ТРАНЗИСТОРНЫЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Устройство, схема которого изображена на рис. 6.15, а, являет­ся, по сути дела, микродвигателем постоянного тока, в котором коллектор заменен транзистором. Однако мощность такого двига­теля настолько мала, что его можно использовать только для де­монстрационных целей. Частоту вращения его можно измерить с помощью стробоскопического диска (см. рис. 17.14).
В двигателе можно использовать любой постоянный магнит квад­ратной или круглой формы. Северный и южный полюсы его должны располагаться симметрично относительно вертикальной оси враще­ния. В зависимости от примененного магнита устанавливают щель в основаниях катушек L1 и L2. Катушка L1 состоит из 2400 витков провода ПЭВ 0,1, a L2 — из 12 витков провода ПЭВ 0,15 В. Провод в обмотках наматывается в одном направлении. Особое внимание следует обратить на правильное расположение подшипников и смазку. Пуск двигателя в ход производится легким подталкиванием ротора в любом направлении. Частота вращения зависит прежде всего от величины напряжения питания и качества изготовления двигателя.
На валу двигателя можно закрепить стробоскопический диск (небольшой тормозящий момент не приведет к остановке двигателя). Диск можно приклеить универсальным клеем к бумажной трубке, надетой на вал двигателя. Если при освещении вращающегося диска неоновой лампой (но не лампой накаливания!) будет наблюдаться неподвижное кольцо, содержащее шесть черных секторов, — это будет означать, что частота вращения вала достигла 1000 об/мин. Диску с четырьмя черными секторами соответствует частота вра­щения 1500 об/мин и т. д. При частоте выше 3000 об/мин следует применить передачу

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, ПРИВОДИМЫЙ В ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ ВЧ

на рис. 6.13 показана схема и конструкция безколлекторного электродвигателя, который работает от энергии передаваемой без проводов. Источником энергии служит ВЧ генератор (например, как на рис. 6.13, 6?). Двигатель работает также при освещении фона­рем. Он может быть использован для интересных экспериментов, привода в действие винтов моделей вертолетов будущего и Т. д.выполнена в виде кольца диаметром 180 мм иС медной или фосфо-ристо-латунной проволоки диаметром 0,5 мм. Катушка L2 состоит из 900 витков провода ПЭВ 0,3 (сопротивление ее около 25 Ом), внутренний диаметр 20 мм. Сечение катушки квадратное, ей так­же можно придать овальную форму. Хорошие результаты дает применение ферритового сердечника.
Точку подключения диода Д находят экспериментально так, что­бы получить наибольшую скорость вращения ротора двигателя. Емкость С1, примерно 1 пФ, вводить не обязательно, однако она несколько повышает к. п. д. двигателя. В качестве емкости С1 мож­но использовать керамический конденсатор, включенный между выводами катушки L2. Емкость С получают отгибанием части витка катушки LI или включением последовательно с ней керамического конденсатора емкостью 1...5 пФ. Основание двигателя выполнено из латуни.
При совершенствовании устройства передатчика можно при­менить дипольную антенну с рефлектором, например, уголковым

ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ БЕЗ ПРОВОДОВ

Чаще всего здесь имеется в виду энергия ВЧ колебаний, с по-. мощью которой приводится в движение транспорт, снабженный электродвигателем. Колебания ВЧ излучаются контуром, помещен­ным, например, под покрытием улицы. Над проблемой беспроводной передачи энергии работали много лет, но только в 1943 г. советский электротехник Г. Бабат построил первый в мире электрический ав­томобиль, питаемый на расстоянии, который был назван «ВЧ моби-лем». В следующем году на одном из советских заводов был введен в эксплуатацию электрокар с двигателем мощностью около 2 кВт. Он передвигался по асфальтовым дорожкам, вдоль которых под землей были проложены медные трубки небольшого диаметра. Че­рез них пропускали переменный ток частотой 50 Гц. Эффективный радиус действия этих проводов равнялся 2...3 м в каждую сторону.
Первые шаги были сделаны, но, к сожалению, потери электри­ческой энергии были очень велики: на каждом квадратном метре трассы терялся 1 кВт мощности, причем для привода использова­лось только лишь 4% энергии, а остальные 96% терялись безвоз­вратно.
Начались дальнейшие поиски, пробовали увеличить частоту питающего тока, но безуспешно. Было, наконец, обнаружено, что самые большие потери возникают из-за подземных вихревых то­ков, возбуждаемых ВЧ полем. К этому еще добавились потери на излучение, а также небольшой к. п. д. генераторов ВЧ. После многих экспериментов в конце 1947 г. в Москве была построена экспе­риментальная трасса, где на каждый квадратный метр поверхности потреблялось только 10 Вт электрической мощности. Провода из тонкостенных медных или алюминиевых трубок были уложены в изоляционных каналах или в асбесто-цементных трубах. Электро­кар тоже был модифицирован—из него были удалены по возможности все металлические части. В 1954 г. в СССР было запущено несколь­ко линий водного транспорта, питаемого с берега ВЧ энергией.
В 1958 г. на одной из шахт Донбасса была введена в эксплуата­цию первая промышленная ветка ВЧ транспорта. Под кровлей штрека был уложен двойной провод (петля), через который про­пускали ток в несколько десятков ампер частотой 2500 Гц. На кры­ше электрокара находился приемный контур, состоящий из шести витков провода, намотанного на ферромагнитном сердечнике.
Однако до полного решения проблемы далеко. Большие труд­ности возникают при изготовлении проводов, вносящих небольшие потери, а также при разработке средств защиты, приемных ус­тройств от помех, вызванных сильным электромагнитным полем. По­добные эксперименты проводились и проводятся в других странах, например, в США и Англии. Предвидится, что в будущем беспро­водная система питания найдет широкое применение в пригород­ном транспорте, питающая сеть будет помещена под покрытием улиц, а электрокарам достаточно будет использовать приемный контур, уложенный по периметру машины. При выборе частоты пи­тающего тока надо принимать во внимание, что чем ниже частота, тем больше должна быть мощность питающей сети и тем больше бу­дут потери. Повышение частоты позволяет уменьшить мощность питающей сети, но увеличивает потери на вихревые токи, на­водимые в среде, окружающей провода (в земле, в металлических предметах, например, трубопроводах и т. п.). Наибольшее значе­ние к. п. д. в беспроводной системе передачи энергии достигается при частоте немного выше предела слышимости, т. е. около 20 кГц,
В провода питающей сети и в приемный контур включают кон­денсаторы, обеспечивающие условия согласования реактивных со­противлений и снижающие потери мощности.
Знакомство с прсблгмами ВЧ транспорта понадобились чтобы найти некоторые отправные точки для конструирования моделей машин, энергия которым доставляется без соединительных про­водов. Такие модели строят не очень часто, но они всегда вызы­вают большой i нтерес на выставках, даже международных. Инте­рес к технике будущего — общеизвестен. Система ВЧ транспорта —• это, как правило, трансформатор, первичная обмотка которого уложена вдоль трассы, а вторичная находится в машине. Энергия передается из первичной обмотки во вторичную с помощью электро­магнитного поля (рис. 6.8). Источником энергии служит ВЧ гене­ратор достаточно большой мощности (рис. 6.8, а). Катушка контура генератора представляет собой один виток алюминиевой трубки. Дроссель Др состоит из 25 витков медного провода сечением 1,5 мм 148в двойной волокнистой изоляции, намотанных в один слой на кар» касе диаметром 30 мм. Для питания цепей генератора можно исполь­зовать выпрямитель от старого телевизора. Приемник (рис. 6.8. б) снабжен петлей связи из латунной трубки диаметром 3...4 мм. Емкость конденсатора С подбирают в пределах 1000...3000 пФ, чтобы малогабаритный электродвигатель модели получал наиболь­шую энергию. Диод Д1 — лучше всего кремниевый (например, пе­ределанный из транзистора), он может быть также и германиевым типа DOG 50...63 (Д2, Д9) DZG 1...4 (Д7). В зависимости от потреб­ляемого двигателем тока соединяют параллельно несколько диодов. В нашей модели было соединено параллельно 5...6 диодов. Величина емкости конденсатора сглаживающего фильтра некритична. Модель трассы («улицы») размером 1 х 1 м изготовляют из пластмассы, дсски или фанеры. Под ней помещают катушку L1, генератор ВЧ и блок питания. Чтобы проверить работу генератора, устанавливают на «улице» индикатор — виток провода ПЭВ 0,5 диаметром 640 мм с лампой накаливания 6 В X 65 мА. Лампа должна гореть.
Вторичная обмотка (петля связи) модели представляет собой не­замкнутый виток медного провода или трубки, уложенный на полу автомобиля. Если бы этот виток был замкнут, то он потреблял бы слишком много ВЧ энергии и сильно нагревался. Вариант модели с кузовом из пластмассы имел привод от электродвигателя на ось задних колес через зубчатую и фрикционную передачи с общим пе­редаточным отношением 40:1. Очень важно, чтобы автомобиль (или другая модель) имел как можно меньше металличе­ских частей.
На рис. 6.9 показана модель самоходного элек­трического подъемника голландской фирмы «Фи­липс». Двухламповый передатчик на лампах типа EL 34 потребляет мощ­ность до 150 Вт. Петля раз­мерами 1x2 м обеспечи­вает в своем контуре мощ­ность 50 Вт, значение маг­нитной индукции около 4- 10~6Т (0,4 Гс). Генератор работает на трех каналах:20 кГц (плавно перестраивае­мый в диапазоне 19...21 кГц), 15 кГц и 30 кГц. Первый ка­нал (20 кГц) служит для уп­равления и, одновременно, для привода в действие мо­дели, второй — для переклю­чения направления движения («вперед» или «назад») и тре­тий — для поднятия и опуска­ния подъемника.Модель (рис. 6.9, а) снабжена четырьмя магнитными антеннами, которые с помощью конденсаторов настроены на соответствующие резонансные частоты передатчика и дополнены небольшими петля­ми связи. Передние приводные колеса приводятся в действие от­дельными электродвигателями постоянного тока мощностью 3 Вт, питаемыми от контуров L1 и L2 через выпрямитель. В зависимости от частоты передатчика, частоты вращения валов электродвигателей могут либо совпадать, либо различаться. Таким образом, управ­ляют моделью. Заднее колесо неуправляемое, оно может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Двухпозиционное реле Р1 питается от контура L3, а реле Р2 — от контура L4 (включает электродвигатель МЗ подъемника). Элементы конструкции модели показаны на рис 6.9, б



