Что такое электроника? Принципы работы
радиоустройств, радиокомпоненты, принципиальные схемы, электрические
колебания и связь, цифровое ТВ, интегральные схемы и многое другое...
Дата обновления
30.05.2016
Посвящение в радиоэлектронику, массовая радио-библиотека
поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
Статистика
Как найти область науки и техники, где не используется электроника?
Размышляя о книге и об электронике в метро на обратном пути с
работы автор подумал: транспорт! Моторы, колеса, электрическая
тяга... Это же не электроника, а электротехника! Стал
присматриваться и прислушиваться, почитал в последующие дни
специальную литературу одним словом, собрал кое-какую информацию. И
что же? В метро широко внедряются электронные автоматические системы
управления подвижным составом. Этих систем много, например САММ
(система автоведения Московского метрополитена), КСЛУДП (комплексная
система автоматического управления движением поездов). В эти системы
входят датчики скорости и положения поездов, линии связи,
управляющие ЭВМ. Машинисту поезда теперь не надо задумываться, в
какой момент нажать рукоятку тормоза, чтобы остановить головной
вагон в заданном месте. За него это сделает электроника. Обратите
внимание, как теперь тормозят поезда метро. Точно, плавно, ошибка
при остановке состава измеряется сантиметрами! При разгоне поезда
надо последовательно замыкать секции пусковых реостатов и
переключать обмотки двигателей. Это тоже делает электронная
автоматика, при этом экономя электроэнергию. Что же остается делать
машинисту? Наблюдать за посадкой пассажиров, закрывать двери. И
обязательно вмешиваться в случае каких-либо неполадок в
автоматических системах. Теперь поговаривают уже о полностью
автоматическом вождении поездов.
Обратимся к железнодорожному транспорту. Вам никогда не приходилось
стоять вечером на пешеходном мостике, перекинутом через большую
железнодорожную станцию? Множество путей, прожекторов, морс огней
разноцветных светофоров, стрелки, пересечения, слияния, разветвления
рельсов, кое-где стоят составы, движутся маневровые локомотивы, на
большой скорости проносятся транзитные и скорые поезда. Как же во
всем этом разобраться? Кажется, ошибись где-то на мгновенье и
строгий четкий порядок превратится в хаос. А ошибаться нельзя:
ошибки на железнодорожном транспорте приводят к крушениям.
Всем хозяйством железнодорожной станции управляют маневровый
диспетчер и дежурный по станции. Слышны переговоры диспетчерской
связи с машинистами поездов. Горит разноцветными лампочками и
линиями большой пульт схема станции. Диспетчер на пульте "набирает"
маршрут определяет путь следования поезда по всему многообразию
путей. В соответствии с его командами переводятся стрелки,
переключаются огни светофоров, автоматически проверяется занятость
путей, и так на всей огромной территории станции. Ошибок быть не
должно, и их практически не бывает. А если и ошибется диспетчер, его
поправит автоматика. Она не позволит принять, например, приходящий
поезд на занятый путь, не даст включить зеленый сигнал светофора
сразу после того, как прошел поезд. Надо дать ему время уйти на
безопасное расстояние.
Сведения об ушедшем поезде дежурный по станции передает своему
коллеге на соседней станции, а движение поезда по перегону
контролируют поездные диспетчеры, и так на всем много
тысячекилометровом пути следования поезда.
Пока на действующих железных дорогах применяется электромеханическая
релейная автоматика. Но уже полным ходом идут работы по замене
1ромоздких и ненадежных реле маленькими и удивительно четко
срабатывающими интегральными микросхемами. Думаю, что недалек тот
день, когда вся железнодорожная автоматика превратится в
электронную. Итак, если необходимо куда-нибудь ехать, мы идем за
железнодорожным билетом на нужный скорый поезд.
Подходим к окошку кассы. Теперь в любой железнодорожной кассе Москвы
можно купить билет на любой поезд. Поездов сотни, билетов сотни
тысяч, но на каждое место в каждом поезде продают только по одному
билету! Так кто же помнит, какие билеты проданы, а какие нет?
Человеческого мозга для этого явно недостаточно. Все помнит
электронный мозг ЭВМ, специально предназначенной для
централизованной продажи билетов (системы <Стрела> и <Экспресс>).
Вспомните, как поступил кассир, когда вы изложили ему свое скромное
желание. Он куда-то (теперь мы знаем, что в ЭВМ) отправил эти
сведения и стал ждать. В это время ЭВМ проанализировала запрос,
установила наличие свободных мест и выдала ответ на терминал
аппарат, стоящий перед кассиром. Ответ вас устроил, вы сообщили об
этом кассиру, он нажал кнопку, и печатающее устройство терминала
затрещало, выдавая билет. Сведения о проданном билете отправились
обратно в ЭВМ. Электронно-вычислительная машина одна, а кассовых
терминалов у нее много, вот поэтому-то и можно купить билет на любой
поезд в любой кассе. Роль кассира свелась к тому, чтобы быть
посредником между пассажиром и ЭВМ. Вот вам и нет электроники на
железнодорожном транспорте!
