Изучение теоретических основ радиоэлектроники в кружке пионерского лагеря

Многие юные радиолюбители, еще только начавшие знакомиться с азами техники, жалуются своим руководителям на то, что уж очень мало сходства между принципиальной схемой любого радиоустройства и его же монтажной схемой. Иными словами, в глазах начинающих зачастую слишком велик разрыв между теорией и практикой электроники.

Окончательно преодолеть этот разрыв можно, разумеется, только упорной и систематической работой. Несколько сгладить переход учеников от теории к практике, сделать его более постепенным и естественным помогут радиокубики .

Что же это такое?

Радиокубики — это пластмассовые коробочки, в которые вмонтированы различные радиодетали и магниты, притягивающие кубики друг к другу и соединяющие их в работающее устройство. На каждом кубике изображено условное обозначение находящихся в нем деталей. Имея достаточный набор кубиков, можно в считанные минуты собрать из них самые различные устройства — от простейшего детекторного до громкоговорящего приемника и даже узлов электронной вычислительной машины (ЭВМ). Устройства собираются на металлической пластине, являющейся одновременно общей массой. Источником питания служат Крона, две батарейки 3336Л или выпрямитель.

В конструкции радиокубиков применен минимум дефицитных деталей. Так, вместо динамических головок используется простейший телефон марки ТМ-2А, громкость звучания которого вполне достаточна для занятий радиоэлектроникой.

При экспериментах с кубиками не нужны кусачки, плоскогубцы, паяльники, провода. Для начала потребуются 10 кубиков, показанных на рис. 2.1, и металлическая плата, к которой притягиваются кубики и на которой производится сборка.

Поясним назначение кубиков.

1 — кубик питания. К нему проводами подключается батарея или выпрямитель. Кубик питания имеет два контакта, один сбоку и один внизу. Боковой контакт кубика присоединяется синим проводом к отрицательному полюсу батарейки, а нижний контакт — красным проводом к плюсу батарейки. 2 — кубик выключателя (в нем находится кнопка). 3, 4 и 5 — соединительные угловые и кубик с Т-образным соединением. 6 — кубик с лампочкой (применена СМН-6,3-20). 7 — кубик заземления, конструкцию которого поясняет рис. 2.2. 8 — кубик с двумя гнездами, или изолирующий. В случае если в его гнезда ничего не включено, он разрывает электрическую цепь. Но чаще всего этот кубик служит для подключения к устройствам различных радиодеталей (резисторов, диодов и конденсаторов). Два гнезда изолирующего кубика связаны с соответствующими боковыми контактами. 9 — связывающий кубик с двумя гнездами, одно из которых заземлено. Он обычно требуется, когда к устройству нужно подключить телефон. Гнезда связывающего кубика соединены с нижним и боковым контактами. 10 — модульный кубик. Он самый главный и поэтому вчетверо больше всех остальных. Для него сразу нужно заготовить сменную карточку-накладку: она понадобится для того, чтобы превратить модульный кубик в кубик-транзистор (см. рис. 2.17).

Каждый занимающийся в кружке радиоэлектроники пионерлагеря получает на время занятий комплект радиокубиков , уложенных в пенал, показанный на рис. 2.3. По боковым сторонам кубиков установлены нейзильберовые контактные пластинки, к которым внутри кубиков подпаиваются проводники или радиодетали. За контактными пластинками располагаются ферритсвые магниты, притягивающие кубики друг к другу. Эти радиокубики , серийно выпускаемые НИИ Альтаир и скомпонованные в небольшие учебные комплекты, разработаны в Москве в лаборатории радиоэлектроники ЦСЮТ РСФСР.

Рис. 2.1. Чтобы понять основные свойства различных радиодеталей и законы электрических цепей, нам будет достаточно всего девяти верхних кубиков

Рис. 2.2. В кубике заземления боковой контакт соединяется с нижним контактом, который при сборке схем на металлической плате соединяется с платой, являющейся землей и общим плюсом для всех схем

Рис. 2.4. Пример плаката Электроны в замкнутой электрической цепи

В кружке пионерлагеря можно использовать и самодельные радиокубики с контактами из одежных кнопок. Как их сделать, будет рассказано в конце этой главы.

В условиях короткой лагерной смены нет времени для проведения с радиокубиками всех возможных 200 экспериментов, и чаще всего приходится ограничиться только наиболее важными , занимательными и доступными. О них и пойдет речь ниже.

Для удобства проведения занятий с наборами радиокубиков в кружке пионерлагеря руководитель кружка может заранее скомпоновать в специально изготовленных чемоданах-передвижках по нескольку комплектов радиокубиков с миллиамперметрами на ток 1...10...100 мА.Д ва таких чемодана-передвижки по шесть комплектов кубиков в каждом обеспечивают проведение занятий с группой до 12 человек.

