лее широкий цилиндр вращает минутную стрелку и внешний цилиндр — часовую.
Т-227. Инструменты для первооткрывателей. Восхищаясь достижениями науки, иногда полезно вспомнить о технике, помогавшей первооткрывателям. Невозможно представить себе, как без электронных средств контроля и управления могли бы работать ядерные реакторы. И как без радиоэлектроники, без радионавигации, связи, телеуправления, громоздких вычислений в реальном масштабе времени свершились бы космические полёты, особенно такие, как высадка человека на Луну или посадка автоматов на Венеру и Марс. Не говоря уже о том, что с этих планет мы получали от космических автоматов прекрасные телевизионные репортажи.
Сегодня электронной техникой вооружены практически все области науки — от биологии до археологии. Электроника умножает силы исследователей, а нередко позволяет узнать то, что без неё узнать не удалось бы.
ВК-260. Еще в начале прошлого века паровые турбины стали основным двигателем для вращения ротора электрогенераторов на тепловых электростанциях. Несколько десятилетий назад им на помощь стали приходить газовые турбины, основное достоинство которых — быстрый запуск при увеличении потребляемой электрической мощности. Сейчас остатки газа, отработавшего в своей турбине, направляют в топку парового котла и в итоге получают более высокий к.п.д., чем у каждой турбины в отдельности
Р-117. МУЛЬТИВИБРАТОР — ГЕНЕРАТОР ИЗ ЧИСЛА САМЫХ ПРОСТЫХ. В былые времена, решив заняться радиолюбительским конструированием, будущий инженер начинал с простого или очень простого радиоприёмника. В ламповую эпоху приходилось немало поработать, чтобы, собирая приёмник, получить какой-то результат, но зато вознаграждение было огромным. В комнате звучала музыка, что-то быстро рассказывали непонятные заграничные голоса, о великих делах сообщали свои последние известия. Даже появившиеся вначале шумы и потрескивания далёких грозовых разрядов вызывали радость — дело сделано, приёмник работает, и нужно лишь сместить настройку контура, чтобы попасть в радиовещательный диапазон. Думается, что приёмник всегда будет наилучшим способом приобщения к практическому радио, но в наше время есть и более простые схемы, помогающие приобщиться к великому делу. В их числе мультивибратор (1) — генератор, который можно довольно легко и быстро собрать, и он, скорее всего, сразу же запоёт тонким голосом, сообщая, что готов на что-то пригодиться. Мульт, как его коротко называют, это первый шаг к простейшему музыкальному инструменту. Как видите, в схеме простейшего мультивибратора всего 2 транзистора, коллектор каждого (выходная цепь) связан с базой (входная цепь) соседа. Благодаря такой связи транзисторы поочерёдно открывают и закрывают друг друга, при этом в коллекторной цепи каждого идёт меняющийся ток. В зависимости от деталей схемы, изменения тока могут находиться в частотном диапазоне от самых низких звуковых частот до очень высоких, а потому и неслышимых частот радиодиапазона. На рисунке (текст в самой верхней голубой рамке) указаны сопротивления резисторов и ёмкость конденсаторов, при которых частота будет в районе 200 герц, изменить её можно, подбирая детали схемы. Вместо указанных в списке транзисторов можно применить любые другие примерно такой же мощности.
Один из примеров — ускорители ядерных частиц, гигантские электронные или протонные приборы. Крупный гамбургский ускоритель ДЕЗИ (недавно он был мировым чемпионом, но сегодня это уже рядовой инструмент, один из нескольких) расположен в подземных аппаратных залах и кольцевом туннеле. Кольцо очень большое, его диаметр 2 километра, то есть длина кольца более 6 километров. В нём проходят две кольцевые вакуумные камеры — две металлические трубы диаметром несколько сантиметров, в одной ускоряется пучок электронов, в другой в противоположную сторону разгоняют пучок протонов. Сверхпроводниковые электромагниты, расположенные вдоль кольца, сжимают пучки частиц до десятых долей миллиметра, удерживают их в центре камеры и заодно слегка отклоняют от прямой, формируют кольцевую траекторию. Разгоняет частицы внешнее электромагнитное поле, и частоту его постепенно увеличивают — в протонной камере до 500 мегагерц и в электронной до 50. В итоге за 20-минутный цикл ускорения частицы набирают околосветовую скорость и очень большой запас энергии. В нужный момент и в нужном месте встречные пучки частиц отклоняют магнитным полем, направив их друг на друга. Частицы сталкиваются, создавая главный продукт всей операции — огромное количество осколков — частиц, родившихся уже после столкновения, на лету.
