книги из ГПНТБ / Смирнов Б.В. Основы электроники и техники связи учебник
.pdfУЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ ВЫСШИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Б. В. СМИРНОВ, доктор технических наук, профессор
ОСНОВЫ
ЭЛЕКТРОНИКИ
Допущено Главным управлением высшего и среднего сельскохозяйственного образования Министерства сельского хозяйства СССР в ка честве учебника для студентов сельскохозяй ственных высших учебных заведений по спе циальности «Электрификация сельского хозяй-' ства»
1/ ТЕХНИКИ
связи
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
©
МОСКВА «КОЛОС» 1974
«31.3
С 50
УДК 631.371 : 621.38/39 (075.8)
Ре ц е н з е н т ы : доктор техн. наук, профессор УСХА И. И. Мар тыненко и ст. преподаватель С. П. Борисов.
Ре д а к т о р — инженер В. М. Никитина.
р
Л ? |
Го 5- |
|
7аas |
научко-тс |
_ , |
||
|
бабино,е |
wf» |
|
|
° I^3 £1МПJ]fi р |
||
|
-Ч И Т А Л ЬНОГО ЗАЛА |
||
|
ч т |
у |
' |
Смирнов Борис Васильевич.
С 50 Основы электроники и техники связи. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Колос», 1974.
336 с. с ил. (Учебники и учеб, пособия для высш. с.-х. учеб, заведений.)
Учебник предназначен для студентов факультетов электрификации сельского хозяйства. В нем изложены основы электроники в таком объ еме, чтобы сформировать у студента совокупность знаний о свойствах, параметрах и .возможностях наиболее распространенных электронных приборов и узлов радиоэлектронных схем. Эта совокупность знаний должна служить фундаментом для изучения соответствующих при кладных областей электроники — техники связи, автоматизации, теле механизации, электронно-вычислительной техники и др. Примеры рас четов, справочный материал помогут студентам (особенно заочникам) в выполнении курсовых и дипломных работ.
с |
40204— 103 |
631.3 |
|
035(01)—74 |
© Издательство «Колос», 1974
Р а з д е л п е р в ы й
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Глава I
ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
1.Новые возможности электронных приборов
иметодов радиоэлектроники
Радиоэлектроника относится к числу чрезвычайно быстро раз вивающихся отраслей науки, техники, народного хозяйства. Про исходит непрерывная замена одних приборов другими, более со вершенными. Было время, когда возможности электронных ламп: казались колоссальными. Но появились полупроводниковые при боры с еще большими возможностями. То, что было недоступно электронным лампам (создание аппаратуры с высокой механичес кой прочностью,, малогабаритной, долговечной), стало доступным ' полупроводниковым приборам.
Сбор и передача сигналов на расстояние, осуществляемые при-' помощи электронных приборов и методов' радиоэлектронйки, от носятся к числу величайших достижений человечества. Но созда ние быстродействующих электронных вычислительных машин, по зволяющих выполнять вычислительные и логические операции, об рабатывать огромное количество информации, еще больше расширило возможности радиоэлектроники. Стала реальной меха низация процессов умственного труда путем использования ЭВМ.
.для решения разнообразных многовариантных крупномасштабных задач за счет автоматизации процессов сбора, передачи, накопле ния, хранения,, поиска, обновления и обработки информации. В значительной степени благодаря именно этим возможностям ра диоэлектроники были сделаны огромные достижения в освоении космического пространства, военном деле, на транспорте, в про мышленности и т. п. Начали создаваться информационные авто матизированные системы управления технологическими процесса ми, цехами и предприятиями, отраслями народного хозяйства и экономикой страны в целом, в основу которых положено примене ние математических методов, ЭВМ и электрических средств сбо ра и передачи информации.
