Предисловие
Перемены, происходящие в нашей стране, коснулись, конечно, и радиолюбителей. И хотя вряд ли кто испытывает сегодня ностальгию по дефициту - этому вечному, казалось, “двигателю общественных специфических отношений”, - был он, несомненно, и стимулом для творчества. “Телевизор - своими руками”, “Радиоприемник на двух транзисторах”, “Восстановление обломанного вывода” и т.п. - еще вчера такие публикации находили своего внимательного читателя.
Изощрению ума способствовал и поиск. Мальчишка, роющийся на свалке, что-то откручивающий, отпиливающий... кто не увидит в нем себя? И хотя списанные приборы полагалось добивать (это делалось всеми средствами - от молотка до бульдозера), что-то все-таки оставалось. Преодоление искусственных трудностей также поддерживало в радиолюбителях высокий творческий потенциал.
Но как долго это могло продолжаться?...
С разрушением барьеров, охранявших все “наше”, - от идеалов до способа производства - произошло то, что и должно было произойти. Продукция зарубежных фирм, отшлифованная десятилетиями рыночного спроса, тут же нокаутировала наш радиоэлектронный ширпотреб, став доступной даже для тех, кто в прежние времена не мог себе позволить ничего подобного. А в ряде областей ей - этой продукции - не с чем было и конкурировать. Не было у нас ни персональных компьютеров, ни радиостанций личного пользования, ни персональных дозиметров, ни многого другого “персонального”. Не было и не должно было быть...
Здесь, пожалуй, самым зримым образом дали себя знать успехи современной микроэлектронной техники, лежащие в ее основе высокие технологии. Основой современного радиоэлектронного прибора, его центром стал микропроцессор - большая и сложная микросхема, являющаяся, по существу, самостоятельной ЭВМ. Конструирование прибора с какими-то новыми функциями сегодня сводится, в основном, к выбору и программированию микропроцессора, к “привязке” к нему тех или иных сенсорных и исполнительных механизмов, к пространственной композиции всего этого, которая также нередко выполняется компьютером.
Такой подход к конструированию резко ускорил процесс создания новой техники, привел к существенному ее удешевлению. Времена, когда телевизор делали “своими руками”, прошли. Во всяком случае исчез экономический стимул для такой работы.
Однако технология производства больших интегральных схем, которые взяли на себя в этом деле основную нагрузку, оказалась, как выяснилось, не по силам и многим нашим еще вчера именитым электронным “ящикам”. Во всяком случае - производства конкуренто-способной продукции. И в последние годы многие из них перешли на сборку сложных электронных приборов - компьютеров, телевизоров и т.п. - из готовых блоков, купленных на Западе или на Востоке. И хотя в “отверточной технологии” тоже есть свои сложности (совсем непростая вещь - тестирование изготовленного), но хвастаться здесь особенно нечем.
Конечно, такое “творчество” по силам и радиолюбителю. Можно даже попробовать раскрыть потенциальные возможности микропроцессора made in..., оказавшегося в руках, найти “тихие” его функции (их обычно много больше, нежели задействованных в приборе, активно в нем работающих). По крайней мере те из них, которые можно активизировать одной лишь перекоммутацией входов-выходов микропроцессора.
Вот, пожалуй, и все, что остается сегодня радиолюбителю, если он не пожелает расстаться с техникой радиоэлектронного ширпотреба. Не считая, конечно, замены неисправного блока исправным, починки электрошнура и т.п.
Однако конкурентные, рыночные отношения сказались не только на готовой продукции. В свободной продаже и в непривычно богатом ассортименте появились радиодетали. Те самые детали, на добывание которых совсем недавно радиолюбитель тратил почти все свое время и, если повезет, последние рубли. И не только появились - резко подешевели (относительно, конечно; сегодня три-четыре микросхемы можно купить по цене трамвайного билета). Все, что ему нужно, радиолюбитель приобретает обычно при первом же посещении радиорынка. Ситуация с его “снабжением” изменилась самым кардинальным образом.
Коснулось это, кстати, не только радиолюбителей. Конструктор-профессионал, еще вчера пытавшийся предусмотреть в своей плановой заявке все то, что ему может потребоваться через год-два, тоже оценил новые возможности. Особенно в части приобретения разного рода “мелочей”, отсутствие которых регулярно, из года в год тормозило дело, которым он занимался, вело к совершенно очевидным и несопоставимым потерям.
Так что в наши дни радиолюбители не столько потеряли, сколько приобрели. Вернее - могут приобрести. А о том, что их творчество уходит из области, занятой фирменной продукцией массового спроса, вряд ли стоит сожалеть. Ведь осталось все остальное. Не говоря уж о том, что в наше время разработка удачной конструкции может принести автору не только моральное удовлетворение.
