Простыми словами о сложной электронике

[beny-amin]

Одна молодая семья только что переехала в новый многоквартирный дом. Сынок которому 5 лет возвращается с прогулки озадаченный.
- Мама, а откуда я взялся?
Молодая мама залилась краской и отправила ребенка за объяснениями к отцу. Отец, оценив всю сложность ситуации и понимая что он не может ударить в грязь лицом перед мамой как глава семейства, начинает мучительно вспоминать биологию за 4 класс и что-то лепечет сынуле о пестиках и тычинках. Но выходит как-то не очень понятно. Тогда, собравшись с духом, он  спрашивает:
- Сынок, а зачем это тебе?
- Да понимаешь папа, ребята во дворе говорят что они тут давно уже живут, а откуда мол я тут взялся...   ;D

В вопросах познания какого-то отдельного сегмента мудрости всех можно разделить на три категории. 1. Всезнайки. 2. Незнайки и 3. Что-то знайки. В процессе приобретения опыта мы все перемещаемся от одной категории к другой... причем не обязательно что от второй через третью к первой. Порой этот порядок движения идет по циклической и даже всезнайка иногда может оказаться в третьей или второй категории.

К чему это я? На нашем славном форуме есть много уважаемых всезнаек, что очень даже радует - есть у кого спросить тем кто к ним не принадлежит. И вот как раз для тех кто относит себя к второй или третьей категории (к коей я отношу и себя) я хотел бы открыть новую ветку, где доступными словами попытаться изложить сложные процессы, которые порой озадачивают новичка. ТО ЕСТЬ, ЭТА ТЕМА ДЛЯ ТЕХ КТО НЕ ИМЕЛ ВОЗМОЖНОСТИ ОБУЧАТЬСЯ В УНИВЕРСИТЕТАХ, А ПОНИМАТЬ ЧТО ПРОИСХОДИТ В ТАКОМ СЛОЖНОМ ПРОЦЕССЕ КАК ПОЛЕТ САМОЛЕТА ХОЧЕТСЯ. Если же на нашем славном форуме незнаек нет, то эта ветка будет не востребована и заглохнет сама по себе.

Вообще, хотелось бы поговорить о многих направлениях. Помню что в свою бытность курсантом, я очень любил учиться в училище и узнавать новое во всех областях. Даже теория вероятности меня завораживала своими возможностями и в то время когда мои сокурсники плевались от нее, я всегда размышлял как же я могу ее применить в практике полетов. И в последствии она порой не раз пригождалась мне в полете.

Но если все сваливать в одну ветку, то будет сплошной венигрет. По этому я решил попробовать сначала поговорить об авионике и радиооборудовании, так сказать об основах и принципах его работы. То есть об основах работы всех основных приборов в самолете. И по возможности попытаться просто объяснить как работает современная сложная электроника. А там, если найдутся те, кому это будет интересно, то даже о погоде и циклонах можно поговорить но правда для этого нужно будет создать другую ветку в другом разделе. Начать можно думаю с радиостанций например. С тех пор как в начале 80-ых я паял передатчики на коленке в училище для сдачи экзаменов много воды утекло, радиотехника шагнула не на одну милю вперед, но принципы-то остались незыблемы.

Так что прошу тех, кто относит себя ко второй и третьей категории высказаться нужна ли им такая информация и если да, то может быть у вас есть какие-то преференции в областях знаний, которые имеют пробелы и которые вы хотели бы заполнить. Есть ли приборы, внутренности которых вам хотелось бы вывернуть наружу на всеобщее обозрение и понимание? Если да, то можете предложить какие именно и я постараюсь максимально просто изложить эти процессы.

Если же такая информация не к чему, можете просто проигнорировать эту ветку и тогда как я уже сказал она сама по себе заглохнет. Итак, ваше мнение господа офицеры?

