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電子スイング。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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すべての子供たちに愛されているおもちゃのブランコは、「永遠に」スイングさせることができます。たとえば、それらを電気機械的にすることによって。これには、電磁石、バッテリー、およびスイングサスペンションによって閉じられた一対の接点が必要になります（図1）。

このような電気機械装置のスイングに振動運動が与えられると、接点が閉じるたびに電磁石の巻線に電流が流れ、その磁界がアーマチュアを引き付け始めます。スイングサスペンションの切断用突起を、アーマチュアが電磁石コアに接近したときに接点が瞬間的に閉じ、アーマチュア、ひいてはスイングに追加の運動エネルギーを与えるような位置に取り付けるだけで十分です。通常のスイングで平衡位置を通過する瞬間にプッシュします。

電子スイング
図。 1

接点が開いて磁場が消滅した後、慣性によるスイングは平衡位置を通過し、上死点に達して逆方向の動きを開始します。しかし、逆方向の動きの間、スイングサスペンションは電磁巻線の電源回路を閉じません。したがって、磁場によるスイングの一方的な「押し」があります。

スイング、つまりスイング振動の振幅は、電磁石巻線の電流パルスによって生成される磁場の強さ、サスペンションの長さとその長さに沿った質量の分布、サスペンションポイントでの摩擦に依存します。、接点の剛性と、接点の開閉の瞬間を調整する精度。

調整がかなり複雑な機械的接点の代わりに、非接触の電子スイッチをスイングに使用することは可能ですか？私たちがおもちゃのブランコで使用することを提案しているのはこの装置です。

非接触電子スイングの概略図を図2に示します。 1、a。それらには、スイングボードに固定されたアンカーの代わりに、小さいながらも十分に強力な永久磁石が取り付けられています。この図では、XNUMXつの巻線を備えた電磁石のコア上の馬蹄形として示されています。巻線IIはベースに含まれ、巻線IはトランジスタTXNUMXのコレクタ回路です。電磁石は、スイングの基部の平衡位置に正確に取り付けられています。

電子スイング
Pic.2

ベースは低い巻線抵抗を介してエミッタに接続されているため、トランジスタの初期状態は閉じています。このとき、コレクタ接合部の非常に小さな逆電流がコレクタ巻線を流れますが、これは実用的な意味はありません。

スイングが電磁石に向かって移動すると、電磁石のコアからわずかな距離を通過する永久磁石が、ベース巻線に起電力を誘導（誘導）します。そのため、エミッタに対してトランジスタのベースに負の電圧が現れます。このトランジスタのターンオン電圧は、磁石が平衡位置に近づくと最大値に達します。これは、この時点で移動速度が最も高く、ベースコイルを通る磁束が最大になるためです。

慣性により、磁石は平衡位置を通過します。この時点で、ベースの負電圧は急激にゼロに減少し、反対の符号で最大値に急激に増加します。その後、トランジスタがオフになります。磁石が平衡位置から離れると、正の電圧は低下しますが、トランジスタは閉じたままです。トランジスタのベースにある磁石が逆方向に動くと、負の電圧が再び現れます。これは、スイングが平衡位置に近づいてトランジスタを開くにつれて徐々に増加します。

これは、スイングが振動運動をする限り起こります。この場合、ベース巻線に誘導された起電力パルスの作用下で、トランジスタが周期的に開き、電流パルスがコレクタ巻線に現れ、スイングの振動に合わせて磁場を生成します。この巻線は、電流が流れるとその磁場が永久磁石を引き付けるように接続されています。その結果、スイングの振動プロセスが維持されます。スイングに与えられる磁場のエネルギーは、サスペンションポイントの摩擦、空気抵抗、および動きを遅くするその他の理由を克服するのに十分です。運動エネルギーの損失がバッテリーによってスイングに与えられるエネルギーと等しくなるまで、振動振幅は増加します。この時点で、一定のスイングモードが確立され、バッテリーの電力がなくなるまで継続します。この場合のトランジスタは、電子スイッチとしてのみ機能します。

