В период охватившего страну всеобщего дефицита ничему уже не удивляешься. Исчезновению в магазинах (валютные «шопы» и рассчитанные на богачей коммерческие палатки к гаковым не причисляю) батареек и других источников питания лля радиоаппаратуры — тоже.
Как следствие «безбатарейных» времен — многие пытаются перевести всю имеющуюся у них аппаратуру на питание от нетрадиционных источников злектроэнергии. Например — с ручным приводом. Люди постарше извлекают на свет божий фонарики-«жучки» довоенной поры. Хорошая, говорят, штука в них есть: злектродинамо. Другие обращаются к воссозданию электроэнергетических устройств типа «солдат-мотор», применявшихся в ряде регионов сразу после Великой Отечественной для питания переносной радиоаппаратуры.
Я же предлагаю воспользоваться самоделкой, которую друзья окрестили телеграфным «ключ-генератором». Вырабатываемой с его помощью электроэнергией 100-ваттную лампочку, что называется, не зажжешь. А вот для обеспечения работы таких маломощных радиоэлектронных устройств, как транзисторный мультивибратор, который может сослужить неплохую службу при обучении коду Морзе, «ключ-генератора» вполне хватит. Надежность стопроцентная, изготовление такого источника электропитания под силу практически любому желающему. И принцип действия — яснее ясного.
Вспомним: если внутрь катушки, к которой подключен достаточно чувствительный измерительный прибор (гальванометр), вдвигать магнит (см. рис. 1) или выдвигать последний из нее, стрелка прибора резко отклонится в ту или другую сторону. Оно и понятно — действует, как подчеркивается в школьном учебнике физики, закон электромагнитной индукции. Причем величина броска стрелки зависит от магнитного потока в катушке, числа витков. И что не менее важно — от скорости движения (выдвижения) магнита. Чем она больше, тем сильнее отклоняется стрелка прибора.
Перемещая магнит поочередно (см. рис. 1) вверх-вниз и т.п., получим своеобразный генератор переменного тока. Но для работы транзисторов нужен несколько иной источник электроэнергии. Переменный ток приходится преобразовывать в постоянный. Хотя бы с помощью простейшего однополупериодного выпрямителя, собранного, скажем, на полупроводниковом диоде VD с емкостным фильтром (см. рис. 2).
Разберем два режима работы такого выпрямителя (рис. 3): когда сопротивление нагрузки Rн = ∞ (верхний график) и при RH<∞ (нижний график).
Первый режим соответствует холостому ходу нашего «питающего устройства», то есть потребляемый от него ток iH равен нулю или очень мал. Из верхнего графика видно, что с нарастанием выпрямленного напряжения (от момента времени t0) конденсатор С заряжается. Причем ток заряда ic у больших емкостей может достигать значительной величины.
Допустим, внутреннее сопротивление Ri выпрямителя мало. Тогда кривая напряжения, на нагрузке (uн=uс) в первую четверть периода почти повторяет кривую переменного напряжения е от генератора. С учетом же R, эпюра U„ пройдет ниже кривой е. Ведь мгновенное значение выпрямленного напряжения в этот промежуток времени будет меньше е на величину падения напряжения на сопротивлении R| (за счет большого зарядного тока конденсатора С).
После того как переменное напряжение достигнет амплитудного значения и начнет падать, выпрямленное напряжение останется равным ис. Когда же е будет меньше ис, диод закроется (напряжение ис всегда приложено к диоду VD в обратной полярности). Во время действия отрицательной полуволны переменного напряжения диод заперт суммарным напряжением от генератора и конденсатора. Зато в следуюший положительный полупериод диод может открыться. Но при условии е>ис. При этом происходит дозаряд конденсатора, и напряжение на нем несколько повышается. До величины uc=uB, близкой к Ес. конденсатор заряжается за несколько периодов переменного напряжения. Причем скорость заряда определяется постоянной времени tзар=CR. В дальнейшем же напряжение на нагрузке остается постоянным, то есть пульсация полностью отсутствует.
