкФ = 1,11 пФ.

Конденсаторы, как и резисторы, бывают постоянные и переменные (КПЕ — конденсатор переменной емкости). Переменные конденсаторы бывают в виде нескольких блоков и подстроечные. В зависимости от материала диэлектриков современные конденсаторы делятся на следующие типы: бумажные, вакуумные, воздушные, керамические, лакопленочные, металлобумажные, оксидные, пленочные, слюдяные и электролитические.

Основные параметры

Основными параметрами конденсаторов являются: номинальная емкость (С ном ), которая обычно указывается на корпусе конденсатора, температурный коэффициент емкости (ТКЕ) и номинальное напряжение (U ном ). Номинальное напряжение — это максимальное допустимое постоянное напряжение, при котором конденсатор способен работать длительное время, сохраняя параметры неизменными при всех установленных для него температурах. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе. При работе конденсатора в схемах переменного тока его номинальное напряжение, указанное на корпусе, должно в 1,5…2 раза превышать предельно допустимое действующее переменное напряжение цепи.

Маркировка

На корпусе конденсатора обычно указывают его тип, напряжение, номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, ТКЕ и дату изготовления. Маркируют конденсаторы как и резисторы буквенно-цифровым кодом, который обозначает номинальную емкость, единицу измерения, допустимое отклонение емкости и ТКЕ. Например, маркировка на конденсаторе 62 pJL расшифровывается так: номинальная емкость 62 пФ с допустимым отклонением ±5 %, ТКЕ группы М75 (75·10-6/1 градус С). Буквенные коды единиц измерения номинальных емкостей приведены в табл. 1.3.

Цветовой код маркировки конденсаторов

Конденсаторы как и резисторы маркируют с помощью цветового кода (рис. 1.2). Цветовой код состоит из колец или точек. Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение. Знаки маркировки на конденсаторе сдвинуты к одному из выводов и располагаются слева направо. Номинальная емкость (в пикофарадах) представляет число, состоящее из цифр, соответствующих одной, двум и трем или одной и двум (для конденсаторов с допуском ±20 %) полосам, умноженное на множитель, который определен по цвету полосы. Последняя полоса маркировки в два раза шире других и соответствует ТКЕ.

Рис. 1.2. Цветовой код отечественных конденсаторов широкого применения

Конденсаторы с допуском ±0,1…10 % имеют шесть цветовых полос. Первая, вторая и третья полосы — величина емкости в пикофарадах, четыре — множитель, пять — допуск, шесть (последняя) — ТКЕ.

Конденсаторы с допуском ±20 % имеют пять цветовых полос, на них нет цветового кода допуска. Иногда этот тип конденсаторов маркируют четырьмя цветовыми кольцами. При такой маркировке первая и вторая полосы отводятся для обозначения величины, третья полоса — для множителя, четвертая — для ТКЕ.

Цветовой код танталовых конденсаторов приведен на рис. 1.3. Следует обратить внимание на то, что у этих конденсаторов положительный вывод в два раза толще другого, и отсчет колец начинается от головки конденсатора.

Рис. 1.3. Цветовой код танталовых конденсаторов

На рис. 1.4 приведена цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования.

Рис. 1.4. Цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования

 

1.3. Катушки индуктивности

Общая характеристика

Современное определение катушки индуктивности характеризует ее как элемент электрической цепи (двухполюсник), обеспечивающий заданную в ней индуктивность. Катушки индуктивности применяются в самой разнообразной радиоэлектронной аппаратуре. Их качество и параметры оказывают большое влияние на работу радиоэлектронных устройств. Катушки индуктивности применяются для настройки колебательных контуров на данную частоту (катушки настройки, рис. 1.5), для передачи электрических колебаний из одного контура в другой (катушка связи), для разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты (дроссели) и т. д. В детекторных, ультра- и коротковолновых радиоприемниках довольно часто используют для настройки на радиостанции вариометры. Вариометр представляет собой устройство плавного механического изменения индуктивности катушки. В катушке, состоящей из двух соединенных последовательно катушек, изменение индуктивности производится изменением их положения относительно друг друга. Если катушка имеет магнитный сердечник, то ее индуктивность изменяется его перемещением. Известны различные конструкции вариометров. В наиболее известной конструкции вариометра одна катушка вращается внутри другой.

Рис. 1.5. Конструкции контурных катушек индуктивности, выполненные на ферритовых стержнях:

а — СВ и ДВ; б — KB

Дроссель от немецкого слова — «сокращать» является разновидностью катушки индуктивности. Свойства такой катушки зависят от того, какой частоты электрический ток нужно «сокращать» или «задерживать». Дроссель включают в электрическую цепь для подавления переменной составляющей тока в цепи, либо для разделения или ограничения сигналов различных частот. В зависимости от назначения дроссели делятся на высокочастотные и низкочастотные. Это различие относится и к конструктивному их исполнению. Дроссели высокой частоты изготовляют в виде однослойных или многослойных катушек без сердечников или с сердечниками. Для дросселей длинных и средних волн применяют секционную намотку. Дроссели на коротких и метровых волнах имеют однослойную намотку, сплошную или с принудительным шагом.

Для уменьшения габаритов дросселей применяют магнитные сердечники. Дроссели высокой частоты с сердечниками из магнитодиэлектриков и ферритов имеют меньшую собственную емкость и могут работать в более широком диапазоне частот. Низкочастотный дроссель подобен электрическому трансформатору с одной обмоткой.

Катушка индуктивности характеризуется номинальным значением индуктивности. Основной единицей в системе СИ является генри(Гн). На практике пользуются производными от генри единицами — миллигенри (мГн), микрогенри (мкГн) и наногенри (нГн), которые связаны с основной единицей следующим образом: 1 мГн = 10-3 Гн, 1 мкГн = 10-6 Гн, 1 нГн = 10-9 Гн. В литературе прошлых лет встречается единица измерения индуктивности — сантиметр: 1 см = 10-9 Гн = 10-6 мГн = 10-3 мкГн.

Сердечники катушек индуктивности

Для уменьшения потерь в сердечниках катушек используются магнитодиэлектрики — материалы, у которых частицы размельченного ферритового вещества разделены между собой диэлектриком. К числу таких материалов относятся известные альсифер и карбонильное железо. В последнее время в качестве материала для сердечников широко применяют ферриты: никель-цинковые, марганец-никелевые, литий-цинковые. Условное обозначение ферритов: НН — никель-цинковые низкочастотные ферриты, НМ — марганец-цинковые, ВТ — ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Цифры, стоящие перед буквенными обозначениями, указывают среднее значение начальной магнитной проницаемости материала сердечника. Достоинства ферритов — стабильность магнитных характеристик в широком диапазоне частот, малые потери на вихревые токи и простота изготовления ферритовых деталей.

Ферриты почти не поддаются механической обработке, они обрабатываются только абразивами, такими как, например, корунд. Изделия из ферритов нельзя обрабатывать на станках, так как это может привести к утрате магнитных свойств — резкому увеличению потерь, снижению проницаемости. Благодаря высокому удельному сопротивлению, катушки с сердечниками из ферритов могут иметь очень большую добротность, на низких частотах свыше 500, а на частотах 500… 1000 кГц — 300.

