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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Компьютер не враг книге 14.02.2007 Часто родители опасаются, что молодое поколение, увлекаясь компьютером, не будет читать книг и вообще вырастет необразованным. Однако опыт, проведенный в США, показал, что компьютер с доступом в Интернет, наоборот, улучшает навыки чтения и даже повышает школьные оценки. Ста сорока детям 12 - 14 лет, преимущественно из неполных негритянских семей с низким доходом, предоставили на полтора года домашние компьютеры и неограниченный выход в Интернет. Участники опыта в среднем сидели в Интернете по полчаса в день, что немного по сравнению с детьми из семей со средним и высоким уровнем жизни. Те выходят в Интернет ежедневно на два часа и более. Только 25% участников опыта пользовались программами для моментальной отправки сообщений, и лишь 16% использовали электронную почту. Это, видимо, объясняется тем, что их друзья и родственники в основном не имеют компьютеров. За время опыта существенно улучшились навыки чтения. Уже через полгода общения с компьютером пошли вверх школьные оценки участников, особенно у тех, кто дольше сидел в Интернете. Но, что интересно, оценки по математике не улучшились.

Другие интересные новости:

▪ Сварка дерева трением

▪ Разработка технологии для улавливания парниковых газов

▪ Теслафорез в наномасштабе

▪ Ультразвуковые линзы

▪ Телефон на 180 киловольт

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Акустические системы. Подборка статей

▪ статья Альфред Ньюмен. Знаменитые афоризмы

▪ статья Когда появились первые металлические коньки? Подробный ответ

▪ статья Дезинфектор. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Электронный Кубик. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ. Сближение ВЛ со взрыво- и пожароопасными установками. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026