Список сокращений в описаниях телевизоров. | Мастер Винтик. Всё своими руками!

B.C. Яценков

СЕКРЕТЫ

ЗАРУБЕЖНЫХ

РАДИОСХЕМ

Учебник-справочник

для мастера и любителя

Москва

Майор Издатель Осипенко А.И.

2004

Секреты зарубежных радиосхем. Учебник-справочник для

мастера и любителя. — М.: Майор, 2004. — 112 с.

Автор опровергает распространенное заблуждение, будто чтение радиосхем и их использование при ремонте бытовой аппаратуры доступно лишь подготовленным специалистам. Большое количество иллюстраций и примеров, живой и доступный язык изложения делают книгу полезной для читателей с начальным уровнем знания радиотехники. Особое внимание уделено обозначениям и терминам, применяемым в зарубежной литературе и документации к импортной бытовой технике.

Рекомендуется как методическое пособие для студентов радиотехнических специальностей вузов и техникумов, руководителей радиокружков и любителей домашнего технического творчества.

ОТ АВТОРА

Прежде всего, уважаемый читатель, мы благодарим вас за интерес, проявленный к этой книге.

Брошюра, которую вы держите в руках, лишь первый шаг на пути к невероятно увлекательным знаниям. Автор и издатель будут считать свою задачу выполненной, если эта книга не только послужит справочником для начинающих, но и придаст им уверенности в своих силах.

Мы постараемся наглядно показать, что для самостоятельной сборки простой электронной схемы или несложного ремонта бытового прибора вовсе не нужно обладать большим объемом специальных знаний. Разумеется, для разработки собственной схемы потребуется знание схемотехники, т. е. умение строить схему в соответствии с законами физики и сообразно параметрам и назначению электронных приборов. Но и в этом случае не обойтись без графического языка схем, чтобы сначала правильно

понять материал учебников, а затем правильно изложить собственную мысль.

Готовя издание, мы не ставили перед собой цели в сжатом виде пересказать содержание ГОСТов и технических стандартов. Прежде всего, мы обращаемся к тем читателям, у кого попытка применить на практике или самостоятельно изобразить электронную схему вызывает растерянность. Поэтому в книге рассмотрены лишь наиболее часто применяемые символы и обозначения, без которых не обходится ни одна схема. Дальнейшие навыки чтения и изображения принципиальных электрических схем придут к читателю постепенно, по мере приобретения им практического опыта. В этом смысле изучение языка электронных

схем похоже на изучение иностранного языка: сначала мы запоминаем алфавит, затем простейшие слова и правила, по которым строится предложение. Дальнейшее же знание приходит только с интенсивной практикой.

Одна из проблем, с которой сталкиваются начинающие радиолюбители, пытающиеся повторить схему зарубежного автора или отремонтировать бытовое устройство, состоит в том, что существует расхождение между системой условных графических обозначений (УГО), принятых ранее в СССР, и системой УГО, действующей в зарубежных странах. Благодаря широкому распространению конструкторских программ, снабженных библиотеками УГО (практически все они разработаны за рубежом), зарубежные схемные обозначения вторглись и в отечественную практику невзирая на систему ГОСТов. И если опытный специалист способен понять значение незнакомого символа, исходя из общего контекста схемы, то у начинающего любителя это может вызывать серьезные затруднения.

Кроме того, язык электронных схем периодически претерпевает изменения и дополнения, начертание некоторых символов меняется. В этой книге мы будем опираться, в основном, на международную систему обозначений, так как именно она используется в схемах к импортной бытовой аппаратуре, в стандартных библиотеках символов для популярных компьютерных программ и на страницах зарубежных веб-сайтов. Будут упомянуты и обозначения, официально устаревшие, но на практике встречающиеся во многих схемах.

1

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СХЕМ

В радиотехнике наиболее часто применяются три основных типа схем: функциональные схемы, принципиальные электрические схемы и наглядные изображения. При изучении схемы какого-либо электронного устройства, как правило, используют все три типа схем, причем именно в перечисленном порядке. В некоторых случаях, для повышения наглядности и удобства, схемы могут частично комбинироваться.

Функциональная схема

дает наглядное представление об общей структуре устройства. Каждый функционально законченный узел представляют на схеме в виде отдельного блока (прямоугольника, окружности и т. п.), с указанием выполняемой им функции. Блоки соединяются между собой линиями — сплошными или пунктирными, со стрелками или без них, в соответствии с тем, как они влияют друг на друга в процессе работы.

Принципиальная электрическая схема

показывает, какие компоненты входят в схему и как они соединяются между собой. На принципиальной схеме часто указывают осциллограммы сигналов и величины напряжения и тока в контрольных точках. Эта разновидность схем наиболее информативна, и ей мы уделим наибольшее внимание.

Наглядные изображения

существуют в нескольких вариантах и предназначены, как правило, для облегчения монтажа и ремонта. В их число входят схемы размещения элементов на печатной плате; схемы укладки соединительных проводников; схемы соединения отдельных узлов друг с другом; схемы размещения узлов в корпусе изделия и т. п.

1.1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Рис. 1-1. Пример функциональной схемы

комплекса законченных устройств

Функциональные схемы могут применяться для нескольких различных целей. Иногда они применяются для того, чтобы показать, как взаимодействуют между собой различные функционально законченные устройства. В качестве примера можно привести схему соединения телевизионной антенны, видеомагнитофона, телевизора и управляющего ими инфракрасного пульта ДУ (рис. 1-1). Подобную схему можно увидеть в любой инструкции к видеомагнитофону. Глядя на эту схему, мы понимаем, что антенну необходимо подключать к входу видеомагнитофона, чтобы иметь возможность записывать передачи, а пульт ДУ универсальный и может управлять обоими устройствами. Обратите внимание, что антенна показана при помощи символа, применяемого также и в принципиальных электрических схемах. Подобное “смешение” символов допускается в случае, когда функционально законченный узел представляет собой деталь, имеющую собственное графическое обозначение. Забегая вперед, скажем, что случаются и обратные ситуации, когда часть принципиальной электрической схемы изображается в виде функционального блока.

Если при построении блок-схемы приоритет отдается изображению структуры устройства или комплекса устройств, такую схему называют структурной. Если же блок-схема представляет собой изображение нескольких узлов, каждый из которых выполняет определенную функцию, и показаны связи между блоками, то такую схему обычно называют функциональной. Это деление является в некоторой степени условным. Например, рис. 1-1

одновременно показывает и структуру домашнего видеокомплекса и функции, выполняемые отдельными устройствами, и функциональные связи между ними.

При построении функциональных схем принято соблюдать определенные правила. Основное из них состоит в том, что направление прохождения сигнала (или порядок выполнения функций) отображается на чертеже слева направо и сверху вниз. Исключения делаются лишь в случае, когда схема имеет сложные или двунаправленные функциональные связи. Постоянные соединения, по которым распространяются сигналы, выполняют сплошными линиями, при необходимости — со стрелками. Непостоянные соединения, действующие в зависимости от какого-либо условия, иногда показывают пунктирными линиями. При разработке функциональной схемы важно правильно выбрать уровень детализации. Например, следует подумать, изображать ли на схеме предварительный и оконечный усилители разными блоками, или одним? Желательно, чтобы уровень детализации был одинаковым для всех компонентов схемы.

В качестве примера рассмотрим схему радиопередатчика с амплитудно-модулированным выходным сигналом на рис. 1-2а. Она состоит из низкочастотной части и высокочастотной части.

Рис. 1-2а. Функциональная схема простейшего AM передатчика

Нас интересует направление передачи речевого сигнала, принимаем его направление за приоритетное, и НЧ-блоки рисуем вверху, откуда модулирующий сигнал, пройдя слева направо по НЧ-блокам, попадает вниз, в высокочастотные блоки.

Главное достоинство функциональных схем состоит в том, что при условии оптимальной детализации получаются универсальные схемы. В разных радиопередатчиках могут использоваться совершенно разные принципиальные схемы задающего генератора, модулятора и т. п., но схемы с невысокой степенью детализации у них будут абсолютно одинаковы.

Другое дело, если применяется глубокая детализация. Например, в одном радиопередатчике источник опорной частоты имеет транзисторный умножитель, в другом применяется синтезатор частот, а в третьем — простейший кварцевый генератор. Тогда детализированные функциональные схемы у этих передатчиков будут разными. Таким образом, некоторые узлы на функциональной схеме, в свою очередь, тоже могут быть представлены в виде функциональной схемы.

Иногда, чтобы сделать акцент на какой-либо особенности схемы или повысить ее наглядность, применяют комбинированные схемы (рис. 1—26 и 1— 2в), на которых изображение функциональных блоков сочетается с более или менее подробным фрагментом принципиальной электрической схемы.

Рис. 1-2б. Пример комбинированной схемы

Рис. 1-2в. Пример комбинированной схемы

Блок-схема, изображенная на рис. 1—2а представляет собой разновидность функциональной схемы. На ней не показано, как именно и сколькими проводниками блоки соединяются между собой. Для этой цели служит схема межблочных соединений (рис. 1-3).

Рис. 1-3. Пример схемы межблочных соединений

Иногда, особенно когда речь идет об устройствах на логических микросхемах или иных устройствах, действующих по определенному алгоритму, необходимо схематически изобразить этот алгоритм. Разумеется, алгоритм работы мало отражает особенности построения электрической схемы устройства, но бывает весьма полезен при его ремонте или настройке. При изображении алгоритма обычно пользуются стандартными символами, применяемыми при документировании программ. На рис. 1-4 показаны наиболее часто применяемые символы.

Как правило, их достаточно для описания алгоритма работы электронного или электромеханического устройства.

В качестве примера рассмотрим фрагмент алгоритма работы блока автоматики стиральной машины (рис. 1—5). После включения питания проверяется наличие воды в баке. Если бак пуст, открывается впускной клапан. Затем клапан удерживается открытым до тех пор, пока не сработает датчик верхнего уровня.

Начало или конец алгоритма

Арифметическая операция выполняемая программой, или некое действие, выполняемое устройством

Комментарий, пояснение или описание

Операция ввода или вывода

Библиотечный модуль программы

Переход по условию

Безусловный переход

Межстраничный переход

Соединительные линии

Рис. 1-4. Основные символы описания алгоритмов

Рис. 1-5. Пример алгоритма работы блока автоматики

1.2. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Достаточно давно, во времена первого радиоприемника Попова, не существовало четкого различия между наглядными и принципиальными схемами. Простейшие устройства того времени вполне успешно изображали в виде слегка абстрагированного рисунка. И сейчас в учебниках можно встретить изображение простейших электрических схем в виде рисунков, на которых детали показаны примерно так, как они выглядят на самом деле и как соединены между собой их выводы (рис. 1-6).

Рис. 1-6. Пример различия между монтажной схемой (А)

и принципиальной электрической схемой (В).

Но для четкого понимания того, что такое принципиальная электрическая схема, следует помнить: размещение символов на принципиальной электрической схеме не обязательно соответствует реальному размещению компонентов и соединительных проводников устройства. Более того, распространенной ошибкой начинающих радиолюбителей при самостоятельной разработке печатной платы является попытка размещения компонентов максимально близко к тому порядку, в каком они изображены на принципиальной схеме. Как правило, оптимальное размещение компонентов на плате значительно отличается от размещения символов на принципиальной схеме.