Но сколь ни велики уже известные возможности электроники,, нельзя утверждать, что достигнутое — предел. Успехи современ ных наук, и в частности физики (в том числе физики твердого те
ла, оптики, ультразвуковой и лазерной техники и др.), |
дают доста |
точно оснований считать, что мы все время будем |
свидетелями |
1* |
а |
появления все новых возможностей электронных приборов и мето дов радиоэлектроники', все новых практических приложений их в различных областях человеческой деятельности, в том числе и в сельском хозяйстве.
2. Радиоэлектроника в. растениеводстве
Средства измерения и регистрации температуры, влажности или освещенности (растений, почвы, приземного слоя воздуха) должны быть портативными и позволять делать измерения дис танционно в одной или многих точках. В отличие от широко рас пространенных ртутных или спиртовых термометров, психрометров и других приборов радиоэлектронные приборы полностью удовлет воряют этим требованиям.
Для измерений температуры почвы на глубине от 5 см до 5 м Агрофизическим институтом (АФИ) созданы полупроводниковые переносные пахотные электротермометры ЭТП для эпизодических измерений в одной точке и Э'ГПТ для систематических измерений в десяти точках с передачей показаний на расстояние до 500 м. Полупроводниковый электротермометр ПТПП-2к позволяет изме рять температуру на поверхности почвы площадью до 1 м2. Для определения теплопроводности почвы разработан прибор ШЗ-2 с термопарой. Украинским научно-исследовательским институтом земледелия созданы полевые измерители кислотности (рН-метры), портативные с фотоэлементами ППФ-УНИИЗ, а Тбилисским СКВ приборов и средств автоматизации разработаны лабораторно-по левой прибор ППП-58, переносной штанговый прибор ПШП-58, прибор для непрерывного контроля кислотности с погружным датчиком ДППТ-3, для непрерывных измерений в потоке ДППР-1
идр. Для определения влажности воздуха пользуются конденса ционным гигрометром ГГО (Главной геофизической обсерватории)
иполупроводниковыми электропсихрометрами (Агрофизического института) марки ЭПП с отсчетом измеренной величины по таб лицам и марки ППС с непосредственным отсчетом замеренной влажности по шкале прибора. Для измерения влажности почвы разработан электронный влагомер АФИ.
Параметры растений в процессе их роста контролируют при
помощи микроэлектротермометров ЭТРМ и люксметра ОЛ-3. Раз работаны системы регулирования температуры и влажности воз духа и почвы, а также освещенности в теплицах, использующие термо- и фотосопротивления,, электронные и полупроводниковые выпрямительные и усилительные элементы, электронные датчики и т. п. Созданы электронные высокочувствительные фотоэлементы, способные отличать молодой чайный лист от старого, загрубелого.
Находят применение и «радиосторожа» садов, плантаций, ох раняющие урожай от птиц. Крик испуганной птицы, записанный на ленту или пластинку, а затем воспроизведенный при помощи усилителя, линии и громкоговорителя, отпугивает птиц.
.4
3.Радиоэлектроника в животноводстве
иптицеводстве
Для сигнализации об окончании машинного доения коров в ус тановках «елочка», «тандем» и др. разработаны специальные сиг нализаторы (гальванические, емкостные, фотоэлектрические). Су ществуют электронные счетчики количества надоенного молока («Псёл» и др.). Жирность молока определяют емкостным или фо тоэлектрическим измерителем жирности. Для' пастеризации моло ка разработаны высокочастотный и вибрационный пастеризаторы.
Температуру тела животных измеряют ветеринарным полупро водниковым элетротермометром АФИ. Кишиневским научно-ис следовательским институтом электротехнической промышленности разработан прибор ОУ-УКН-5 с пьезопреобразователем и элек тронным блоком, позволяющий при помощи ультразвуковых волн измерять толщину шпика у свиней, не травмируя их.