Основной характеристикой магнитного материала сердечника является магнитная проницаемость. На практике она оценивается относительной величиной (по отношению к магнитной проницаемости вакуума) и является безразмерной. Магнитную проницаемость ферритов можно считать постоянной лишь при первом, грубом приближении.

Если к температурной стабильности начальной магнитной проницаемости ферритов не предъявляются повышенные требования, то применяют марганец-цинковые ферриты марок 6000НМ, 4000НМ, 3000НМ, 2000НМ, 1500НМ и 1000НМ. Эти ферриты используются в диапазоне частот до нескольких сотен килогерц как в слабых, так и в сильных полях. Ферриты марок 2000НМ1, 1500HM1, 1500НМ2, 1500НМЗ, 1000НМ3 и 700НМ предназначены для частот до 3 МГц в слабых и средних полях. Им свойственны малые потери и малый температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости в широком интервале температур. Для магнитных антенн приемников выпускаются ферритовые стержни марок 700НМ (до 3 МГц), 150ВЧ (до 12 МГц), 100ВЧ (до 18 МГц), 50ВЧ2 (до 30 МГц) и 30ВЧ2 (до 100 МГц). Стержни изготовляются круглого и прямоугольного сечения. Ферритовые детали можно склеивать полистироловым, эпоксидным и другими клеями.

Стабильность катушек индуктивности с сердечниками из никель-цинковых ферритов с начальной магнитной проницаемостью μ = 10…50 (ферриты марок ВЧ) составляет 1 год, при этом индуктивность изменяется не более ±5 %, а катушки с сердечниками из того же материала, но марок НН — до ±2 %. Индуктивность катушек с сердечниками из марганец-цинковых ферритов (марки НМ) за год изменяется до 5 % и является менее стабильной, чем предыдущие. Катушки на альсиферовых кольцах изменяют свою индуктивность в течении года не более чем на ±1 %.

Конструкция каркасов катушек индуктивности

Конструкции катушек индуктивности очень разнообразны. Основными конструктивными элементами катушек являются каркас, обмотка, а вспомогательными — сердечник, экран и т. д. Намотка катушек производится проводом на специальных каркасах, которые придают обмотке механическую прочность. По форме каркасы бывают трубчатые (с фланцами и без них), шпули, ребристые, плоские, тороидальные и другие. Каркасы в зависимости от рабочего диапазона частот и назначения изготавливаются из различных материалов: кабельной бумаги, электрокартона, текстолита, гетинакса, пресспорошка, керамики, слюды, полистирола, органического стекла, эскапона и других.

Выбор материала для каркаса зависит от предъявляемых к нему требований по электрической прочности, допустимой величины диэлектрических потерь, термостойкости, влагостойкости и т. д. Наибольшую стабильность имеют катушки на керамических каркасах, а наименьшую — многослойные катушки, намотанные на каркасах из гетинакса и пресспорошка. Иногда катушки УКВ и КВ диапазонов делают бескаркасными. При их изготовлении, например, для контуров маломощных коротковолновых передатчиков, витки для жесткости скрепляют планками из органического стекла толщиной 3…4 мм. Концы обмоток катушек на каркасе закрепляют нитками или вплавляют паяльником в каркас, если он сделан из полистирола или органического стекла. Иногда плоские каркасы после намотки провода сгибают в кольцо.

Намотка катушек индуктивности

Обмотки катушек могут быть однослойными или многослойными (рис. 1.6). Обмотка характеризуется количеством витков, шагом намотки t и рядом.

Рис. 1.6. Конструкции катушек индуктивности с различным типом намотки:

а — с шагом t , б — виток к витку, в — тип «универсаль»

Под витком катушки понимают отрезок провода, охватывающий всю окружность каркаса. Шаг — расстояние между соседними витками. Ряд — количество витков провода, которое укладывается на всю ширину обмотки. Наиболее простые по конструкции однослойные рядовые обмотки катушек. Они имеют малую величину собственной емкости и высокую добротность. Однако получающиеся при изготовлении большие габариты ограничивают их применение. Чаще всего применяют многослойные обмотки: рядовая многослойная, секционированная индукционная и безиндукционная, галетная, универсальная и тороидальная. Укладка многослойной секционированной индукционной обмотки производится на каркасы-шпули с промежуточными щеками. Количество секций может быть любым, а число рядов в секциях должно быть четным. Секционирование индукционной обмотки используется для высоковольтных и высокочастотных трансформаторов, дросселей высокой частоты. Для получения катушек индуктивности малых размеров и с малой собственной емкостью при большой величине индуктивности пользуются способом универсальной намотки. В этом случае провод укладывается под углом к плоскости вращения и перегибается на торцах. Наибольший угол укладки можно получить при намотке катушки проводом в шелковой изоляции.

Условные обозначения марок ферритов и магнитодиэлектриков

Условное обозначение ферритового стержня состоит из четырех элементов:

1. Буква М указывает, что изделие сделано из феррита.

2. Цифра — начальное значение магнитной проницаемости.

3. Буквы и несколько цифр — марка феррита (В — феррит для работы на частотах выше 5 МГц, Н — для работы на низких частотах).

4. Сокращенное обозначение конструктивного вида сердечника и его размеров в миллиметрах.

В дополнение к названным буквам третьего элемента иногда добавляется еще одна буква с указанием характеристики магнитного поля, в котором может работать этот феррит: С — феррит для работы в сильных магнитных полях, И — специальный феррит для работы в импульсных магнитных полях, если этой буквы нет, то феррит предназначен для работы в слабых магнитных полях. После четвертого элемента иногда может стоять цифра, характеризующая различие свойств феррита. После указанных элементов следует черта, которая выделяет наименование изделия изготовленного из феррита (обозначается буквой) и его конструктивные размеры (обозначаются цифрами):

Б… броневой сердечник, состоящий из двух чашек с цилиндрическим подстроечным стержнем (число после буквы указывает внешний диаметр чашки);

Г… Г-образный для телеаппаратуры, числа последовательно соответствуют длине, ширине и толщине изделия;

К… кольцевой сердечник, числа соответствуют внешнему диаметру, внутреннему диаметру и высоте кольца;

ОС… кольцевой сердечник для отклоняющей системы кинескопа, числа обозначают типоразмер сердечника;

ПК… П-образный, круглого сечения сердечник для трансформатора строчной развертки, числа указывают расстояние между диаметрами и их диаметр;

ПП… П-образный, прямоугольного сечения сердечник, числа указывают расстояние между стержнями, ширину стержня, высоту стержня (только для ТВС кинескопа с отклонением луча 70° первое число 53 указывает ширину сердечника);

СС… для цилиндрических стержней не более 3,5 мм, числа указывают диаметр и длину сердечника (цилиндрические стержни диаметром 8 мм и 10 мм в обозначении не содержат букв СС, в стержнях прямоугольного сечения числа указывают ширину, толщину и длину сердечника);

Ш… Ш-образный сердечник, числа обозначают ширину и толщину среднего выступа; 3 — замкнутый, а О-образный сердечник, числа обозначают высоту изделия, высоту окна, ширину изделия и ширину окна.

Пример.

М100НН-2-СС 2,8x12: М — феррит; 100 — μ = 100; Н — низкочастотный; Н — никель-цинковый; 2 — различные свойства; СС — стержень; 2,8 мм — диаметр; 12 мм — длина.