Итак, на принципиальной электрической схеме мы видим лишь условные графические обозначения элементов схемы устройства с указанием их ключевых параметров (емкость, индуктивность и т. п.). Каждый компонент схемы определенным образом пронумерован. В национальных стандартах разных стран относительно нумерации элементов существуют еще большие расхождения, чем в случае с графической символикой. Поскольку мы ставим себе задачу обучить читателя пониманию схем, изображенных по “западным” стандартам, приведем краткий перечень основных буквенных обозначений компонентов:

ANT Antenna Антенна

В Battery Батарея

С Capacitor Конденсатор

СВ Circuit Board Монтажная плата

CR Zener Diode Стабилитрон

D Diode Диод

ЕР или Earphone Головные телефоны

РН

F Fuse Предохранитель

I Lamp Лампа накаливания

IС Integrated Circuit Интегральная схема

J Receptacle, Jack, Теr- Гнездо, патрон, клеммник

minal Strip

К Relay Реле

L Inductor, choke Катушка, дроссель

LED Light-emitting diode Светодиод

М Meter Измеритель(обобщенный)

N Neon Lamp Неоновая лампа

Р Plug Штепсельная вилка

PC Photocell Фотоэлемент

Q Transistor Транзистор

R Resistor Резистор

RFC Radio frequency choke Высокочастотный дроссель

RY Relay Реле

S Switch Переключатель, выключатель

SPK Speaker Громкоговоритель

T Transformer Трансформатор

U Integrated Circuit Интегральная схема

V Vacuum tube Радиолампа

VR Voltage regulator Регулятор (стабилизатор) напр.

X Solar cell Солнечный элемент

XTAL или Crystal Кварцевый резонатор Y

Z Circuit assembly Узел схемы в сборе

ZD Zener Diode (rare) Стабилитрон (устаревш.)

Многие компоненты схемы (резисторы, конденсаторы и т. п.) могут присутствовать на чертеже более одного раза, поэтому к буквенному обозначению добавляется цифровой индекс. Например, если в схеме имеются три резистора, то они будут обозначены, как R1, R2 и R3.

Принципиальные схемы, как и блок-схемы, компонуют таким образом, чтобы вход схемы находился слева, а выход справа. Под входным сигналом подразумевают также источник энергии, если схема представляет собой преобразователь или регулятор, а под выходом подразумевается потребитель энергии, индикатор или выходной каскад с выходными клеммами. Например, если мы рисуем схему импульсной лампы-вспышки, то изображаем слева направо по порядку сетевую вилку, трансформатор, выпрямитель, генератор импульсов и импульсную лампу.

Нумерация элементов производится слева направо и сверху вниз. При этом возможное размещение элементов на печатной плате не имеет никакого отношения к порядку нумерации — принципиальная электрическая схема имеет высший приоритет по отношению к другим типам схем. Исключение делается, когда для большей наглядности принципиальная электрическая схема разбивается на блоки, соответствующие функциональной схеме. Тогда к обозначению элемента добавляется префикс, соответствующий номеру блока на функциональной схеме: 1-R1, 1-R2, 2L1, 2L2 и т. п.

Кроме буквенно-цифрового индекса рядом с графическим обозначением элемента часто пишут его тип, марку или номинал, имеющие принципиальное значение для работы схемы. Например, для резистора это величина сопротивления, для катушки — индуктивность, для микросхемы — маркировка производителя. Иногда информацию о номиналах и маркировке компонентов выносят в отдельную таблицу. Такой способ удобен тем, что позволяет дать расширенные сведения о каждом компоненте — намоточные данные катушек, особые требования к типу конденсаторов и т. п.

1.3. НАГЛЯДНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Принципиальные электрические схемы и функциональные блок-схемы удачно дополняют друг друга и легки для понимания при наличии минимального опыта. Тем не менее, очень часто двух этих схем бывает недостаточно для полноценного понимания конструкции устройства, особенно когда идет речь о его ремонте или сборке. В этом случае применяют несколько разновидностей наглядных изображений.

Мы уже знаем, что принципиальные электрические схемы не показывают физической сущности монтажа, и эту задачу решают наглядные изображения. Но, в отличие от блок-схем, которые могут быть одинаковыми для разных электрических схем, наглядные изображения неотделимы от соответствующих им принципиальных схем.

Рассмотрим несколько примеров наглядных изображений. На рис. 1-7 показана разновидность монтажной схемы — схема разводки соединительных проводников, собранных в экранированный жгут, причем рисунок максимально соответствует укладке проводников в реальном устройстве. Заметим, что иногда, для облегчения перехода от принципиальной схемы к монтажной, на принципиальной схеме также указывают цветовую маркировку проводников и символ экранированного провода.

Рис. 1-7. Пример схемы разводки соединительных проводников

Следующим широко применяемым типом наглядных изображений являются различные схемы размещения элементов. Иногда они сочетаются со схемой разводки проводников. Схема, изображенная на рис. 1-8, дает нам достаточную информацию о компонентах, из которых должна состоять схема микрофонного усилителя, чтобы мы могли их приобрести, но ничего не говорит о физических размерах компонентов, платы и корпуса, а также о размещении компонентов на плате. Но во многих случаях размещение компонентов на плате и/или в корпусе имеет принципиальное значение для надежной работы устройства.

Рис. 1-8. Схема простейшего микрофонного усилителя

Предыдущая схема удачно дополняется монтажной схемой рис. 1-9. Это двумерная схема, на ней могут быть указаны длина и ширина корпуса или платы, но не высота. Если необходимо указать высоту, то отдельно приводят вид сбоку. Компоненты изображены в виде символов, но их пиктограммы не имеют ничего общего с УГО, а тесно связаны с реальным внешним видом детали. Разумеется, дополнение столь простой принципиальной схемы еще и схемой монтажа может показаться лишним, но этого нельзя сказать о более сложных устройствах, состоящих из десятков и сотен деталей.

Рис. 1-9. Наглядное изображение монтажа для предыдущей схемы

Важнейшей и наиболее распространенной разновидностью монтажных схем является схема размещения элементов на печатной плате. Назначение подобной схемы — указать порядок размещения электронных компонентов на плате при монтаже и облегчить их нахождение при ремонте (напомним, что размещение компонентов на плате не соответствует их расположению на принципиальной схеме). Один из вариантов наглядного изображения печатной платы приведен на рис. 1-10. В данном случае хотя и условно, но достаточно точно показаны форма и размеры всех компонентов, а их символы снабжены нумерацией, совпадающей с нумерацией на принципиальной электрической схеме. Пунктирными контурами показаны элементы, которые могут отсутствовать на плате.

Рис. 1-10. Вариант изображения печатной платы

Такой вариант удобен при ремонте, особенно, когда работает специалист, по своему опыту знающий характерный вид и размеры практически всех радиодеталей. Если же схема состоит из множества мелких и похожих друг на друга элементов, а для ремонта требуется найти на плате множество контрольных точек (например, для подключения осциллографа), то работа существенно усложняется даже для специалиста. В этом случае на помощь приходит координатная схема размещения элементов (рис. 1-1 1).

Рис. 1-11. Координатная схема размещения элементов

Применяемая система координат чем-то напоминает координаты на шахматной доске. В данном примере плата разделена на две, обозначенные буквами А и В, продольные части (их может быть больше) и снабженные цифрами поперечные части. Изображение платы дополнено таблицей размещения элементов, пример которой приведен ниже:

При разработке печатной платы с помощью одной из конструкторских программ таблица размещения элементов может быть сгенерирована автоматически. Применение таблицы значительно облегчает поиск элементов и контрольных точек, но увеличивает объем конструкторской документации.

При изготовлении печатных плат в заводских условиях на них очень часто наносят обозначения, аналогичные рис. 1-10 или рис. 1-11. Рисунок проводников печатной платы также является разновидностью наглядного изображения монтажа. Он может быть дополнен физическими контурами элементов, для облегчения монтажа схемы (рис. 1-12).

Рис. 1-12. Рисунок проводников печатной платы.

Следует заметить, что разработка рисунка печатной платы начинается с размещения элементов на плате заданного размера. При размещении элементов учитывают их форму и размеры, возможность взаимного влияния, необходимость вентиляции или экранирования и т. д. Затем производят разводку соединительных проводников, при необходимости корректируют размещение элементов и производят окончательную разводку.

2

УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ

Как мы уже упоминали в главе 1, условные графические обозначения (УГО) радиоэлектронных компонентов, применяемые в современной схемотехнике, имеют достаточно отдаленное отношение к физической сущности конкретной радиодетали. В качестве примера можно привести аналогию между принципиальной схемой устройства и картой города. На карте мы видим значок, обозначающий ресторан, и понимаем, как проехать к ресторану. Но этот значок ничего не говорит о меню ресторана и ценах на готовые блюда. В свою очередь, графический символ, обозначающий на схеме транзистор, ничего не говорит о размерах корпуса этого транзистора, гибкие ли у него выводы, и какая фирма его изготовила.

С другой стороны, на карте возле обозначения ресторана может быть указан распорядок его работы. Аналогично возле УГО компонентов на схеме обычно указывают важные технические параметры детали, имеющие принципиальное значение для правильного понимания схемы. Для резисторов это сопротивление, для конденсаторов — емкость, для транзисторов и микросхем — буквенно-цифровое обозначение и т. д.

Со времени своего возникновения УГО электронных компонентов претерпели значительные изменения и дополнения. Сначала это были довольно натуралистичные рисунки деталей, которые затем, с течением времени, упрощались и абстрагировались. Тем не менее, для облегчения работы с символами большинство из них и сейчас несут в себе некий намек на конструктивные особенности реальной детали. Рассказывая о графических обозначениях, мы постараемся по мере возможности показывать эту взаимосвязь.

Несмотря на кажущуюся сложность многих принципиальных электрических схем, их понимание требует немногим более труда, чем понимание дорожной карты. Существует два разных подхода к приобретению навыка чтения принципиальных схем. Сторонники первого подхода полагают, что УГО — это некий алфавит, и следует его сначала заучить как можно полнее, а затем приступать к работе со схемами. Сторонники второго метода считают, что к чтению схем необходимо приступать практически сразу, по ходу дела изучая незнакомые символы. Второй метод хорош для радиолюбителя, но, увы, не приучает к определенной строгости мышления, необходимой для правильного изображения схем. Как вы увидите далее, одна и та же схема может быть изображена совершенно по-разному, причем некоторые варианты чрезвычайно неудобочитаемы. Рано или поздно возникнет необходимость изобразить собственную схему, и сделать это следует так, чтобы она была понятна с первого взгляда не только автору. Мы предоставляем читателю право самостоятельно решить , какой подход ему ближе, и переходим к изучению наиболее часто распространенных графических обозначений.

2.1. ПРОВОДНИКИ

Большинство схем содержит значительное количество проводников. Поэтому линии, изображающие эти проводники, на схеме часто пересекаются, тогда как между физическими проводниками контакт отсутствует. Иногда, наоборот, необходимо показать соединение нескольких проводников между собой. На рис. 2—1 изображены три варианта пересечения проводников.

Рис. 2-1. Варианты изображения пересечения

проводников

Вариант (А) обозначает соединение пересекающихся проводников. В случае (В) и (С) проводники не соединяются, но обозначение (С) считается устаревшим, и следует избегать его применения на практике. Разумеется, пересечение взаимно изолированных проводников на принципиальной схеме не означает их конструктивного пересечения.

Несколько проводников могут быть объединены в жгут или кабель. Если кабель не имеет оплетки (экрана), то, как правило, на схеме эти проводники никак особо не выделяют. Для экранированных проводов и кабелей существуют специальные символы (рис. 2-2 и 2-3). Примером экранированного проводника является коаксиальный антенный кабель.

Рис. 2-2. Символы одиночного экранированного проводника с незаземленным (А) и заземленным (В) экраном

Рис. 2-3. Символы экранированного кабеля с незаземленным (А) и заземленным (В) экраном

Иногда соединение необходимо выполнить витой парой проводников.

Витая пара используется как для уменьшения паразитных наводок на длинные проводники, так и для достижения нужного волнового сопротивления проводников, например, в кабелях UTP для компьютерных сетей.

Рис. 2-4. Два варианта обозначения витой пары проводов

На рисунках 2-2 и 2-3 кроме проводников мы видим два новых графических элемента, которые будут встречаться и далее. Пунктирный замкнутый контур обозначает экран, который конструктивно может быть выполнен в виде оплетки вокруг проводника, в виде закрытого металлического корпуса, разделительной металлической пластинки или сетки.

