Какое подать напряжение на светофильтр хамелеон. Дурят нас

Пантелеев Павел Александрович

В работе даются объяснения возникновения цвета у различных соединений, а также исследуются свойства веществ-хамелеонов.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Химия цвета. Вещества-хамелеоны

Секция: естествознание

Выполнил: Пантелеев Павел Николаевич,

Ученик 11 «А» класса

Средней общеобразовательной школы №1148

им. Ф. М. Достоевского

Преподаватель: Кармацкая Любовь Александровна

1. Введение. Стр.2

2. Природа цвета:

2.1. органических веществ; Стр.3

2.2. неорганических веществ. Стр.4

3. Воздействие среды на цвет. Стр.5

4. Вещества-хамелеоны. Стр.7

5. Экспериментальная часть:

5.1. Переход хромата в бихромат и обратно; Стр.8

5.2. Окислительные свойства солей хрома (VI); Стр.9

5.3. Окисление этанола хромовой смесью. Стр.10

6. Фотохромизм. Стр.10

7. Выводы. Стр.13

8.Список использованных источников. Стр.14

1. Введение.

На первый взгляд, может показаться трудным дать объяснение природы цвета. Почему вещества имеют разные цвета? Каким образом цвет вообще возникает?

Интересно, что в глубинах океана обитают существа, в теле которых течёт кровь голубого цвета. Одни из таких представителей – голотурии. При этом кровь рыб, выловленных в море, красная, подобно крови многих других крупных существ.

От чего же зависит цвет различных веществ?

Прежде всего, цвет зависит не только от того, как окрашено вещество, но и от того, как оно освещено. Ведь в темноте всё кажется чёрным. Цвет также определяют химические структуры, преобладающие в веществе: например, цвет листьев растений бывает не только зелёным, но и синим, фиолетовым и др. Это объясняется тем, что в таких растениях помимо хлорофилла, придающего зелёный окрас, преобладают и другие соединения.

Голубая кровь у голотурий объясняется тем, что у них в пигменте, обеспечивающим цвет крови, вместо железа содержится ванадий. Именно его соединения придают голубую окраску жидкости, содержащейся в голотуриях. В глубинах, где они обитают, содержание кислорода в воде очень мало и им приходится приспосабливаться к этим условиям, поэтому в организмах возникли соединения, совершенно иные, чем у обитателей воздушного окружения.

Но мы ещё не ответили на поставленные выше вопросы. В данной работе мы постараемся дать полные, развёрнутые ответы на них. Для этого следует провести ряд исследований.

Целью данной работы и будет дать объяснение возникновения цвета у различных соединений, а также исследовать свойства веществ-хамелеонов.

В соответствии с целью поставлены задачи

Вообще, цвет является результатом взаимодействия света с молекулами вещества. Этот результат объясняется несколькими процессами:
* взаимодействием магнитных колебаний светового луча с молекулами вещества;

* избирательным поглощением тех или иных световых волн молекулами с разными структурами;

* воздействием лучей, отражённых или прошедших через вещество, на сетчатку глаза или на оптический прибор.

Основой для объяснения цвета является состояние электронов в молекуле: их подвижность, способность переходить с одного энергетического уровня на другой, перемещаться от одного атома к другому.

Цвет связан с подвижностью электронов в молекуле вещества и с возможностью перехода электронов на ещё свободные уровни при поглощении энергии кванта света (элементарная частица светового излучения ).

Цвет возникает в результате взаимодействия квантов света с электронами в молекулах вещества. Однако, из-за того, что состояние электронов в атомах металлов и неметаллов, органических и неорганических соединениях различно, механизм появления цвета у веществ также отличается .

2.1 Цвет органических соединений.

У органических веществ , обладающих цветом (а далеко не все они имеют это свойство), молекулы схожи по своей структуре: они, как правило, большие, состоят из десятков атомов. Для возникновения цвета в этом случае значение имеют не электроны отдельных атомов, а состояние системы электронов всей молекулы .

Обычный солнечный свет - это поток электромагнитных волн. Световая волна характеризуется длиной – расстоянием между соседними максимумами или двумя соседними впадинами. Она измеряется в нанометрах (нм). Чем короче волна, тем больше её энергия, и наоборот.

Окраска вещества зависит от того, какие волны (лучи) видимого света оно поглощает. Если солнечный свет веществом совсем не поглощается, а отражается и рассеивается, то вещество будет казаться белым (бесцветным). Если же вещество поглощает все лучи, то оно кажется чёрным.