Существуют электронные системы для создания в птичниках искусственного дня продолжительностью 12, 15, 18 и 24 ч с раз личным соотношением «ночи», «рассвета», «дня» и «вечера». Для дистанционного контроля и регулирования температуры и влаж ности воздуха в инкубаторах используют полупроводниковые мо стовые схемы с установкой термосопротивлений во многих пунктах инкубаторных помещений.
Для загонной пастьбы животных созданы электроизгороди с полупроводниковыми и тиратронными генераторами импульсов. Высоковольтные полупроводниковые генераторы применяют в светоловушках насекомых. Известны попыткиприменения радиопас туха, сигнализирующего чабану о местонахождении отары овец. Миниатюрные телеметрические радиопередающие установки в со четании с датчиками, помещаемыми в пищеварительный тракт жи вотного, позволяют измерять различные параметры при свободном поведении животного в привычных для него условиях. Мембран ные резонаторные устройства с фиксированной частотой дают воз можность устанавливать момент начала роения пчел. Электрон ные логические элементы применяют в системах водоснабжения животноводческих помещений и птичников.
4.Радиоэлектроника и хранение сельскохозяйственных продуктов
В хранилищах сельскохозяйственной продукции чрезвычайно важно иметь возможность дистанционно измерять температуру и влажность хранимой массы. Полупроводниковый электротермо метр АФИ для зернохранилищ позволяет дистанционно измерять температуру на глубине 3 м в диапазоне от 5 до 70° С. Электрон ный влагомер ОТИ (Одесского технологического института) пред назначен для контроля влажности зерна в потоке. Для сигнали зации и регулирования температуры хранимой массы в одной точ
5
ке АФИ разработаны приборы на полупроводниках ЭТС-1/ФС, на электронных лампах ЭТС-1/Л, а также многоточечный (на 25 то чек) полупроводниковый термосигнализатор ЭТС-25. Электронный влагомер АФИН измеряет влажность зерна в диапазоне от 10 до 40% при температуре его от 10 до 30° С. Электронный влагомер ПВЧК-2 Кутаисского ОКБ «Проектприбор» позволяет измерять влажность чая в диапазоне от 0 до 21%, а электронный влагомер ПВТК-1 — влажность листьев табака в пределах от 9 до 19%.
Для контроля уровня сыпучих материалов используют уровне меры с термисторными, фотоэлектрическими, емкостными (анали
затор ЭСУ-1 и индикатор ЭИУ-1), |
радиоактивными |
датчиками |
(однокаиальный РПУ-1 и двухканальный АРПУ). |
Разработаны |
|
системы активного вентилирования |
зерновой массы, |
использую |
щие электронные блоки (влагомер, указатель регулирования, фик сатор перепада влажности). Применяют фотоэлектрические уст ройства с различной чувствительностью к различным участкам светового спектра для сортировки по цвету гороха, бобов, ара
хиса, |
кофе, |
овощей, посевного |
материала, шелковичных |
ко |
конов. |
|
|
|
|
Сушка сельскохозяйственных продуктов (зерна, фруктов, |
ово |
|||
щей, |
травы) |
в электрическом поле |
высокой частоты, а также де |
зинсекция зерна в нем позволяют сохранить очень высокое каче- ' ство продукта. Высокочастотная сушка становится экономичной в сочетании с тепловой и вакуумной, когда сам сушимый продукт имеет высокую стоимость.
Разработаны электронные холодильники для хранения охлаж денных или замороженных продуктов (мяса, масла, рыбы, шпика, жиров животных и т. п.).
5.Использование электронных приборов
иметодов радиоэлектроники при испытаниях сельскохозяйственных машин
При помощи электронных' приборов измеряют работу, совер шаемую тракторами и сельскохозяйственными машинами, тяговое усилие (электронные работомеры РЭСК, РУ-1 и др.). Электрон ные интеграторы ЭП-1 и ЭП-2 позволяют измерять эти параметры и автоматически в процессе измерений обрабатывать их, вычис-> лять силу тяги, моменты на колесах, глубину вспашки и т. д. с учетом влияющих на них факторов (неровности почвы, резкие из менения влажности почвы, различные механические параметры грунта и т. п.).