М700НМ-Б9: М — феррит; 700 — μ = 700; Н — низкочастотный; М — марганец-цинковый; Б — броневой; 9 мм — диаметр.

 

2.1. Диоды

Общая характеристика

Под диодом обычно понимают электровакуумные или полупроводниковые приборы, которые пропускают переменный электрический ток только в одном направлении и имеют два контакта для включения в электрическую цепь. Односторонняя проводимость диода является его основным свойством. Это свойство и определяет назначение диода:

• преобразование высокочастотных модулированных колебаний в токи звуковой частоты (детектирование);

• выпрямление переменного тока в постоянный.

Под детектированием понимают еще кроме этого обнаружение сигнала.

Классификация

По исходному полупроводниковому материалу диоды делят на четыре группы: германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и фосфида индия. Германиевые диоды используются широко в транзисторных приемниках, так как имеют выше коэффициент передачи, чем кремниевые. Это связано с их большей проводимостью при небольшом напряжении (около 0,1…0,2 В) сигнала высокой частоты на входе детектора и сравнительно малом сопротивлении нагрузки (5…30 кОм).

По конструктивно-технологическому признаку различают диоды точечные и плоскостные.

По назначению полупроводниковые диоды делят на следующие основные группы: выпрямительные, универсальные, импульсные, варикапы, стабилитроны (опорные диоды), стабисторы, туннельные диоды, обращенные диоды, лавинно-пролетные (ЛПД), тиристоры, фотодиоды, светодиоды и оптроны.

Диоды характеризуются такими основными электрическими параметрами:

• током, проходящим через диод в прямом направлении (прямой ток I пр );

• током, проходящим через диод в обратном направлении (обратный ток I обр );

• наибольшим допустимым выпрямленным током I выпр. макс ;

• наибольшим допустимым прямым током I пр. доп ;

• прямым напряжением U np ;

• обратным напряжением U обр ;

• наибольшим допустимым обратным напряжением U обр. макс ;

• емкостью С д между выводами диода;

• габаритами и диапазоном рабочих температур.

Система обозначений

В соответствии с системой обозначений, разработанной до 1964 г., сокращенное обозначение диодов состояло из двух или трех элементов.

Первый элемент буквенный, Д — диод. Второй элемент — номер, соответствующий типу диода: 1…100 — точечные германиевые, 101…200— точечные кремниевые, 201…300 — плоскостные кремниевые, 801…900 — стабилитроны, 901…950 — варикапы, 1001…1100 — выпрямительные столбы. Третий элемент — буква, указывающая разновидность прибора. Этот элемент может отсутствовать, если разновидностей диода нет.

В настоящее время существует система обозначений, соответствующая ГОСТ 10862-72. В новой, как и в старой системе, принято следующее разделение на группы по предельной (граничной) частоте усиления (передачи тока) на низкочастотные НЧ (до 3 МГц), средней частоты СЧ (от 3 до 30 МГц), высокочастотные ВЧ (свыше 30 МГц) и сверхвысокочастотные СВЧ; по рассеиваемой мощности — на маломощные (до 0,3 Вт), средней (от 0,3 до 1,5 Вт) и большой (свыше 1,5 Вт) мощности.

Новая система маркировки диодов более совершенна. Она состоит из четырех элементов. Первый элемент (буква или цифра) указывает исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод: Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галлия, И или 4 — фосфид индия. Второй элемент — буква, показывающая класс или группу диода. Третий элемент — число, определяющее назначение или электрические свойства диода. Четвертый элемент указывает порядковый номер технологической разработки диода и обозначается от А до Я. Например, диод КД202А расшифровывается: К — материал, кремний, Д — диод выпрямительный, 202 — назначение и номер разработки, А — разновидность; 2С920 — кремниевый стабилитрон большой мощности разновидности типа А; ЗИ301Б — фосфид-индиевый туннельный диод переключающей разновидности типа Б. Иногда встречаются диоды, обозначенные по устаревшим системам: ДГ-Ц21, Д7А, Д226Б, Д18. Диоды Д7 отличаются от диодов ДГ-Ц цельнометаллической конструкцией корпуса, вследствие чего они надежнее работают во влажной атмосфере.

Германиевые диоды типа ДГ-Ц21…ДГ-Ц27 и близкие к ним по характеристикам диоды Д7А…Д7Ж обычно используют в выпрямителях для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока. В условное обозначение диода не всегда входят некоторые технические данные, поэтому их необходимо искать в справочниках по полупроводниковым приборам. Одним из исключений является обозначение для некоторых диодов с буквами КС или цифрой вместо К (например, 2С) — кремниевые стабилитроны и стабисторы. После этих обозначений стоит три цифры, если это первые цифры: 1 или 4, то взяв последние две цифры и разделив их на 10 получим напряжение стабилизации U ст . Например, KC107A — стабистор, U ст = 0,7 В, 2С133А — стабилитрон, U ст = 3,3 В.

Если первая цифра 2 или 5, то последние две цифры показывают U ст , например, КС213Б — U ст = 13 В, 2С291А — 0U ст = 91 В, если цифра 6, то к последним двум цифрам нужно прибавить 100 В, например, КС680А — U ст = 180 В.

Маркировка

На корпусе диода обычно указывают материал полупроводника, из которого он изготовлен (буква или цифра), тип (буква), назначение или электрические свойства прибора (цифра), букву, соответствующую разновидности прибора, и дату изготовления, а также его условное обозначение. Условное обозначение диода (анод и катод) указывает, как нужно подключать диод на платах устройств. Диод имеет два вывода, один из которых катод (минус), а другой — анод (плюс).

Условное графическое изображение на корпусе диода наносится в виде стрелки, указывающей прямое направление, если стрелки нет, то ставится знак «+». На плоских выводах некоторых диодов (например, серии Д2) прямо выштамповано условное обозначение диода и его тип.

При нанесении цветового кода, цветную метку, точку или полоску наносят ближе к аноду (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Нанесение цветового кода на диоды

Для некоторых типов диодов используется цветная маркировка в виде точек и полосок (табл. 2.1).

Диоды старых типов, в частности точечные, выпускались в стеклянном оформлении и маркировались буквой «Д» с добавлением цифры и буквы, обозначающих подтип прибора. Германиево-индиевые плоскостные диоды имели обозначение «Д7».

Таблица 2.1. Цветовая маркировка полупроводниковых диодов

*  Цвет корпуса коричневый

 

2.2. Транзисторы

Общая характеристика

В современном понимании транзистор — это полупроводниковый прибор с двумя или более р-n переходами и тремя или более выводами, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.

Наиболее широкое применение в радиолюбительских конструкциях находят биполярные и полевые транзисторы. У полевых транзисторов управление выходным током производится с помощью электрического поля, отсюда и название, полевые. Эти транзисторы имеют три электрода: исток, затвор и сток. Электроды полевого транзистора в определенной степени соответствуют электродам биполярного транзистора — эмиттеру, базе и коллектору. Достоинством полевого транзистора является то, что ток входного электрода (затвора) очень мал. Это определяет высокое входное сопротивление каскадов на этих транзисторах и тем самым устраняет влияние последующих каскадов схемы на предыдущие.

Еще одно достоинство этих транзисторов — низкий уровень собственных шумов, что дает возможность использовать полевые транзисторы в первых каскадах высококачественных усилителей звуковой частоты.