Поехали. К сожалению, нельзя сходить на экскурсию в кабину
машиниста, откуда открывается замечательный вид! Навстречу поезду
бегут поля, перелески, деревеньки, полустанки, колеса грохочут по
мостам и в туннелях. Электроники и в кабине машиниста предостаточно.
На скоростных электропоездах ЭР200 силовые цепи тяговых
электромоторов переключаются тиристорами. Тиристор это
полупроводниковый выключатель, способный либо пропускать, либо не
пропускать ток, причем очень большой силы. Тиристоры появились
сравнительно недавно благодаря успехам полупроводниковой
электроники. Для управления тиристорами используются интегральные
микросхемы. Электропоезд, оснащенный самой современной электронной
техникой, пробегает путь от Москвы до Ленинграда за 4 часа 59 минут.
Грузовые поезда водит электровоз
ВЛ10 у. Он имеет систему
автоматического управления рекуперативным торможением. При
рекуперативном торможении в контактную сеть возвращается часть
электроэнергии, израсходованной на разгон поезда. В этом случае
тяговые электродвигатели работают в режиме генераторов, вырабатывая
электроэнергию и создавая необходимый тормозящий момент. Нет ли у
вас знакомого, хвастающегося своими знаниями в области
электротехники? Покажите ему полную принципиальную электрическую
схему современного электровоза, и если он не окончил Институт
инженеров железнодорожного транспорта, вряд ли он в ней разберется
уж очень она сложна. Честно признаюсь, что я с первого взгляда в ней
ничего не понял.
Ну хорошо, и на железных дорогах много электроники. А автомобильный
транспорт? На полуторке 30-х годов действительно электроники было
немного. Аккумулятор, генератор, фары, прерыватель-распределитель
(трамблер)-все это относится к обычной электротехнике. Но заметьте,
уже есть реле-регулятор, а это-элемент электронной автоматики.
Обратимся к современным автомобилям. Электронная система зажигания,
содержащая десяток транзисторов и полупроводниковых диодов,
электронный регулятор напряжения, электронные указатели поворотов,
электронные системы сигнализации. Электронная автоматика все шире
используется на автомобиле. А недавно японцы и весь приборный щиток
заменили одним жидкокристаллическим индикатором-дисплеем, подобным
тому, что в электронных часах, только гораздо сложнее. Зажиганием и
другими системами автомобиля управляет микропроцессор. Он
автоматически устанавливает угол опережения зажигания, подачу
бензина и другие параметры в соответствии с дорожными условиями и
нагрузкой автомобиля. Он одновременно считает и показывает на
дисплее число оборотов двигателя, путь, пройденный автомобилем с
момента выпуска и с сегодняшнего утра, скорость, расход бензина. Он
сосчитает, сколько вам осталось проехать до следующей заправки, и
многое другое. И вообще, если вы неэкономично поведете такую машину,
дисплей на это укажет. Специалисты установили, что стоимость
микропроцессора и сопутствующей электроники очень быстро окупается
хотя бы за счет сэкономленного бензина. А уменьшение токсичности
выхлопных газов- это уже прямая выгода, не менее важная.
Пусть вы никогда не были и не будете шофером, а к железнодорожному
транспорту, кораблям и самолетам, буквально заполненным
разнообразнейшей радиоэлектронной техникой, имеете отношение только
как пассажир. Допустим, вы занимаетесь обработкой металлов. Вы
слесарь, токарь или только собираетесь приобрести подобную
специальность. Пока имеется еще немало чисто механических
металлообрабатывающих станков, но пройдет немного времени, и первое,
с чем вы столкнетесь на производстве, будет станок с числовым
программным управлением. Что это такое? Станок как станок, только
движение суппорта, подача резца и тому подобные операции на нем
полностью автоматизированы. На станке или рядом с ним закреплен
небольшой блок с микропроцессором. Контур изготавливаемой детали
записан в память блока. Для получения максимальной точности сделано
это в цифровой форме. По мере изготовления детали положение резца
сравнивается с данными, записанными в памяти, и вводится необходимая
коррекция. Токарь, конечно, тоже может запомнить контур детали, но
только приблизительно, с низкой точностью. А микропроцессор делает
это абсолютно точно, с ошибкой, измеряемой микрометрами. Не нужно
пользоваться штангенциркулем для частых замеров размеров детали. Это
делают электронные датчики, причем гораздо точнее. В результате
повышаются точность и чистота обработки, в значительной степени
уменьшается брак. Нужно изготовить другую деталь? Пожалуйста.