Процесс поглощения или отражения определённых лучей света связан с особенностями строения молекулы вещества. Поглощение светового потока всегда связано с передачей энергии электронам молекулы вещества. Если в молекуле содержатся s-электроны (образующие сферическое облако ), то для возбуждения их и перевода на другой энергетический уровень требуется большая энергия. Поэтому соединения, имеющие s-электроны, всегда кажутся бесцветными. В то же время p-электроны (образующие облако в форме восьмёрки ) возбуждаются легко, так как связь, осуществляемая ими менее прочная. Такие электроны содержатся в молекулах, имеющих сопряжённые двойные связи. Чем длиннее цепь сопряжения, тем больше p-электронов и тем меньше требуется энергии для их возбуждения. Если энергия волн видимого света (длины волн от 400 до 760 нм) будет достаточной для возбуждения электронов, то появляется окраска, которую мы видим. Лучи, затраченные на возбуждение молекулы, будут ей поглощаться, а непоглощённые будут восприниматься нами как окраска вещества .

2.2 Цвет неорганических веществ.

У неорганических веществ цвет обусловлен электронными переходами и переносом заряда от атома одного элемента к атому другого. Решающую роль здесь играет внешняя электронная оболочка элемента.

Как и в органических веществах, возникновение цвета здесь связано с поглощением и отражением света.

Вообще, окраска вещества складывается из суммы отражённых волн (или прошедших через вещество без задержки). При этом цвет вещества означает, что из всего диапазона длин волн видимого света им поглощаются определённые кванты. В молекулах окрашенных веществ энергетические уровни электронов расположены близко друг к другу. Например, вещества: водород, фтор, азот – кажутся нам бесцветными. Это происходит из-за того, что кванты видимого света не поглощаются ими, так как не могут перенести электроны на более высокий уровень. То есть, через эти вещества проходят ультрафиолетовые лучи, не воспринимаемые человеческим глазом, поэтому и сами вещества для нас не имеют цвета. У цветных веществ, например, хлора, брома, йода, электронные уровни расположены теснее друг к другу, поэтому кванты света в них способны перевести электроны из одного состояния в другое .

Опыт. Влияние иона металла на окраску соединений.

Приборы и реактивы: четыре пробирки, вода, соли железа(II), кобальта(II), никеля (II), меди (II).

Выполнение опыта. В пробирки наливаем 20-30 мл воды, вносим по 0,2 г солей железа, кобальта, никеля и меди и перемешиваем до растворения. Окраска раствора железа стала жёлтой, кобальта – розовой, никеля - зелёной, а меди – синей.

Вывод: Как известно из химии, структура этих соединений одинакова, однако они имеют различное число d-электронов: у железа – 6, у кобальта – 7, у никеля – 8, у меди – 9. Это число влияет на окраску соединений. Поэтому и видно различие в цвете.

3. Воздействие среды на цвет.

Ионы в растворе окружены оболочкой растворителя. Слой таких молекул, непосредственно примыкающих к иону, называют сольватной оболочкой .

В растворах ионы могут воздействовать не только друг на друга, но и на окружающие их молекулы растворителя, а те в свою очередь на ионы. При растворении и в результате сольватации возникает цвет у иона ранее бесцветного. Замена воды на аммиак углубляет цвет. Аммиачные молекулы деформируются легче и интенсивность окраски усиливается.

Теперь сравним интенсивность окраски соединений меди.

Опыт №3.1. Сравнение интенсивности окраски соединений меди.

Приборы и реактивы: четыре пробирки, 1-процентный раствор CuSO 4, вода, НCl, раствор аммиака NH 3, 10-процентный раствор гексацианоферрата(II) калия.

Выполнение опыта. В одну пробирку помещаем 4 мл CuSO 4 и 30 мл H 2 O, в другие две – 3 мл CuSO 4 и 40 мл H 2 O. Добавляем в первую пробирку 15 мл концентрированной НCl – появляется жёлто-зелёная окраска, во вторую – 5 мл 25-процентного раствора аммиака – появляется синяя окраска, в третью – 2 мл 10-процентного раствора гексацианоферрата(II) калия – наблюдаем красно-бурый осадок. В последнюю пробирку добавляем раствор CuSO 4 и оставляем для контроля.

