— это интегральная схема, в которой обычно несколько десятков тысяч элементов, стоимость его сравнительно невелика, и он становится самым активным, пожалуй, помощником человека в деле управления огромным миром работающей на нас техники.
Т-305. Прогресс радиоэлектроники связан с успехами фундаментальной науки. Полупроводниковый диод был известен давно, чуть ли не в начале века, а транзистор, как мы уже упоминали, появился в 1948 году, за его создание группа американских физиков — У. Шокли, У. Браттейн и Д. Бардин — была удостоена Нобелевской премии. Но вот что интересно: за много лет до этого, в 1922 году радиолюбитель из города на Волге — из Нижнего Новгорода девятнадцатилетний Олег Лосев создал первый в мире полупроводниковый усилитель, построил на его основе приемник и назвал его кристадин, от слова «кристалл». Причем это не было незамеченное или забытое потом Изобретение— о кристадинах Лосева писала вся мировая радиотехническая печать, американские радиоинженеры в своем журнале назвали кристадин устройством, которое может совершить переворот в радиоэлектронике, вытеснить вакуумную усилительную лампу.
Такой переворот действительно произошел, но ждать его пришлось почти четверть века. Потому, что во времена кристадина физика еще не построила фундамент, на котором потом выросла полупроводниковая электроника. Только глубокие исследования физических процессов в твердом теле позволили в деталях понять, что же происходит в полупроводниках, и только на основе этого понимания развилась вся современная техника полупроводниковых приборов и интегральных схем.
А вот еще один интересный пример. В 1917 году Альберт Эйнштейн предсказал индуцированное излучение атомов и молекул, то есть вызванное внешней причиной, а конкретно — внешней электромагнитной волной. Но понадобилось почти сорок лет, чтобы это предсказание, соединившись с глубоким изучением механизмов перехода атомов с одного энергетического уровня на другой, то есть механизмов изменения запасов энергии атома, привело к рождению совершенно новой области науки и техники — квантовой электроники.
Когда атом или молекула переходят на более низкий энергетический уровень, то они отдают высвободившуюся энергию в виде кванта, порции электромагнитного излучения. При этом если выделяется большая порция энергии, то частота излучения высокая (малая длина волны) — излучается свет, ультрафиолетовые или еще более коротковолновые рентгеновские лучи. А если порция энергии невелика, если молекула выбрасывает слабый квант (Т-8), то частота излучения сравнительно низкая (большая длина волны) — молекула испускает инфракрасные лучи, миллиметровые или даже сантиметровые радиоволны. Можно извне подпитывать атомы излучающего вещества, накачивать их энергией, например пропуская через это вещество ток или освещая его мощной лампой. Можно ввести в систему достаточно сильную положительную обратную связь, грубо говоря, сделать так, чтобы излучение одних атомов возвращалось в излучающее вещество, заставляло излучать другие атомы. Такое индуцированное излучение и накачка энергией приведут к возникновению квантового генератора — атомы вещества будут согласованно излучать электромагнитные волны, причем одной, строго определенной частоты, она определится конкретным переходом излучающих атомов (молекул) с одного энергетического уровня на другой.
Первые квантовые генераторы были созданы советскими физиками, ныне академиками Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым и независимо американцем Ч. Таунсом — все они за эту работу отмечены Нобелевской премией. Первенцем в семействе приборов квантовой электроники был мазер (в этом сокращении буква «м» от слова «микроволны» — первый квантовый генератор работал в диапазоне сантиметровых радиоволн), а через несколько лет появились и оптические квантовые генераторы — лазеры (буква «л» от английского «лайт» — «свет»). К созданию реальных квантовых генераторов ученые пришли через глубокое изучение процессов взаимодействия излучения с веществом — они занимались радиолокацией, а затем радиоспектроскопией, исследованием состава вещества по частоте излучения его атомов и молекул.
Что должны продемонстрировать эти два примера человеку, начинающему свой путь в практическую электронику? Прежде всего то, что он приобщается не просто к интересной области технического любительства, а к области, вобравшей в себя многие замечательные достижения фундаментальной науки. Это должно радовать и предостерегать — в нынешней электронике трудно, видимо, случайно сделать что-то новое и интересное. В этой области творчески может работать только очень грамотный человек, глубоко понимающий существо дела.
Т-306. Интегральные схемы все более широко применяются в радиолюбительской практике. Уже давно в радиолюбительском журнале «Радио» одно за другим стали публиковаться описания самодельных приемников, магнитофонов, усилителей, телевизоров, в которые наряду с привычными деталями входят интегральные схемы. И сами интегральные схемы появились в широкой продаже, их начали широко применять в массовой аппаратуре — на приемниках, например, теперь можно увидеть надпись: «3 микросхемы» или «6 микросхем», подобно тому как раньше писали «12 радиоламп» или «8 транзисторов».
Для тех, кто занимается практической электроникой, все это знаменует большую перемену — переход от схем, собранных из отдельных деталей, к схемам, собранным из крупных, зачастую законченных блоков. Событие это в какой-то мере можно сравнить с тем серьезным потрясением, которое пережила электроника, когда совершался переход от электронных ламп к полупроводниковым приборам.