Изучение электроники на кубиках, начинается с простейших электрических цепей. На этом этапе ребята знакомятся с назначением радиодеталей, RC-схемами, транзисторами и их свойствами, мультивибраторами, триггерами и логическими элементами.

В заключение этого маленького курса предусматривается целый раздел веселой электроники, в котором предлагается собрать и отрегулировать на слух целый ряд устройств, имитирующих голоса животных и различные шумы.

Состав экспериментов в предлагаемой системе по желанию руководителя кружка может быть расширен за счет добавления радиокубиков с новыми деталями (фоторезисторами, светодиодами и т. д.). Если в комплект радиокубиков входит миллиамперметр на 1... 100... 1000 мА, то кружковцы смогут контролировать силу токов в различных цепях экспериментальных устройств.

Особое внимание в предлагаемой системе уделяется объяснению физических процессов, протекающих в электронных схемах. Это делает кубики универсальным учебным пособием, пригодным для школьников самых различных возрастов.

После первого, теоретического, этапа работы наступает этап самостоятельного конструирования. Успевающим ребятам в качестве поощрения выдаются заготовки будущих конструкций (специально сделанные монтажные платы, заранее подобранные детали, провода). Такая система позволяет каждому члену кружка пионерлагеря за смену смонтировать хотя бы одно электронное устройство и оформить его в виде занимательной конструкции.

Успевающие ребята, сумевшие аккуратно выполнить свою первую электронную модель, могут приступить к самостоятельному изготовлению еще одного или даже нескольких устройств. Но в этом случае им приходится обходиться без заготовок. Монтажную плату из фольгиро-ванного стеклотекстолита они делают сами, самостоятельно подбирают и проверяют по прибору транзисторы, находят в кассах кружка нужные резисторы, конденсаторы, лампочки и прочие детали. Словом, успех не только заслуживает поощрения, но и обязывает кружковца работать еще лучше.

Знакомство с основами теории радиоэлектроники сопровождается демонстрацией красочных рисунков и плакатов, на которых иллюстрируется и строение атома, и движение электронов в различных электрических цепях (рис. 2.4).

Начинающим членам кружка, еще не изучавшим физику, электроны и транзисторы можно представить так, как показано на рис. 2.5. Например, транзистор можно изобразить в виде милиционера-регулировщика (рис. 2.6), батарею — в виде насоса и т. д.

На освоение нашего небольшого теоретического курса, состоящего примерно из 25...30 опытов с радиокубиками , в кружке лагеря используются три первых занятия (по 2 часа каждое). После каждого двухчасового теоретического занятия ребята от 40 минут до часа учатся паять, о чем также будет подробно рассказано в конце этой главы.

Выполняя первые опыты с кубиками, познакомим ребят с простейшими электрическими цепями. Вот пример начального опыта с пояснениями руководителя.

Если разместить кубик питания и кубик с лампочкой на металлической плате и присоединить к ним кубик заземления, то лампочка загорится. Почему горит лампочка в этом опыте? Потому что через нее протекает электрический ток. Он протекает от батарейки к лампочке, а затем через кубик заземления и металлическую плату возвращается к батарейке. Это и есть простейшая электрическая цепь.

Рис. 2.5. Электроны в электрической цепи устремляются от минуса к плюсу

Рис. 2.6. Транзистор, как милиционер, управляет движением электронов

Продолжим наши опыты, сопровождая их пояснениями руководителя кружка, обращенными к начинающим кружковцам.

От монетки-выключателя к кубику-выключателю. Разместим кубик батарейки, лампочки и заземления на пластине так, чтобы между лампочкой и землей было небольшое пространство. Ясно, что лампочка не горит, потому что электрический ток по воздуху не течет.

Рис. 2.7. Простейшая электрическая цепь из радиокубиков

Теперь вставьте в этот промежуток медную монетку так, чтобы она касалась только боковых сторон кубиков лампочки и заземления. Лампочка загорается.

Подвигайте монету так, чтобы несколько раз включить и выключить лампочку. Вновь убеждаемся: лампочка загорается, когда монета касается обоих кубиков.

Теперь заменим монетку кубиком выключателя и нажмем на кнопку. Лампочка загорелась.

Когда кнопка выключателя нажата, в кубике соединяются две пластинки, и электрическая цепь замыкается. Действие выключателя, таким образом, состоит в соединении двух контактов в кубике.

Так мы составили простейшую электрическую цепь (рис. 2.7), в которой электроны от минуса батарейки идут к лампочке и через выключатель и заземление возвращаются к положительному полюсу батарейки. В кубик вмонтирована лампочка СМН-6,3-20, рассчитанная на напряжение 6,3В и потребляющая ток, равный 20 мА.