 

[Юрий Ер]

Итак, ваше мнение

Я думаю темка должна набрать обороты.
Мы все учились понемногу чему нибудь и как нибудь. И в большей степени относимся к третьей категории.
И КПК бы не мешало особлыво в доступной степени. 😉

 

[дед Вячик]

Сейчас в электронике превалирует цифра, вот с этим - подходящие по характеристикам контроллеры, средства и алгоритмы для их программирования, преобразователи физических величин, аналогово-цифровая и цифро-аналоговая периферия - и нужно бы поразбираться. Наверно, самое актуальное тут - блоки управления инжекторными авто и прочими двигателями для их конверсии. Дальше - средства контроля параметров их работы. Приборы отображения параметров полёта. Был бы очень интересен гиростабилизированный радиовысотомер

 

[Юрий Ер]

Сейчас в электронике превалирует цифра, вот с этим - подходящие по характеристикам контроллеры, средства и алгоритмы для их программирования, преобразователи физических величин, аналогово-цифровая и цифро-аналоговая периферия - и нужно бы поразбираться. Наверно, самое актуальное тут - блоки управления инжекторными авто и прочими двигателями для их конверсии. Дальше - средства контроля параметров их работы. Приборы отображения параметров полёта. Был бы очень интересен гиростабилизированный радиовысотомер

В этом направлении здесь ветка, похоже ребята идут правильным путём.

 

[beny-amin]

Добрый день, друзья. Итак, начнем как я уже сказал с радиосвязи. Вот основные моменты, которые я хотел бы разобрать. Принцип работы приемо-передатчика, диапазоны, варианты модулирования, варианты связи по радио (дуплекс, симплекс), дальность связи, разнос частотных каналов (25 и 8,33 Кгц), шумоподавитель, зачем нужен высокочастотный фильтр, антенны (варианты),  оптимальная мощность радиостанции, радиостанции COMM/NAV что это такое, их отличие и особенности (варинанты вывода полученного навигационного сигнала). Краткий обзор вариантов авиационных радиостанций (ручные, вставляемые в центральный трэй, вставляемые в ниши для приборов) и их особенностей с примерами. Пойдем от простого к сложному. Кому не интересно читать слишком простое начало вам придется несколько постов просто пропустить.

 

[beny-amin]

Итак, принцип работы радио приемо-передатчика. Небольшая преамбула. Если вы пролистываете описание природы при чтении различной литературы, то вам тоже можно пропустить и этот абзац. )))
Перед человечеством всегда стояла задача – передать информацию на некоторое расстояние. В начале это было возможно на небольшие расстояния с помощью мощности своих легких – люди просто кричали друг другу, но расстояние передачи информации оставляло желать лучшего. Позже нашли более мощные передатчики – барабаны.  Это повысило эффективность, но не на много. Передача информации кострами позволила еще увеличить дистанцию, но при этом информативность такого сообщения оставляла желать лучшего. Но как не пыжилось человечество, но долго ничего лучшего придумать не могли пока одного хорошего парня со странным именем Эддисон не посетила хорошая мысль – изобрести лампочку. Это позволило существенно повысить информативность и удобство передачи сообщений на расстояния. Появился семафор, который используя направленный луч прожектора и заслонку позволял держать связь между кораблями в море например. Но увы с ростом технологий и грандиозности задач, этот способ нуждался в существенном улучшении. И вот прорыв был достигнут – ТЕЛЕГРАФ! По проводам бежал электрический ток, наличие и отсутствие которого давало возможность ставить точки и тире, позже и буквы на бумаге, (Это тоже отдельная и интересная тема как это происходило, но не буду отклоняться), а еще позже даже научились модулировать этот самый ток и получать на выходе уже самую натуральную человеческую речь. Причем практически на любые расстояния. Казалось бы чего ж еще надо-то? Так нет же, сначала экипажи морских судов, снедаемые завистью к своим наземным коллегам, захотели тоже как-то общаться друг с другом и с землей, а потом и наши коллеги доблестные покорители воздуха захотели тоже сообщения передавать без ограничений по расстоянию и информативности. И вот тут-то на помощь всем нам пришел наш знаменитый ученый Александр Попов, который на закрытом заседании Русского физико-химического общества в Петербурге впервые в мире осуществил передачу радиотелеграммы.  И вот тут-то все и началось…. Теперь как же это работает?