Экран препятствует проникновению помех в чувствительные к внешним наводкам цепи. Следующий символ — значок, обозначающий соединение с общим проводом, корпусом или заземлением. В схемотехнике для этого используется несколько символов.

Рис. 2-5. Обозначения общего провода и различных заземлений

Термин “заземление” имеет давнюю историю и восходит к временам первых телеграфных линий, когда для экономии проводов в качестве одного из проводников использовали Землю. При этом все телеграфные аппараты, независимо от соединения друг с другом, соединялись с Землей при помощи заземления. Иначе говоря, Земля была общим проводом. В современной схемотехнике термином “земля” (ground) обозначают общий провод или провод с нулевым потенциалом, даже если его не соединяют с классическим заземлением (рис. 2-5). Общий провод может быть изолирован от корпуса устройства.

Очень часто в качестве общего провода используют корпус устройства или электрически соединяют общий провод с корпусом. В этом случае используют значки (А) и (В). Почему они разные? Существуют схемы, в которых сочетаются аналоговые компоненты, например, операционные усилители и цифровые микросхемы. Во избежание взаимных помех, особенно от цифровых цепей в аналоговые, используют раздельно общий провод для аналоговых и цифровых цепей. В обиходе их называют “аналоговая земля” и “цифровая земля”. Аналогично разделяют общие провода для слаботочных (сигнальных) и силовых цепей.

2.2. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ, РАЗЪЕМЫ

Переключатель — это устройство, механическое или электронное, позволяющее изменять или разрывать существующее соединение. Переключатель позволяет, например, подать сигнал на какой-либо элемент схемы или пустить в обход этого элемента (рис. 2-6).

Рис. 2-6. Выключатели и переключатели

Частным случаем переключателя является выключатель. На рис. 2-6 (А) и (В) показаны одинарный и сдвоенный выключатели, а на рис. 2-6 (С) и (D) соответственно одинарный и сдвоенный переключатели. Эти переключатели называют двухпозиционными, так как у них всего два устойчивых положения. Как нетрудно заметить, символы выключателя и переключателя достаточно подробно изображают соответствующие механические конструкции и почти не изменились со времени возникновения. В настоящее время подобная конструкция используется только в силовых электрических размыкателях. В слаботочных электронных схемах применяют тумблеры и движковые переключатели. Для тумблеров обозначение остается прежним (рис. 2-7), а для движковых переключателей иногда используют особое обозначение (рис. 2-8).

Выключатель принято изображать на схеме в выключенном состоянии, если особо не оговорена необходимость изобразить его включенным.

Часто требуется использовать многопозиционные переключатели, позволяющие коммутировать большое число источников сигнала. Они тоже могут быть одинарными и сдвоенными. Наиболее удобную и компактную конструкцию имеют поворотные многопозиционные переключатели (рис. 2-9). Такой переключатель часто называют “галетным”, поскольку при переключении он издает звук, похожий на хруст разламываемой сухой галеты. Пунктирная линия между отдельными символами (группами) переключателя означает жесткую механическую связь между ними. Если в силу особенностей схемы переключающие группы не удается разместить рядом, то для их обозначения используют дополнительный групповой индекс, например, S1.1, S1.2, S1.3. В данном примере таким способом обозначены три механически связанные группы одного переключателя S1. Изображая такой переключатель на схеме, необходимо следить за тем, чтобы у всех групп движок переключателя был установлен в одинаковое положение.

Рис. 2-7. Условные обозначения разных вариантов

тумблеров

Условное обозначение движкового переключателя

Рис. 2-9. Многопозиционные круговые переключатели

Следующую группу механических переключателей представляют кнопочные выключатели и переключатели. Эти устройства отличаются тем, что срабатывают не от сдвига или поворота, а от нажатия.

На рис. 2-10 приведены условные обозначения кнопочных выключателей. Различают кнопки с нормально разомкнутыми контактами, нормально замкнутыми, одинарные и сдвоенные, а также переключающие одинарные и сдвоенные. Существует отдельное, хотя и редко применяемое, обозначение для телеграфного ключа (ручное формирование кода Морзе), показанное на рис. 2-11.

Рис. 2-10. Различные варианты кнопочных выключателей

Рис. 2-11. Специальный символ телеграфного ключа

Для непостоянного подключения к схеме внешних соединительных проводников или компонентов используются разъемы (рис. 2-12).

Рис. 2-12. Распространенные обозначения разъемов

Разъемы делятся на две основные группы: гнезда и штекеры. Исключение составляют некоторые типы прижимных разъемов, например, контакты зарядного устройства для трубки радиотелефона.

Но и в этом случае их обычно изображают в виде гнезда (зарядное устройство) и штекера (вставляемая в него трубка телефона).

На рис. 2—12 (А) изображены символы для сетевых розеток и вилок в западном стандарте. Символы с закрашенными прямоугольниками обозначают вилки, слева от них — символы соответствующих розеток.

Далее на рис. 2-12 изображены: (В) — аудиоразъем для подключения головных телефонов, микрофона, маломощных динамиков и т. п.; (С) — разъем типа “тюльпан”, обычно применяемый в видеотехнике для подключения кабелей аудио- и видеоканалов; (D) — разъем для подключения высокочастотного коаксиального кабеля. Закрашенный кружок в центре символа означает штекер, а незакрашенный — гнездо.

Разъемы могут объединяться в контактные группы, когда речь идет о многоконтактном разъеме. В этом случае символы одиночных контактов графически объединяют при помощи сплошной или пунктирной линии.

2.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ

Электромагнитные реле также можно отнести к группе переключателей. Но, в отличие от кнопок или тумблеров, в реле контакты переключаются под воздействием силы притяжения электромагнита.

Если при обесточенной обмотке контакты замкнуты, их называют нормально замкнутыми, в противном случае — нормально разомкнутыми.

Бывают также переключающие контакты.

На схемах, как правило, показывают положение контактов при обесточенной обмотке, если это не упомянуто особо в описании схемы.

Рис. 2-13. Конструкция реле и его условное обозначение

Реле может иметь несколько контактных групп, действующих синхронно (рис. 2-14). В сложных схемах контакты реле могут быть изображены отдельно от символа обмотки. Реле в комплексе либо его обмотка обозначается буквой К, а для обозначения контактных групп этого реле к буквенно-цифровому обозначению добавляется цифровой индекс. Например, К2.1 обозначает первую контактную группу реле К2.

Рис. 2-14. Реле с одной и несколькими контактными

группами

В современных зарубежных схемах обмотка реле все чаше обозначается в виде прямоугольника с двумя выводами, как это уже было давно принято в отечественной практике.

Кроме обычных электромагнитных иногда применяют поляризованные реле, отличительной особенностью которых является то, что переключение якоря из одного положения в другое происходит при смене полярности напряжения, приложенного к обмотке. В отключенном состоянии якорь поляризованного реле остается в том, положении, в каком был до отключения питания. В настоящее время в распространенных схемах поляризованные реле практически не применяются.

2.4. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Источники электрической энергии подразделяются на первичные: генераторы, солнечные элементы, химические источники; и вторичные: преобразователи и выпрямители. И те, и другие могут либо изображаться на принципиальной схеме, либо нет. Это зависит от особенностей и назначения схемы. Например, в простейших схемах, очень часто вместо источника питания показывают лишь разъемы для его подключения, с указанием номинального напряжения, и иногда — потребляемого схемой тока. В самом деле, для простой радиолюбительской конструкции не имеет особого значения, будет ли она питаться от батарейки “Крона” или лабораторного выпрями

теля. С другой стороны, в состав бытового прибора обычно входит встроенный сетевой источник питания, и он обязательно будет изображен в виде развернутой схемы, чтобы облегчить обслуживание и ремонт изделия. Но это будет вторичный источник электропитания, так как в качестве первичного источника нам пришлось бы указать генератор гидроэлектростанции и промежуточные трансформаторные подстанции, что было бы достаточно бессмысленно. Поэтому на схемах приборов, имеющих питание от электросетей общего пользования, ограничиваются изображением сетевой вилки.

Напротив, если генератор является неотъемлемой частью конструкции, его изображают на принципиальной схеме. В качестве примера можно привести схемы бортовой сети автомобиля или автономного генератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Существует несколько распространенных символов генератора (рис. 2-15). Прокомментируем эти обозначения.

(A) — наиболее общий символ генератора переменного тока.

(B) — применяется, когда необходимо указать, что напряжение с обмотки генератора снимается при помощи пружинящих контактов (щеток), прижимающихся к кольцевым выводам ротора. Такие генераторы обычно применяются в автомобилях.

(C) — обобщенный символ конструкции, в которой щетки прижимаются к сегментированным выводам ротора (коллектора), т. е. к контактам в виде металлических площадок, расположенных по окружности. Этот символ также применяется для обозначения электродвигателей аналогичной конструкции.

(D) — закрашенные элементы символа указывают на то, что применяются щетки, выполненные из графита. Буква А указывает на сокращение от слова Alternator — генератор переменного тока, в отличие от возможного обозначения D — Direct Current— постоянный ток.

(E) — указывает на то, что изображен именно генератор, а не электромотор, обозначаемый буквой М, если это не очевидно из контекста схемы.

Рис. 2-15. Основные схематические обозначения

генератора

Упомянутый выше сегментированный коллектор, используемый как в генераторах, так и электромоторах, имеет собственный символ (рис. 2-16).

Рис. 2-16. Символ сегментированного коллектора с графитовыми щетками

Конструктивно генератор представляет собой катушки ротора, вращающиеся в магнитном поле статора, либо катушки статора, находящиеся в переменном магнитном поле, создаваемом вращающимся магнитом ротора. В свою очередь, магнитное поле может создаваться как постоянными магнитами, так и электромагнитами.

Для питания электромагнитов, называемых обмотками возбуждения, обычно используется часть электроэнергии, вырабатываемой самим генератором (для начала работы такого генератора необходим дополнительный источник тока). Регулируя силу тока в обмотке возбуждения, можно регулировать величину вырабатываемого генератором напряжения.

Рассмотрим три основных схемы включения обмотки возбуждения (рис. 2-17).

Разумеется, схемы упрощенные и лишь иллюстрируют основные принципы построения схемы генератора с обмоткой подмагничивания.

Рис. 2-17. Варианты схемы генератора с обмоткой

возбуждения

L1 и L2 — обмотки возбуждения, (А) — последовательная схема, в которой величина магнитного поля тем больше, чем больше потребляемый ток, (В) — параллельная схема, в которой величина тока возбуждения устанавливается регулятором R1, (С) — комбинированная схема.

Значительно чаще, чем генератор, для питания электронных схем в качестве первичного источника применяют химические источники тока.

Независимо от того аккумулятор ли это, или расходуемый химический элемент, на схеме они обозначаются одинаково (рис. 2-18).

Рис. 2-18. Обозначение химических источников тока

Одиночная ячейка, примером которой в быту может служить обычная пальчиковая батарейка, изображается, как показано на рис. 2-18 (А). Последовательное соединение нескольких таких ячеек изображено на рис. 2-18 (В).

И, наконец, если источник тока представляет собой конструктивно неразделимую батарею из нескольких ячеек, его изображают, как показано на рис. 2-18 (С). Количество условных ячеек в этом символе не обязательно совпадает с реальным количеством ячеек. Иногда, если необходимо особо подчеркнуть особенности химического источника, рядом с ним помещают дополнительные надписи, например:

NaOH — щелочной аккумулятор;

H2SO4 — сернокислотный аккумулятор;

Lilon — литий-ионный аккумулятор;

NiCd — никель-кадмиевый аккумулятор;

NiMg— никель-металлгидридный аккумулятор;

Rechargeable

или Rech. — некий заряжаемый источник (аккумулятор);

Non-Rechargeable

или N-Rech. — незаряжаемый источник.

