Доверено автоматам.

(В главное меню)

    Свое знакомство с электроникой мы начали с того, что назвали главные задачи, которые решаются с ее помощью,-это сбор, хранение, передача и переработка информации (Т-106)

    С первыми тремя профессиями электроники мы уже много раз встречались в линиях радиосвязи, радиовещания, устройствах звукозаписи, телевизионных системах Что же касается переработки информации, то в большинстве случаев нам н^жно было не перерабатывать, не изменять ее, а, наоборот, по возможности сохранить неизменной на экране телевизора получить как можно более точную копию того, что видит передающая телевизионная камера, от громкоговорителей приемника или магнитофона получить как можно более точную копию речи или музыки, которые звучали перед микрофоном А вот в устройствах автоматики, автоматического управления переработка информации - основной процесс, основная задача всех операций с электрическими сигналами

    Среди информационных процессов в живой природе, в машинах, в самой нашей жизни (Т-88) управление-один из самых распространенных Примеры долго искать не нужно, куда ни глянешь-повсюду идут процессы управления Определенные центры нервной системы должны точно управлять многими тысячами мышечных волокон, чтобы человек мог бегать, ходить или даже просто стоять на месте, не теряя равновесия Пилот управляет работой двигателей, рулями высоты и поворота, чтобы самолет аккуратно взлетел, по заданному маршруту прибыл в нужный аэропорт и точно совершил посадку Управлением занимается оператор подъемного крана, регулировщик уличного движения, директор завода, машинист электровоза, контролер кинотеатра, руководитель запуска космического корабля Из нескольких этих примеров можно увидеть, из чего складывается типичный процесс управления Это сбор информации («Машина подвезла контейнер кирпичей», «На Садовой улице скопилось много автомобилей», «Второй цех не выполняет план», «Идем со скоростью 500 километров в час, «Это билет на следующий сеанс», «Время предварительной готовности исчерпано, все системы ракеты в норме»), сравнение собранной информации с тем, что хранится в памяти или записано в планах, расписаниях, проектах, и, наконец, выработка новой информации, выдача команд управления («Повернуть стрелу крана, опустить трос», «Включить на Садовой улице зеленый свет»,«Ввести двухсменную работу», «Увеличить скорость», «Посоветовать прийти через два часа», «Ключ на старт») Какой бы пример управления мы ни рассматривали, всегда в том или ином виде в нем можно найти эти три элемента - сбор информации, ее переработку и выдачу команд управления

    С давних пор человек стремится создать системы, которые без него, то есть автоматически, управляли бы тем или иным процессом Первыми автоматами, наверное, были капканы, которые освободили первобытного охотника от огромных затрат времени, увеличили, как мы сейчас говорим, производительность его труда, позволили сразу охотиться в нескольких местах Вместо того, чтобы самому сидеть и ждать зверя, а заметив его, дернуть за веревку, привести в действие ловушку, какой-то изобретательный охотник поручил эту работу автомату Нехитрое приспособление, по нынешней терминологии «датчик», получив информацию о том, что зверь попал в ловушку, само приводило капкан в действие

    Эта замечательная способность автоматов беречь наше время, внимание, освобождать человека от тоскливой примитивной работы и сегодня оказывается одной из главных движущих сил автоматизации Было время, когда на станциях метро работали сотни девушек-контролеров, они только то и делали, что отрывали корешки билетов и пропускали пассажиров Сегодня со всей этой однообразной и гигантской по объему работой (через контрольные пункты московского метро ежедневно проходит 5-6 миллионов пассажиров) справляются довольно простые электронные автоматы Или возьмите другой пример - автомобильный стеклоочиститель Если бы не простейший автомат, то водителю пришлось бы каким-то образом самому непрерывно менять направление движения «щетки», заставлять ее двигаться туда-обратно В автомобиле можно встретить и другие автоматы Один из них управляет системой охлаждения, поддерживает на постоянном уровне температуру двигателя, второй регулирует напряжение генератора, в нужный момент подключает к нему для зарядки аккумулятор, третий поддерживает необходимый уровень бензина в карбюраторе Если бы не эти автоматы, то шоферу, наверное, нужно было бы иметь ассистента, иначе ему просто некогда было бы следить за дорогой В современных машинах столько разных автоматов, что все они, наверное, в тысячи раз увеличивают возможности работающего человечества Кроме того, автоматы прекрасно работают в условиях, просто нетерпимых для человека, скажем, в атомных реакторах, на далеких планетах, во вредных агрегатах химических заводов Автоматам часто поручают такие процессы, которыми человек вообще управлять не может ему не хватает на это скорости реакций или объема внимания У автоматических регистраторов ядерных частиц порой есть лишь несколько миллиардных долей секунды на то, чтобы заметить частицу и привести в действие аппаратуру для фотографирования ее полета Автоматы, управляющие запуском гигантской ракеты, за тысячные доли секунды улавливают малейшие ее отклонения от расчетного курса и дают необходимые команды на реактивные рули А вот пример иных масштабов и совсем из другой области автомат, завертывающий конфеты на кондитерской фабрике, за секунду выполняет десяток сложных операций, причем безотказно повторяет их двадцать-тридцать тысяч раз за смену