 

[beny-amin]

Пусть это покажется вам крамольной идеей но я бы связал все три способа передачи информации (звук, свет и радио) в одну сущность. Как-так, спросите вы? А дело в том что все три способа объединяет одно – их волновая природа. Как и обещал я буду стараться максимально упростить всю информацию, по возможности меньше прибегая к сложным графикам а излагая все на пальцах. Представьте себе шторм на океане и легкий бриз на тихом озере. Что общего? Волны. Но при шторме они большие и на сто метров расстояния умещается только пару волн, а на озере они мелкие и в ста метрах их уже может быть тысяча. То есть за одну секунда в океане пройдет 0,05 волны, а на озерном бризе уже одна – две.  Чувствуете разницу? Вот тут то мы и подошли из-за угла к одному из основных параметров радиопередачи это частота. Которая измеряется в Герцах как количество этих самых колебаний в одну секунду. Оставим пока здесь первую зарубку в памяти и пойдем дальше. А еще разница в том что волна в океане может идти несколько тысяч километров (цунами), а вот в озере бриз гонит волну только несколько метров и она затихает. Потому что мощность у них разная. Тут тоже для нас урок. При наличии сопротивления в среде прохождения разные волны проходят разное расстояние, которое зависит от двух факторов – мощность сигнала и его частота. Представьте себе что на пути мелкой волны стоит боком большой корабль. Так эта «бризовая» волна подойдет к кораблю да на этом и затихнет и дальше не пройдет. А вот цунами и острова не по чем, она их обходит и идет себе дальше.  Оставим пока эту вторую зарубку в памяти и двинемся дальше и мы.
И еще третью зарубку нам необходимо создать. Это сила воздействия. Любая волна производит какое-то воздействие на окружающую среду. Легкий бриз может колыхать поплавок, а перед цунами порой и город не устоит.
Ну и еще четвертная зарубка. Она имеет мало общего с реальным положение вещей, но помогает получше понять проблему старой разноски диапазона 25 и новой 8,33 кГц. Представьте себе что на гребне каждой волны сидит по одной букве. Сколько букв вы сможете прочитать за одну минуту глядя на океанские волны и сколько на легкий бриз? То есть на более высокочастотных волнах можно разместить больше информации.
Хотя у всех волн есть много общего, но есть и существенная разница – природа этих волн, то есть та энергия которая их двигает. В случае на воде их двигает механическая энергия толчка, которая возникает либо из-за движения земли (землетрясения) либо ветра. Кстати энергия звука очень схожа с волной на воде – там тоже волна создается механической энергией. А вот у радио волн энергия их создающая уже совершенно другая. Это энергия магнитного поля. Но суть та же. Если взять просто источник магнитного поля (тому пример обычный магнит), то информации по нему много не передашь. А вот если создать переменное магнитное поле, то это уже получается та же волна, которая распространяется в пространстве. Я не хочу останавливаться на физике пятого класса чтобы подробно описывать способ создания переменного магнитного поля. Скажу только что если в поле магнита быстро пронести кусок медного провода, то по законам физики в нем потечет электрический ток. На этом принципе работают двигатели. А если же наоборот – если в мотке провода пустить электрический ток, то он создаст электро-магнитное поле, а если ток будет переменным то и создаваемое поле будет переменным. И вот тут-то мы и подошли к нашей теме уже понимая природу волн.

 

[beny-amin]