Для питания устройств с малым энергопотреблением часто применяют солнечные элементы.

Напряжение, создаваемое одним элементом, невелико, поэтому обычно применяют батареи из последовательно соединенных солнечных элементов. Подобные батареи можно часто видеть в калькуляторах.

Часто применяемый вариант обозначения солнечного элемента и солнечной батареи показан на рис. 2-19.

Рис. 2-19. Солнечный элемент и солнечная батарея

2.5. РЕЗИСТОРЫ

О резисторах можно с уверенностью скачать, что это наиболее часто используемый компонент радиоэлектронных схем. Резисторы имеют большое количество вариантов конструктивного исполнения, но основные условные обозначения представлены в трех вариантах: постоянный резистор, постоянный с точечным отводом (дискретно-переменный) и переменный. Примеры внешнего вида и соответствующие условные обозначения изображены на рис. 2-20.

Резисторы могут быть изготовлены из материала, чувствительного к изменению температуры или освещения. Такие резисторы называют соответственно терморезисторами и фоторезисторами, а их условные обозначения показаны на рис. 2-21.

Могут встречаться и несколько другие обозначения. В последние годы получили распространение магниторезистивные материалы, чувствительные к изменению магнитного поля. Как правило, их не применяют в виде отдельных резисторов, а используют в составе датчиков магнитного поля и, особенно часто, в качестве чувствительного элемента считывающих головок компьютерных дисководов.

В настоящее время номиналы практически всех малогабаритных постоянных резисторов обозначаются при помощи цветовой маркировки в виде колец.

Номиналы могут быть разными в очень широком диапазоне — от единиц Ом до сотен мегаОм (миллионов Ом), но их точные значения, тем не менее, строго стандартизированы и могут быть выбраны только из числа разрешенных значений.

Это сделано для того, чтобы избежать ситуации, когда различные производители начнут выпускать резисторы с произвольными рядами номиналов, что значительно затруднило бы разработку и ремонт электронных устройств. Цветовая маркировка резисторов и ряд допустимых значений приведены в Приложении 2.

Рис. 2-20. Основные типы резисторов и их графические символы

Рис. 2-21. Терморезисторы и фоторезистор

2.6. КОНДЕНСАТОРЫ

Если резисторы мы назвали наиболее часто используемым компонентом схем, то на втором месте по частоте использования стоят конденсаторы. Им присуще большее, чем у резисторов, разнообразие конструкций и условных обозначений (рис. 2-22).

Существует основное деление на конденсаторы постоянной и переменной емкости. Конденсаторы постоянной емкости, в свою очередь, делятся на группы в зависимости от типа диэлектрика, обкладок и физической формы. Простейший конденсатор представляет собой обкладки из алюминиевой фольги в виде длинных лент, которые разделены диэлектриком из бумаги. Получившаяся слоистая комбинация свернута в рулон для уменьшения объема. Такие конденсаторы называют бумажными. Им присуще множество недостатков — малая емкость, большие габариты, низкая надежность, и в настоящее время они не применяются. Значительно чаще в виде диэлектрика используют полимерную пленку, с напыленными по обе ее стороны металлическими обкладками. Такие конденсаторы называют пленочными.

Рис. 2-22. Различные типы конденсаторов и их обозначения

Когда обкладки конденсатора свернуты в рулон, он имеет паразитную внутреннюю индуктивность и не пригоден к использованию в высокочастотных цепях. Кроме того, в высокочастотных конденсаторах в качестве диэлектрика часто применяется керамика. Такие конденсаторы называют керамическими, а в зависимости от формы — трубчатыми, дисковыми или плоскими. Раньше в качестве диэлектрика применялись пластинки слюды. Изготовление таких конденсаторов обходится довольно дорого с точки зрения современного массового производства, но и сейчас они иногда применяются в дорогих прецизионных приборах, например, в измерительной технике.

В соответствии с законами электростатики емкость конденсатора тем больше, чем меньше расстояние между обкладками (толщина диэлектрика). Наибольшей удельной емкостью обладают электролитические конденсаторы. В них одной из обкладок является металлическая фольга, покрытая тонким слоем прочного непроводящего окисла. Этот окисел играет роль диэлектрика. В качестве второй обкладки используют пористый материал, пропитанный специальной проводящей жидкостью — электролитом. Благодаря тому, что слой диэлектрика очень тонок, емкость электролитического конденсатора велика.

Электролитический конденсатор чувствителен к полярности

включения в схеме: при неправильном включении появляется ток утечки, приводящий к растворению окисла, разложению электролита и выделению газов, могущих разорвать корпус конденсатора. На условном графическом обозначении электролитического конденсатора иногда указывают оба символа, “ ” и “-”, но чаще обозначают только плюсовой вывод.

Переменные конденсаторы

также могут иметь разную конструкцию. Па рис. 2-22 изображены варианты переменных конденсаторов с воздушным диэлектриком. Такие конденсаторы широко применялись в ламповых и транзисторных схемах прошлых лет для настройки колебательных контуров приемников и передатчиков. Бывают не только одинарные, но сдвоенные, строенные и даже счетверенные переменные конденсаторы. Недостатком переменных конденсаторов с воздушным диэлектриком является громоздкая и сложная конструкция. После появления специальных полупроводниковых приборов — варикапов, способных менять внутреннюю емкость в зависимости от приложенного напряжения, механические конденсаторы почти исчезли из применения. Сейчас они применяются, в основном, для настройки выходных каскадов передатчиков.

Малогабаритные подстроечные конденсаторы чаще выполняют в виде основания и ротора из керамики, на которые напылены металлические сегменты.

Для обозначения емкости конденсаторов часто применяют цветовую маркировку в виде точек и окраски корпуса, а также цифробуквенную маркировку. Система маркировки конденсаторов описана в Приложении 2.

2.7. КАТУШКИ И ТРАНСФОРМАТОРЫ

Различные катушки индуктивности и трансформаторы, именуемые также намоточными изделиями, могут быть совершенно по-разному устроены конструктивно. Основные особенности конструкции намоточных изделий отражают в условных графических обозначениях. Катушки индуктивности, в том числе индуктивно связанные между собой, обозначают буквой L, а трансформаторы — буквой Т.

Способ, которым намотана катушка индуктивности, называется намоткой или укладкой провода. Различные варианты конструкции катушек изображены на рис. 2-23.

Рис. 2—23. Различные варианты конструкции катушек индуктивности

Если катушка выполнена из нескольких витков толстого провода и сохраняет свою форму только за счет его жесткости, такую катушку называют бескаркасной. Иногда для увеличения механической прочности катушки и повышения стабильности резонансной частоты контура катушку, даже выполненную из малого числа витков толстого провода, наматывают на немагнитном диэлектрическом каркасе. Каркас обычно изготавливают из пластика.

Катушки могут состоять из достаточно большого (до 100 и более) витков тонкого провода. В этом случае в катушке может возникнуть паразитная емкость между витками, которая очень мешает точной настройке колебательного контура в диапазоне радиочастот. Чтобы свести к минимуму паразитную емкость, в промышленности применяют специальную, достаточно сложную укладку провода, называемую “universal”. Если число витков велико, укладка может быть секционированной, как например, укладка типа “pi-wound” на рис. 2-23 (А).

Индуктивность катушки значительно повышается, если внутрь намотки поместить сердечник из металла. Сердечник может иметь резьбовую нарезку и перемещаться внутри каркаса (рис. 2-24). В этом случае катушку называют настраиваемой. Попутно заметим, что введение в катушку сердечника из немагнитного металла, такого, как медь или алюминий, наоборот, уменьшает индуктивность катушки. Обычно винтовые сердечники используются лишь для точной подстройки колебательных контуров, рассчитанных на фиксированную частоту. Для быстрой настройки контуров используют упомянутые в предыдущем разделе конденсаторы переменной емкости, или варикапы.

Рис. 2-24. Настраиваемые катушки индуктивности

Рис. 2-25. Катушки с ферритовыми сердечниками

Когда катушка работает в диапазоне радиочастот, сердечники из трансформаторного железа или иного металла обычно не применяют, так как возникающие в сердечнике вихревые токи разогревают сердечник, что приводит к потерям энергии и значительно снижает добротность контура. В этом случае сердечники изготавливают из специального материала — феррита. Феррит представляет собой прочную, схожую по свойствам с керамикой массу, состоящую из очень мелкого порошка железа или его сплава, где каждая металлическая частичка изолирована от других. Благодаря этому в сердечнике не возникает вихревых токов. Ферритовый сердечник принято обозначать прерывистыми линиями.

Следующим чрезвычайно распространенным намоточным изделием является трансформатор. По сути своей трансформатор — это две или более катушек индуктивности, расположенных в общем магнитном поле. Поэтому обмотки и сердечник трансформатора изображают по аналогии с символами катушек индуктивности (рис. 2-26). Переменное магнитное поле, создаваемое переменным током, протекающим через одну из катушек (первичную обмотку), приводит к возбуждению переменного напряжения в остальных катушках (вторичных обмотках). Величина этого напряжения зависит от соотношения количества витков в первичной и вторичной обмотках. Трансформатор может быть повышающим, понижающим или разделительным, но это свойство обычно никак не отображают на графическом символе, подписывая рядом с выводами обмоток значения входного или выходного напряжения. В соответствии с базовыми принципами построения схем, первичную (входную) обмотку трансформатора изображают слева, а вторичные (выходные) — справа.

Иногда необходимо показать, какой вывод является началом обмотки. В этом случае возле него ставят точку. Обмотки нумеруют на схеме римскими цифрами, но нумерация обмоток применяется не всегда. Когда трансформатор имеет несколько обмоток, то для различения выводов их нумеруют цифрами на корпусе трансформатора, возле соответствующих клемм, или выполняют из проводников разного цвета. На рис. 2-26 (С) для примера изображен внешний вид трансформатора сетевого источника питания и фрагмент схемы, в которой используется трансформатор с несколькими обмотками.

Па рис. 2-26 (D) и 2-26 (Е) изображены, соответственно, понижающий и повышающий автотрансформаторы.

Рис. 2-26. Условные графические обозначения трансформаторов

2.8. ДИОДЫ

Полупроводниковый диод является простейшим и одним из наиболее часто применяемых полупроводниковых компонентов, называемых также твердотельными компонентами. Конструктивно диод представляет собой полупроводниковый переход с двумя выводами — катодом и анодом. Подробное рассмотрение принципа работы полупроводникового перехода выходит за рамки этой книги, поэтому мы ограничимся лишь описанием взаимосвязи между устройством диода и его условным обозначением.

В зависимости от применяемого для изготовления диода материала, диод может быть германиевым, кремниевым, селеновым, а по конструкции точечным или плоскостным, но на схемах он обозначается одним и тем же символом (рис. 2-27).

Рис. 2-27. Некоторые варианты конструкции диодов

Иногда символ диода заключают в окружность, чтобы показать, что кристалл помещен в корпус (бывают и бескорпусные диоды), но сейчас такое обозначение применяется редко. В соответствии с отечественным стандартом диоды изображают с незакрашенным треугольником и проходящей через него сквозной линией, соединяющей выводы.

Графическое обозначение диода имеет давнюю историю. В первых диодах полупроводниковый переход формировался в точке соприкосновения металлического игольчатого контакта с плоской подложкой из специального материала, например, сернистого свинца.

В этой конструкции треугольник изображает игольчатый контакт.

Впоследствии были разработаны плоскостные диоды, в которых полупроводниковый переход возникает на плоскости контакта полупроводников n — и p — типа, но обозначение диода осталось прежним.

Как известно, исторически принято считать, что ток протекает от положительного электрода источника питания к отрицательному, тогда как электроны движутся наоборот, от отрицательного полюса к положительному.

Мы уже освоили достаточно много условных обозначений, чтобы без труда прочитать простую схему, изображенную на рис. 2-28, и понять принцип ее работы.