    Разнообразных автоматов существует огромное множество Они различаются и по своему назначению, и по устройству, и по своим взаимоотношениям с оператором Иногда автомату доверяют управление всем процессом полностью, иногда ему поручают часть работы, а иногда автомат лишь собирает сведения о том, как идет процесс, ведет автоматический контроль, а решение принимает человек Различаются автоматы и по тому, в каком виде представлена в них информация Есть автоматы чисто механические, как, например, часы, где механическое перемещение маятника управляет работой сложного механизма, а вся программа действий записана в конфигурации шестерен и их взаимном расположении Бывают автоматы гидравлические и пневматические, в них информация тем или иным способом записана в потоках жид кости или газа Есть автоматы и электрические, в них главные действующие лица - это токи и напряжения, электрические сигналы

    Во многих случаях электрические автоматы управляют электрическими же процессами К таким электрическим автоматам для электрических систем нужно отнести и многочисленные элементы «малой автоматизации» в электронных схемах, например, автоматическую стабилизацию режима транзистора (Т-162), автоматическую подстройку частоты или автоматическую регулировку усиления (Т-226) Но очень часто электрический автомат приглашают на работу в совершенно чуждую для него область он управляет температурой, ходом химических реакций, скоростью движения, управляет процессами, не имеющими никакого отношения к электричеству

    Использование электричества для управления неэлектрическими процессами связано с замечательными особенностями электрических сигналов - их легко перерабатывать складывать, вычитать, сравнивать, разделять по определенным признакам Их можно легко и быстро передавать на большие расстояния, распределять между многими потребителями, собирать с многих источников И наконец, разнообразные датчики позволяют легко перевести на электрический язык, отобразить в электрических сигналах самые разные неэлектрические характеристики - температуру, скорость движения, освещенность, давление, химический состав

    Возможности электрических автоматов резко расширяются, когда они становятся электронными, когда появляется возможность усиливать сигналы, менять их форму, умножать и делить частоту, записывать в память и считывать-словом, производить разнообразные преобразования сигнала, которые умеет делать электроника

    Помимо уже знакомых нам датчиков (термоэлемента, терморезистора, фотоэлемента, фоторезистора, пьезокристалла, угольного и электродинамического микрофонов), имеется огромное множество других приборов для сбора информации о самых различных процессах, описания их в виде электрических сигналов Датчиком перемещения, например, может быть резистор с переменным сопротивлением, если его подвижной контакт связать с движущимся предметом Датчиком деформации - проволочка с высоким сопротивлением, изогнутая зигзагом и оклеенная бумагой (Р-151; 3) Такой датчик (тензометр) наклеивается на поверхность детали, и, когда деталь деформируется, проволока тоже изгибается и несколько растягивается, сопротивление ее меняется На изменении сопротивления может основываться действие датчика уровня (Р-153. Р.хотя часто в таких датчиках используются другие принципы Например, изменение индуктивности катушки по мере перемещения в ней ферромагнитного сердечника (Р-151, 1) или изменение емкости конденсатора по мере того, как между его пластинами появляется вещество с иной диэлектрической проницаемостью (Р-151, 2) А если датчик-индуктивность или датчик-емкость включить в цепь переменного тока, то напряжение, которое появится на датчике, покажет, в каком он находится состоянии и какова контролируемая величина, в данном случае уровень жидкости Потому что напряжение на участке цепи пропорционально его сопротивлению, а индуктивное сопротивление катушки XL зависит от ее индуктивности L, емкостное сопротивление конденсатора Хс-от его емкости С На том же принципе работают емкостные датчики влажности, перемещения металлических предметов, расхода жидкостей или газов, скорости потоков

    Существуют датчики, позволяющие оценить химический состав вещества, например, по электрическому сопротивлению пробной его порции, по спектру поглощения или оптической плотности В качестве примера-один из датчиков для определения процентного содержания кислорода в крови (Р-151, 4) В него входят источник света и два фотоэлемента, один из которых закрыт красным светофильтром и воспринимает только красный свет Датчик подвешивается к мочке уха, сквозь нее проходит свет и падает на фотоэлементы Луч света просвечивает тонкие кровеносные сосуды в мочке уха, и уровень света, попадающего на «красный» фотоэлемент Ф2, зависит оттого, насколько кровь в этих сосудах насыщена кислородом Электронная схема сравнивает напряжение на этом фотоэлементе с общей освещенностью, которая отражена в напряжении фотоэлемента Ф1, и такое сравнение позволяет судить о процентном содержании кислорода в крови

    В датчиках можно встретить много остроумных решений, использующих тонкие физические, химические и биологические процессы Ну, а самый простой датчик-это концевой выключатель (Р-151, 5), который замыкает или размыкает электрическую цепь и тем самым сообщает, что какая-либо деталь заняла определенное положение, пришла на свое место или, наоборот, ушла с него Такие датчики можно встретить в лифте, где они сигнализируют управляющему автомату, что дверь пока не закрыта и двигаться еще нельзя