Основная классификация транзисторов

Основная классификация транзисторов ведется по исходному материалу, на основе которого они сделаны, максимальной допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе и частотным свойствам. Эти параметры определяют их основные области применения. По мощности транзисторы делят на транзисторы малой, средней и большой мощности, а по частоте — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные. По исходному полупроводниковому материалу — германиевые и кремниевые.

Основными параметрами биполярных транзисторов являются:

• статический коэффициент усиления по току α в схеме с общей базой;

• статический коэффициент усиления по току β в схеме с общим эмиттером. Параметры α и β связаны зависимостями вида β = α/(1 — α) или α = β/(1 + β);

• обратный ток коллектора I ко ;

• граничная f гр и предельная f h21 частоты коэффициента передачи тока.

Основными параметрами полевых транзисторов являются:

• напряжение отсечки Uo — приложенное к затвору напряжение, при котором перекрывается сечение канала;

• максимальный ток стока I с. макс ;

• напряжения: между затвором и стоком U зс , между стоком и истоком U си и между затвором и истоком U зи ;

• входная С вх , проходная С пр и выходная С вых емкости.

Система обозначений

Встречаются транзисторы (биполярные), которые имеют старую, введенную до 1964 г. систему обозначений. По старой системе в обозначение транзистора входит буква П и цифровой номер. По номеру транзистора можно определить, для каких каскадов радиоэлектронной конструкции он разработан. Если перед буквой П стоит буква М, то это значит, что корпус транзистора холодносварочной конструкции.

Расшифровка типов транзисторов по номеру следующая:

Низкочастотные (до 5 МГц):

• 1…100 — германиевые малой мощности, до 0,25 Вт;

• 101…201 — кремниевые до 0,25 Вт;

• 201…300 — германиевые большой мощности, более 0,25 Вт;

• 301…400 — кремниевые более 0,25 Вт.

Высокочастотные (свыше 5 МГц):

• 401…500 — германиевые до 0,25 Вт;

• 501…600 — кремниевые до 0,25 Вт;

• 601…700 — германиевые более 0,25 Вт;

• 701…800 — кремниевые более 0,25 Вт.

Например, П416Б — транзистор германиевый, высокочастотный, малой мощности, разновидности Б; МП39Б — германиевый транзистор, имеющий холодносварочный корпус, низкочастотный, малой мощности, разновидности Б.

В новой системе обозначений используется буквенно-цифровой шифр, который состоит из 5 элементов:

1 элемент системы обозначает исходный материал, на основе которого изготовлен транзистор и его содержание не отличается от системы обозначения диодов, то есть Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галлия, И или 4 — индий.

2 элемент — буква Т (биполярный) или П (полевой).

3 элемент — цифра, указывающая на функциональные возможности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и частотным свойствам.

Транзисторы малой мощности, Р тах < 0,3 Вт:

1 — маломощный низкочастотный, f гр < 3 МГц;

2 — маломощный среднечастотный, 3 < fгр < 30 МГц;

3 — маломощный высокочастотный, 30 < fгр < 300 МГц.

Транзисторы средней мощности, 0,3 < Р тах < 1,5 Вт:

4 — средней мощности низкочастотный;

5 — средней мощности среднечастотный;

6 — средней мощности высокочастотный.

Транзисторы большой мощности, Р тах > 1,5 Вт:

7 — большой мощности низкочастотный;

8 — большой мощности среднечастотный;

9 — большой мощности высокочастотный и сверхвысокочастотный (f гр > 300 Гц).

4 элемент — цифры от 01 до 99, указывающие порядковый номер разработки.

5 элемент — одна из букв от А до Я, обозначающая деление технологического типа приборов на группы.

Например, КТ540Б — кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б. При изготовлении транзисторов используют различные технологические приемы, в результате чего получаются приборы со специфическими особенностями, эксплуатационными свойствами и параметрами. Цоколевка транзисторов, широко используемых радиолюбителями, дана на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Цоколевка отечественных транзисторов

Цветовая и цифровая маркировка

Транзисторы, как и другие радиокомпоненты, маркируют с помощью цветового кода. Цветовой код состоит из изображения геометрических фигур (треугольников, квадратов, прямоугольников и др.), цветных точек и латинских букв. Код наносится на плоских частях, крышке и других местах транзистора. По нему можно узнать тип транзистора, месяц и год изготовления. Места маркировки и расшифровка цветовых кодов некоторых типов транзисторов приведены на рис. 2.3…2.5 и в табл. 2.2…2.4. Практикуется также маркировка некоторых типов транзисторов цифровым кодом (табл. 2.5).

Рис. 2.3. Места цветовой и кодовой маркировки маломощных среднечастотных и высокочастотных транзисторов в корпусе КТ-26 (ТО-92)

Рис. 2.4. Места цветовой маркировки транзистора КТ3107 в корпусе КТ-26 (ТО-92)

Рис. 2.5. Места кодовой маркировки транзисторов в корпусе КТ-27 (ТО-126)

Таблица 2.4. Цветовая и кодовая маркировки транзисторов

 

2.3. Интегральные микросхемы

Общая характеристика

Интегральная микросхема (ИС) представляет собой функциональный миниатюрный микроэлектронный блочок, в котором содержатся транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и другие радиоэлементы, которые выполнены методом молекулярной электроники. Находящиеся в небольшом объеме радиоэлементы образуют микросхему определенного назначения. По конструктивно-технологическому выполнению микросхемы делятся на несколько основных групп: гибридные, полупроводниковые (монолитные) и пленочные. Гибридные микросхемы выполняются на диэлектрической подложке с использованием монтажа дискретных радиокомпонентов пайкой или сваркой на контактных площадках. В полупроводниковых ИС все элементы схемы формируются в кристалле полупроводника. В пленочных ИС радиоэлементы выполнены в виде пленок, нанесенных на поверхность диэлектрика. Все эти микросхемы делятся на схемы с малой (до 10 элементов), средней (10…100 элементов) и большой (свыше 100 элементов) степенью интеграции. Промышленность выпускает большое количество самых разнообразных ИС, которые в зависимости от функционального назначения делят на аналоговые и цифровые (логические). Аналоговые микросхемы применяют для генерации, усиления и преобразования сигналов. Цифровые ИС служат для обработки дискретного сигнала, выраженного в двоичном или цифровом коде, поэтому их чаше называют логическими микросхемами. Эти микросхемы применяют в вычислительной технике, автоматике и в других областях промышленности.

Интегральные микросхемы характеризуются следующими основными параметрами:

• Напряжением питания U п .

• Мощностью потребления энергии элементом от источника питания Рп (в заданном режиме).

• Помехоустойчивостью U пом , наибольшее напряжение помехи на входе ИС, которое не вызывает. нарушения правильности работы элемента.

Микросхемы сохраняют свои параметры только в том случае, если выполнены технические условия норм их эксплуатации. Нормы эксплуатации ИС обычно содержатся в справочниках или прилагаемом к ним паспорте.

По конструктивному выполнению ИС подразделяют на имеющие корпус и бескорпусные. Существует 5 основных типов корпусов:

первый тип… прямоугольный с выводами, перпендикулярными плоскости основания;

второй тип… прямоугольный с выводами, перпендикулярными плоскости основания, выходящими за пределы проекции корпуса;

третий тип… круглый;

четвертый тип… прямоугольный с выводами, расположенными параллельно плоскости основания и выходящими за пределы его тела в этой плоскости;

пятый тип… прямоугольный «безвыводной корпус».