Как и положено, схема построена в направлении слева направо.

Она начинается с изображения сетевой вилки в “западном” стандарте, далее идет сетевой трансформатор и диодный выпрямитель, построенный по мостовой схеме, в обиходе называемой диодным мостиком. Выпрямленное напряжение поступает на некоторую полезную нагрузку, условно обозначенную сопротивлением Rн.

Достаточно часто встречается вариант изображения того же диодного мостика, показанный на рис. 2-28 справа.

Какой вариант предпочтительнее использовать — определяется только удобством и наглядностью начертания конкретной схемы.

Рис. 2-28. Два варианта начертания схемы диодного мостика

Рассматриваемая схема очень проста, поэтому понимание принципа ее работы не вызывает затруднений (рис. 2-29).

Рассмотрим, например, вариант начертания, изображенный слева.

Когда полуволна переменного напряжения со вторичной обмотки трансформатора приложена таким образом, что верхний вывод имеет отрицательную полярность, а нижний положительную, электроны движутся последовательно через диод D2, нагрузку и диод D3.

Когда полярность полуволны меняется на обратную, электроны движутся через диод D4, нагрузку и диод DI. Как видите, независимо от полярности действующей полуволны переменного тока электроны протекают через нагрузку в одном и том же направлении.

Такой выпрямитель называют двухполупериодным, потому что используются оба полупериода переменного напряжения.

Разумеется, ток через нагрузку будет пульсирующим, так как переменное напряжение изменяется по синусоиде, проходя через ноль.

Поэтому на практике в большинстве выпрямителей применяют сглаживающие электролитические конденсаторы большой емкости и электронные стабилизаторы.

Рис. 2-29. Движение электронов через диоды в мостовой схеме

В основу большинства стабилизаторов напряжения заложен другой полупроводниковый прибор, очень близкий по конструкции к диоду. В отечественной практике его называют стабилитрон, а в зарубежной схемотехнике принято другое название — диод Зенера (Zener Diode), по фамилии ученого, открывшего эффект туннельного пробоя р-n перехода.

Важнейшее свойство стабилитрона состоит в том, что при достижении на его выводах обратного напряжения определенной величины, стабилитрон открывается, и через него начинает протекать ток.

Попытка дальнейшего увеличения напряжения приводит лишь к возрастанию тока через стабилитрон, но напряжение на его выводах остается постоянным. Это напряжение называют напряжением стабилизации. Чтобы ток через стабилитрон не превысил допустимого значения, последовательно с ним включают гасящий резистор.

Существуют также туннельные диоды, которые, наоборот, обладают свойством поддерживать постоянным протекающий через них ток.

В распространенной бытовой технике туннельные диоды встречаются редко, в основном в узлах стабилизации тока, протекающего через полупроводниковый лазер, например, в дисководах CD-ROM.

Но подобные узлы, как правило, не подлежат ремонту и обслуживанию.

Значительно чаще в обиходе встречаются так называемые варикапы или варакторы.

Когда к полупроводниковому переходу приложено обратное напряжение и он закрыт, то переход обладает некоторой емкостью, наподобие конденсатора. Замечательное свойство р-n перехода состоит в том, что при изменении приложенного к переходу напряжения меняется и емкость.

Изготавливая переход по определенной технологии, добиваются того, что он имеет достаточно большую начальную емкость, которая может изменяться в широких пределах. Вот почему в современной портативной электронике не применяют механических переменных конденсаторов.

Чрезвычайно распространенными являются оптоэлектронные полупроводниковые приборы. Они могут быть довольно сложными по конструкции, но по сути — основаны на двух свойствах некоторых полупроводниковых переходов. Светодиоды способны излучать свет при протекании тока через переход, а фотодиоды — менять свое сопротивление при изменении освещенности перехода.

Светодиоды классифицируют по длине волны (цвету) светового излучения.

Цвет свечения светодиода практически не зависит от величины тока, протекающего через переход, а определяется химическим составом добавок в материалы, образующие переход. Светодиоды могут излучать как видимый свет, так и невидимый, инфракрасный. В последнее время разработаны ультрафиолетовые светодиоды.

Фотодиоды также подразделяются на чувствительные к видимому свету и работающие в невидимом человеческому глазу диапазоне.

Всем известным примером пары светодиод-фотодиод является система дистанционного управления телевизором. В пульте расположен инфракрасный светодиод, а в телевизоре фотодиод того же диапазона.

Независимо от диапазона излучения, светодиоды и фотодиоды обозначаются двумя обобщенными символами (рис. 2-30). Эти символы близки к действующему российскому стандарту, очень наглядны и не вызывают затруднений.

Рис. 2-30. Обозначения основных оитоэлектронных приборов

Если объединить в одном корпусе светодиод и фотодиод, получится оптопара. Это полупроводниковый прибор, идеально подходящий для гальванической развязки цепей. С его помощью можно передавать управляющие сигналы, не связывая цепи электрически. Иногда это бывает очень важно, например, в импульсных источниках питания, где необходимо гальванически разделить чувствительную управляющую схему и высоковольтные импульсные цепи.

2.9. ТРАНЗИСТОРЫ

Без сомнения, транзисторы являются наиболее часто применяемыми активными компонентами электронных схем. Условное обозначение транзистора не слишком буквально отражает его внутреннее строение, но некоторая взаимосвязь присутствует. Мы не будем подробно разбирать принцип работы транзистора, этому посвящено множество учебников. Транзисторы бывают биполярными и полевыми. Рассмотрим структуру биполярного транзистора (рис. 2-31). Транзистор, как и диод, состоит из полупроводниковых материалов со специальными добавками п- и p-типа, но имеет три слоя. Тонкий разделительный слой именуется базой, остальные два — эмиттером и коллектором. Заменательное свойство транзистора состоит в том, что если выводы эмиттера и коллектора последовательно включить в электрическую цепь, содержащую источник питания и нагрузку, то небольшие изменения тока в цепи база-эмиттер приводят к значительным, в сотни раз большим, изменениям тока в цепи нагрузки. Современные транзисторы способны управлять напряжениями и токами нагрузки, в тысячи раз превышающими напряжения или токи в цепи базы.

В зависимости от того, в каком порядке располагаются слои полупроводниковых материалов, различают биполярные транзисторы типа рпр и npn. В графическом изображении транзистора это различие отражается направлением стрелки эмиттерного вывода (рис. 2-32). Окружность говорит о том, что транзистор имеет корпус. Если необходимо указать, что используется бескорпусный транзистор, а также при изображении внутренней схемы транзисторных сборок, гибридных сборок или микросхем — транзисторы изображают без окружности.

Рис. 2-32. Графическое обозначение биполярных транзисторов

При начертании схем, содержащих транзисторы, также стараются соблюдать принцип “вход слева — выход справа”.

На рис. 2-33 в соответствии с этим принципом упрощенно изображены три стандартных схемы включения биполярных транзистора: (А) — с общей базой, (В) — с общим эмиттером, (С) — с общим коллектором. В изображении транзистора использован один из вариантов начертания символа, используемых в зарубежной практике.

Рис. 2-33. Варианты включения транзистора в схеме

Существенным недостатком биполярного транзистора является его низкое входное сопротивление. Маломощный источник сигнала, имеющий высокое внутреннее сопротивление, не всегда может обеспечить базовый ток, необходимый для нормальной работы биполярного транзистора. Этого недостатка лишены полевые транзисторы. Их устройство таково, что ток, протекающий через нагрузку, зависит не от входного тока через управляющий электрод, а от потенциала на нем. Благодаря этому входной ток настолько мал, что не превышает утечек в изолирующих материалах монтажа, поэтому им можно пренебречь.

Существуют два основных варианта конструкции полевого транзистора: с управляющим pn-переходом (JFET) и канальный полевой транзистор со структурой “металл-окисел-полупроводник” (MOSFET, в русском сокращении МОП-транзистор). Эти транзисторы имеют разные обозначения. Сначала познакомимся с обозначением JFET-транзистора. В зависимости от материала, из которого изготовлен проводящий канал, различают полевые транзисторы п- и p-типа.

Па рис. 2-34 изображена структура полевого транзистора типа и условные обозначения полевых транзисторов с обеими типами проводимости.

Па этом рисунке показано, что затвор, изготовленный из материала р-типа, находится над очень тонким каналом из полупроводника w-типа, а с двух сторон канала находятся зоны “-типа, к которым подключены выводы истока и стока. Материалы для канала и затвора, а также рабочие напряжения транзистора подбираются таким образом, что в нормальных условиях образующийся рп-переход закрыт и затвор изолирован от канала Ток в нагрузке, последовательно протекающий в транзисторе через вывод истока, канал и вывод стока, зависит от потенциала на затворе.

Рис. 2-34. Структура и обозначение канального полевого транзистора

Обычный полевой транзистор, в котором затвор изолирован от канала закрытым /w-переходом, прост по конструкции и очень распространен, но в последние 10-12 лет его место постепенно занимают полевые транзисторы, в которых затвор выполнен из металла и изолирован от канала тончайшим слоем окисла. Такие транзисторы принято обозначать за рубежом сокращением MOSFET (Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor), а в нашей стране — сокращением МОП (Металл-Окисел-Полупроводник). Слой окиси металла является очень хорошим диэлектриком.

Поэтому в МОП-транзисторах ток затвора практически отсутствует, тогда как в обычном полевом транзисторе он хоть и очень мал, но в некоторых применениях заметен.

Стоит особо отметить, что МОП-транзисторы крайне чувствительны к воздействию статического электричества на затвор, так как слой окиси очень тонок и превышение допустимого напряжения приводит к пробою изолятора и порче транзистора. При монтаже или ремонте устройств, содержащих МОП-транзисторы, необходимо принимать специальные меры. Одним из популярных у радиолюбителей методов является такой: перед монтажом выводы транзистора обматывают несколькими витками тонкой оголенной медной жилки, которую удаляют пинцетом после окончания пайки.

Паяльник должен быть обязательно заземлен. Некоторые транзисторы защищены встроенными диодами Шотки, через которые протекает заряд статического электричества.

Рис. 2-35. Структура и обозначение обогащенного

МОП-транзистора

В зависимости от типа полупроводника, из которого изготовлен проводящий канал, различают МОП-транзисторы п- и р-типа.

В обозначении на схеме они отличаются направлением стрелки на выводе подложки. В большинстве случаев подложка не имеет собственного вывода и соединяется с истоком и корпусом транзистора.

Кроме того, МОП-транзисторы бывают обогащенного и обедненного типа. На рис. 2-35 изображена структура обогащенного МОП-транзистора n-типа. Для транзистора p-типа материалы канала и подложки меняются местами. Характерной особенностью такого транзистора является то, что проводящий n-канал возникает только тогда, когда положительное напряжение на затворе достигнет необходимого значения. Непостоянство проводящего канала на графическом символе отражено прерывистой линией.

Строение обедненного МОП-транзистора и его графический символ показаны на рис. 2-36. Различие состоит в том, что п-канал присутствует постоянно, даже когда напряжение не приложено к затвору, поэтому линия между выводами истока и стока сплошная. Подложка также чаще всего соединяется с истоком и корпусом и не имеет собственного вывода.

На практике применяются также двухзатворные МОП-транзисторы обедненного типа, конструкция и обозначение которых показаны на рис. 2-37.

Такие транзисторы очень полезны, когда возникает необходимость объединить сигналы от двух разных источников, например, в смесителях или демодуляторах.

Рис. 2-36. Структура и обозначение обедненного МОП-транзистора

Рис. 2-37. Структура и обозначение двухзатворного

МОП-транзистора

2.10. ДИНИСТОРЫ, ТИРИСТОРЫ, СИМИСТОРЫ

Теперь, когда мы обсудили обозначения наиболее популярных полупроводниковых приборов, диодов и транзисторов, познакомимся с обозначениями некоторых других полупроводниковых приборов, которые также часто встречаются на практике. Один из них — диак или двунаправленный диодный тиристор (рис. 2-38).