    События во всех автоматах разворачиваются примерно по одному и томуже сценарию Сначала собирается информация или извлекается программа из собственной памяти, или и то и другое одновременно Затем информация как-то преобразуется, перерабатывается, автомат принимает решение о том, что нужно делать при тех или иных сочетаниях сигналов, вырабатывает сигналы управления И наконец, начинается само действие, само управление - по разным адресам рассылаются команды «повернуть», «открыть», «передвинуть», «нагреть», «погасить», и, подчиняясь этим сигналам-командам, начинают действовать исполнительные механизмы и приборы (Р-152)1 электродвигатель поднимает кабину лифта на заданный этаж, железные сердечники втягиваются в катушки стоком и на заданное время открывают краны, через которые в стакан наливаются сироп и вода, включается электрический подогреватель холодильника, усиливается испарение теплоносителя, и в холодильной камере до заданного уровня понижается температура, электромагнит передвигает контакты мощных выключателей, и они сразу зажигают сотни фонарей уличного освещения

    Там, где исполнительные механизмы потребляют небольшую мощность, они органически входят в схему автомата, их приводят в действие сами сигналы управления Но во многих случаях мощности этих сигналов не хватает, и тогда в устройствах автоматического управления появляются разного рода усилители

    Там, где нужно плавно регулировать работу исполнительного механизма (например, плавно менять обороты двигателя), часто используются транзисторные и ламповые усилители постоянного тока Их главная особенность, как говорит само название, связана с тем, что сигнал управления может меняться очень медленно, и, чтобы усилить такие очень медленно меняющиеся сигналы (их для образности называют постоянным током), из схемы исключают переходные конденсаторы (Т-193)

    Там, где на исполнительный механизм подаются дискретные, ступенчатые команды, такие, например, как «включить», «выключить», «сменить направление тока», в качестве усилителя сигналов чаще всего используют реле Их существует несколько разных типов, а в радиолюбительских схемах автоматики чаще всего используются электромагнитные нейтральные реле постоянного тока (Р-152, 4, С-20) Основа такого реле-электромагнит, катушка которого расположена на стальном сердечнике с почти замкнутой магнитной цепью Когда по обмотке реле идет ток, то стальной якорь под действием магнитного поля притягивается к сердечнику, когда же ток прекращается, пружина отводит якорь обратно Притягиваясь к сердечнику, якорь нажимает на пружинящие контакты и замыкает их или размыкает, в зависимости от устройства контактной группы реле

    У разных типов реле разное количество контактов Есть контакты нормально замкнутые, при срабатывании реле они размыкаются, есть контакты нормально разомкнутые, при срабатывании реле они замыкаются, а есть и такие контактные группы, в которых происходит переключение контактов Таким образом, реле, особенно многоконтактное, кроме того, что оно усиливает сигнал, может еще и производить его определенную переработку (Р-152,5, 6) - перебрасывать из одной цепи в другую, направлять в общую цепь разные сигналы, распределять управляющие сигналы между разными исполнительными механизмами Бывает так, что реле вводят в систему автоматического управления только для того, чтобы производить сложные переключения, хотя, конечно, при этом почти всегда используется основная профессия реле - их умение усиливать сигналы

    Усилительные возможности реле объясняются очень просто для притягивания якоря, то есть для срабатывания реле, нужно направить в его обмотку сравнительно малую электрическую мощность, и в то же время контакты реле могут управлять работой источников и потребителей большой электрической мощности За словами «малая мощность» и «большая мощность» в данном случае стоят вполне конкретные цифры Для каждого реле известен ток срабатывания, якорь заставляют притягиваться ампер-витки (Т-55), и, зная сопротивление реле, легко определить напряжение, которое нужно подвести к обмотке, чтобы получить необходимый ток срабатывания, а значит, и электрическую мощность, необходимую для срабатывания (Т-37.Т-41) Что же касается мощности, которой может управлять реле, то она главным образом ограничена конструкцией его контактной группы - начальным расстоянием между контактами, площадью их соприкосновения Если заставить реле переключать слишком большие токи и напряжения, то оно может выйти из строя из-за подгорания контактов Во всех случаях параллельно контактам полезно включать искрогасящую RC-цепочку, через нее замыкаются опасные высокочастотные составляющие тока искры, из-за которых главным образом и подгорают контакты

    Когда мощности сигнала не хватает для срабатывания реле, его можно объединить с транзисторным усилителем (Р-152, 7), а в некоторых случаях функции реле выполняет сам этот усилитель, работая в ключевом режиме, на входе одно из двух состояний «есть сигнал» или «нет сигнала» и на выходе соответственно «максимальный коллекторный ток» (режим насыщения) или «нет коллекторного тока» Транзистор, работающий в таком режиме, часто называют электронным реле (Р-152, 8:

    Есть автоматы, от которых ничего иного не требуется, как следить за сигналом, поступающим с датчика, и пропорционально изменениям этого сигнала воздействовать на исполнительный механизм Это так называемые следящие системы, типичные представители которых - системы АРУ и АПЧ в приемнике (Т-226) и система, поддерживающая постоянный уровень жидкости в каком-либо резервуаре (Р-153, 1) Следящие автоматы - это пока еще просто исполнительные работники (подобно микрофону или громкоговорителю, которые дословно переводятзвуквтокитоквзвук), информация в них никакой переработке не подвергается что сказал датчик (]^8), то и делается К числу таких простых систем относятся и некоторые пороговые автоматы, они даже не интересуются уровнем сигнала все время, а знают лишь одно достиг этот уровень определенного порога-надо действовать Именно так, например, поступает автомат уличного освещения (Р-153, 2) вечером, лишь только естественный свет уменьшится до определенного порога, как автомат производит одно из двух действий, которым его научили,- включает уличные фонари, а с рассветом, когда освещенность поднимается выше заданного порога, автомат выполнит вторую из заученных операций - выключит фонари Потом освещенность может увеличиваться как угодно, автомат на это реагировать не будет

    В автомате уличного освещения, правда, можно уже заметить элемент памяти установив определенный порог срабатывания, мы заставили автомат запомнить, при каком уровне освещенности иужио включать и выключать фонари В более явном виде память присутствует в системе установки экспозиции (выдержки) в фотоаппарате с автоматикой (Р-153, 4) Выдержка устанавливается обратно пропорциональною току, который дает фотоэлемент чем больше освещенность, тем больше этот ток и меньше выдержка Но в систему введены два переменных резистора Один из них устанавливают в зависимости от чувствительности пленки, второй - в зависимости от выбранной диафрагмы Сопротивление этих резисторов определяетту часть тока, которая достанется исполнительному механизму, и, значит, при одной и той же освещенности он будет устанавливать разную выдержку в зависимости от сопротивления резисторов Образно говоря, резисторы всегда напоминают автомату о том, что, устанавливая экспозицию, иужио ввести поправки на пленку и диафрагму, и, оперируя электрическим сигналом (ток через исполнительный механизм), корректируют информацию, поступающую в автомат

    Другой пример переработки информации будильник с электрическим сигнализатором, который включается только через такт, например, в 8 часов утра работает, а в 8 вечера нет (Р-153, 3) Для этого в систему просто введен триггер, он делит на два число импульсов отдатчика В будильнике имеется еще один элемент обработки сигналов-реле времени по короткому импульсу тока от датчика оно заставляет сигнал звучать достаточно долго

    Интересную обработку проходит сигнал в показанном на Р-153, 5 автомате управления ракетным двигателем (эта схема также, как предыдущие и последующие, не более чем учебная модель, в реальных автоматах все может решаться по-иному) Основа автомата-два радиолокатора один- измеряющий высоту ракеты, другой-ее скорость Локаторам, конечно, иужио было бы посвятить особый рассказ, но, поскольку в радиолюбительской практике они встречаются редко, ограничимся лишь коротким упоминанием о них здесь, в разделе электронной автоматики, «придравшись» к тому, что радиолокаторы можно считать особым видом датчиков

    Локатор, определяющий расстояние, в принципе устроен очень просто Передатчик радиолокационной станции посылает короткие импульсы радиосигналов, а приемник регистрирует импульсы, отраженные от объекта Затем за дело берется точный измеритель времени, он определяет, сколько прошло с момента посылки импульса до момента, когда вернулось его отражение Скорость радиоволн известна - 300000 км/сек, и по времени путешествия сигнала точно вычисляется расстояние до объекта Так, например, если сигнал путешествовал 0,1 сек, то объект, от которого он отразился, находится на расстоянии 15000 км (туда-обратно-30000 км) В большинстве локаторов основа измерителя времени - электроннолучевая трубка Электронный луч быстро движется по экрану, и одновременно к трубке подводятся дубликаты обоих импульсов - посланного передатчиком и отраженного Импульсы дважды отклоняют луч вверх, и, таким образом, на экране появляются два ярких выброса Расстояние между ними как раз и зависит от времени путешествия сигнала чем больше запаздывает отраженный сигнал, тем позже появится второй выброс на экране В итоге расстояние между выбросами в определенном масштабе отображает расстояние до объекта На этом же принципе работают и локаторы кругового обзора их антенна точку за точкой прочерчивает пространство, и синхронно с ней движется луч на индикаторе, яркими пятнами отмечая все объекты, от которых отражается радиоволна Особая группа локаторов-допплеровские измерители скорости, их принцип действия легко понять, вспомнив, как меняется тон паровозного гудка, если поезд проносится мимо вас Когда поезд приближается, тон высокий, затем он становится все ниже и совсем уже сильно понижается после того, как поезд прошел мимо и удаляется Такое изменение тона как раз и называется эффектом Допплера, оно связано с тем, что приближающийся излучатель как бы сжимает звуковые волны впереди себя, расстояние между соседними «гребнями» уменьшается, они чаще попадают в ухо, и звук слышится более высоким А когда поезд уходит, звуковые волны как бы растягиваются, расстояние между «гребнями» становится больше, а значит, частота слышимого звука ниже Чем быстрее подходит или отходит поезд, тем больше изменяется частота в сравнении с частотой, какую давал бы неподвижный излучатель А это значит, что по изменению частоты можно судить о скорости движения излучателя В том числе, регистрируя частоту радиосигнала, отраженного от Земли, и сравнивая ее с истинной частотой передатчика, бортовая аппаратура может определить скорость удаления космического аппарата На этом же принципе, кстати, работают и радиолокационные измерители скорости автомобиля, которыми пользуются автоинспекторы