Маркировка

Система маркировки ИС определяет их технологическую разновидность, функциональное назначение и принадлежность к определенной серии. Условное обозначение ИС, в основном, состоит из пяти элементов:

1 элемент… буква, указывает на область применения микросхемы в бытовой или промышленной аппаратуре;

2 элемент… цифра, показывающая вид конструктивно-технологического исполнения (1, 5, 6, 7 — полупроводниковые, 2, 4, 8 — гибридные, 3 — прочие);

3 элемент… порядковый номер разработки серии (2 или 3 цифры);

4 элемент… функциональное назначение (две буквы, табл. 2.6);

5 элемент… порядковый номер разработки по функциональному признаку (цифра).

В конце условного обозначения может стоять буква, которая характеризует особенности микросхемы. Первый элемент, буква, перед обозначением микросхемы может отсутствовать… Если первый элемент буква К, то это говорит о том, что микросхема предназначена для аппаратуры широкого применения. Пример расшифровки обозначения микросхемы К118УН2А дан на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Пример расшифровки микросхемы К118УН2А

 

3.1. Наушники (головные телефоны)

Общая характеристика

Наушники сыграли и играют большую роль в радиоэлектронике. Они относятся к индивидуальным устройствам для преобразования электрических колебаний в звуковые. Все существующие в настоящее время наушники можно разделить на четыре основных класса в зависимости от их применения для:

• автоматических телефонных станций;

• звуковых радиостанций;

• бытовой радиоэлектронной аппаратуры;

• специального назначения;

а в зависимости от типа прослушиваемых на них звуковых программ: монофонические и стереофонические. Существует большое количество типов наушников, среди радиолюбителей наибольшее распространение имеют электромагнитные и электродинамические.

Основные параметры

К основным параметрам наушников относятся: номинальный диапазон частот, чувствительность, номинальная электрическая мощность, номинальное электрическое сопротивление, средняя отдача и др.

Монофонические электромагнитные наушники

Конструктивно электромагнитный телефон состоит из металлической мембраны, которая колеблется под воздействием магнитного поля, образованного обмоткой, по которой проходит переменный ток звуковой частоты.

Электромагнитные наушники подразделяются на высокоомные, имеющие большое количество витков провода в катушках, и низкоомные, с относительно небольшим числом витков. Так, одна из конструкций высокоомных наушников, ТОН-1, состоит из двух наушников, соединенных механически металлическим оголовьем. Каждый наушник имеет катушку, содержащую 4000 витков эмалированного провода диаметром 0,06 мм. Сопротивление катушки наушника составляет 2200 Ом. В этих головных телефонах наушники соединены последовательно, поэтому их общее сопротивление 4400 Ом. Наушники этого типа наиболее пригодны для детекторных приемников, так как имеют высокую чувствительность.

Наушники электромагнитного типа применяют в радиоэлектронной аппаратуре с транзисторными выходными каскадами непосредственным включением по бестрансформаторной схеме, а в ламповой аппаратуре — через согласующий трансформатор, а также непосредственно в анодную цепь лампы или через последовательно соединенный конденсатор. Наушники этого типа стоят недорого, но имеют низкие параметры.

Монофонические электродинамические наушники

Этот тип наушников дает более качественное звучание при прослушивании музыкальных программ по сравнению с электромагнитными. В наушниках в качестве излучателя звука часто используется обычная малогабаритная электродинамическая головка прямого излучения (динамик). В современных электродинамических наушниках для достижения более широкого диапазона рабочих частот (например, 30… 15000 Гц) диафрагму изготавливают из легкой эластичной полимерной пленки (наушник «Электроника ТМ-8»). Наушники этого типа имеют сопротивление от десятков до сотен ом и включаются в выходные каскады радиоэлектронной аппаратуры, в основном, через согласующий конденсатор.

Стереофонические электродинамические наушники

Эти наушники занимают особое место среди головных телефонов.

Стереофонические наушники существенно отличаются от обычных монофонических. В первую очередь они имеют широкую полосу воспроизведения частот и малую неравномерность звучания частотной характеристики. По своим электроакустическим параметрам они сравнимы с акустическими системами высшего качества. Восприятие музыкальных стерсопрограмм на эти наушники отличается от стереоэффекта, получаемого от акустических систем. Наушники воспроизводят низкие частоты звукового диапазона более естественно, чем акустические системы невысокого класса. Субъективно ощущается более четкое разделение по каналам звучания инструментов, голосов певцов, независимо от места, где находится слушатель. Более зримо создается иллюзия непосредственного нахождения среди музыкантов или певцов. К достоинствам стереонаушников относится и то, что на них не оказывают влияние особенности помещения, в котором прослушиваются программы.

В современных стереофонических наушниках, как правило, используют высококачественные малогабаритные громкоговорители с электродинамическими системами. Громкоговорители монтируют в пластмассовом или металлическом корпусе. Наушники изготовляются обязательно с уплотненными заглушками из мягкой пористой резины. При пользовании стереотелефонов нельзя путать левый и правый наушники, так как это может привести к зеркальному восприятию звучания оркестра. С этой целью на телефонах делают надпись «левый» и «правый» или цветную маркировку: желтый цвет — левый, красный — правый. На стереонаушниках зарубежного производства на левом наушнике стоит буква «L> (англ. left — левый), а на правом — «R» (англ. right — правый). Необходимо добавить, что воспроизведение низких частот телефонами зависит от плотности прилегания их крышек (амбушюров) к ушным раковинам слушателя.

Дальнейшим развитием конструкции электродинамических стереонаушников явились так называемые изодинамическис стереонаушники. Конструкция этих наушников отличается от обычных электродинамических, в то время как принцип действия у них схож. В этих наушниках подвижная часть (мембрана) выполнена из мягкой полимерной пленки, на которую особым образом нанесена звуковая катушка. Перенесение звуковой катушки в плоскость мембраны в сочетании с высокоэффективной магнитной системой позволило получить при воспроизведении довольно широкий диапазон частот, малые нелинейные и переходные искажения. К наушникам этого типа относятся отечественные наушники «Амфитон» ТДС-7. Эти телефоны имеют настолько малые нелинейные, переходные и фазовые искажения, что их нельзя заметить на слух. Стереотелефоны ТДС-7 обладают большой перегрузочной способностью. Развивая номинальный уровень звукового давления 1 Па (94 дБ) при подводимой мощности всего лишь 1…1,5 мВт, они могут работать длительное время при мощности 1 Вт. Пики мощности подводимого сигнала могут достигать 5…7 Вт. Номинальный диапазон частот составляет 20…20 000 Гц. Отечественные изодинамические стереонаушники ТДС-7 имеют наиболее равномерную частотную характеристику по сравнению с известными зарубежными.

Современный ассортимент стереонаушников довольно большой. В табл. 3.1 приведены основные характеристики некоторых отечественных моделей стереонаушников.