Вытаскиваем на свет Божий нашу первую зарубку. Частота. Радиоволны бывают:
1. Низкой частоты 30—300 кило герц (кГц) их можно сравнить с океанской волной, так как их длина (расстояние между друг другом) достигает нескольких километров. Казалось бы что это как раз то что нам и нужно для связи с самолетом. Длинная волна идет как мы уже знаем очень далеко и ей не страшны ни какие препятствия. Ни здания, ни города, ни даже материки. Но… увы. Не забываем что для создания такой волны нужна во-первых огромная мощность, во-вторых нужно создавать огромные механизмы, которые бы ее выталкивали (в нашем случае антенны – самолет имеет относительно малые размеры для этого) ну и еще один немаловажный момент, о котором мы начали размышлять в нашей четвертой зарубке – это информативность которой мы можем нагрузить эту волну. Чем выше частота, тем больше информативность, но это отдельная тема, которую мы будем рассматривать позже.
Исходя из всего сказанного волны такой частоты нам не подходят. Отвлекаясь скажу что их с успехом используют наземные станции различного, в том числе и авиационного, назначения, которые могут выдать большую мощность для создания таких волн и построить большие антенны для их передачи.
2. Далее идут средние частоты 300—3000 кГц длина волны тут несколько сотен метров. Для создания таких волн, нам потребуется меньше энергии и меньшего размера антенны. Но не вдаваясь в подробности скажу только что они там тоже не очень подходят. По тем же причинам.
3. Следом идут волны высокой частоты 3—30 МГц . Их длина составляет десятки метров (их еще называют короткими волнами). Отклоняясь от темы скажу что по особенностям их взаимодействия с ионосферой, они могут распространяться по всему земному шару будучи выпущенными в одной точке и при этом не использовать много энергии. Происходит это за счет того что они отражаются от ионосферы как от зеркала теряя при этом мало энергии. Такие передатчики есть на более крупных самолетах и иногда очень помогают когда нет связи на привычном нам УКВ диапазоне. Нам часто облегчало жизнь наличие такого передатчика когда я летал по просторам своей малой Родины – нашим северам. Но ставят их как правило все же на самолетах побольше чем привычная всем Цессна.

 

[beny-amin]

4. И вот наступает самая важная для нас очередь частот это волны очень высокой частоты 30—300 МГц, их еще называют ультра короткими волнами так как их длина составляет всего несколько метров. Вот как раз эта то частота и является основной применяемой в авиации. Почему? Потому что она оптимально соединяет в себе величину требуемой мощности, небольшие размеры требуемой для этого антенны, возможность напичкать ее значительными объемами информации и при этом остается достаточно стабильной чего не скажешь о коротких волнах, которые очень сильно зависят от атмосферного зеркала и явлений в небе.
Про остальные частоты говорить не буду, потому что мы встречаемся с ними только в относительно большой авиации в радарах. Это отдельная тема и возможно я ее подниму позже в контексте работы наземных радаров, но вряд ли эта тема будет вам интересна.      
Итак на сегодня все. Мы с вами разобрали принципы передачи информации и подошли к нашей основной теме авиационные приемо-передатчики.
В следующий раз я хочу разобрать варианты модулирования, варианты связи по радио (дуплекс, симплекс), дальность связи, разнос частотных каналов (25 и 8,33 Кгц). Потом пойдем дальше. Спасибо за потраченное на чтение моего опуса время. Пишите если есть желание принесла ли вам хоть какую-то пользу эта обзорная лекция, или вы зря потратили свое время.

 

[zlobolet]

Про виды модуляции забыли.А у так любимого вами УКВ есть один жирный недостаток-в подавляющем большинстве случаев работает только на прямой видимости.Залетел за гору и хоть КИЛОВАТТОМ лупи -связи всё равно НЕ БУДЕТ.Поэтому большинство тех кто летает в горах по старинке возят кв трансивер.

 

[beny-amin]

Я ж написал, что "В следующий раз я хочу разобрать варианты модулирования, ..."
А на счет "любимой" , то я об этом не говорил, а только упомянул что для авиации она оптимальна. Но как и везде у золотой середины есть всегда недостатки...

 

[maverick07]

@ мир

+100, до сих пор не понимаю нах нам в училище втолковывали принцип таботы УНЧ, виды модуляции и физику работы кварцевого резонатора. Информации о том, что Р-860 симплексная р/станция авиационного диапазона на 220 каналов, было бы более чем достаточно, а уж синтезируются там частоты или нет, лётному составу нужно...-что зайцу стопсигнал...
Единственное, что было полезным из всей информации, полученной на занятиях-это распространение радиоволн, наличие берегового, ночного эффекта.
А вообще стойкое отвращение к этой науке у меня вырсботалось ещё на втором курсе. Я тогда написал курсовую по автоматическим радиокомпасам типа АРК-9, 15 и способам радионавигации.После защиты, начальник кафедры А и РЭО предложил заняться научной работой, а меня, для подкрепления теоретических знаний практикой сослали в помощь АОшникам. Натоптав не одну мозоль при забегах с пеленгатором при списании девиации, я понял что наука-не моё ;D

 

[smixer]

Спасибо за тему  🙂 Изложено кратко и доходчиво. Но такую работу надо писать на saon.ru. Здесь её загадят базарами "за жизнь" и воспоминаниями молодости местные всезнайки и пионеры-пенсионэры.