    Задача автомата Р-153. 5 состоит в том, чтобы увеличивать скорость ракеты по мере набора высоты Вот как в нашей схеме решается эта задача Локатор-высотомер и локатор, измеряющий скорость через многих посредников, воздействуют на управляющее устройство УУ, которое как раз и управляет тягой реактивного двигателя-если скорость недостаточна, то управляющее устройство увеличивает тягу, и скорость растет, а если скорость почему-либо окажется чрезмерной, то управляющее устройство уменьшит тягу, и скорость станет меньше Идеальная ситуация такая - ракета поднимается, и управляющее устройство по мере набора высоты увеличивает скорость именно на столько, на сколько это требуется Не больше и не меньше

    Управляющее устройство непосредственно связано с двумя контурами L'C и L"C", на которые после разных преобразований приходят сигналы от обоих локаторов Один из этих контуров L'C настроен на частоту 25 кГц, а другой контур L"C" - на частоту 15 кГц С каждого из контуров снимается переменное напряжение и выпрямляется диодом Д' или Д" Причем у каждого контура свой персональный диод - у контура L'C диод Д', а у контура L"C"-диод Д" А нагрузка у диодов общая-это резистор Rh Включены диоды так, что они пропускают свой выпрямленный ток через Rh в разных направлениях для конкретного размещения деталей на рисунке Р-153, 5 ток Г. который проходит через Д', пройдет через Rh слева направо, а ток I", который проходит через Д", пройдет через Rh справа налево И конечно, эти токи создадут на Rh напряжение разной полярности если по Rh пойдеттокГ.то в точке а относительно заземленной точки б будет «плюс», а если через Rh пойдет I", то полярность напряжения окажется обратной и в точке а относительно б будет «минус»

    Напряжение на Rh- главный продукт всей системы, это и есть управляющее напряжение Uynp, которое воздействует на управляющее устройство УУ - если на УУ сточки а подается «минус», то управляющее устройство увеличивает тягу двигателя, а если «плюс»-уменьшает Посмотрим теперь, как формируется напряжение Uynp, в каких случаях оно получается положительным, а в каких отрицательным Вернемся к контурам L'C и L"C" Если на них действуют одинаковые по величине переменные напряжения, то токи Г и Г тоже будут одинаковыми Проходя по Rh, они полностью скомпенсируют друг друга, и в итоге никакого тока в цепи резистора Rh вообще не будет А значит, будет равно нулю и управляющее напряжение Uynp (оно появляется на Rh под действием протекающего по нему тока U = Г R), управляющее устройство никакой новой команды не получит, и тяга двигателя какой была, такой и останется

    Напряжение Uynp появится лишь тогда, когда токи Г и I" окажутся неодинаковыми, а это в свою очередь произойдет лишь в том случае, если переменное напряжение на одном из контуров L'C или L"C" будет больше, чем на другом.

    К обоим этим контурам через катушку связи 1_св подводится одно и то же переменное напряжение, оно поступаете преобразователя частоты ПР При этом катушки расположены так, что из 1_св в L' и L" поступают одинаковые порции энергии Если с преобразователя ПР будет идти сигнал с частотой 20 кГц, то оба контура будут в одинаковой степени (на 5 кГц) расстроены по отношению к этому сигналу, на них изведется одно и то же напряжение, токи Г и I" окажутся одинаковыми и, как только что мы выяснили, управляющего напряжения Uynp на Rh не будет Но если частота сигнала, идущего от ПР, будет несколько больше или меньше, чем 20 кГц, то картина резко изменится Предположим, что с ПР поступает сигнал с частотой 21 кГц Для контура L'C (настроен на 25 кГц) поступающий сигнал с частотой 21 кГц ближе к резонансу, чем сигнал с частотой 20 кГц А для контура L"C" (настроен на 15 кГц) сигнал с частотой 21 кГц дальше от резонанса, чем сигнал с частотой 20 кГц Это значит, что при изменении частоты от 20 до 21 кГц напряжение на контуре L'C увеличится и станет больше, чем на L"C", в точке а появится «плюс» и управляющее устройство получит команду увеличить тягу Если же, наоборот, частота сигнала, поступающего с ПР, уменьшится с 20 до 19 кГц, то на контуре L"C" напряжение станет больше, чем на контуре L'C, ток I" будет больше, чем Г, в точке а появится «минус» и управляющее устройство получит команду уменьшить тягу