­

САМОДЕЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА

Простейший гальванический элемент (разновидность элемента Вольта) состоит из стальной и медной пластин, разделенных слоем промакательной бумаги (15 х 40 мм), пропитанной обыкновенной водопроводной водой или просто слюной (рис. 6.5, а). Если эле­мент не будет работать, бумагу надо намочить в растворе поваренной соли (полчайной ложки на стакан воды). Такой «водяной» источник питания, приводящий в действие какое-либо устройство (радио­приемник, зуммер ит. п.) удивляет непосвященных наблюдателей.
Больший эффект дает применение медных, цинковых или оло­вянных пластин. Такой элемент состоит из деревянной или пласт­массовой бельевой прищепки, медной, серебряной или никелевой монеты и прокладки из влажной газетной бумаги (рис.6.5, б).
Электродвижущая сила (э. д. с.) элемента будет около 0,1 В и их можно соединить в батарею. Достаточно ввести два проводника — железный и медный (рис. 6.5, в) в лимон, яблоко или в соленый огурец (а еще лучше в пиво), чтобы получить источник тока с э. д. с. 0.1 В. Соединив несколько таких элементов, будем иметь батарею, пригодную для питания простейшего радиоприемника.

ЭНЕРГИЯ ЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИИ

Для питания, например, миниатюрного передатчика можно при­менить устройство (рис. 6.4, о), преобразующее в электроэнергию звуковые сигналы. Преобразователем служит динамический микро­фон. Напряжение, наведенное в подвижной катушке микрофона, подводится к выпрямителю со сглаживающим фильтром в виде кон­денсатора. Дальность действия передатчика (рис. 6.4, б), который питается от такого преобразователя, не превышает, конечно, не­скольких сот метров. Мощность источника питания — около 0,25 Вт. Иногда на выходе выпрямителя полезно бывает включить фильтр с большой постоянной времени для сглаживания пульсаций самых низких частот.
Если расположить микрофон вблизи источника звука постоян­ной интенсивности (например, работающего двигателя), можно по­лучить довольно стабильный источник питания. Опыт показал, однако, что нормальные источники звуков (например, городской шум) являются, как правило, слишком слабыми для наших целей.

Приблизительные значения интенсивности различных источни­ков звуков (мкВт/м2) следующие: реактивный самолет 106, болевая граница 104, железнодорожный состав от 1 до 10, уличный шум Ю-2, обычный разговор от 10-*до 10~3, шепот 10~7, граница слышимости



