Электронные качели. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

Игрушечные качели, любимые всеми малышами, можно заставить качаться "вечно". Например, сделав их электромеханическими. Для этого потребуется электромагнит, батарея питания и пара контактов, замыкающихся подвеской качелей (рис. 1).

Если качелям с таким электромеханическим устройством придать колебательное движение, то при каждом замыкании контактов через обмотку электромагнита будет течь ток, магнитное поле которого станет притягивать якорь. Надо только установить размыкающий выступ подвески качелей в такое положение, чтобы контакты лишь на мгновение замыкались при приближении якоря к сердечнику электромагнита, сообщая якорю, а следовательно и качелям, дополнительную порцию кинетической энергии - подобно тому, как мы подталкиваем обычные качели в моменты прохождения положения равновесия.

Рис. 1

После размыкания контактов и исчезновения магнитного поля качели по инерции пройдут положение равновесия, дойдут до верхней мертвой точки и начнут обратное движение. Но при обратном движении подвеска качелей не замыкает цепь питания обмотки электромагнита. Таким образом происходит одностороннее "подталкивание" качелей магнитным полем.

Размах, то есть амплитуда колебаний качелей зависит от силы магнитного поля, создаваемого импульсами тока в обмотке электромагнита, от длины подвеса и распределения массы по его длине, трения в точках подвеса, жесткости контактов и точности регулировки моментов их замыкания и размыкания.

А нельзя ли вместо механических контактов, регулировка которых достаточно сложна, использовать для качелей бесконтактный электронный выключатель? Именно такое устройство мы и предлагаем применить в игрушечных качелях.

Принципиальная схема бесконтактных электронных качелей показана на рис. 2, а. В них вместо якоря, укрепленного на доске качелей, установлен небольшой, но достаточно сильный постоянный магнит. На схеме он изображен в виде подковки над сердечником электромагнита с двумя обмотками. Обмотка II включена в базовую, а обмотка I - я коллекторную цепи транзистора Т1. Электромагнит устанавливают в основании качелей точно в месте положения их равновесия.

Рис.2

Исходное состояние транзистора - закрытое, так как база соединена через малое сопротивление обмотки с эмиттером. В это время через коллекторную обмотку течет чрезвычайно малый обратный ток коллекторного перехода, который не имеет никакого практического значения.

При движении качелей в сторону электромагнита постоянный магнит, проходя на небольшом расстоянии от сердечника электромагнита, индуцирует (наводит) в базовой обмотке э.д.с. таким образом, что на базе транзистора по отношению к эмиттеру появляется отрицательное напряжение. Это напряжение, открывающее транзистор, достигает наибольшей величины, когда магнит приближается к положению равновесия, потому что в этот момент скорость движения наивысшая, и магнитный поток через базовую катушку достигает максимума.

По инерции магнит проходит положение равновесия. В этот момент отрицательное напряжение на базе резко уменьшается до нуля и также резко возрастает до наибольшего значения, во уже противоположного знака. Транзистор при этом закрывается. По мере удаления магнита от положения равновесия положительное напряжение уменьшается, но транзистор продолжает оставаться закрытым. При обратном движении магнита на базе транзистора вновь появляется отрицательное напряжение, которое плавно возрастает с приближением качелей к положению равновесия и открывает транзистор.

Так происходит до тех пор, пока качели совершают колебательные движения. При этом под действием импульсов э.д.с., индуцируемых в базовой обмотке, транзистор периодически открывается и в коллекторной обмотке возникают импульсы тока, создающие магнитное поли в такт с колебаниями качелей. Эта обмотка включена так, что когда по ней проходит ток, его магнитное поле притягивает постоянный магнит. В результате колебательный процесс качелей поддерживается. Энергия магнитного поля, сообщаемая качелям, достаточна для того, чтобы преодолеть трение в местах подвески, сопротивление воздуха и другие причины, замедляющие движение. Амплитуда колебаний увеличивается до тех пор, пока потери энергии движения не станут равными энергии, отдаваемой качелям батареей. В этот момент установится постоянный режим качания, который будет продолжатся, пока не иссякнет энергия батареи. Транзистор же при этом выполняет роль лишь электронного выключателя.

Диод, шунтирующий коллекторную обмотку, предупреждает возникновение в ней колебаний с частотой, определяемой индуктивностью электромагнита, емкостью монтажа и внутриэлектродной емкостью транзистора. Дело в том, что при открывании транзистора возникает колебательный процесс, который из-за сильной связи между коллекторной и базовой цепями может быть незатухающим. В таком случае управляющее действие постоянного магнита перестает проявляться и качели останавливаются. Диод же, срезая положительную полуволну уже первого колебания, препятствует возникновению этого явления.

На рис. 2,б изображена схема такого же электронного устройства для управления качелями, но с двумя транзисторами, включенными по схеме составного транзистора. Такое включение транзисторов позволяет увеличить импульсы тока в коллекторной обмотке и, следовательно, амплитуду колебаний качелей.