Многое из того, что читатель найдет в этом сборнике, относится именно к этой стороне радиолюбительского творчества.
Введение
Появление дискретно функционирующих цифровых микросхем оказало сильнейшее влияние на всю современную электронику. Отделив “электрическое” от “логического”, эта техника в корне изменила саму идеологию конструирования, повела не только к созданию аппаратуры чрезвычайно сложного, невозможного прежде функционирования - тех же компьютеров, но и простым аппаратам придала качества, которые, при всем желании, не могли быть достигнуты прежними средствами.
Основу нынешней электронно-цифровой революции составляют фундаментальные работы по математической логике, выполненные еще в прошлом веке. Оттуда пришли те символы и термины, с которыми мы будем постоянно встречаться. Тем более, что в своей деятельности конструкторы еще не раз будут обращаться к теоретическому заделу - осталось там куда больше, нежели было взято. А к “готовым для употребления” теоретическим работам пятидесятилетней давности, по многозначной логике, например, мы еще и не прикасались...
С основами теории множеств, математической логики, их языком, позволяющим ясно, коротко и строго изложить суть дела, современная школа начинает знакомить учеников младших классов. Не будем пренебрегать всем этим и мы.
Независимо от того, с какой именно цифровой техникой имеют дело (микросхемных серий, каждая из которых образует функционально полную систему, несколько десятков), язык общения с ней, его алфавит предельно прост: сигналы на входах-выходах цифровых микросхем могут принимать лишь два значения: 0 и 1. Физически каждому из этих сигналов ставится в соответствие какой-то интервал (множество) электрических напряжений: 0<=>[0,U0max] и 1<=>[U1min, Uпит], где 0 (0 В) и Uпит- потенциалы полюсов источника питания микросхемы, a U0max и U1min связаны с техникой реализации данной микросхемной серии. Конечно, пересечение [0,U0max]C [U1min,Uпит]=0 должно быть пусто - в “нулевом” и “единичном” множествах не может быть элемента (сигнала), принадлежащего им обоим.
В литературе, в описаниях функционирования различных электронных устройств, включающих цифровую технику, встречаются обозначения и выражения: 0, лог. 0, сигнал 0, напряжение низкого уровня, U0вых, Uj I [U0] и др. Означает это одно и то же: мы имеем дело с напряжением, которое может быть подано на вход цифровой микросхемы и будет расценено ею как логический нуль. То же и с логической единицей: 1, лог.1, сигнал 1, напряжение высокого уровня, импульс единичной амплитуды, U1вых, Uj I [U1] и др. Возможно, со временем здесь установится какое-то единообразие, но пока его нет.
Среди множества цифровых микросхем особый интерес для радиолюбителя представляет КМОП-техника* - микросхемы серий К176, 561, К561, 564, Н564, КР1561, КР1564 и др. Ее основу составляют n- и р-канальные МОП-транзисторы, работающие в режиме обогащения. Этот режим замечателен тем, что напряжения затвористок и исток-сток транзистора находятся в одном интервале, что позволяет связывать сток одного транзистора с затвором другого непосредственно, без какого-либо смещения электрических потенциалов, к которому приходится прибегать во многих других случаях.
Затвор в МОП-транзисторе изолирован от его канала исток-сток тончайшим слоем диэлектрика. Отсюда очень высокое входное сопротивление МОП-транзистора (свыше 1012 Ом) и определенное его безразличие к полярности входного сигнала. То обстоятельство, что МОП-транзистор управляется электрическим полем и имеет очень высокое сопротивление закрытого канала, выделяет КМОП -технику среди других чрезвычайно низким энергопотреблением в режиме ожидания. Относительно невысокое быстродействие КМОП-микросхем (частота переключении не превышает, как правило,нескольких мегагерц) чаще всего не является препятствием к их использованию в самых разных приборах. А в автономно функционирующих устройствах, нередких в радиолюбительской практике, они просто незаменимы.
Цифровые КМОП-микросхемы составляют основу большинства описанных здесь электронных приборов.
*) КМОП - комплементарная (дополняющая) МОП-техника, в которой n- и р-канальные МОП-транзисторы попеременно выполняют две функции: усилителя и его динамической (изменяемой) нагрузки. МОП: М - металл (затвор), О - окисел (SiO2), П - полупроводник (капал исток-сток). Более общее название этих транзисторов - МДП, где Д - диэлектрик (часто - нитрид кремния).