По своей структуре он похож на два включенных встречно-последовательно диода, за исключением того, что n-область общая и формируется рпр структура с двумя переходами. Но, в отличие от транзистора, в данном случае оба перехода имеют абсолютно одинаковые характеристики, благодаря чему данный прибор электрически симметричен.

Нарастающее напряжение любой полярности встречается с относительно высоким сопротивлением перехода, включенного в обратной полярности до тех пор, пока обратносмещенный переход не перейдет в состояние лавинного пробоя. Вследствие этого сопротивление обратного перехода резко падает, протекающий через структуру ток возрастает, а напряжение на выводах снижается, образуя отрицательную вольт-амперную характеристику.

Диаки применяют для управления какими-либо приборами в зависимости от напряжения, например, для переключения тиристоров, включения ламп и т. п.

Рис. 2-38. Двунаправленный диодный тиристор (diac)

Следующий прибор за рубежом именуется как управляемый кремниевый диод (SCR, Silicon Controlled Rectifier), а в отечественной практике — триодный тиристор, или тринистор (рис. 2-39). По своему внутреннему строению триодный тиристор представляет собой структуру из четырех чередующихся слоев с разным типом проводимости. Эту структуру можно условно представить в виде двух биполярных транзисторов разной проводимости.

Рис. 2-39. Триодный тиристор (SCR) и его обозначение

Тринистор работает следующим образом. При правильном включении тринистор включают последовательно с нагрузкой так, что положительный потенциал источника питания приложен к аноду, а отрицательный к катоду. При этом ток через тринистор не протекает.

Когда к управляющему переходу относительно катода приложено положительное напряжение и оно достигает порогового значения, тринистор скачкообразно переключается в проводящее состояние с низким внутренним сопротивлением. Далее, даже если управляющее напряжение снято, тринистор остается в проводящем состоянии. Тиристор переходит в закрытое состояние, лишь если напряжение анод-катод становится близким к нулю.

На рис. 2-39 показан тринистор, управляемый напряжением относительно катода.

Если тринистор управляется напряжением относительно анода, линия, изображающая управляющий электрод, отходит от треугольника, изображающего анод.

Благодаря своей способности оставаться открытым после отключения управляющего напряжения и способности коммутировать большие токи, тринисторы очень широко применяются в силовых цепях, таких как управление электромоторами, осветительными лампами, мощные преобразователи напряжения и т. д.

Недостатком триодных тиристоров является зависимость от правильной полярности приложенного напряжения, из-за чего они не могут работать в цепях переменного тока.

От этого недостатка свободны симметричные триодные тиристоры или симисторы, имеющие за рубежом название triac (рис. 2-40).

Графический символ симистора очень похож на символ диака, но имеет вывод управляющего электрода. Симисторы работают при любой полярности питающего напряжения, приложенного к главным выводам, и применяются во множестве конструкций, где необходимо управлять нагрузкой, питаемой переменным током.

Рис. 2-40. Симистор (triac) и его обозначение

Несколько реже применяются двунаправленные переключатели (симметричные ключи), имеющие, как и тринистор, структуру из четырех чередующихся слоев с разной проводимостью, но два управляющих электрода. Симметричный ключ переходит в проводящее состояние в двух случаях: когда напряжение анод-катод достигает уровня лавинного пробоя или когда напряжение анод-катод меньше уровня пробоя, но приложено напряжение к одному из управляющих электродов.

Рис. 2-41. Двунаправленный переключатель (симметричный ключ)

Как ни странно, но для обозначения диака, тринистора, си-мистора и двунаправленного переключателя за рубежом не существует общепринятых буквенных обозначений, и на схемах рядом с графическим обозначением часто пишут номер, которым этот компонент обозначает конкретный производитель (что бывает весьма неудобно, поскольку порождает путаницу, когда одинаковых деталей несколько).

2.11. ВАКУУМНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ

На первый взгляд, при современном уровне развития электроники вести разговор о вакуумных электронных лампах (в обиходе — радиолампах) просто неуместно.

Но это не так. В ряде случаев электронные лампы применяются до сих пор. Например, некоторые звуковые усилители класса Hi-Fi изготавливаются с применением электронных ламп, поскольку считается, что такие усилители имеют особое, мягкое и чистое звучание, недостижимое при помощи транзисторных схем. Но этот вопрос очень сложен — так же, как сложны схемы подобных усилителей. Начинающему радиолюбителю такой уровень, увы, недоступен.

Значительно чаще радиолюбители сталкиваются с применением радиоламп в усилителях мощности радиопередатчиков. Добиться большой выходной мощности можно двумя способами.

Во-первых, используя высокое напряжение при малых токах, что довольно просто с точки зрения построения источника питания — достаточно лишь использовать повышающий трансформатор и простой выпрямитель, содержащий диоды и сглаживающие конденсаторы.

И, во-вторых, оперируя низкими напряжениями, но при больших токах в цепях выходного каскада. Для такого варианта требуется мощный стабилизированный источник питания, достаточно сложный, рассеивающий много тепла, громоздкий и весьма дорогой.

Разумеется, существуют специализированные мощные высокочастотные транзисторы, работающие при повышенных напряжениях, но они очень дороги и редко встречаются.

Кроме того, они все равно существенно ограничивают допустимую выходную мощность, а каскадные схемы включения нескольких транзисторов сложны в изготовлении и отладке.

Поэтому транзисторные выходные каскады в радиопередатчиках мощностью более 15…20 ватт обычно применяются только в аппаратуре промышленного изготовления или в изделиях опытных радиолюбителей.

На рис. 2-42 показаны элементы, из которых “собирают” обозначения различных вариантов электронных ламп. Кратко ознакомимся с назначением этих элементов:

(1) — Нить подогрева катода.

Если используется катод с прямым подогревом, то одновременно обозначает и катод.

(2) — Катод с косвенным подогревом.

Нагревается при помощи нити, обозначаемой символом (1).

(3) — Анод.

(4) — Сетка.

(5) — Отражающий анод индикаторной лампы.

Такой анод покрыт специальным люминофором и светится под воздействием потока электронов. В настоящее время практически не применяется.

(6) — Формирующие электроды.

Предназначены для формирования потока электронов нужной формы.

(7) — Холодный катод.

Используется в лампах специального типа и может испускать электроны без подогрева, под воздействием электрического поля.

(8) — Фотокатод, покрытый слоем специального вещества, значительно увеличивающего эмиссию электронов под действием света.

(9) — Газ-наполнитель в газонаполненных вакуумных приборах.

(10) — Корпус. Очевидно, что не бывает обозначения вакуумной электронной лампы, не содержащего символа корпуса.

Рис. 2-42. Обозначения различных элементов

радиоламп

Названия большинства радиоламп происходят от количества основных элементов. Так, например, диод имеет только анод и катод (нить подогрева не считается отдельным элементом, так как в первых радиолампах нить подогрева была покрыта слоем специального вещества и одновременно являлась катодом; такие радиолампы встречаются и сейчас). Применение вакуумных диодов в любительской практике оправдано очень редко, в основном, при изготовлении высоковольтных выпрямителей для питания уже упоминавшихся мощных выходных каскадов передатчиков. Да и то в большинстве случаев они могут быть заменены высоковольтными полупроводниковыми диодами.

На рис. 2-43 изображены основные варианты конструкции радиоламп, которые могут встретиться при изготовлении любительской конструкции. Кроме диода это триод, тетрод и пентод. Часто встречаются сдвоенные радиолампы, например, двойной триод или двойной тетрод (рис. 2-44). Существуют также радиолампы, в одном корпусе сочетающие два разных варианта конструкции, например, триод-пентод. Может случиться так, что разные части подобной радиолампы должны быть изображены в разных частях принципиальной схемы. Тогда символ корпуса изображают не полностью, а частично. Иногда одну половину символа корпуса изображают сплошной линией, а вторую половину пунктирной. Все выводы у радиоламп нумеруются по часовой стрелке, если смотреть на лампу со стороны выводов. Соответствующие номера выводов проставляют на схеме возле графического обозначения.

Рис. 2-43. Обозначения основных типов радиоламп

Рис. 2-44. Пример обозначения составных радиоламп

И, наконец, упомянем самый распространенный электронный вакуумный прибор, который все мы видим в быту практически каждый день. Это электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которую, когда речь идет о телевизоре или компьютерном мониторе, принято называть кинескопом. Отклонять поток электронов можно двумя способами: при помощи магнитного поля, создаваемого специальными отклоняющими катушками, или при помощи электростатического поля, создаваемого отклоняющими пластинами. Первый способ применяется в телевизорах и дисплеях, так как позволяет отклонять луч на большой угол с хорошей точностью, а второй — в осциллографах и прочей измерительной технике, так как гораздо лучше работает на высоких частотах и не имеет выраженной резонансной частоты. Пример обозначения электронно-лучевой трубки с электростатическим отклонением приведен на рис. 2-45. ЭЛТ с электромагнитным отклонением изображается практически так же, только вместо расположенных внутри трубки отклоняющих пластин рядом снаружи изображают отклоняющие катушки. Очень часто на схемах обозначения отклоняющих катушек располагают не рядом с обозначением ЭЛТ, а там, где удобнее, например, возле выходного каскада строчной или кадровой развертки. В таком случае назначение катушки обозначают расположенной рядом надписью Horizontal Deflection. Horizontal Yoke (строчная развертка) или Vertical Deflection, Vertical Yoke (кадровая развертка).

Рис. 2-45. Обозначение электронно-лучевой трубки

2.12. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ

Газоразрядные лампы получили свое название в соответствии с принципом работы. Давно известно, что между двумя электродами, помешенными в среду разреженного газа, при достаточном напряжении между ними возникает тлеющий разряд, и газ начинает светиться. Примером газоразрядных ламп могут служить и лампы рекламных вывесок, и индикаторные лампочки бытовых приборов. В качестве наполняющего газа чаще всего используется неон, поэтому очень часто за рубежом газоразрядные лампы обозначают словом “Neon”, сделав название газа именем нарицательным. На самом деле, газы могут быть разными, вплоть до паров ртути, дающих невидимое глазу ультрафиолетовое излучение (“кварцевые лампы”).

Некоторые самые распространенные обозначения газоразрядных ламп изображены на рис. 2-46. Вариант (I) очень часто используется для обозначения индикаторных лампочек, показывающих включение сетевого питания. Вариант (2) более сложен, но аналогичен предыдущему.

Если газоразрядная лампа чувствительна к полярности подключения, применяют обозначение (3). Иногда колбу лампы покрывают изнутри люминофором, который светится под воздействием ультрафиолетового излучения, возникающего при тлеющем разряде. Подбирая состав люминофора, можно изготовить очень долговечные индикаторные лампы с разным цветом свечения, которые до сих пор применяются в промышленном оборудовании и обозначаются символом (4).

2-46. Распространенные обозначения газоразрядных ламп

2.13. ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ И СИГНАЛЬНЫЕ ЛАМПЫ

Обозначение лампы (рис. 2-47) зависит не только от конструкции, но и от ее назначения. Так, например, лампы накаливания вообще, осветительные лампы накаливания и лампы накаливания, индицирующие включение в сеть, могут обозначаться символами (А) и (В). Сигнальные лампы, сигнализирующие о каких-либо режимах или ситуациях в работе устройства, чаще всего обозначают символами (D) и (Е). Причем не всегда это может быть лампа накаливания, поэтому следует обращать внимание на общий контекст схемы. Для обозначения мигающей сигнальной лампы существует специальный символ (F). Такой символ можно встретить, например, в схеме электрооборудования автомобиля, где он применяется для обозначения ламп указателя поворота.