Для оценки технического состояния тракторных двигателей без их разборки используют различные электронные корреляторы и логические схемы. Разработаны специальные передвижные уста новки для испытаний тракторов и машин в поле. Результаты из мерений можно фиксировать на магнитную ленту с воспроизведе нием их после завершения самих измерений в поле.
6
При ремонте деталей машин использование высокочастотной металлизации напылением позволяет добиваться хорошего каче ства отремонтированной детали.
6.Радиоэлектроника в сельскохозяйственной электроэнергетике
Методы радиоэлектроники позволяют передавать сигналы те лефонии и телемеханики по линиям и сетям 0,4—35 кВ одновре менно с передачей электроэнергии. Для этой цели применяют по сты серии МВП, аппаратуру АРС-64 (и систему КСУ-РС), АС-2, ТС-2М и др. Для телекоитроля за состоянием ответвлений в рас пределительных сетях разрабатывается электронная телемехани ческая аппаратура. На подстанциях 35/10 кВ используется систе ма простейшего телеконтроля для передачи •на диспетчерский пункт одного или нескольких вызывных сигналов (например, один сигнал об аварийном заземлении на отходящих фидерах или два сигнала: один предупреждающий диспетчера б возможности по явления в течение ближайших нескольких часов заземления на каком-либо из фидеров, другой — о появлении этого заземления). Электронный телесигнализатор СГ-2 позволяет узнавать об обра зовании гололеда на проводах линий 35— 110 кВ на расстоянии до 100 км. В индикаторных и контролируемых узлах регуляторов на пряжения силовых трансформаторов 110/35, 35/10 кВ используют ся полупроводниковые элементы и узлы.
Полупроводниковые термоэлектрические генераторы ТГК-3, ТГК-Ю и др. обеспечивают работу радиоаппаратуры от керосино вой лампы или керогаза. Для электропитания радиоприемников, установленных в автомобилях, аппаратуры на линиях связи, ме теостанций находят применение солнечные фотоэлектрические пре образователи. Фотопреобразователь площадью 100 м2 с к. п. д. 5% позволяет получить мощность в 29 кВт, что достаточно для обес печения нужд небольшого жилого дома.
7.Радиэлектронные средства управления мобильными и стационарными машинами, аппаратами и другими объектами сельскохозяйственного производства
Всельском хозяйстве широко распространены радиостанции для связи диспетчерского пункта с мобильными и стационарными объектами производства. Для нужд диспетчеризации сельскохо зяйственного производства применяются радиостанции общехозяй
ственного назначения РС-25 и «Алтай», для геологов — «Недра-1» и «Недра-П».' Все большее распространение получают ультрако ротковолновые радиостанции РСВ-1, «Гранит», «Кактус», «Ласточ ка» и др. Для телемеханизации оросительных систем используют устройство телемеханики ТЧР-61 (передача сигналов по линиям
7
связи) и высокочастотную аппаратуру КП-60 (передача сигналов по высоковольтной силовой линии).
Ведутся разработки систем радиоуправления тракторами, по севными машинами (радиоотметчик для квадратно-гнездового се ва, фотоэлектрические индикаторы). Для управления большим количеством стационарных механизмов на фермах, животноводчес ких комплексах, птицефабриках применяют пульты, щиты, план шеты с мнемосхемами, работа которых основана на электронных приборах и методах радиоэлектроники. Ведутся работы по созда нию бесконтактных тиристорных систем электронно-импульсного управления (включение, регулирование, отключение) сельскохо зяйственными электротепловыми, осветительными и облучательными установками, электродвигателями и генераторами, водоснаб жающими установками и т. п.