    Теперь нам остается выяснить, в какихже случаях и какой бывает частота сигнала, поступающего на контуры L'C и L"C" На ПР поступают два сигнала-один с локатора, измеряющего скорость (частота fcK), второй с локатора-измерителя высоты (частота твыс), и сам ПР в какой-то мере напоминает преобразователь частоты супергетеродинного приемника (Р-127, 1) Сигнал с измерителя высоты поступает на триггер, который поочередно срабатывает от импульса, переданного локатором на Землю, и импульса отраженного, вернувшегося от Земли Чем выше поднимется ракета, тем больше времени будет проходить от посылки до возвращения импульса, тем дольше триггер будет находиться в одном из своих устойчивых состояний, тем, следовательно, дольше будет длиться ток 1выс Этот ток сглаживается фильтром RC и управляет варикапом (управляемый полупроводниковый диод, выполняющий роль конденсатора переменной емкости, Т-136), который включен в контур LBbicCBbic вспомогательного генератора Г Параметры схемы подобраны так, что по мере подъема ракеты от уровня Земли до максимальной высоты частота твыс вспомогательного генератора Г, управляемого в итоге локатором-высотомером, меняется от 120 кГц до 115 кГц Это одна из двух частот, поступающих на вход преобразователя ПР Вторая частота на вход этого преобразователя прямо поступает с приемника локатора, измеряющего скорость ракеты Частота передатчика в этом локаторе 100 кГц, и если бы ракета была неподвижной, то и частота fcK отраженного сигнала была бы такой же - 100 кГц Но ракета удаляется от Земли, и из-за эффекта Допплера частота fcK оказывается меньше, чем 100 кГц Чем быстрее удаляется ракета, тем меньше частота fcK Предположим, что с момента старта до набора максимальной расчетной скорости частота отраженного сигнала меняется от 100 кГц (нулевая скорость) до 95 кГц

    Теперь мы готовы к тому, чтобы рассмотреть работу всей системы По мере подъема ракеты уменьшается частота твыс и при этом уменьшается разность между твыс и fcK, разностная частота после преобразователя ПР становится меньше чем 20 кГц А значит, на Rh появляется напряжение, «минус» которого подается на управляющее устройство УУ, оно увеличивает тягу, и скорость нарастает Она будет нарастать до тех пор, пока разница между твыс nfcKBHOBb станет равной 20 кГц Если при этом скорость увеличивается слишком сильно, то разница между твыс и fcK станет больше, чем 20 кГц, ток Г окажется больше, чем I", напряжение Uynp будет направлено «плюсом» к управляющему устройству, и оно несколько сбавит скорость Так система будет следить за скоростью и высотой и по мере подъема ракеты (уменьшается твыс) будет увеличивать тягу и поднимать скорость (уменьшается fcK)

    В нашем автомате происходит незначительно более сложная переработка информации, чем в предыдущих, и с электрическими сигналами проделывается довольно много разнообразных операций Однако же вся эта система кажется просто игрушкой в сравнении с реальными электронными автоматами, которые управляют станками, космическими аппаратами или научными приборами

    На рисунке Р-154. 1, 2 показана упрощенная учебная схема (опять-таки «упрощенная учебная» и не более) автомата для продажи газированной воды с сиропом Схема эта довольно проста Монета «1 копейка» замыкает контакты 6, 7, и если при этом еще замкнуты контакты 8, 9 (они размыкаются, когда в резервуаре нет воды), то электромагнит ЭМв откроет кран KB и нальет в стакан воду Монета «3 копейки» замыкает сразу три контакта Это контакты 2, 3, которые дублируют контакты 6, 7 и в итоге наливают в стакан воду Кроме того, монета замыкает контакты 1, 3, которые подают питание на электромагнит ЭМс, открывающий кран сиропа Электромагниты, сработав, не только открывают краны KB или КС, но еще включают механизм, забирающий монету Если ни один из электромагнитов не сработает, то монету можно получить обратно

    В этой схеме мы встречаемся с чрезвычайно распространенными элементами электронных автоматов - схемами, которые выполняют логические операции И, ИЛИ и НЕ Схема И (Р-154, 4) дает возможность электрическому сигналу произвести свою работу, если замкнуты и первый контакт К1, и второй К2 В принципе контактов может быть сколько угодно, от этого повадки схемы И не меняются-она требует, чтобы были замкнуты все контакты одновременно А вот схема ИЛИ (Р-154, 3) дает возможность сигналу сработать, если замкнут любой из двух контактов, или первый, или второй,- все они параллельны и замыкание любого открывает путь сигналу Схема НЕ (Р-154, 5) просто делает все наоборот при замыкании контактов К1 она с помощью реле разрывает цепь, а при размыкании контактов К1 замыкает цепь На рисунках показаны гидравлические аналогии операции И, ИЛИ и НЕ, а также простейшие транзисторные схемы, где могут выполняться эти логические операции В схеме И на базу транзистора подано запирающее напряжение +1,5 В, и ни один из сигналов с напряжением 1 В сам по себе не может отпереть транзистор Транзистор отпирается, только если на базу одновременно попадают и первый, и второй сигналы А в схеме ИЛИ запирающее напряжение уменьшено до +0,5 В, транзистор с одинаковым успехом откроет или первый одновольтовый сигнал, или второй В схеме НЕ лампочка (она везде отображает нагрузку) включена не в коллекторную цепь, а параллельно транзистору, открывшись, транзистор шунтирует нагрузку, и ток в нее не идет (можно пояснить иначе у открытого транзистора напряжение на коллекторе, а значит, на лампочке, резко падает)