В практической работе с микросхемами так же, как вообще в практической работе с электронными схемами, возможен такой путь: сначала повторение уже готовых, проверенных разработок, затем некоторые самостоятельные шаги, например замена рекомендуемой микросхемы другой, с близкими параметрами, или замена некоторых внешних деталей, например включение многоконтурного фильтра вместо одиночного контура. И наконец, после того, как появится «чувство микросхемы», а в памяти осядут их особенности и различия, открывается возможность самостоятельного творчества, создания собственных приборов и аппаратов или модернизации существующих.
Сейчас будет названо несколько радиолюбительских конструкций на микросхемах, описанных в последние годы в журнале «Радио» и рассчитанных на самостоятельное изготовление в любительских условиях. В основном это конструкции достаточно простые и даже очень простые, многие прямо предназначаются для начинающих любителей. Но есть в нашем перечне и несколько весьма привлекательных сложных схем, за них можно браться, накопив хотя бы небольшой опыт в работе с микросхемами.
Конструкции в списке названы в порядке их появления в журнале: электронный блок, превращающий настольные электронные часы в музыкальный будильник (журнал «Радио» № 2 за 1984 год); устройство, которое звуковыми сигналами имитирует бой часов (№ 2, 1984); электронный светофор для различных игрушек, макетов и тренажеров (№ 3, 1984); дистанционный переключатель (№ 3, 1984); малогабаритный прибор для налаживания и проверки телевизоров — генератор сетчатого поля (№ 4, 1984); будильник для электронных часов (№ 7, 1984); низкочастотный усилитель мощности (№ 8, 1984); прибор для имитации человеческого голоса — вокодер (№ 9, 1984); самодельная автоматическая телефонная станция на 10 номеров (№ 10, 1984); переключатель елочных гирлянд (№ 11, 1984); световой телефон на инфракрасных лучах (№ 12, 1984); термометр с цифровой шкалой отсчета температур (№ 1, 1985); вольтметр на операционном усилителе (№ 4, 1985); реле времени с большими интервалами отсчета (№ 4, 1985); игровой автомат (№ 5, 1985); электронный музыкальный синтезатор (№ 9 и 10, 1985); усилитель низкой (звуковой) частоты для малогабаритного радиоприемника (№ 10, 1985); электронные часы с кварцевым задающим генератором (№ 10, 1985); усилитель воспроизведения для кассетного магнитофона (№ 10, 1985); переключатели елочных гирлянд (№ 11, 1985); электронный автомат для подачи школьных звонков (на уроки и перемены) в соответствии с заданной программой (№ 11, 1985); генератор для проверки и налаживания цветных телевизоров (№ 11, 1985); простейшие измерительные приборы на микросхемах (№ 1, 1986); электронный кодовый замок (№ 1, 1986 и № 4, 1984); индикатор, устанавливаемый изнутри на входную дверь и показывающий, не остался ли включенным какой-либо осветительный, нагревательный или иной электроприбор (№ 2, 1986); генератор звуковой частоты (№ 2, 1986); емкостное реле (№ 2, 1988); электронный тир (№ 5, 1988); метроном (№ 5, 1988); электронная игра (№ 6, 1988); индикатор уровня сигнала (№ 12, 1988); автомат, управляющий освещением (№ 2, 1989); электронный звонок (№ 4, 1989).
В этот список умышленно введено несколько очень простых и доступных для повторения чисто транзисторных конструкций, с тем чтобы желающий мог сам поискать пути перевода их на микросхемы.
Описания радиолюбительских схем и конструкций, в том числе на микросхемах, практически в каждом номере публикует и журнал «Моделист-конструктор». Вот некоторые из этих конструкций: электронная система для создания световых эффектов в дискотеке (журнал «Моделист-конструктор» № 2 за 1984 год); простой радиоприемник (№ 2, 1984); система светоуправления моделями и игрушками (№ 3, 1984); цифровая система радиоуправления (№ 11 и 12, 1984); электронный градусник (№ 6, 1984); дисторбер — формирователь тембра электрогитары (№ 5, 1984); музыкальная шкатулка (№ 1, 1985); прибор для проверки пульса (№ 3 и 4, 1985); металлоискатель (№ 8, 1985); электронный сторож для автомобиля (№ 9, 1985); комбинированный вольтметр (№ 10, 1985); дешифратор для управляемых моделей (№ 12, 1985); передатчик для управляемых моделей (№ 1 и 2, 1986); звуковое реле (№ 3, 1987); сенсорный переключатель (№ 3, 1988); светочувствительный музыкальный инструмент (№ 2, 1989); электронный регулятор освещения (№ 4, 1989).
Описание радиолюбительских схем и конструкций регулярно помещает и журнал «Юный техник». Среди них изредка встречаются конструкции с использованием микросхем (например, простой приемник для пионерского лагеря, «Юный техник» № 6 за 1985 год), но чаще всего в этом журнале можно увидеть простейшие транзисторные схемы, для которых (правда, накопив некоторый опыт) можно самому придумать аналог с использованием микросхемы.