Шаг за шагом. Транзисторы
Шрифт:
На рис. 123 приведена схема переключателя елочных гирлянд, который поочередно включает четыре группы лампочек, причем две из них «мигают» в два раза реже, чем две другие.
Рис. 123. Переключатель гирлянд с триггерами.
Основа переключателя, — тактовый генератор отпирающих импульсов. За ним следуют два триггера, один из которых делит частоту тактового генератора на два, а второй — еще на два. Каждый из транзисторов обоих триггеров управляет работой другого, мощного транзистора — своего рода транзисторного реле, которое и включает свою гирлянду.
Гирлянда лампочек является нагрузкой мощного транзистора. Когда
Роль тактового генератора выполняет уже знакомый нам мультивибратор (T2T3). Элементы его схемы подобраны так, что тактовая частота составляет примерно один герц. То есть отпирающий импульс появляется примерно раз в секунду. С тактового генератора сигнал подается на так называемую дифференцирующую цепочку R8C5. Она превращает прямоугольный импульс в два остроконечных импульса, так как ток в цепи конденсатора, а значит, и напряжение на R8 появляется только во время изменения напряжения, проводимого к этой цепочке (рис. 25). Поэтому остроконечные импульсы на выходе дифференцирующей цепочки будут созданы только передним и задним фронтом прямоугольного импульса, который идет с мультивибратора.
Отрицательный остроконечный импульс отпирает триод усилителя (T4), и после усиления сигнал подается на вход первого триггера (T5T6).
С коллекторной нагрузки каждого из транзисторов триггера постоянное напряжение подается на базу транзисторного реле (T9T10), в котором работает мощный триод, например, П201. На эмиттер этого мощного триода всегда подается отрицательное (относительно общего провода) напряжение с делителя R1R2. Это напряжение приложено «плюсом» к базе и поэтому запирает мощный транзистор. Необходимо сравнительно большое отрицательное напряжение, чтобы его отпереть, и именно такое отпирающее напряжение поступает с триггера. Когда какой-нибудь транзистор триггера закрыт, то на его коллекторе оказывается сравнительно большой «минус» — почти полное питающее напряжение, которое и отпирает мощный триод. Поскольку «минусы» на коллекторах появляются поочередно и держатся довольно долго — около одной секунды, — то и мощный транзистор оказывается открытым целую секунду в ожидании следующей «переброски» триггера.
Аналогично действует и следующий триггер, но он уже включает свои транзисторы-реле в два раза реже, и они остаются включенными по две секунды.
В коллекторную цепь мощных транзисторов включены гирлянды лампочек, которые зажигаются только при отпирании транзисторов (рис. 52). Таким образом, эти гирлянды мигают с частотой переключения триггеров.
Чтобы система работала устойчиво, питание на тактовый генератор импульсов и на триггеры подается с простейшего стабилизатора напряжения, в котором используются один транзистор Т1 и стабилитрон Д6. Это кремниевый диод, специально устроенный так, что он работает в области электрического пробоя (рис. 19), сопротивление которого поэтому, сильно меняется при изменении приложенного напряжения. Причем сопротивление это меняется таким образом, что напряжение на диоде остается почти неизменным. В данном случае это напряжение управляет триодом (Т1), и ток через него остается неизменным при изменениях подводимого напряжения, потому что коллекторный ток практически зависит только от управляющего напряжения (рис. 57), а оно стабилизировано.
Питающее напряжение около 8 в для управляющей части (тактовый генератор, усилитель импульсов, триггеры) получают от мостикового выпрямителя, к которому подводится переменное напряжение 6,3 в. Потребление тока в этом блоке невелико, и обмотка II силового трансформатора Тр1 может быть намотана сравнительно тонким проводом 0,3–0,5 мм2.
Напряжение на исполнительную часть (мощные транзисторы) подается с отдельного выпрямителя, который не должен давать более 20 в, то есть подводимое к выпрямителю эффективное переменное напряжение не должно быть больше 14 в. Ограничение связано с тем, что сам транзистор П201 не допускает большего напряжения между коллектором и эмиттером (см. таблицу 10). Можно, конечно, применить транзисторы с более высоким допустимым коллекторным напряжением (например, П214, допускающие напряжение на коллекторе до 65 в) и тем самым повысить напряжение, подводимое к исполнительному блоку. А это, в свою очередь, позволит включать в каждую гирлянду большее число последовательно соединенных лампочек.