Изменяется только программа микропроцессора, записанная в цифровой
форме, и, может быть, необходимый набор режущего инструмента.
Выплавка стали, добыча угля, руды, прокат металла, хозяйственная
деятельность территориально-промышленных комплексов, регионов,
республик, вся экономика страны контролируются и управляются
большими ЭВМ, разумеется, не без участия людей, и везде-везде при
сборе, передаче, обработке, хранении информации, в системах связи и
управления используется электроника.
Пусть вы биолог, медик, врач и считаете себя человеком далеким от
электроники. До поры до времени, уверяю вас. Это в прошлом веке врач
обходился одним стетоскопом. Теперь медицина не мыслится без
электроэнцефалографа, электрокардиографа, электростимуляторов,
ультравысокочастотных терапевтических и тому подобных устройств.
Ежегодно вы проходите флюорографическое обследование. Вспомните
рентгеновские аппараты - шкафы, начиненные электроникой. Думаю,
достаточно перечислять области науки и техники, где широко
используется электроника. Она проникает всюду. Лично мне не удалось
обнаружить ни одной отрасли народного хозяйства, где бы не
использовалась электроника.
Сельское хозяйство, скажете вы? А искусственные спутники Земли,
собирающие информацию о созревании сельскохозяйственных культур, о
влажности почвы, составляющие карты сельскохозяйственных угодий? А
машинно-тракторные агрегаты, строго по междурядьям двигающиеся вдоль
поля, направляемые невидимым радиолучом? Фантастика? Уже нет. Такие
агрегаты испытаны, есть соответствующие авторские свидетельства на
изобретения и конструкторские разработки. Их широкое внедрение
-только вопрос времени. Рассказ о применениях электроники можно
продолжать бесконечно, а мы здесь упомянули лишь их малую часть.
Электронике отводится особая роль в каждой отрасли народного
хозяйства, и роль эта сводится к управлению, регулированию, учету,
передаче и накоплению данных, обработке информации и тому подобным
функциям.
Теперь взглянем на самого себя. У человека есть энергетическая
система, для которой пища, вода и кислород воздуха становятся
источником жизненных сил, есть двигательные механизмы - мышцы и
конечности, есть органы чувств и, наконец, самое главное-голова.
Мозг перерабатывает всю информацию, поступающую и из внешнего мира,
и от внутренних органов. Мозг управляет работой всех органов,
определяет наше поведение во внешнем мире -одним словом, делает
человека человеком. Опять автор излагает прописные истины -это же
прекрасно всем известно! Вернемся немного назад, к тем механизмам и
машинам, которые мы уже упомянули. Электронику в станке,
электровозе, системе управления производством, корабле, самолете
справедливо называют электронным мозгом, думающей, управляющей
частью любой машины.
Так что же самое главное в человеке? Разумеется, важны все органы,
но главное-мозг человека, его разум. Так и электроника по мере
прогресса науки и техники становится самым главным, самым важным,
тонким и часто, можно сказать, разумным элементом любой машины,
любого комплекса, любой установки.
Важны для человека и органы чувств, поставляющие нам информацию о
внешнем мире. Главный из них зрение. Глаза поставляют нам около 90%
информации. На втором месте слух (еще примерно 9%). И лишь мизерная
часть приходится на долю
обоняния, осязания и вкуса. Посмотрим внимательнее, как
электроника помогает нашему зрению и слуху. Электронное зрение
телевидение -показывает нам события, происходящие повсюду в мире, а
не только в пределах прямой видимости при отсутствии тумана и дождя,
радио позволяет людям услышать друг друга на расстояниях а " Десятки
тысяч километров. Не зря же любого робота на научно-фантастических
картинках рисуют с антеннами вместо ушей и телекамерами вместо глаз!
Итак, вывод ясен: электроника всему голова!
Возможно, это и слишком смелое высказывание, но пока все движется
именно в этом направлении. А почему именно электроника? Может быть,
есть и другие средства переработки, запоминания информации,
использования ее для целей управления? Есть, конечно. Например, на
некоторых двигателях в условиях высоких температур и вибраций
успешно используют пневматические системы управления. Возникла и
соответствующая область техники пневмоника. Для хранения информации
успешно использовали папирусы, кожаные и берестяные свитки, а
тетради, книги, перфокарты и кинопленку широко применяют до сих пор.
Но самые современные из этих средств либо органически дополняют
электронику, либо просто не выдерживают конкуренции с ней. Чтобы
разобраться, почему электронике сопутствует такой успех, посмотрим,
что же такое управление, чем и как оно осуществляется и какие
понятия ему сопутствуют.