Рис. 2-47. Обозначения ламп накаливания и сигнальных ламп

2.14. МИКРОФОНЫ, ЗВУКОИЗЛУЧАТЕЛИ

Звукоизлучающие приборы могут иметь самую разнообразную конструкцию, основанную на различных физических эффектах. В бытовой технике наиболее распространены динамические громкоговорители и пъезоизлучатели.

Обобщенное изображение громкоговорителя в зарубежной схемотехнике совпадает с отечественным УГО (рис. 2-48, символ 1). Таким символом принято по умолчанию обозначать динамические громкоговорители, т. е. наиболее распространенные громкоговорители, в которых катушка перемещается в постоянном магнитном поле и приводит в движение диффузор. Иногда возникает необходимость подчеркнуть особенности конструкции, и используются иные обозначения. Так, например, символ (2) обозначает динамик, в котором магнитное поле создается постоянным магнитом, а символ (3) — динамик со специальным электромагнитом. Такие электромагниты использовались в очень мощных динамических громкоговорителях. В настоящее время громкоговорители с подмагничиванием постоянным током почти не применяются, потому что промышленно выпускаются относительно недорогие, мощные и большие постоянные магниты.

Рис. 2-48. Распространенные обозначения громкоговорителей

К широко распространенным звукоизлучателям относятся также звонки и зуммеры (биперы). Звонок независимо от назначения изображается символом (1) на рис. 2-49. Зуммер обычно представляет собой электромеханическую систему, издающую звук высокой тональности, и в настоящее время применяется очень редко. Напротив, так называемые биперы (“пищалки”) применяются очень часто. Они установлены в сотовых телефонах, карманных электронных играх, электронных часах и т. д. В подавляющем большинстве случаев работа биперов основана на пъезомеханическом эффекте. Кристалл специального пъезове-щества сжимается и расширяется под воздействием переменного электрического поля. Иногда используются биперы, по принципу действия близкие к динамическим громкоговорителям, только очень малогабаритные. В последнее время не

редкость биперы, в которые встроена миниатюрная электронная схема, генерирующая звук. На такой бипер достаточно лишь подать постоянное напряжение, чтобы он начал звучать. Независимо от конструктивных особенностей в большинстве зарубежных схем биперы обозначают символом (2), рис. 2-49. Если важна полярность включения, ее указывают возле выводов.

Рис. 2-49. Обозначения звонков, зуммеров и биперов

Головные телефоны (в просторечии — наушники) имеют в зарубежной схемотехнике разные варианты обозначений, не всегда совпадающие с отечественным стандартом (рис. 2-50).

Рис. 2-50. Обозначения головных телефонов

Если мы рассматриваем принципиальную схему магнитофона, музыкального центра или кассетного плеера, то обязательно встретим условное обозначение магнитной головки (рис. 2-51). Показанные на рисунке УГО абсолютно равнозначны и представляют собой обобщенное обозначение.

Если необходимо подчеркнуть, что речь идет о воспроизводящей головке, то рядом с символом изображают стрелку, направленную к головке.

Если головка записывающая, то стрелка направлена от головки, если головка универсальная, то стрелка двунаправленная, либо не изображается.

Рис. 2-51. Обозначения магнитных головок

Распространенные обозначения микрофонов приведены на рис. 2-52. Подобными символами обозначают либо микрофоны вообще, либо динамические микрофоны, конструктивно устроенные наподобие динамических громкоговорителей. Если микрофон злектретный, когда звуковые колебания воздуха воспринимает подвижная обкладка пленочного конденсатора, то внутри символа микрофона может быть изображен символ неполярного конденсатора.

Очень часто встречаются электретные микрофоны со встроенным предварительным усилителем. Такие микрофоны имеют три вывода, через один из которых подается питание, и требуют соблюдения полярности подключения. Если необходимо подчеркнуть, что микрофон имеет встроенный усилительный каскад, внутрь обозначения микрофона иногда помещают символ транзистора.

Рис. 2-52. Графические обозначения микрофонов

2.15. ПРЕДОХРАНИТЕЛИ И РАЗМЫКАТЕЛИ

Очевидное предназначение предохранителей и размыкателей состоит в том, чтобы защитить остальные компоненты схемы от порчи в случае перегрузки или выхода из строя одного из компонентов. При этом предохранители перегорают и требуют замены при ремонте. Защитные размыкатели при превышении порогового значения протекающего через них тока переходят в разомкнутое состояние, но чаще всего могут быть возвращены в исходное состояние нажатием на специальную кнопку.

При ремонте устройства, которое “не подает признаков жизни”, в первую очередь проверяют сетевые предохранители и предохранители на выходе источника питания (редко, но встречаются). Если после замены предохранителя устройство нормально работает, значит, причиной перегорания предохранителя стал скачок сетевого напряжения или иная перегрузка. В противном случае предстоит более серьезный ремонт.

Современные импульсные источники питания, особенно в компьютерах, очень часто содержат самовосстанавливающиеся полупроводниковые выпрямители. Таким предохранителям обычно требуется некоторое время для восстановления проводимости. Это время несколько больше, чем время простого остывания. Ситуация, когда компьютер, который даже не включался, через 15-20 минут вдруг начинает нормально работать, объясняется именно восстановлением предохранителя.

Рис. 2-53. Предохранители и размыкатели

Рис. 2-54. Размыкатель с кнопкой сброса

2.16. АНТЕННЫ

Расположение символа антенны на схеме зависит от того, является ли антенна приемной или передающей. Приемная антенна — это входное устройство, поэтому располагается слева, с символа антенны начинается чтение схемы приемника. Передающую антенну радиопередатчика располагают справа, и она завершает схему. Если строят схему трансмиттера — устройства, объединяющего в себе функции приемника и передатчика, то, согласно правилам, схему изображают в режиме приема и антенну чаще всего помещают слева. Если в устройстве используется внешняя антенна, подключаемая через разъем, то очень часто изображают только разъем, опуская символ антенны.

Очень часто используют обобщенные символы антенны, рис. 2-55 (А) и (В). Эти символы применяют не только в принципиальных, но и функциональных схемах. Некоторые графические обозначения отражают конструктивные особенности антенны. Так, например, на рис. 2-55 символ (С) обозначает направленную антенну, символ (D) — диполь с симметричным фидером, символ (Е) — диполь с несимметричным фидером.

Большое разнообразие обозначений антенн, применяемых в зарубежной практике, не позволяет рассмотреть их подробно, но большинство обозначений интуитивно понятны и не вызывают затруднений даже у начинающих радиолюбителей.

Рис. 2-55. Примеры обозначений внешних антенн

3

САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ ШАГ ЗА ШАГОМ

Итак, мы кратко ознакомились с основными графическими обозначениями элементов схем. Этого вполне достаточно, чтобы приступить к чтению принципиальных электрических схем, сначала простейших, а затем более сложных. Неподготовленный читатель может возразить: “Возможно, я смогу разобраться в схеме, состоящей из нескольких резисторов и конденсаторов и одного-двух транзисторов. Но я не смогу достаточно быстро понять более сложную схему, например, схему радиоприемника”. Это ошибочное утверждение.

Да, действительно, многие электронные схемы выглядят очень сложными и пугающими. Но, на самом деле они состоят из нескольких функциональных блоков, каждый из которых представляет собой менее сложную схему. Умение расчленить сложную схему на структурные единицы — первый и главный навык, который должен приобрести читатель. Далее следует объективно оцепить уровень собственных знаний. Вот два примера. Допустим, речь идет о ремонте видеомагнитофона. Очевидно, что начинающему радиолюбителю в этой ситуации вполне по силам найти неисправность на уровне обрыва в цепях питания и даже обнаружить пропадающие контакты в разъемах ленточных кабелей межплатных соединений. Для этого потребуется хотя бы приблизительное представление о функциональной схеме видеомагнитофона и умение читать принципиальную схему. Ремонт более сложных узлов будет по силам только опытному мастеру и от попыток наобум устранить неисправность лучше сразу отказаться, так как велика вероятность усугубить неисправность неквалифицированными действиями.

Другое дело, когда вы собираетесь повторить относительно несложную радиолюбительскую конструкцию. Как правило, такие электронные схемы сопровождают подробными описаниями и схемами монтажа. Если вы знаете систему условных обозначений, то без особого труда сможете повторить конструкцию. Наверняка впоследствии вы захотите внести в нее изменения, усовершенствовать или подогнать под имеющиеся в наличии компоненты. И умение расчленять схему на составляющие функциональные блоки сыграет огромную роль. Например, вы сможете взять схему, изначально рассчитанную на батарейное питание, и подключить к ней сетевой источник, “позаимствованный” из другой схемы. Или применить другой усилитель низкой частоты в радиоприемнике — вариантов может быть множество.

3.1. ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ ПРОСТОЙ СХЕМЫ

Чтобы понять принцип, по которому готовую схему мысленно разделяют на функциональные узлы, мы проделаем обратную работу: из функциональных узлов построим схему простого детекторного приемника. Радиочастотная часть схемы, выделяющая низкочастотный модулирующий сигнал из входного радиосигнала, состоит из антенны, катушки, конденсатора переменной емкости и диода (рис. 3-1). Этот фрагмент схемы можно назвать простым, не так ли? Кроме антенны, он состоит всего из трех деталей. Катушка L1 и конденсатор С1 образуют колебательный контур, который, из множества электромагнитных колебании, принимаемых антенной, выделяет колебания только нужной частоты. Детектирование колебаний (выделение низкочастотной составляющей) происходит при помощи диода D1.

Рис. 3-1. Радиочастотная часть схемы приемника

Чтобы начать слушать радиопередачи, к схеме достаточно добавить высокоомные головные телефоны, подключенные к выходным клеммам. Но нас это не устраивает. Мы хотим слушать радиопередачи через громкоговоритель. Сигнал непосредственно на выходе детектора имеет очень маленькую мощность, поэтому в большинстве случаев недостаточно одного усилительного каскада. Мы принимаем решение использовать предварительный усилитель, схема которого показана на рис. 3-2. Это еще один функциональный блок нашего радиоприемника. Обратите внимание, что в схеме появился источник питания — батарея В1. Если мы хотим питать приемник от сетевого источника, то должны изобразить либо клеммы для его подключения, либо схему самого источника. Для простоты ограничимся батареей.

Схема предварительного усилителя очень проста, ее можно изобразить за пару минут, а смонтировать примерно за десять.

После объединения двух функциональных узлов получается схема рис. 3-3. На первый взгляд, она стала сложнее. По так ли это? Она составлена из двух фрагментов, которые вовсе не казались сложными по отдельности. Пунктирная линия показывает, где проходит воображаемая линия раздела между функциональными узлами. Если вам понятны схемы двух предыдущих узлов, значит, не составит труда и понимание общей схемы. Обратите внимание, что в схеме на рис. 3-3 изменилась нумерация некоторых элементов предварительного усилителя. Теперь они входят в состав обшей схемы и пронумерованы в общем порядке именно для этой схемы.

Рис. 3-2. Предварительный усилитель приемника

Сигнал на выходе предварительного усилителя мощнее, чем на выходе детектора, но недостаточен для подключения громкоговорителя. В схему необходимо добавить еще один усилительный каскад, благодаря которому звук в динамике будет достаточно громким. Один из возможных вариантов функционального узла показан на рис. 3-4.

Рис. 3-3. Промежуточный вариант схемы приемника

Рис. 3-4. Выходной усилительный каскад приемника

Добавим выходной усилительный каскад к остальной схеме (рис. 3-5).

Выход предварительного усилителя подключим ко входу оконечного каскада. (Мы не можем подать сигнал непосредственно с детектора на выходной каскад, потому что без предварительного усиления этот сигнал слишком слаб.)

Вероятно, вы заметили, что питающая батарея была изображена как на схеме предварительного, так и оконечного усилителя, а в окончательной схеме она встречается лишь единожды.

В данной схеме нет никакой потребности в раздельных источниках питания, поэтому оба усилительных каскада в окончательной схеме подключены к одному источнику.

