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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Обновление Aspire S7 от Acer 04.06.2013 На выставку Computex компания Acer привезла ультрабук Aspire S7 нового поколения с экраном размером 13,3 дюйма. Унаследовав у предыдущей модели ее лучшие черты, новый мобильный компьютер стал более автономным. По словам производителя, время работы без подзарядки батарей удалось увеличить на 33% процента, доведя его до семи часов. Среди нововведений следует отметить использование процессора Intel Core четвертого поколения. В обновленном Aspire S7 добавлена электролюминесцентная подсветка клавиатуры, а система охлаждения заменена на систему охлаждения Acer TwinAir второго поколения, отличающуюся на 20% меньшим шумом вентилятора. Кроме того, ультрабук поддерживает технологию беспроводного подключения внешнего дисплея WiDi. Собственный дисплей модели Aspire S7-392 выполнен на базе панели типа IPS, имеющей разрешение 2560 x 1440 пикселей. Экран - сенсорный, способен распознать до одновременных прикосновений. Он защищен стеклом Gorilla Glass 2. Конструкция петель такова, что экран можно раскрыть на 180°. Толщина ультрабука равна 12,9 мм, масса - 1,3 кг. Цена модели Aspire S7-392 - 1450 евро. Поставки производитель обещает начать в июле.

Другие интересные новости:

▪ Вечный лазер

▪ Бытовой сканер пищевых продуктов

▪ Нанопружинка

▪ Infineon IMC100 - цифровая платформа для управления электродвигателями

▪ Математическое закономерное распределение нейронов в человеческом мозге

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электробезопасность, пожаробезопасность. Подборка статей

▪ статья Держать порох сухим. Крылатое выражение

▪ статья Как была открыта планета Плутон? Подробный ответ

▪ статья Гладиолус. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Широкополосная телевизионная антенна для ДМВ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой импульсный блок питания, 220/15 вольт 1 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025