コレクタ巻線をシャントするダイオードは、電磁石のインダクタンス、取り付け容量、およびトランジスタの電極内容量によって決定される周波数での発振の発生を防ぎます。事実、トランジスタが開くと、発振プロセスが発生します。これは、コレクタ回路とベース回路の間の強力な接続により、減衰を解除できます。この場合、永久磁石の制御動作が停止し、スイングが停止します。ダイオードは、最初の発振の正の半波をすでに遮断しているため、この現象の発生を防ぎます。

図上。図２ｂは、スイングを制御するための同じ電子デバイスの図を示しているが、複合トランジスタの回路に従って２つのトランジスタが接続されている。このトランジスタを含めることで、コレクタ巻線の電流パルスを増やすことができ、その結果、スイングの振動の振幅を増やすことができます。

電子スイング装置の両方のバージョンの特徴は、静止位置でバッテリー電力を消費しないことです。したがって、電源回路にスイッチを導入する必要はありません。バッテリーを「切り離す」には、スイングを止めるだけで十分です。

電子スイングのデザインは非常に多様です。いくつかの一般的な要件に準拠することが重要です。まず第一に、不必要なエネルギーの損失を避けるために、スイングが中断されている場所での摩擦を最小限に抑える必要があります。「スイングサスペンションが滑らかな表面のワイヤーリングである場合に最適です。太い絹糸は柔軟性が高く、摩擦が少ないです。バランスのポイントでの磁石と電磁石コアの間の距離が最小であり、そうでないことが非常に重要です。 2〜3mmを超える。

自分でスイングすることはできませんが、既製のおもちゃを使用してください（記事のタイトルの写真を参照）。彼らの薄い綿のサスペンションはワイヤーのものと交換し、ワイヤーリングで水平バーに固定する必要があります. 下から、フェライト永久磁石または磁気ロックの平らな磁石をスイングボードに接着する必要があります（キッチンテーブル、ベッドサイドテーブルのドアに取り付けられています）。既存の磁石のサイズが大きい場合は、ハンマーで割ろうとしないでください。消磁します。磁石の一部は、万力で挟むか、叩かずに折ることで切り離すことができます。注意: 磁石が強いほど、電子スイッチの動作が良くなります。

電磁石巻線のフレームは、エッジに沿って頬が付いたボール紙のスリーブ、または何らかの絶縁材料から機械加工されたボビンです（図3）。フレームがいっぱいになるまで、1本のPET！-0,1またはPEL 0,15-1ワイヤーを組み合わせて、両方の巻線を同時に巻きます：1;最初のフレーム。フレームの内側に、軟鋼から機械加工されたコアをその内部寸法に正確に挿入します。完成したコアを焼きなまししてから、ゆっくりと冷却することをお勧めします。電磁石は、コアの端がベースカバーの上面と同じ高さになるように、スイングベースカバーの下に取り付けられます。これを行うには、対応する穴をベースカバーにカットする必要があります。

電子スイング
Pic.3

他のすべての部品もスイングのベースに配置されています。トランジスタとダイオードを備えた回路基板と、直列に接続された 3336 つの 1L バッテリー (BXNUMX)。一般に、トランジスタとダイオードは、十分な剛性があれば、電磁石巻線の端子に直接取り付けることができます。

バッテリーはブリキのブラケットでベースに取り付けることができ、すべての接続は任意の絶縁ワイヤーで行うことができます。電子部品の取り付けがスキームに従って正確に行われ、すべての詳細が適切に行われている場合、調整は必要ありません-振幅が増加し始めるので、スイングを少し押してバランスを崩す価値があります。

最初に電源を入れたときにスイングが機能しない場合は、バッテリーと直列の 100 mA 電流計をオンにします。次に、巻線の XNUMX つのリードを交換します。正しくオンにすると、永久磁石を電磁石のコアにすばやく近づけると、デバイスの矢印が急激にずれます。

著者：V。イワノフ; 出版物：N。ボルシャコフ、rf.atnn.ru

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