 

[maverick07]

Спасибо за тему  🙂 Изложено кратко и доходчиво. Но такую работу надо писать на saon.ru. Здесь её загадят базарами "за жизнь" и воспоминаниями молодости местные всезнайки и пионеры-пенсионэры.

"Федя, теперь попробуй сказать тоже самое, только нормальными словами"(с). Ну а раз не умеете доносить  вою точку зрения без хамства, тогда извольте...
Благодарные читатели- полиглоты смогут вволю смогут насладиться околоавиационными изысками, отправившись на указанный сайт вслед за лектором.
Да, и не забудьте позвать с собой Гамбика.

 

[beny-amin]

Дорогие друзья, спасибо за ваши высказывания. Для уточнения назначения этой ветки вернусь к моему первому посту, где я написал "ЭТА ТЕМА ДЛЯ ТЕХ КТО НЕ ИМЕЛ ВОЗМОЖНОСТИ ОБУЧАТЬСЯ В УНИВЕРСИТЕТАХ, А ПОНИМАТЬ ЧТО ПРОИСХОДИТ В ТАКОМ СЛОЖНОМ ПРОЦЕССЕ КАК ПОЛЕТ САМОЛЕТА ХОЧЕТСЯ". То есть если вы относитесь к тем, кто все это прошел в университетах, или к тем кому хочется просто летать не разбираясь в процессах, которые происходят в электронике, то эта темя явно не для вас. Зачем же меня ругать за то что я даю материал не для вас. Это же не только ваш форум однако. Впрочем с удовольствием послушаю и негативные высказывания, хотя желательно от тех кому эта тема интересна, но кто может высказаться по существу, мол плохо излагаю или длинно, или непонятно... Впрочем, если таковых на форуме нет и все имеют либо основательные знания, либо им не интересно их получать, то как я уже сказал, без поддержки эта тема сама умрет. Мне просто будет не интересно ее писать и вам больше ничто не будет беспокоить  😉 Насчет размещения на saon.ru, то почему бы и нет, могу параллельно размещать подобную ветку и там если будет интерес.

 

[beny-amin]

Итак продолжим. Модуляция. Что это такое и с чем ее едят? По принципам объяснения на пальцах ее можно объяснить как воздействие на волну с целью закладывания в нее некой информации, которую эта волна может перенести в ту сторону куда она идет. Пример с той же волной на воде. Представьте себе что волны в океане идут не стихийно, а кто-то их намеренно создает. Как в хороших аквапарках, где есть бассейн с искусственными волнами. Так вот если вы устроитесь оператором такой машины в аквапарке, то можете вполне себе передавать информацию. Как? Просто включая и выключая  генератор волн в определенной последовательности, таким образом человек наблюдающий бег этих волн может прочитать точки и тире в зависимости от долготы излучения волны. Долгое излучение волн – тире, а если оно прекращено быстро – точка. Ну а теперь вернемся к нашим баранам, то есть передатчикам. Вы включили передачу и в эфир пошла волна. В приемнике есть генератор звуковой частоты-пищалка, который начинает всякий раз когда приемник ловит сигнал передатчика и начинает пищать. Тоже получается азбука Морзе. На передатчике нажали ключ и держат долго - в приемнике прозвучала тире, нажали и быстро отпустили – точка. Но это самый простой и самый не эффективный метод модуляции, так как подвержен множеству помех и сейчас почти не используется.