Особенностью обоих вариантов электронных устройств качелей является то, что они в положении покоя не потребляют энергии от батареи. Поэтому нет надобности вводить выключатель в цепь источников питания. Чтобы батарею "отключить", достаточно остановить качели.

Конструкция электронных качелей может быть самой разнообразной. Важно лишь соблюсти некоторые общие требования. Прежде всего, в местах подвеса качелей необходимо обеспечить минимальное трение, чтобы избежать лишней потери энергии. Лучше всего" если подвесками качелей будут проволочные кольца с гладкой поверхностью. Хорошей гибкостью и незначительным трением обладают толстые шелковые нитки. Очень важно, чтобы расстояние между магнитом и сердечником электромагнита в точке равновесия было минимальным и не превышало 2-3 мм.

Сами качели можно не делать, а использовать готовые, игрушечные (см. фотографию в заголовке статьи). Их тонкую хлопчатобумажную подвеску следует заменить проволочной и укрепить на горизонтальной планке с помощью проволочных колец. Снизу к доске качелей надо приклеить ферритовый постоянный магнит или плоский магнит магнитного замка (устанавливают на дверцах кухонных столов, тумбочек). Если имеющийся магнит велик по размерам, не пытайтесь раскалывать его ударами молотка - он размагнитится. Отделить часть магнита можно либо сжимая его в тисках, либо отламывая без удара. Учтите: чем сильнее магнит, тем лучше будет работать электронный выключатель.

Каркасом обмоток электромагнита служит картонная гильза со щечками по краям или шпулька, выточенная из какого-либо изоляционного материала (рис. 3). Обе обмотки наматывайте одновременно, сложив вместе два провода ПЭТ!-1 или ПЭЛ 0,1-0,15, до заполне:1;1я каркаса. Внутрь каркаса вставьте сердечник, выточенный из мягкой стали точно по его внутренним размерам. Готовый сердечник желательно отжечь, а затем медленно остудить. Электромагнит устанавливают под крышкой основания качелей с таким расчетом, чтобы торец сердечника находился на одном уровне с верхней плоскостью крышки основания. Для этого в крышке основания необходимо вырезать соответствующее отверстие.

Рис.3

В основании качелей размещают и все остальные детали: монтажную плату с транзистором и диодом и две батареи 3336Л, соединенные последовательно (В1). Вообще же транзистор и диод можно смонтировать непосредственно на выводах обмоток электромагнита, если они достаточно жестки.

Батарею питания можно прикрепить к основанию скобой из жести, а все соединения делать любым изолированным проводом. Если монтаж электронной части сделан точно по схеме и все детали исправные, то никакого налаживания не потребуется - стоит слегка подтолкнуть качели, чтобы вывести из состояния равновесия, как они начнут качаться со все увеличивающейся амплитудой.

Если при первом включении качели не будут работать, то последовательно с батареей включите миллиамперметр на 100 мА. Затем поменяйте местами выводы одной из обмоток. При правильном ее включении стрелка прибора будет резко отклоняться, если к сердечнику электромагнита быстро подносить постоянный магнит.

Автор: В. Иванов; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Физика и лингвистика 04.02.2012 Американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1969 год Мюррей Гелл-Манн известен работами в области элементарных частиц и предсказанием существования кварков. Неожиданно он опубликовал осенью прошлого года статью по лингвистике, правда, в соавторстве с профессиональным филологом. Они рассмотрели типичный порядок слов в предложениях на 2011 языках, в том числе мёртвых, и пришли к выводу, что в коротких фразах первого человеческого языка (судя по данным археологии, генетики и лингвистики, он возник около 50 000 лет назад) сначала шло подлежащее, затем дополнение и в конце сказуемое. Например: "Человек медведя убил". В дальнейшем шла эволюция: "Человек убил медведя" и (в самых "продвинутых" языках) "Убил человек медведя". Впрочем, эта эволюция относится только к языкам с фиксированным порядком слов, каков, например, английский. Любопытно, что Гелл-Манн не первый выдающийся физик, заинтересовавшийся лингвистикой. Английский учёный Томас Юнг (1773-1829), доказавший волновую природу света, внёс вклад в расшифровку египетских иероглифов.

Другие интересные новости:

▪ Первый приемопередатчик FlexRay

▪ Игровой 21" монитор Iiyama ProLite GE2488HS-B1

▪ Каждое пятое научное исследование может быть ошибочным

▪ Беспилотники Google спасут животных от вымирания

▪ Электропроводка увеличивает покрытие сети 802.11b/g/n Wi-Fi

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радио - начинающим. Подборка статей

▪ статья Собачья конура. Советы домашнему мастеру

▪ статья Могут ли животные общаться? Подробный ответ

▪ статья Провизор. Должностная инструкция

▪ статья Измеритель кварцев-частотомер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабильный кварцевый генератор, работающий в широком диапазоне питающих напряжений. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026