Разумеется, в том виде, в каком схема изображена на рис. 3-5, она непригодна к практическому применению. Не указаны номиналы резисторов и конденсаторов, цифробуквенные обозначения диода и транзисторов, намоточные данные катушки, отсутствует регулятор громкости.

Тем не менее, эта схема очень близка к применяющимся на практике.

Со сборки радиоприемника по аналогичной схеме начинают свою практику многие радиолюбители.

Рис. 3-5. Окончательная схема радиоприемника

Можно сказать, что основным процессом в разработке схем является комбинирование.

Сначала, на уровне общей идеи, комбинируются блоки функциональной схемы.

Затем комбинируются отдельные электронные компоненты, из которых получаются простые функциональные узлы схемы.

Они, в свою очередь, комбинируются в более сложную общую схему.

Схемы могут быть скомбинированы между собой для построения функционально законченного изделия.

И, наконец, изделия могут быть скомбинированы для построения аппаратной системы, например, домашнего кинотеатра.

3.2. АНАЛИЗ СЛОЖНОЙ СХЕМЫ

При наличии некоторого опыта анализ и комбинирование вполне доступны даже начинающему радиолюбителю или домашнему мастеру, если речь идет о сборке или ремонте несложных схем бытового назначения.

Нужно лишь помнить, что умение и понимание приходит только с практикой. Попробуем проанализировать более сложную схему, изображенную на рис. 3-6. В качестве примера используем схему радиолюбительского AM-передатчика на диапазон 27 МГц.

Это вполне реальная схема, такую или подобную схему можно часто встретить на радиолюбительских сайтах.

Она преднамеренно оставлена в том виде, в каком приводится в зарубежных источниках, с сохранением исходных обозначений и терминов. Для облегчения понимания схемы начинающими радиолюбителями она уже разделена сплошными линиями на функциональные блоки.

Как и полагается, рассмотрение схемы начнем с левого верхнего угла.

Расположенная там первая секция содержит предварительный микрофонный усилитель. Его простая схема содержит один полевой транзистор с каналом p-типа, входное сопротивление которого хорошо согласуется с выходным сопротивлением электретного микрофона.

Сам микрофон не изображен на схеме, показан только разъем для его подключения, а рядом текстом указан тип микрофона. Таким образом, микрофон может быть от любого производителя, с любым цифробуквенным обозначением, лишь бы он был электретным и не имел встроенного усилительного каскада. Кроме транзистора на схеме предусилителя присутствуют несколько резисторов и конденсаторов.

Назначение этой схемы — усилить слабый выходной сигнал микрофона до уровня, достаточного для дальнейшей обработки.

Следующей секцией является УНЧ, который состоит из интегральной микросхемы и нескольких внешних деталей. УНЧ усиливает сигнал звуковой частоты, поступающий с выхода предварительного усилителя, как это было в случае с простым радиоприемником.

Усиленный звуковой сигнал поступает в третью секцию, являющуюся согласующей схемой и содержащую модулирующий трансформатор Т1. Этот трансформатор является согласующим элементом между низкочастотной и высокочастотной частями схемы передатчика.

Низкочастотный ток, протекающий в первичной обмотке, вызывает изменения коллекторного тока высокочастотного транзистора, протекающего через вторичную обмотку.

Далее перейдем к рассмотрению высокочастотной части схемы, начиная с левого нижнего угла чертежа. Первая высокочастотная секция представляет собой кварцевый опорный генератор, который благодаря наличию кварцевого резонатора вырабатывает радиочастотные колебания с хорошей стабильностью частоты.

Эта несложная схема содержит всего один транзистор, несколько резисторов и конденсаторов и высокочастотный трансформатор, состоящий из катушек L1 и L2, помещенных на один каркас с подстраиваемым сердечником (он изображен стрелкой). С выхода катушки L2 высокочастотный сигнал поступает на усилитель мощности высокой частоты. Сигнал, вырабатываемый кварцевым генератором, слишком слаб, чтобы подавать его в антенну.

И, наконец, с выхода ВЧ-усилителя сигнал поступает на согласующую схему, задача которой — отфильтровать побочные гармонические частоты, которые возникают при усилении ВЧ-сигнала, и согласовать выходное сопротивление усилителя с входным сопротивлением антенны. Антенна, как и микрофон, на схеме не показана.

Она может быть любой конструкции, предназначенной для этого диапазона и уровня выходной мощности.

Рис. 3-6. Схема любительского АМ — передатчика

Взгляните на эту схему еще раз. Наверное, она больше не кажется вам сложной? Из шести сегментов только четыре содержат активные компоненты (транзисторы и микросхему). Эта якобы трудная для понимания схема на самом деле представляет собой комбинацию шести различных простых схем, каждая из которых легка для понимания.

Причем на данном этапе вам вовсе не обязательно понимать во всей глубине принцип работы каждого сегмента схемы! Чтобы успешно собрать и настроить этот передатчик не обязательно знать, как работает кварцевый генератор или как фильтруются паразитные гармоники на выходе усилителя ВЧ. Такие знания понадобятся после, когда вы захотите разработать собственную схему или переделать существующую. А сейчас, оказывается, зная лишь условные обозначения и в общих чертах представляя себе блок-схему передатчика, можно самостоятельно изготовить и отладить достаточно сложный радиопередатчик.

3.3. СБОРКА И ОТЛАДКА ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Правильный порядок изображения и чтения схем имеет очень глубокий смысл. Оказывается, собирать и настраивать устройство очень удобно именно в том порядке, в каком удобно читать схему. Например, если у вас почти нет опыта в сборке электронных устройств, рассмотренный только что передатчик лучше всего собирать, начиная с микрофонного усилителя, и далее — поэтапно, проверяя работу схемы на каждом этапе. Это избавит вас от утомительного поиска ошибки в монтаже или неисправной детали.

Что касается нашего передатчика, то все фрагменты его схемы при условии исправных деталей и правильного монтажа должны начинать работать сразу. Настройки требует только высокочастотная часть, и то после окончательной сборки.

В первую очередь собираем микрофонный усилитель. Проверяем правильность монтажа. Подключаем к разъему электретный микрофон и подаем питание. При помощи осциллографа убеждаемся в том, что на выводе истока транзистора присутствуют неискаженные усиленные звуковые колебания, когда что-то произносят в микрофон.

Если это не так, необходимо заменить транзистор, оберегая его от пробоя статическим электричеством.

Кстати, если у вас есть микрофон со встроенным усилителем, то этот каскад не нужен. Можно использовать разъем с тремя контактами (для подачи питания на микрофон) и сигнал с микрофона через разделительный конденсатор подать сразу на второй каскад.

Если для питания микрофона напряжение 12 вольт слишком велико, добавьте в схему простейший источник питания микрофона из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, рассчитанного на нужное напряжение (обычно от 5 до 9 вольт).

Как видите, даже на первых шагах есть простор для творчества.

Далее собираем по порядку вторую и третью секцию передатчика. После того, как мы убедились, что на вторичной обмотке трансформатора Т1 присутствуют усиленные звуковые колебания, можно считать сборку НЧ-части законченной.

Сборку высокочастотной части схемы начинают с задающего генератора. Если нет ВЧ вольтметра, частотомера или осциллографа, в наличии генерации можно убедиться при помощи приемника, настроенного на нужную частоту. Можно также подключить простейший индикатор наличия ВЧ-колебаний к выводу катушки L2.

Затем собирают выходной каскад, согласующую схему, подключают к антенному разъему эквивалент антенны и производят окончательную настройку.

Порядок настройки ВЧ-каскадов. особенно выходных, обычно подробно описывается авторами схем. Для разных схем он может быть разным и выходит за рамки этой книги.

Мы рассмотрели взаимосвязь между структурой схемы и порядком ее сборки. Разумеется, не всегда схемы так четко структурированы. Тем не менее, всегда следует стараться разбить сложную схему на функциональные узлы, даже если в явном виде они не выделены.

3.4. РЕМОНТ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Как вы уже заметили, мы рассматривали сборку передатчика в порядке “от входа к выходу”. Так удобнее отлаживать схему.

Но поиск неисправности при ремонте принято вести в обратном порядке, “от выхода ко входу”. Это связано с тем, что выходные каскады большинства схем оперируют относительно большими токами или напряжениями и значительно чаще выходят из строя. Например, в том же передатчике опорный кварцевый генератор практически не подвержен неисправностям, тогда как выходной транзистор легко может выйти из строя от перегрева при обрыве или коротком замыкании в цепи антенны. Поэтому, если пропало излучение передатчика, прежде всего проверяют выходной каскад. Аналогично поступают и с усилителями ПЧ в магнитофонах и т. п.

Но прежде чем проверять компоненты схемы, необходимо убедиться в исправности источника питания и в том, что питающие напряжения поступают на основную плату. Простые, так называемые линейные, источники питания можно проверять и “от входа к выходу”, начиная с сетевой вилки и предохранителя. Любой опытный радиомастер расскажет вам, как много бытовой аппаратуры приносят в мастерскую из-за неисправности сетевого шнура или перегорания предохранителя. Ситуация с импульсными источниками намного сложнее. Даже простейшие схемы импульсных источников питания могут содержать очень специфические радиокомпоненты и, как правило, охвачены цепями обратных связей и взаимовлияющих регулировок. Одиночная неисправность в таком источнике часто приводит к выходу из строя многих компонентов. Неумелые действия могут усугубить ситуацию. Поэтому ремонт импульсного источника должен выполнять квалифицированный специалист. Пи в коем случае не следует пренебрегать требованиями техники безопасности при работе с электроприборами. Они просты, общеизвестны и многократно описаны в литературе.

Тем не менее, устранение очень многих неисправностей бытовой электронной аппаратуры вполне по силам домашнему мастеру и избавляет от немалых расходов, связанных с вызовом ремонтника на дом. Кроме того, для любителя мастерить это просто интересно. Нам остается лишь пожелать вам успехов и новых интересных знаний.

Приложения

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Сводная таблица основных УГО,

применяемых в зарубежной практике

Отечественные ГОСТы, регламентирующие УГО

Для того , чтобы изобразить схему в соответствии с российским стандартами, необходимо знание соответствующих правил и требований. Они приведены в ГОСТах. К сожалению, чтобы ознакомиться с содержанием большинства документов ГОСТ, невозможно воспользоваться Internet, так как доступ к этим документам платный и весьма дорогой. Наилучший способ — воспользоваться библиотекой и взять там тематическую подборку ГОСТов в виде отдельной книги.

СОДЕРЖАНИЕ

От автора

1. Основные типы схем

1.1. Функциональные схемы

1.2. Принципиальные электрические схемы

1.3. Наглядные изображения

2. Условные графические обозначения

элементов принципиальных схем

2.1. Проводники

2.2. Переключатели, разъемы

2.3. Электромагнитные реле

2.4. Источники электрической энергии

2.5. Резисторы

2.6. Конденсаторы

2.7. Катушки и трансформаторы

2.8. Диоды

2.9. Транзисторы

2.10. Динисторы, тиристоры, симисторы

2.11. Вакуумные электронные лампы

2.12. Газоразрядные лампы

2.13. Лампы накаливания и сигнальные лампы

2.14. Микрофоны, звукоизлучатели

2.15. Предохранители и размыкатели

3. Самостоятельное применение принципиальных схем шаг за шагом

3.1. Построение и анализ простой схемы

3.2. Анализ сложной схемы

3.3. Сборка и отладка электронных устройств

3.4. Ремонт электронных устройств

Приложения

Приложение 1

Сводная таблица основных УГО,

применяемых в зарубежной практике

Приложение 2

Отечественные ГОСТы, регламентирующие УГО

Научно-популярное издание

Яценков Валерий Станиславович

Секреты зарубежных радиосхем

Учебник-справочник для мастера и любителя

Редактор А.И. Осипенко

Корректор В.И. Киселева

Компьютерная верстка А. С. Варакина

на главную