Маркировка

Марка наушника обычно наносится на его корпусе, рядом с нею иногда указывается его сопротивление. Маркировка наушника состоит из букв и цифр. Первая буква, как правило, Т — телефон, последующие отражают конструкцию электроакустического преобразователя: М — электромагнитная, Д — электродинамическая, П — пьезоэлектрическая, ДЭМ или ЭМ — дифференциальная электромагнитная. Далее стоящие буквы указывают номер разработки. После цифр иногда ставятся буквы, наиболее употребительные, расшифровываются так: М — малогабаритный телефон, Т — тропическое исполнение. После буквы Т иногда ставится буква К, что расшифровывается, как телефонный капсюль (например, ТК-47). Капсюлем обычно называют один наушник, то есть сам телефон.

Схемы включения наушников в каскады радиоэлектронных устройств

Наилучшая работа наушников будет в том случае, когда их сопротивление равно сопротивлению цепи, в которую они включаются. В детекторном приемнике лучшие результаты получаются с наушниками сопротивлением около 2000 Ом. Включение наушников электромагнитного типа в детекторный приемник приведено на рис. 3.1. Вариант включения наушников в транзисторный УЗЧ приведен на рис. 3.2. Миниатюрные наушники для лучшего согласования с УЗЧ иногда включают в эмиттер выходного транзистора (рис. 3.3). Включение наушников в УЗЧ на микросхемах приведено на рис. 3.4. Включение стереофонических наушников электродинамического типа в каскады УЗЧ на транзисторах показано на рис. 3.5.

Рис. 3.1. Принципиальная схема включения высокоомных наушников в детекторный приемник

Рис. 3.2. Принципиальная схема включения наушников в УЗЧ на транзисторе

Рис. 3.3. Принципиальная схема включения наушников в эмиттер выходного транзистора УЗЧ

Рис. 3.4. Принципиальная схема включения наушников в УЗЧ на микросхеме

Рис. 3.5. Принципиальная схема включения стереонаушников в УЗЧ

 

3.2. Влияние наушников на слух человека

Современные наушники, как не удивительно, имеют некоторые особенности эксплуатации, которые необходимо знать. Наушники позволяют прослушивать музыкальные программы с любым уровнем громкости, не создавая неудобства окружающим.

Наряду с этим использование наушников несет некоторую опасность для органов слуха. В последнее время прослушивание на стереонаушники музыкальных программ с плейеров настолько стало популярным, что с головными телефонами не расстаются не только дома, но и на улице, в транспорте и других местах. Сила звука в стереонаушниках при этом иногда достигает 114 дБ, что сравнимо с работой отбойного молотка или стартующего от вас в 100 м турбореактивного самолета. Исследования ученых показывают: если пренебречь шумовой защитой, то уже после 4 часов такого грохота в неделю могут возникнуть кратковременные нарушения слуха в области высших частот и, как следствие, ухудшение слуха в целом. В связи с этим не рекомендуется злоупотреблять прослушиванием звуковых программ современной музыки при больших уровнях громкости и длительное время. Нужно помнить, что случайное резкое повышение громкости, близкое к максимальной мощности используемого усилителя звуковой частоты, может привести в первую очередь к серьезной травме органов слуха. При относительно небольшой подводимой мощности звуковое давление, создаваемое головными телефонами, может превысить уровень 120… 130 дБ. К этому следует добавить, что постоянное давление амбушюров на ушные раковины, даже во время небольшого времени прослушивания, может вызвать у человека чувство тесноты и раздражения. Это связано с тем, что поступает недостаточное количество воздуха к органам слуха.

 

3.3. Микрофоны

Общая характеристика

В радиоэлектронике находит широкое применение микрофон — устройство, преобразующее звуковые колебания в электрические. Под микрофоном обычно понимают электрический прибор, служащий для обнаружения и усиления слабых звуков.

Основные параметры микрофонов

Качество работы микрофона характеризуется несколькими стандартными техническими параметрами: чувствительностью, номинальным диапазоном частот, частотной характеристикой, направленностью, динамическим диапазоном, модулем полного электрического сопротивления, номинальным сопротивлением нагрузки и др.

Маркировка

Марка микрофона обычно наносится на его корпусе и состоит из букв и цифр. Буквы указывают тип микрофона:

МД … катушечный (или «динамический»),

МДМ … динамический малогабаритный,

ММ … миниатюрный электродинамический,

МЛ… ленточный,

МК … конденсаторный,

МКЭ … электретный,

МПЭ… пьезоэлектрический.

Цифры обозначают порядковый номер разработки. После цифр стоят буквы А, Т и Б, обозначающие, что микрофон изготовлен в экспортном исполнении — А, Т — тропическом, а Б — предназначен для бытовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Маркировка микрофона ММ-5 отражает его конструктивные особенности и состоит из шести символов:

первый и второй… ММ — микрофон миниатюрный;

третий… 5 — пятое конструктивное исполнение;

четвертый и пятый… две цифры, обозначающие типоразмер;

шестой буква, которая характеризует форму акустического входа (О — круглое отверстие, С — патрубок, Б — комбинированное).

В практике радиолюбителей используется несколько основных типов микрофонов: угольные, электродинамические, электромагнитные, конденсаторные, электретные и пьезоэлектрические.

Электродинамические микрофоны

(название микрофонов этого типа считается устаревшим и сейчас эти микрофоны называют катушечными)

Микрофоны этого типа очень часто используют любители звукозаписи, благодаря их сравнительно высокой чувствительности и практической нечувствительности к атмосферному влиянию, в частности, действию ветра. Они также не боятся толчков, просты в использовании и обладают способностью выдерживать без повреждений большие уровни сигналов. Положительные качества этих микрофонов преобладают над их недостатком: средним качеством записи звука.

В настоящее время для радиолюбителей большой интерес представляют выпускаемые отечественной промышленностью малогабаритные динамические микрофоны, которые используются для звукозаписи, звукоперсдачи, звукоусиления и различных систем связи.

Изготавливаются микрофоны четырех групп сложности — 0, 1, 2 и 3. Микрофоны малогабаритные групп сложности 0, 1 и 2 используются для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления музыки и речи, а группы 3 — для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления речи.

Условное обозначение микрофона состоит из трех букв и цифр. Например, МДМ-1, микрофон динамический малогабаритный первого конструктивного исполнения.

Особый интерес представляют электродинамические миниатюрные микрофоны серии ММ-5, которые можно впаивать прямо в плату усилителя или использовать в качестве встроенного элемента радиоэлектронной аппаратуры. Микрофоны относятся к четвертому поколению компонентов, которые разработаны для РЭА на транзисторах и интегральных микросхемах. Микрофон ММ-5 выпускается одного типа в двух вариантах: высокоомном (600 Ом) и низкоомном (300 Ом), а также тридцати восьми типоразмеров, которые отличаются только сопротивлением обмотки постоянному току, расположением акустического входа и его вида. Основные электроакустические параметры и технические характеристики микрофонов серии ММ-5 приведены в табл. 3.2.

При отсутствии динамического микрофона радиолюбители часто используют вместо него обычный электродинамический громкоговоритель (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Принципиальная схема включения на входе УЗЧ громкоговорителя в качестве микрофона

Электромагнитные микрофоны

Для усилителей низкой частоты, собранных на транзисторах и имеющих низкое входное сопротивление, обычно используют электромагнитные микрофоны. Электромагнитным микрофонам свойственна обратимость, то есть они могут использоваться и как телефоны. Широкое распространение имеют так называемый дифференциальный микрофон типа ДЭМШ-1 и его модификация ДЭМШ-1А. Неплохие результаты получаются при использовании вместо электромагнитных микрофонов ДЭМШ-1 и ДЭМ-4М обычных электромагнитных наушников от головных телефонов ТОН-1, ТОН-2, ТА-56 и др. (рис. 3.7…3.9).