    С помощью элементов И, ИЛИ, НЕ автоматы проводят целые цепочки логических рассуждений Один из примеров на Р-154, 1, 2 Автомат наливает воду, когда брошена или 1 копейка, или 3 копейки, а сироп только в том случае, когда брошены 3 копейки и одновременно замкнуты и контакты 1, 3 и 4, 5 и 8,9

    В реальных автоматах этой последней пары контактов, возможно, нет когда кончается сироп, автомат наливает чистую воду, забрав при этом монету

    Другой пример - обычный лифт Мотор подъемника будет включен только в том случае, если несколько контактов, выполняя операцию И, замкнуты одновременно и закрыта дверь шахты, и закрыта дверь кабины, и нажата одна из кнопок этажа на пульте управления, и в кабине имеется пассажир - об этом сообщают контакты под полом Эти контакты, кстати, выполняя операцию НЕ, отключают систему вызова лифта с того или иного этажа, если в кабине есть пассажир А контакты кнопок на пульте управления входят в цепь мотора по схеме ИЛИ-лифт пойдет, если будет нажата кнопка или второго этажа, или третьего этажа, или десятого На К-19 и К-20 приводится несколько практических схем электронных игрушек, в которых используются элементы логики

    Как видите, элементы логики И, ИЛИ, НЕ дают возможность строить рассуждающие автоматы, и мы еще встретимся с ними в электронных счетных машинах, в которых автоматизирован процесс вычислений (Т-271, Т-275)

    Бывают электронные автоматы аналоговые, в них действуют непрерывные и постепенно меняющиеся сигналы, и автоматы импульсные, в которых живут и работают электрические сигналы в виде коротких толчков тока, импульсов Не будем разбирать достоинства и недостатки, а тем более очерчивать область применения каждого вида автоматов Отметим лишь, что часто между ними нет непреодолимой границы вспомните, например, как непрерывный сигнал-электрическая копия звука-превращался в сигнал импульсный в процессе амплитудно-импульсной модуляции И еще заметим, что если считать автоматы «по штукам», то импульсных, наверное, окажется больше и, в частности, потому, что системы управления чаще всего работают по схеме «узнал - решил - сделал-жду дальнейших указаний» Сейчас, кстати, в системы автоматического управления встраивают миниатюрные вычисляющие блоки - микропроцессоры В них и производятся почти все операции, связанные с обработкой информации, представленной в виде импульсных сигналов (Т-304) У нас уже есть довольно широкий ассортимент элементов для построения импульсных автоматов - это датчики, электронные реле, элементы логики, триггеры, которые умеют делить частоту, то есть делить число поступивших импульсов на 2, на 4, на 8 и так далее Теперь к этому набору добавим еще одну интересную электронную схему-ждущий мультивибратор, или, как его еще называют, одновибратор Его задача - получив на вход любой импульс, выдать на выходе аккуратный прямоугольный импульс такой длительности, которая в данном автомате считается стандартной

     Ждущий мультивибратор оказывается совершенно необходимым в импульсных системах, где из линий связи или с датчиков могут поступать самые причудливые импульсы А в то же время многие элементы автоматики очень разборчивы в части длительности и формы импульса, особенно крутизны его переднего фронта Так, например, триггер (ТГ) может не прореагировать на сигнал, который нарастает постепенно, медленно Чтобы триггер перебросился из одного устойчивого состояния в другое, чтобы в нем начался лавинообразный процесс переброски, сигнал на входе триггера должен нарастать очень резко, то есть у входного импульса должен быть крутой передний фронт Ждущий мультивибратор (Р-155. 1, практическая схема на К-20. 4)- это, по сути, обычный мультивибратор (Т-176), но только, если можно так сказать, перекошенный, с непосредственной связью одного из коллекторов, с базой соседа, как у триггера Поэтому здесь нет привычного поочередного открывания транзисторов, в ждущем мультивибраторе из-за «перекоса» один транзистор всегда закрыт (на нашей схеме Т1), а второй (Т2) всегда открыт И только с приходом входного сигнала первый транзистор получает помощь со стороны и открывается, причем открывается резко, как всегда бывает в мультивибраторах Второй транзистор при этом, конечно, закрывается Но счастье длится недолго как только второй транзистор в порядке очереди перехватывает инициативу (в мультивибраторе все так и должно быть, транзисторы должны открываться поочередно, Т-176), он уже не отдает ее до конца схема из-за несимметричности, из-за «перекоса» опять попадает в свое первоначальное состояние И остается в этом состоянии навсегда, точнее, до следующего входного импульса, который опять на мгновение создаст условия равноправия транзисторов и позволит «вечному узнику» - постоянно закрытому транзистору - на мгновение открыться и выдать кратковременный импульс Кстати, тот самый кратковременный стандартный импульс, который требуется отждущего мультивибратора Так из подпорченного импульса получают новенький, абсолютно исправный

