Практикум по электронике. Теоретическая подготовка учащихся к практикуму

На теоретических занятиях должны быть тщательно изучены принципиальные схемы усилителя низкой частоты и электронных реле, положенные в основу электронных приборов для практикума. Изучать схемы усилителя можно следующим образом (рис. 92, а — ж). В исходную схему (рис. 92, а) поочередно и обоснованно вносятся улучшающие элементы: утечка R_y (рис. 92 б), батарея смещения (рис. 92, в), сопротивление автоматического смещения (рис. 92, г), сопротивление автоматического смещения с последующей блокировкой конденсатором (рис. 92, д). Так приходят к усовершенствованной схеме однокаскадного усилителя, где сопротивление R_н символизирует потребителя усиленных колебаний.

Рис. 92. Стадии развития принципиальной схемы усилителя

Чтобы переход к двухфазному усилителю был вполне ясен, лучше всего пристроить вторую ступень к уже полученной схеме однокаскадного усилителя. Начать нужно с рисунка 92, е, на котором связь между каскадами особенно наглядна.

Далее шаг за шагом в схему вносятся: утечка второй лампы, сопротивление автоматического смещения с конденсатором (С₂) и осуществляется переход к тетроду или пентоду. Наконец, утечку второй лампы заменяют потенциометром — регулятором амплитуд. В итоге приходят к схеме, изображенной на рисунке 92, ж.

Необходимо отметить, что второй каскад служит для усиления мощности. Нагрузкой второго каскада, подключаемой к гнездам выхода, может быть, в частности, громкоговоритель. Однако, чтобы выходная мощность была достаточной, сопротивление потребителя не должно быть меньше 2R_l для триода и (0,1 - 0,2) R для пентодов и лучевых тетродов. Динамик для приемников нельзя непосредственно подключать через понижающий трансформатор, первичная обмотка которого обладает нужным сопротивлением. Трансформатор полезен и в том отношении, что постоянная составляющая анодного тока, нежелательная для потребителя, в него не попадает.

Прежде чем приступить к изучению электронного реле, надо определить границы применения уже известных учащимся электромагнитных реле управления. Учащимся напоминаем структуру простейших автоматических установок, с которыми они познакомились при изучении магнитного пускателя: датчик (кнопка, путевой переключатель и т. д.), реле (контактор), объект управления (двигатель).

Датчик находился в одной цепи с катушкой реле и подавал командные сигналы, замыкая или размыкая эту цепь. Токи в цепи управления были гораздо слабее, чем токи в рабочей цепи, где находился объект управления — двигатель. Поэтому датчиками могли служить очень легкие контактные устройства. Учащиеся знают, что ток в цепи управления можно еще более ослабить, если использовать чувствительные промежуточные реле.

Теперь надо перейти к таким случаям, когда даже самые слабые токи, необходимые для срабатывания чувствительного электромагнитного реле, оказываются слишком сильными, чтобы датчик мог их выдержать. Можно привести два примера.

1-й пример. Если в автоматическом устройстве предусмотреть замыкание цепи электромагнитного реле с помощью стрелки прибора, нажимающей при некотором отклонении на контакт, то стрелка быстро обгорит и выйдет из строя. Это случится и при небольших токах.

2-й пример. В качестве датчика нередко используется фотоэлемент. Однако если его включить непосредственно в цепь катушки электромагнитного реле, то срабатывать реле не будет, так как фототок слишком слаб.

В подобных случаях, когда в цепи датчика могут быть только очень слабые токи, применяется электронное реле. Оно представляет собой сочетание электромагнитного реле и лампового усилителя. Слабые сигналы усиливаются лампой до такой степени, что электромагнитное реле будет срабатывать.

По исходной схеме (рис. 93, а) знакомим учащихся с общим принципом работы электронных реле. Когда промежуток 3—4 цепи управления замкнут датчиком-кнопкой Д, отрицательный потенциал батареи подается на сетку лампы и реле бездействует (якорь отпущен). При этом лампа может и не быть заперта полностью, важно, чтобы анодный ток был меньше тока срабатывания электромагнитного реле. При разрыве цепи управления датчиком контактная система К реле срабатывает, вызывая необходимые изменения в исполнительной цепи (включение, выключение, переключение), присоединенной к гнездам И.

Рис. 93. Стадии развития схемы электронного реле

Очевидное неудобство рассмотренного реле — необходима специальная батарея смещения. Между тем при изучении усилителя уже выяснилось, что смещение на сетке можно сделать автоматически — путем включения сопротивления в цепь катода. В схеме электронного реле для этой-цели можно использовать сопротивление самой катушки реле, обычно довольно значительное. Так совершается переход к схеме, представленной на рисунке 93, б. Реакцию реле на сигнал можно ускорить и сделать почти мгновенной путем введения в схему реле сопротивления R (утечка), по которому электроны будут быстро стекать к катоду (рис. 93, в).

Размыкание и замыкание цепи управления, к которому и сводятся функции датчика, можно осуществить разными средствами. Так, можно использовать фотоэффект, применяя в качестве датчика фотоэлемент. Промежуток 3—4 (рис. 93, г) замыкается фотоэлектронами при освещении фотоэлемента и разрывается при его затемнении.. Электронное реле с датчиком-фотоэлементом называется фотореле.

Интересно отметить, что напряжение цепи катода U_1-2 в этом случае не полностью передается на сетку лампы, а лишь такая часть его, которая приходится на сопротивление R. Другая часть напряжения U_1-2 падает на фотоэлементе. Очевидно, при прочих равных условиях смещение на сетке будет тем больше, чем больше величина R.

На рисунке 93, д, датчиком является стрелка прибора. Для надежного замыкания цепи датчика достаточно самого легкого нажима стрелки на упор-контакт. Схему, часть которой представлена на рисунке 93, д, можно использовать, например, для сигнализации на расстоянии о перегрузке какого-либо агрегата.

Электронное реле немедленного действия (рис. 93, в) легко превратить в реле времени. Для этого достаточно заблокировать сопротивление R конденсатором С (рис. 93, а).

В исходном положении промежуток 3—4 цепи датчика замкнут. При этом, как и в предыдущих случаях, ток в катушке Р ослаблен и якорь реле отпущен. Конденсатор, к которому приложено напряжение смещения U_c, заряжается до такого же напряжения на обкладках и удерживает свой заряд, пока через сопротивление протекает неизменный ток.

Чтобы привести реле в действие, надо разомкнуть цепь датчика. При этом реле срабатывает не сразу, так как благодаря разряду конденсатора напряжение на сопротивлении R будет убывать постепенно. Соответственно и анодный ток достигает величины, необходимой для срабатывания реле, только через некоторое время. Итак, выдержка времени после сигнала датчика определяется временем разряда конденсатора от исходного напряжения U₁ до напряжения U₂, при котором реле срабатывает.

Как показывают теория и опыт, это время пропорционально произведению CR, где С — емкость конденсатора и R — величина сопротивления, показанные на рисунке 93, е. Если сопротивление R переменное, можно в широких пределах подбирать нужные выдержки времени. Надо пояснить учащимся, почему это было бы менее удобно делать с помощью конденсаторов (они допускают лишь ступенчатое изменение емкости).

На рисунке 93, ж, показано, как перейти к питанию тех же электронных реле переменным током. Таким образом, путем несложного развития одной базовой схемы мы приходим к электронным реле трех основных типов, что чрезвычайно облегчает изучение реле.