Во втором режиме при Rн <∞ выпрямитель в положительный полупериод одновременно с током заряда ic конденсатора отдает ток iH в нагрузку. Ну а при отрицательном полупериоде, когда диод VD заперт, нагрузка питается разрядным током конденсатора. Напряжение на выходе выпрямителя падает. И это падение тем сильнее, чем меньше емкость конденсатора (а следовательно, и величина запасенного в нем электрического заряда) и больше ток iH. В следующий же положительный полупериод, когда е>ис, происходит подзаряд конденсатора, сопровождающийся ростом напряжения на нагрузке. Затем напряжение на выходе выпрямителя снова падает до определенной величины во время разряда С.
Указанные колебания ис, происходящие каждый период, являются не чем иным, как пульсацией выпрямленного напряжения. Подключив к соответствующим контрольным точкам осциллограф, нетрудно убедиться, что форма напряжения пульсации близка к пилообразной. Особо удивляться этому не стоит. Ведь заряд и разряд конденсатора характеризуются экспонентами, начальные участки которых близки к прямым линиям. Скорость разряда определяется постоянной времени тразр = CRH. Этот параметр играет важную роль в анализе работы выпрямителя. Ну а что касается постоянной времени заряда, то ее учет не так важен. Ведь по величине своей сей параметр, как правило, намного меньше тразр.
Но это, так сказать, теория. А одним из практических ее воплощений может служить предлагаемый мною источник электропитания с ручным приводом. Точнее — с телеграфным «ключ-генератором» (ТКГ). Магнитная система здесь (МС) — от низкоомного телефонного капсюля (см. рис. 5 и 4). Например, от ТА-4, ТК-67 и др. Устанавливае^я МС на месте нижнего ответного контакта, который в обычном телеграфном ключе работает на размыкание.
Можно использовать МС от капсюля без ее разборки. Прямо в заводской оправе, выпилив соответствующее отверстие в подставке телеграфного ключа. А необходимой жесткой фиксации достичь с помощью скоб, обжимок или эпоксидного клея.
Элементом, изменяющим магнитное поле и индуцирующим в катушке (катушках) капсюля ЭДС, является жестяная (стальная) пластина, припаиваемая к нижнему торцу регулировочного винта телеграфного ключа. Толщина ее порядка 0,3—0,5 мм, а размеры таковы, что полностью перекрывают полюса магнита.
Пластину лучше изготовить из так называемой «белой жести», ведь таковую лудить уже не требуется, да и припаивать легче. Ну а что касается регулировочного винта... Сталь, из которой он выполнен, не облудишь (значит, и не припаяешь), если использовать в качестве флюса обычную канифоль. Соляная кислота, травленная в цинке, найдется далеко не у каждого. И пользоваться ею небезопасно. А потому — совет: применяйте при облуживании торца регулировочного винта студенистую массу от старых батареек, содержащую буру.
Как показала практика, доработки, в результате которых телеграфный ключ становится ТКГ, ничуть не ухудшают ни внешнего вида, ни «профпригодности» главного инструмента телеграфиста, а лишь существенно расширяют область его возможного применения. Для достижения же более высоких динамических качеств рекомендуется заново отрегулировать пружину ключа.
Иногда еще требуется положить на полюса магнита один-два слоя бумаги, чтобы исключить какую бы то ни было возможность залипания жестяной (стальной) пластины. Правда, напряжение, получаемое от ТКГ, при этом несколько снизится. Тем не менее его вполне хватит для питания того же генератора звуковых частот, столь необходимого при обучении коду Морзе, тренировках телеграфистов.
Принципиальная электрическая схема такого устройства изображена на рис. 5. В качестве генератора звуковых частот выступает здесь усилитель с положительной обратной связью. Так называемый мультивибратор, элементы которого подобраны специально для работы при малом напряжении питания (0,1...0,5 В) и незначительном потребляемом токе (25...75 мкА). Нагрузкой являются высокоомные головные телефоны (типа Тон-2, ТА-56 и им подобные).
Рассмотрим, как работает данная схема мультивибратора.
Вначале транзисторы VT1 и VT2 открыты, так как на их базы через соответствующие резисторы R2 и R3 подается отрицательное напряжение смещения. При этом одновременно происходит заряд конденсатора С1 через эмиттерный переход транзистора VT2 и R1, а емкости С2 — через эмиттерный переход VT1 и нагрузку BF1. Эти цепи зарядки, являясь делителем напряжения питания, создают на базах транзисторов увеличение отрицательных (относительно эмиттеров) напряжений, стремящихся открыть транзисторы еще больше, но...