 

[beny-amin]

Гораздо эффективнее и надежнее второй способ модуляции, когда волна продолжает идти, но она изменяет свои характеристики. Например оператор волны в бассейне пускает постоянную волну с постоянной частотой, но изменяет ее высоту, то есть силу с которой волна создается. Тогда мы имеем несколько волн «высоких», после которых идут несколько «низких» по высоте. Таким образом приемник диспетчера не теряет нужной волны, и спокойно наблюдает за изменением высоты волны и читает те же точки и тире, а в нашем случае слушает нашу речь. Когда мы говорим, звуковая волна воздействует на мембрану микрофона заставляет ее дрожать и менять сопротивление току, из-за этого ток в усилителе звука меняется в зависимости от нашей речи. Этот усилитель подключен к радиопередатчику, которым и рулит, то давая больше напряжение на генератор высокой частоты передатчика, то меньше, опять-таки в зависимости от нашей речи. В результате этот передатчик выдает в эфир волну то мощнее, то слабее и тоже зависимость сохраняется от нашей речи.
Такая модуляция называется АМПЛИТУДНАЯ. То есть модулируется по амплитуде. Все хорошо, но качество связи приемлемо для речи, но кто хочет послушать музыку в приемнике, будет несколько разочарован. Не получается добиться хорошей передачи, потому что приделы изменения амплитуды волны ограничены, особенно если приемник от передатчика далеко и уровень сигнала слабенький.

 

[beny-amin]

Вот тут-то один умный знайка предложил чтобы усилитель нашей речи рулил не мощностью передатчика радиочастоты, а его частотой. То есть предположим что оператор в бассейне то ускоряет частоту запуска волн и они идут быстро сменяя друг друга, то ее уменьшает и они идут с большим отрывом одна от другой. Таким образом удалось добиться большего качества звука и в ваших машинных радиоприёмниках все УКВ станции используют как раз этот метод. Эта модуляция называется ЧАСТОТНОЙ. Я очень люблю эту модуляцию, т.к. она позволяла мне при сдаче экзаменов делать приемник не шумящим и меня не разу не застукали из-за шумов приемника, который практически неизбежен при амплитудной модуляции.
Ну если вдруг такое случится что мой опус читает какой-то знайка, то он конечно же возмутится и с негодованием заметит что я выдал вам не все секреты модуляции. По этому на всякий случай упомяну еще об одной модуляции, которая называется ФАЗОВОЙ. Но этот тип модуляции не столь распространен чтобы тратить на него ваше драгоценное время и внимание.  Скажу только что в авиации такая модуляция тоже используется в некоторых системах навигации.
Вернемся к частотной модуляции. Казалось бы ну так давайте и будем использовать ее в авиации для связи с диспетчером, а за одно и музычку в эфир пускать на заднем фоне. Кто ж не хочет слушать диспетчера в стерео формате и хорошем качестве. Но не тут-то было. Смотрите. Вот например мы имеем связь с диспетчером круга на частоте 118,1 мГц. Если мы используем амплитудную модуляцию, то уже на частоте 118,2 мГц диспетчер нас слышать не будет и тогда его коллега – диспетчер руления по идее может вполне использовать эту волну для общения с рулящими бортами. А теперь представим что у нас частотная модуляция. Тогда нам нужно занять нишу в 1 мегагерц чтобы иметь возможность менять частоту передатчика в момент передачи сигнала музыки в большом диапазоне между 118 и 119 мГц, чтобы обеспечить хорошую модуляцию и соответственно качество. То есть, при амплитудной модуляции можно грубо говоря разместить в одном мегагерце частоты десять диспетчеров, в то время как при частотной только одного. А где ж на всех частот-то набраться? Вот и будут тогда мешать друг другу, уж не до музыки будет.

 

[beny-amin]

Ну и теперь мы так незаметненько подползли к вопросу будоражащему все прогрессивное летное население. А именно разнос частотных каналов (25 и 8,33 Кгц). Теперь вы подкованы и можете заткнуть за пояс любого академика. Вы ему объясните что чем больше служб и плотнее их расположение, тем больше разнесенных или выделенных для одной службы частот требуется. И если у нас в России плотность не велика и нам достаточно каналов между которыми целых 25 кГц, то в Европе они уже утрамбовались до того, что им потребовалось еще больше покромсать радиоэфир и наделать каналов через 8,33 кГц.

На сегодня все. Не хватило меня на дуплекс симплекс и на дальность связи. Об этом в следующий раз. А пока если есть вопросы по уже пройденному материалу - выкладывайте.  😉

 

[zlobolet]

По поводу А1А категорически не согласен-это самый дальнобойный вид модуляции.Подавляющее большинство опытных радиолюбителей используют именно его.Главным недостатком является знание морзянки.