    Другой полезный элемент для импульсных схем - триггер Шмитта (Р-155, 2, практическая схема на К-2. 11) Это есть пороговое устройство когда входной сигнал достигает определенного уровня, триггер Шмитта быстро срабатывает и на его выходе начинается прямоугольный импульс Этот импульс будет продолжаться до тех пор, пока сигнал не станет меньше установленного порога

    Некоторые элементы, которые можно встретить в импульсных схемах, нам уже знакомы Это, например, дифференцирующие цепочки (Р-149), они фиксируют не сам импульс, а только момент его появления или исчезновения Это интегрирующие цепочки (Р-149), которые реагируют не на отдельные импульсы, а на их «густоту» или продолжительность Легко можно представить себе и диодный ограничитель уровня импульсов Его основа - диод, закрытый определенным напряжением, диод открывается и начинает пропускать ток или, наоборот, шунтировать нагрузку после того, как напряжение импульса превысит определенную величину, тем самым диод ограничивает, срезает верхушку импульса (Р-155, 3) Наконец, много разных интересных операций можно производить в импульсных схемах, объединяя несколько разных элементов Так, например, объединив триггер Шмитта с обычной зарядной RC-цепочкой, мы получим реле времени (Р-155, 4), устройство, которое будет выдавать импульсы определенной длительности, включая или выключая какое-либо устройство на нужное время

    Слова «телеметрия» и «телеуправление» (Р-156) особенно часто приходится слышать в последнее время, когда в широких масштабах осуществляются полеты самых разных космических кораблей На этих кораблях всегда есть собственные, или, как их называют, автономные, системы автоматического управления, но их, как правило, дублируют наземные управляющие комплексы А есть такие операции, которые требуют огромных расчетов, их выполняют наземные комплексы управления полетом и уже в готовом виде передают свои решения на борт аппарата - это называется управлением на расстоянии или, иначе, телеуправлением

    Чтобы почувствовать, какого высокого совершенства достигла техника телеуправления, достаточно вспомнить, как, повинуясь воле работающих на Земле операторов, путешествовали по Луне наши луноходы С телеуправлением тесно связана и телеметрия - передача с борта корабля на Землю самой разной информации о работе бортовых систем, режиме полета, а если корабль пилотируемый, то и о состоянии космонавтов Телеметрия и телеуправление нужны, конечно, не только в космических исследованиях, сбор информации и управление на расстоянии производятся во многих областях техники и научных исследованиях (телеуправление нефтедобывающими установками по проводам, радиотелеуправление зенитными ракетами, радиотелеметрия состояния спортсмена во время тренировок, радиотелеметрия метеорологических данных с шаров-зондов), не говоря уже о телеуправляемых моделях и игрушках

    Системы телеуправления и телеметрии почти всегда многоканальны информацию приходится собирать от многих источников и команд управления, как правило, тоже приходится передавать много Все такие многоканальные системы можно разделить на две большие группы - с частотным и временным разделением каналов В системе с частотным разделением информация по всем каналам может передаваться одновременно - каждому каналу отводится своя поднесущая частота, а в месте приема фильтры отделяют один канал от другого (Р-156; 3, 5) Если передача ведется по проводам, то на этом дело и ограничивается, а если по радио, то все поднесущие частоты вместе со своими боковыми модулируют высокочастотный ток в радиопередатчике, и таким образом в эфир передача идет с двойной, «двухэтажной» модуляцией

    При временном разделении каналов информация в каждом из них передается поочередно, а на передающей и на приемной сторонах есть быстродействующие синхронные коммутаторы, которые подключают нужный комплект аппаратуры поочередно к линии связи (Р-156, 4) В радиоуправляемых моделях часто используют упрощенную разновидность временного разделения - кодирование числом импульсов (Р-157, 1) На самой модели устанавливают шаговый искатель или некоторое его подобие, а с передатчика направляют строго определенное число импульсов Если известно, в каком положении стоит шаговый искатель, то, передав нужное число импульсов, можно его заставить сделать нужное число шагов и включить желаемую команду А после того, как команда будет выполнена, определенным числом импульсов вернуть шаговый искатель в исходное положение Чтобы шаговый искатель «по дороге» не запускал другие исполнительные механизмы, можно сделать так, что он будет отключаться от них на время движения подвижного контакта Используя триггеры и элементы И, ИЛИ, НЕ, можно собирать и электронные переключатели команд для систем телеуправления (Р-157, 2, 3,4, К-19. К-20)

    Кстати, электронные коммутаторы и элементы И, ИЛИ, НЕ широко применяются в компьютерах, в этих сложных импульсных автоматах

(В главное меню)