Открытие одного транзистора вызывает снижение отрицательного напряжения на его коллекторе. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению напряжения на базе другого, закрывая его. И хотя такой процесс протекает в обоих транзисторах, закрывается тот, на базе которого появляется положительное напряжение (из- за различия коэффициента передачи тока h21, транзисторов, а также по причине фактического разброса параметров у резисторов и конденсаторов с, казалось бы. одинаковыми номиналами).
Вот и получается, что один из транзисторов оказывается запертым. Допустим, что эта участь постигла VT2. Тогда С1 начнет разряжаться через VT1, сопротивление которого на участке эмиттер — коллектор в данный момент мало, и резистор R2.
По мере разряда С1 положительное напряжение на базе закрытого транзистора VT2 уменьшается. И как только оно становится близким к нулю, в коллекторной цепи этого открывающегося транзистора появляется ток. Воздействуя через конденсатор С2 на базу VT1, он приводит к
снижению отрицательного напряжения на ней. В результате ток через VT1 начинает уменьшаться, а протекающий через VT2 — увеличиваться. Это приводит к тому, что транзистор VT1 закрывается, a VT2 открывается.
Но теперь уже начинает разряжаться конденсатор С2. Через открытый транзистор VT2 и резистор R3, что в итоге приводит к открыванию VT1 с одновременным закрыванием VT2, и т. д. Период Следования получающихся прямоугольных импульсов и их длительность определяются по формулам: t=t1-Ht2; tt=0,7 R2C1; t,= 0,7 R3C2.
Поскольку мультивибратор питается постоянным током, а в катушке (катушках) телеграфного «ключ-генератора» индицируется переменный, в схему введен выпрямитель. Однополупериодный, на полупроводниковом диоде VD1. Emkoci ь С4 осуществляет функции накопительного конденсатора, сглаживающего пульсации выпрямленного тока и развязывающего цепи схемы по питанию. В качестве VD1 желательно использовать Д220 или любой другой маломощный кремниевый диод. Как вентиль, обладающий максимальным обратным сопротивлением. Оксидный конденсатор С4 тоже должен быть с минимальной утечкой, чтобы получше «держать» энергию в паузах между телеграфными посылками. Хорошо подходит здесь, например, К50-6 или К50-16 емкостью в 500 микрофарад.
При сборке выпрямителя автор использовал навесной монтаж. А вот мультивибратор — на отдельной, печатной плате, размеры которой определяются, исходя из примененных в схеме деталей. При использовании, например, маломощных германиевых транзисторов серий МП, ГТ108, ГТ109, ГТ115, малогабаритных неполярных конденсаторов типа КМ, КЛС, К10-7, резисторов МЛТ-0,125,
МЛТ-0.25 и т.п. это будет прямоугольник 20x40 мм из фольгированного гетинакса или, скажем, стеклотекстолита.
Плату можно выполнить и из куска фанеры, картона, оргстекла. Подойдет в крайнем случае и плотная бумага с имитацией печатного монтажа отрезками луженого провода, если имеются затруднения в изготовлении платы печатным методом (травлением в растворе хлорного железа, например). И выбор транзисторов для мультивибратора не столь уж критичен. Не следует лишь забывать.
что при использовании полупроводниковых приборов иной, чем указано на схеме, структуры (п-р-п), полярность питания меняется на противоположную. Для этого достаточно «перевернуть» диод и конденсатор выпрямителя. И, как говорится,— никаких проблем!
Устанавливают плату с собранным на ней мультивибратором на место. Скажем, в ту же подставку телеграфного ключа. Гнезда для подключения BF1 укрепляют на боковой или торцевой стенке подставки. Подсоединяют к ним головные телефоны, замыкают ключ SA1, и — пожалуйста! Изучайте код Морзе, тренируйтесь. Помните только, что работа на телеграфном «ключ-генераторе» несколько своеобразна. Нажав несколько раз подряд на головку ТКГ, нужно сначала «поднакачать» оксидный конденсатор С4. Ну а потом уже ваши действия ничем не будут отличаться от того, кто сел за обычный телеграфный ключ с генератором звуковых колебаний, питающимся от традиционных источников электроэнергии.
В.БЕСЕДИН, г.Тюмень «Моделист-конструктор», 1993, №05.