При диспетчеризации колхозов и совхозов стремятся к ком плексному использованию .всех электрических средств (автомати ки и телемеханики, телефонии, телеметрии, фототелеграфа, теле тайпа и телеграфа, радиофикации, оргтехники и т. п.). Наиболь шая эффективность такого использования обеспечивается при сочетании названных средств с электронными вычислительными машинами.
8. Применение электронных вычислительных машин для механизации и автоматизации инженерного и научного труда в сельском хозяйстве
Различают электронные вычислительные машины непрерывно го действия (аналоговые) и дискретного действия (цифровые).
Аналоговые машины позволяют решать строго специализиро ванные задачи. Например, машины МН-7 и МН-М предназначены для решения дифференциальных уравнений шестого порядка, ус тановка МНБ-1— двенадцатого порядка, МЛТ-9 — шестнадцатого порядка. Разработаны аналоговые машины для анализа и расчета режимов работы энергосистем и электрических сетей, геологичес ких структур, сетевых моделей и т. п.
Дискретные ЭВМ оперируют не с физической моделью объек та исследования, а с цифрами, с математической моделью объек та. Поэтому цифровые ЭВМ отличаются высокой степенью универ сальности. Им доступны любые задачи, которые можно предста вить в виде математических формул. В отличие от аналоговых дискретные ЭВМ отличаются быстродействием. Машины первого поколения — БЭСМ-1, «Минск-1», «Минск-14», «Стрела», «Урал-2» и др. (на электронных лампах) — обеспечивают выполнение до де сятка операций в секунду. Машины второго поколения — БЭСМ-4, БЭСМ-6, «Минск-22», «Минск-32» и др. (на полупроводниках) — совершают до нескольких сот тысяч операций в секунду. Машины третьего поколения — ЕС-1020, ЕС-1030 и др. (на интегральных схе мах) — могут выполнять 1 млн. и более операций в секунду.
8
ЭВМ применяют для решения сложных многовариантных круп номасштабных задач, возникающих в процессе научных исследо ваний, конструирования и проектирования сложных объектов, в вузах, при управлении производством на заводах, в колхозах и совхозах, на транспорте, в авиации и т. п. В результате механиза ция различных форм умственного Труда стала реальностью. Бла годаря новым огромным возможностям в выполнении вычисли тельных и логических операций появились неизвестные ранее ме тоды оптимизации планирования при помощи вариантных расчетов, построения производственных процессов на основе их матема тического моделирования, организации сложных комплексов вза имосвязанных работ за счет сетевого моделирования и т. п.
Реализация этих возможностей ЭВМ потребовала не только разработки и освоения промышленного выпуска таких машин, но и организации в стране сети вычислительных центров (городских, кустовых, областных, республиканских). Вследствие большого бы-
-стродействня ЭВМ резко возросла роль средств сбора, передачи, накопления, хранения, обновления, поиска и обработки информа ции, средств оргтехники и оргсвязи. Возникла не только необходи мость, но и появилась возможность разработки специальных ин формационных автоматизированных систем управления (на базе ЭВМ) всеми звеньями предприятий и учреждений, отраслями на родного хозяйства и экономикой страны.
К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы
1.Назовите область применения электронных приборов и методов радиоэлектро ники в сельском хозяйстве.
2.Объясните роль радиоэлектронных средств в совершенствовании управления
сельскохозяйственным производством.
3. Какие возможности электронных вычислительных машин оказывают решаю щее влияние на механизацию научного, инженерного и управленческого труда в сельском хозяйстве?
Глава II
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
1.Устройство и принцип работы электровакуумных приборов
Электровакуумный прибор состоит из баллона, в котором .соз дается вакуум (порядка 10-7 мм рт. ст.), и помещаемых внутри
баллона электродов — катода, анода и сеток. |
Баллон с |
электрода |
ми размещен на цоколе, контактные ножки |
которого |
соединены |
с электродами. В работе электронных ламп используется явление эмиссии, которое состоит в следующем. Свободные электроны,
9