Рис. 3.7. Принципиальная схема включения на входе УЗЧ электромагнитного наушника в качестве микрофона

Рис. 3.8. Принципиальная схема включения электромагнитного микрофона на входе УЗЧ на транзисторах

Рис. 3.9. Принципиальная схема включения электромагнитного микрофона на входе УЗЧ на операционном усилителе

Электретные микрофоны

В последнее время в бытовых магнитофонах используются электретные конденсаторные микрофоны. Электретные микрофоны имеют самый широкий диапазон частот: 30…20000 Гц. Микрофоны этого типа дают электрический сигнал в два раза больший нежели обычные угольные.

Промышленность выпускает электретные микрофоны МКЭ-82 и МКЭ-01 по размерам аналогичные угольным МК-59 и им подобным, которые можно устанавливать в обычные телефонные трубки вместо угольных без всякой переделки телефонного аппарата. Этот тип микрофонов значительно дешевле обычных конденсаторных микрофонов, и поэтому более доступны радиолюбителям. Отечественная промышленность выпускает широкий ассортимент электретных микрофонов, среди них МКЭ-2 односторонней направленности для катушечных магнитофонов 1 класса и для встраивания в радиоэлектронную аппаратуру — МКЭ-3, МКЭ-332 и МКЭ-333. Для радиолюбителей наибольший интерес представляет коденсаторный электретный микрофон МКЭ-3, который имеет микроминиатюрное исполнение. Микрофон применяется в качестве встраиваемого устройства в отечественные магнитофоны, магниторадиолы и магнитолы, такие как, «Сигма-ВЭФ-260», «Томь-303», «Романтик-306» и др.

Микрофон МКЭ-3 изготовляется в пластмассовом корпусе с фланцем для крепления на лицевой панели радиоустройства с внутренней стороны. Микрофон является ненаправленным и имеет диаграмму круга. Микрофон не допускает ударов и сильной тряски. В табл. 3.3 приведены основные технические параметры некоторых марок миниатюрных конденсаторных электретных микрофонов. На рис. 3.10 приведена схема включения распространенного в радиолюбительских конструкциях электретного микрофона типа МКЭ-3.

Рис. 3.10. Принципиальная схема включения микрофона типа МКЭ-3 на входе транзисторного УЗЧ

Угольные микрофоны

Невзирая на то что угольные микрофоны постепенно вытесняются микрофонами других типов, но благодаря простоте конструкции и достаточно высокой чувствительности они все еще находят свое место в различных устройствах связи. Наибольшее распространение имеют угольные микрофоны, так называемые телефонные капсюли, в частности, МК-10, МК-16, МК-59 и др. Наиболее простая схема включения угольного микрофона приведена на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Принципиальная схема включения угольного микрофона с использованием трансформатора

В этой схеме трансформатор должен быть повышающим и для угольного микрофона с сопротивлением R = 300…400 Ом его можно намотать на Ш-образном железном сердечнике с сечением 1…1,5 см2. Первичная обмотка (I) содержит 200 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм, а вторичная (II) — 400 витков ПЭВ-1 диаметром 0,08…0,1 мм. Угольные микрофоны в зависимости от их динамического сопротивления делят на 3 группы:

1 … низкоомные (около 50 Ом) с током питания до 80 мА;

2 … среднеомные (70… 150 Ом) с током питания не более 50 мА;

3 … высокоомные (150…300 Ом) с током питания не более 25 мА.

Из этого следует, что в цепи угольного микрофона необходимо устанавливать ток, соответствующий типу микрофона. В противном случае при большом токе угольный порошок начнет спекаться и микрофон испортится. При этом появляются нелинейные искажения. При очень малом токе резко снижается чувствительность микрофона. Угольные капсюли могут работать и при пониженном токе источника питания, в частности, в усилителях на лампах и транзисторах. Снижение чувствительности при пониженном питании микрофона компенсируется простым повышением коэффициента усиления усилителя звуковой частоты. В этом случае улучшается частотная характеристика, значительно снижается уровень шумов, повышается стабильность и надежность работы. Вариант включения угольного микрофона в усилительный каскад на транзисторе дано на рис 3.12.

Рис. 3.12. Принципиальная схема включения угольного микрофона на входе транзисторного У3Ч

Вариант включения угольного микрофона в сочетании с транзистором на входе лампового усилителя звуковой частоты по схеме рис. 3.13 позволяет получить большое усиление по напряжению.

Рис. 3.13. Принципиальная схема включения угольного микрофона на входе гибридного УЗЧ, собранного на транзисторе и электронной лампе

 

3.4. Громкоговорители

Общая характеристика

Громкоговорители сейчас чаще называют сокращенно по названию одного из широкораспространенных типов громкоговорителей, электродинамического — «динамик». Основные конструкции громкоговорителей такие же как и у телефонных наушников, но есть и оригинальные конструкции. Громкоговоритель обычно состоит из двух основных частей: головки и акустического оформления. Головка громкоговорителя преобразует электрические сигналы в акустические и является самостоятельным узлом громкоговорителя. Громкоговорители могут содержать одну или несколько излучающих головок, необходимое акустическое оформление, пассивные электрические устройства (фильтры, трансформаторы, регуляторы и др.). Применение акустического оформления позволяет повысить качество излучения звука. Головки различаются как по принципу действия, так и по конструкции.

Громкоговорители и электроакустические головки характеризуются такими основными параметрами: номинальной мощностью, номинальным диапазоном частот, частотной характеристикой, полным электрическим сопротивлением, стандартным звуковым давлением и др.

Громкоговорители обычно делят по следующим основным признакам:

• принципу электромеханического преобразования сигналов в акустические;

• типу РЭА, где они используются;

• ширине воспроизводимого диапазона частот;

• мощности;

• величине сопротивления звуковой катушки;

• конструкции механико-акустической системы.

В настоящее время наиболее широкое распространение имеют электродинамические, электростатические, ленточные и изодинамические громкоговорители.

Электродинамические громкоговорители

Электродинамические громкоговорители катушечного типа имеют наибольшее распространение. Принцип их действия основывается на взаимодействии магнитных полей токов звуковой катушки и постоянного магнита. В зависимости от величины тока в катушке происходят ее колебания. Диффузор, жестко соединенный со звуковой катушкой, повторяет эти колебания и заставляет колебаться окружающий воздух, создавая тем самым звуковые волны. В зависимости от способа создания магнитного поля различают громкоговорители с постоянным магнитом и с подмагничиванием. Преобладающими в РЭА являются электродинамические головки прямого излучения (диффузорные).

Классификация этих головок обычно производится в зависимости от воспроизводимого диапазона частот:

Широкополосные от 50…100 Гц до 16…20 кГц. Для улучшения воспроизведения высших частот такие головки часто имеют дополнительный диффузор в виде небольшого конуса, вклеенного в основной диффузор головки. Головки с номинальной мощностью 3…4 Вт воспроизводят наиболее широкий диапазон частот, а малой мощности — более узкий.