-

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ЧАСЫ

Почти «вечные» домашние электронно-механические часы можно изготовить, используя для их привода маятник и простой транзис­торный генератор. На рис. 4.33, а показана конструкция контакт­ных электромеханических часов: / — мягкая сталь на конце маят­ника; 2 — неподвижный электромагнит; 3 — ось маятника; 4 — контакты. При тщательном изготовлении суточная ошибка часов не превышает 30 с (напомним, что ошибка традиционных механиче­ских часов составляет 60 с).
На рис. 4.33, б показана схема безконтактных часов, в которых роль регулятора выполняет транзисторный генератор (рис. 4.33, е). Точность хода таких часов равна ±20 с в сутки. Анкерный меха­низм следует выполнить по схеме рис. 4.33, д, где /—ось маятника со втулкой (подшипником); 2 — кронштейн, припаянный к подшипнику маятника; 3 — толкатель зубчатого колеса, свободно под­вешенный на кронштейне; 4 — храповое колесо; 5 — плоская пру­жина («собачка»); 6 — ось пружины со втулкой (подшипником).
Толкатель 3 должен поворачивать колесо 4 на один зуб при каждом отклонении маятника. Если колесо поворачивается на два зуба, надо укоротить кронштейн 2. Неподвижный магнит маятника должен иметь объем не менее 3...4 см3 и удерживать стальной пред­мет массой 100...200 г. Хорошие результаты дает применение маг­нита диаметром 35 мм (от громкоговорителя). Следует предусмотреть возможность перемещения магнита вниз и вверх. Если часы спешат, маятник (магнит) следует опустить. Внешний диаметр каркаса ка­тушки 48 мм, внутренний — 20 мм, толщина стенки 8 мм. Катушку наматывают сложенным вдвое проводом ПЭВ 0,09...0,15 (бифиляр-ная обмотка). Всего нужно намотать 1000....1500 витков (2X20... ...40 Ом). Начало одной обмотки соединяется с концом второй и эмит­тером транзистора. При отклонении маятника на 20...30° от вер­тикали транзистор должен отпираться, что проверяют, соединяя обмотку коллектора с входом любого усилителя НЧ. В момент про­хождения маятника (магнита) над катушкой из громкоговорителя должен раздаваться звук. Зазор между магнитом и катушкой может быть 2... 8 мм. Электронное устройство на транзисторе, схема кото­рого изображена на рис. 4.33, в, поддерживает колебания пущен­ного вручную маятника. Если колебания маятника затухают, следует поменять местами выводы обмоток катушки или повернуть магнит на 180°. При слишком большом размахе колебаний увели­чивают зазор между магнитом и катушкой или подключают парал­лельно коллекторной обмотке переменный резистор (470... ...1000 Ом) с линейным законом изменения сопротивления для регулирования амплитуды колебаний.
Циферблат и стрелка могут быть от любых часов, даже старых стенных. Источник энергии — элемент напряжением 1,2...1,5 В, потребляемый ток 100...200 мкА. Заменять источник питания можно раз в год.
Если часы невелики по размерам, то маятник достаточно снаб­дить маленьким магнитом любой формы, желательно из фер­рита.
Установив в часах (рис. 4.33, е) еще один транзистор и электро­магнитное реле, получим устройство, управляющее работой многих часов. Сочетание маятника с электронным устройством на транзис­торе может пригодиться в различных игрушках (в частности, в ка­челях для кукол).
В ручных электронных часах часто используется вилочный ка­мертон с частотой собственных колебаний 360 Гц и транзисторный переключатель. Точность хода их за сутки составляет 2 с. Суще­ствуют также ручные часы с укрепленной на балансе миниатюрной подвижной магнитной системой. Ведущее место в производстве электронных часов занимают СССР, США, Япония, ГДР

НАКАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ВСЕГДА ПРИГОДИТСЯ

Как широко можно использовать в радиолюбительской практике обычный понижающий (накальный или звонковый) трансформатор, показано на рис. 4.31.
1. Предварительный усилитель НЧ (рис, 4.31, а) для пьезоэлектри­ческого звукоснимателя / или детекторного приемника 2. Во вто­ром случае обе обмотки следует соединить, как показано штрихо­вой линией.
2. Оконечный усилитель НЧ (рис. 4.31, б). Нужно только со­гласовать полное сопротивление звуковой катушки громкогово­рителя с сопротивлением вторичных обмоток трансформатора. В одном устройстве можно использовать два трансформатора (рис.4.31, а, б).
3. Стабилизированный источник питания (рис. 4.17, л). Если требуется стабилизированное напряжение 9 В ± 2%, то в стабили­заторе применяют накальный трансформатор со вторичной обмоткой на 12,6 В (0,4 А) или ко вторичной обмотке трансформатора доматы­вают еще 80 витков провода ПЭВ 0,3...0,35. Внутреннее сопротивле­ние стабилизатора около 4 Ом.
4. Передатчик (радиотелефон) для школьных экспериментов (рис. 4.31, в). Катушка содержит 130 витков провода ПЭЛ или ПЭВ 0,18.,.0,2, намотанных на картонном каркасе диаметром 12 мм, емкость конденсатора С 500 пФ. В детекторном приемнике исполь­зуют такую же катушку.
Если передатчик должен работать с обычным радиоприемником (частота его 1725... 1800 кГц, т. е. выше частоты средневолнового диапазона), то катушку L наматывают на ферритовом стержне диа­метром 6... 10 мм и длиной 160 мм. Примеры модуляторов, под­ключаемых к гнездам: пьезоэлектрический (звукосниматель); электромагнитные телефоны с сопротивлением катушек 2 кОм (в ка-честве микрофона); динамический микрофон (или громкоговоритель); кристаллический микрофон или капсюль.