Вообще число лампочек подбирается таким образом, чтобы полностью использовать подводимое напряжение. В данном случае, когда это напряжение составляет 20 в, в каждую гирлянду нужно включить четыре лампочки на 6,3 в, или шесть лампочек на 3,5 в, или, наконец, восемь лампочек на 2,5 в.
Без дополнительного теплоотвода для транзистора П201 допустимый ток коллектора составляет 1,5 а. Это позволяет в коллекторную цепь каждого триода включить параллельно несколько групп последовательно соединенных лампочек. Так, например, если применены лампочки, потребляющие ток 0,3 а, то можно соединить параллельно пять групп таких лампочек (для спокойствия лучше четыре) или десять групп (лучше восемь) лампочек, потребляющих ток 0,15 а. Уменьшить число параллельных групп можно как угодно, так как транзистору от этого только легче.
Мы не приводим данных вторичных обмоток трансформатора. Число витков для них легко рассчитать, если известно число витков первичной обмотки, а значит, и число витков на один вольт (см. стр. 109). Общая потребляемая мощность для четырех переключающих транзисторов не превышает 60 вт.
Мощные транзисторы работают поочередно, и каждая пара потребляет примерно 30 вт (22 в·1,5 а), а значит, трансформатор Тр1 можно изготовить из небольшого силового трансформатора от сетевого приемника. С трансформатора удаляют все обмотки, кроме сетевой, и располагают ни их месте обмотки II и III. Обмотку III нужно намотать довольно толстым проводом, диаметром 1,0–1,2 мм.
Выбор диаметра провода для обмотки III и диодов, заменяющих Д5, нужно производить с учетом нагрузки мощных транзисторов. Совсем не обязательно давать им предельную нагрузку — 1,5 а. Вполне достаточно нагрузить каждый триод током до 0,6 а (например, две гирлянды по 0,3 а каждая).
С учетом среднего выпрямленного тока 3 а выбран диод Д5 для выпрямителя, питающего транзисторные реле, а значит, и сами гирлянды. Если под руками нет диода, рассчитанного на ток 3 а, то можно соединить параллельно десять диодов, допускающих выпрямленный ток 0,3 а (300 ма). При этом последовательно с каждым диодом нужно включить одинаковые резисторы по 3–5 ом каждый (объяснение см. на рис. 27—15).
К переключателю можно добавить еще некоторое количество триггеров с мощными транзисторами и получить таким образом мигание гирлянд с периодом 4 сек, 8 сек и т. д.
Для переключателя с большим числом переключаемых гирлянд нужно намотать обмотку III более толстым проводом и подобрать диод Д5, допускающий нужную величину выпрямленного тока.
Описанный нами переключатель для елки — это ближайший родственник гигантов электроники: электронных вычислительных машин. Попробуйте представить себе, что мы может вводить в блок триггеров строго определенное число миганий лампочек. Тогда наш переключатель сам становится вычислительной машиной. Действительно, для того чтобы разделить какое-либо число на четыре, достаточно ввести это число в виде импульсов на вход блока триггеров и получить результат, подсчитав импульсы на выходе второго триггера. А чтобы умножить какое-либо число на два, нужно отсчитать соответствующее этому числу количество импульсов на выходе первого триггера, а затем определить, сколько импульсов за соответствующее время было подано на вход этого триггера с тактового генератора.
В действительности, конечно, в вычислительных машинах все происходит намного сложнее, но принцип остается тот же: числа представлены в виде электрических сигналов, в виде серий импульсов, и именно с этими сигналами машина производит всевозможные преобразования.
В электрических импульсах, включающих тот или иной элемент схемы, записана и программа действия машин. Например, вводятся в машину два числа А и Б и дается такая программа: «Умножить число А на число Б, затем прибавить число А к числу Б, разделить первый результат на второй…».