Низкочастотные от 20…40 Гц до 500… 1000 Гц, головки имеют значительные размеры и рассчитаны на подведение электрической мощности 5…50 ВЧА. Эффективность излучения низших частот возрастает с увеличением размера диффузора и повышения гибкости подвижной системы.

Среднечастотные 300…500 Гц до 5000…8000 Гц.

Высокочастотные 1000…5000 Гц до 16000…30000 Гц.

Мощность среднечастотных и высокочастотных головок меньше, чем у широкополосных. Это связано с тем, что в реальном звуковом сигнале, содержащем речь, музыку, максимальную энергию несут звуки низших частот.

Использовать электродинамические головки прямого излучения без акустического оформления не рекомендуется. В этом случае происходит резкое ослабление излучения низших частот звукового диапазона.

Головки прямого излучения электродинамического типа имеют достаточно высокие параметры и относительно просты по конструкции. И это при том, что КПД у них довольно низкий и меньше, чем у электромагнитных головок.

Маркировка

Маркировка отечественных громкоговорителей основывается на буквенно-цифровой системе. В нее входят несколько элементов: на первом месте стоит цифра, указывающая номинальную мощность в вольтамперах, на втором — буква Г — громкоговоритель, за ней буква, соответствующая типу электромеханической системы преобразования электрических сигналов в акустические (Д — динамическая, Л — ленточная, Э — электростатическая, П — пьезоэлектрическая и т. д.). Цифры (одна или две), стоящие после этих букв, обозначают номер разработки громкоговорителя данного типа. После номера иногда стоят цифры, соответствующие частоте механического резонанса подвижной системы в герцах. В конце маркировки встречаются буквы Т или Е (Т — тропическое исполнение, Е — для работы при повышенных вибрациях).

Отечественная промышленность выпускает громкоговорители разных типов, различной мощности в зависимости от их применения: для массовых приемников, телевизоров и магнитофонов, для вещания на площадях, улицах и для прочего. Радиолюбители при конструировании радиоэлектронной аппаратуры чаще используют электродинамические громкоговорители, так как они являются более доступными в плане приобретения.

Качество работы громкоговорителя обычно проверяют на слух. Для этого прослушивают качественную фонограмму при достаточной громкости. Звуковоспроизведение должно быть чистым. Не должно быть заметных частотных искажений, хрипов и дребезжания (нелинейные искажения). У хороших громкоговорителей неравномерность частотной характеристики не превышает 10 дБ. Для низкочастотных и широкополосных головок частота резонанса в зависимости от конструкции составляет 30… 100 Гц. Ниже частоты резонанса головка практически не излучает звук. Поэтому, чем ниже частота резонанса, тем лучше качество головки. Наиболее низкую частоту резонанса имеют головки с резиновым гофром диффузора.

Схемы включения громкоговорителей в каскады радиоэлектронных устройств

Громкоговорители могут включаться в радиоэлектронные схемы с помощью трансформатора, конденсатора или непосредственно в выходную цепь. Включение громкоговорителей через трансформатор в транзисторный УЗЧ показано: на рис. 3.14 — однотактный выходной каскад, рис. 3.15 — двухтактный выходной каскад, трансформатор T1 намотан на сердечнике из пермаллоя Ш4х6 мм, обмотки Iа и Iб содержат но 200 витков ПЭВ-2 0,12, а II обмотка имеет 90 витков ПЭЛ 0,25. Автотрансформаторное включение громкоговорителя (рис. 3.16) позволяет повысить мощность выходного каскада примерно в 1,5 раза по сравнению с трансформаторным и расширить полосу воспроизводимых частот до 150… 10000 Гц. В схеме трансформатор Т1 и автотрансформатор Т2 намотаны на сердечниках из пермаллоя ШЗхб мм. Трансформатор T1 намотан проводом ПЭЛ 0,06, I обмотка содержит 1580 витков, II обмотка — 800 витков с отводом от середины. Автотрансформатор Т2 имеет общее число витков 1000, с отводами от 400, 500 и 600 витков. Секции намотаны проводом: 1–2 ПЭЛ 0,09, 2–3, 3–4 ПЭЛ 0,21, 4–5 ПЭЛ 0,09.

Рис. 3.14. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с трансформаторным выходом

Рис. 3.15. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ с трансформаторным выходом

Рис. 3.16. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,150 Вт с автотрансформаторным включением громкоговорителя

Громкоговоритель можно включать в УЗЧ и без выходного трансформатора. Варианты включения громкоговорителя без трансформатора в транзисторные УЗЧ показаны на рис. 3.17. В схеме рис. 3.18 в качестве громкоговорителя использован наушник ДЭМ-4М, а в схеме рис. 3.19 — самодельный громкоговоритель на базе электромагнитного микрофона ДЭМШ-1А. К мембране микрофона припаяна игла, которая соединяется с диффузором. Интересна схема рис. 3.20, где в коллектор и эмиттер выходного транзистора включены громкоговорители.

Рис. 3.17. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с непосредственным включением громкоговорителя:

а — в эмиттерную цепь выходного транзистора; б — в коллектор выходного транзистора с питанием 1,5 В

Рис. 3.18. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с использованием электромагнитного микротелефонного капсюля ДЭМ-4М в качестве громкоговорителя

Рис. 3.19. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с использованием громкоговорителя, изготовленного на базе электромагнитного микрофона ДЭМШ-1А

Рис. 3.20. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с непосредственным включением двух громкоговорителей, одного в коллектор, а другого в эмиттер выходного транзистора

Включение громкоговорителя в двухтактный бестрансформаторный транзисторный УЗЧ показано на рис. 3.21. Некоторые такие схемы рассчитаны на высокоомные громкоговорители (рис. 3.22, а). В этой схеме переходной трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш4 с толщиной набора 9 мм. Все обмотки трансформатора намотаны проводом ПЭВ 0,06, первичная обмотка I содержит 2500 витков, а каждая из вторичных обмоток II и III содержат по 350 витков. В принципе можно использовать готовый переходной трансформатор от любого малогабаритного транзисторного радиоприемника, разделив его вторичную обмотку на две изолированные секции. Если нет такого громкоговорителя и конденсатора большой емкости, то имеющийся низкоомный громкоговоритель включают по схеме рис. 3.22, б. В этой схеме трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш4x8 мм, I обмотка — 900 витков ПЭВ 0,09, II — 100 витков ПЭВ 0,23. У вторичной обмотки делается несколько выводов с целью лучшего согласования с нагрузкой. С аналогичной целью используется автотрансформатор в УЗЧ с двухтактным выходным каскадом на транзисторах одной проводимости, схема которого представлена на рис. 3.23. Трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш3х6 мм, обмотка содержит 200 витков провода ПЭВ-1 0,23 с отводом от середины.

Рис. 3.21. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,5 Вт с бестрансформаторным выходом и двумя источниками питания

Рис. 3.22. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,1 Вт с бестрансформаторным выходом, с одним источником питания:

а — включение громкоговорителя через конденсатор С4 большой емкости,

б — включение громкоговорителя через конденсатор С1 небольшой емкости

Рис. 3.23. Принципиальная схема транзисторного УЗЧ с максимальной мощностью 0,16 Вт с двухтактным выходным каскадом на транзисторах одной проводимости и включением громкоговорителя через автотрансформатор