Теперь вступает в дело другой важнейший агрегат ускорительного комплекса — детектор, он должен обнаружить родившиеся новые частицы, получить первые сведения о них. Связав в своё время слово «детектор» с миниатюрным полупроводниковым диодом, трудно представить себе, что детектор ускорителя ДЕЗИ — сооружение с трёхэтажный дом. Это тоже своего рода электронный прибор, его размеры 12 х Ю х 15 метров, и весит он 28 тысяч тонн, больше, чем 30 больших самолётов. Частицы, родившиеся при столкновении пучков, поочерёдно попадают в две большие цилиндрические камеры детектора, одна заполнена газом, другая жидкостью. Вдоль камер натянуты десятки тысяч тонких проволочек, на каждую пару подано напряжение. Главная задача детектора — ничего не упустить, главный метод — регистрация импульсов тока, они возникают, когда частица проскакивает между проволочками, ионизируя газ или жидкость. Сильное поле большого сверхпроводникового электромагнита (в его охлаждающей системе 15 тонн жидкого гелия) отклоняет частицы, их траекторию можно вычислить, зная, между какими проволочками пролетела частица. Собрав и обработав всю эту огромную информацию, пытаются представить себе подробности столкновения частиц и последующих событий, получить новые сведения о глубинном строении материи. Так, на ускорителе ДЕЗИ было подтверждено предположение теоретиков о единой природе электромагнитного и слабого взаимодействий (Т-20).
Последнее столетие принесло человечеству великие научные открытия: атомная энергия, выход в космос, целый мир новых материалов, расшифровка генетического кода, антибиотики. Во всем этом, конечно, прежде всего талант и настойчивость армии исследователей. Но ещё и совершенство их вооружения — исследовательских установок и инструментов, в значительной мере электронных.
ВК-261.Даже если создание водородного реактора завершится успешно, уйдёт, видимо, ещё полвека, чтобы сменить всю мировую энергетическую систему. Так что с нынешним топливом предстоит ещё долго иметь дело, и стоит подумать о том, чтобы сделать эти взаимодействия более полезными. Например, ещё не всё сделано для получения из угля жидкого топлива и газа. Для сжигания угля в кипящем слое — в потоках воздуха. И для получения из угля ценных химических продуктов и строительных блоков.
Р-118. ТРИГГЕР — ОСОБО ПОПУЛЯРНЫЙ РАБОТНИК АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. По внешнему виду схемы триггера и мультивибратора (Р-117) очень похожи — те же два транзистора, та же связь выходной (коллекторной) цепи с входной (базовой) цепью соседнего транзистора (1). Однако сразу видно, что схемы эти, особенно межтранзисторная связь в них, заметно отличаются, и поэтому триггер работает совсем иначе, чем мультивибратор. Он не изменяет самостоятельно и непрерывно свой режим, создавая в коллекторной цепи непрерывно меняющийся ток. Триггер может годы находиться в одном из устойчивых состояний, например, в котором транзистор Т1 открыт и пропускает ток, а транзистор Т2, закрыт и тока не пропускает. Триггер сменит это своё состояние на второе возможное, когда Т2 открыт и Т1 закрыт, только под действием пришедшего к нему внешнего сигнала, под действием входного импульса Uвх. Поэтому одна из востребованных профессий триггера — он делит число входных импульсов Uвх на 2. А несколько последовательно соединённых триггеров могут разделить частоту входного сигнала на 2, 4, 8, 16, 32 и так далее (2).
Другая исключительно распространённая профессия триггера — он служит элементом памяти (3). При этом одно положение триггера означает 1 двоичного кода, а второе означает 0. Если на 8 поставленных на 0 триггеров (так всегда бывает после команды «сброс») по 8 проводам направить восьмизначное двоичное число, то провод, несущий 1, переведёт триггер в другое состояние, а провод, несущий 0, оставит всё без изменений — блок триггеров запомнит полученное восьмизначное число. Отработана процедура считывания записанной информации, в том числе с восстановлением, если нужно, существовавшей записи. Миллионы триггеров можно обнаружить в компьютере, они миллионами экземпляров используются в электронных автоматах.
Т-228. Особая профессия — помощник врача. Размышляя о практическом значении электроники, нельзя не вспомнить медицину, это тема особая: как известно, мера всего человек. Подумайте, как много бед предупредил несложный регистратор аналогового электрического сигнала, который появляется при сокращении сердечной мышцы и записанный график которого именуется кардиограммой. И как много непоправимых трагедий остановила аппаратура, помогающая проводить радикальные операции на сердце и сосудах.
Немногим более ста лет назад, в один год с изобретением радио, был создан электровакуумный прибор — рентгеновская трубка. В ней ускоренные высоким напряжением электроны при резком торможении испускают рентгеновские лучи, по своей природе, как выяснилось, очень короткие электромагнитные волны, они в сотни, тысячи и миллионы раз короче световых волн. Рентгеновские лучи, проникая через ткани, совершили настоящую революцию в медицине — позволили заглянуть внутрь организма.
Много десятилетий рентген был вне конкуренции, и лишь сравнительно недавно благодаря достижениям электроники стали появляться и другие методы такого внутреннего видения. В их числе приборы для ультразвуковых исследований (УЗИ), например ультразвуковые локаторы. Ещё одна система внутреннего видения — эндоскоп, вариант кабельного телевидения, где через небольшой разрез или иным способом в организм вводят тонкий кабель с видеокамерой на конце. Иногда эндоскоп объединяют с хирургическим инструментом и под прямым визуальным контролем выполняют хирург