2+ + 4Cl - ⇌ 2- + 6H 2 O

2+ + 4NH 3 ⇌ 2+ + 6H 2 O

2 2 + 4- ⇌ Cu 2 + 12 H 2 O

Вывод: При уменьшении количества реагента (вещества, участвующего в химической реакции ), необходимого для образования соединения, происходит увеличение интенсивности окраски. При образовании новых соединений меди происходит перенос заряда и изменение цвета.

4. Вещества-хамелеоны.

Понятие «хамелеон» известно, прежде всего, как биологический, зоологический термин, обозначающий пресмыкающееся, обладающее способностью менять окраску своего кожного покрова при раздражении, перемене цвета окружающей среды и т. п.

Однако «хамелеонов» можно встретить и в химии. Так в чём же связь?

Обратимся к химическому понятию:
Вещества-хамелеоны - это вещества, меняющие свою окраску в химических реакциях и свидетельствующие об изменениях в исследуемой среде. Выделяем общее – изменение цвета (окраски). Именно это и связывает данные понятия. Вещества-хамелеоны известны с давних времён. В старинных руководствах по химическому анализу рекомендуется использовать «раствор хамелеона» для определения в образцах неизвестного состава содержания сульфита натрия Na 2 SO 3 , пероксида водорода Н 2 O 2 или щавелевой кислоты Н 2 С 2 O 4 . «Раствор хамелеона» - это раствор перманганата калия КМnO 4 , который при химических реакциях, в зависимости от среды, меняет свою окраску по-разному. Например, в кислотной среде ярко-фиолетовый раствор перманганата калия обесцвечивается из-за того, что из перманганат-иона МnO 4 - образуется катион, т.е. положительно заряженный ион Мn 2+ ; в сильнощелочной среде из ярко-фиолетового МnO 4 - получается зелёный манганат-ион МnO 4 2- . А в нейтральной, слабокислой или слабощелочной среде конечным продуктом реакции будет нерастворимый чёрно-бурый осадок диоксида марганца МnO 2 .

Добавим, что благодаря своим окислительным свойствам, т.е. способности отдавать электроны или забирать их у атомов других элементов, и наглядному изменению окраски в химических реакциях перманганат калия нашел широкое применение в химическом анализе.

Значит, в данном случае «раствор хамелеона» (перманганата калия) используется в качестве индикатора, т.е. вещества, показывающего наличие химической реакции или изменения, произошедшие в исследуемой среде.
Существуют и другие вещества, называемые «хамелеонами». Мы рассмотрим вещества, содержащие элемент хром Cr.

Хромат калия - неорганическое соединение, соль металла калия и хромовой кислоты с формулой K 2 CrO 4 , жёлтые кристаллы, растворимые в воде.

Бихрома́т ка́лия (двухромовокислый калий, ка́лиевый хро́мпик) - K 2 Cr 2 O 7 . Неорганическое соединение, оранжевые кристаллы, растворимые в воде. Высокотоксичен.

5. Экспериментальная часть.

Опыт №5.1. Переход хромата в бихромат и обратно.

Приборы и реактивы: раствор хромата калия К 2 СrO 4 , раствор бихромата калия К 2 Cr 2 O 7 , серная кислота, гидроксид натрия.

Выполнение опыта. К раствору хромата калия добавляем серную кислоту, в результате происходит изменение окраски раствора из жёлтого в оранжевый цвет.

2К 2 CrO 4 + Н 2 SO 4 = К 2 Cr 2 O 7 + К 2 SO 4 + Н 2 О

К раствору бихромата калия добавляю щёлочь, в результате происходит изменение окраски раствора из оранжевой в жёлтую.

К 2 Cr 2 O 7 + 4NaOH = 2Na 2 CrO 4 + 2КOH + Н 2 О

Вывод: В кислой среде хроматы неустойчивы, ион жёлтого цвета превращается в ион Cr 2 O 7 2- оранжевого цвета, а в щелочной среде реакция протекает в обратном направлении:
2 Cr 2 O 4 2- + 2Н + кислая среда - щелочная среда Cr 2 O 7 2- + Н 2 О.

Окислительные свойства солей хрома (VI).

Приборы и реактивы: раствор бихромата калия К 2 Cr 2 O 7 , раствор сульфита натрия Na 2 SO 3 , серная кислота H 2 SO 4 .

Выполнение опыта. К раствору К 2 Cr 2 O 7 , подкисленному серной кислотой, добавляем раствор Na 2 SO 3. Наблюдаем изменение окраски: оранжевый раствор стал зелёно-синим.

Вывод: В кислой среде хром восстанавливается сульфитом натрия от хрома (VI) до хрома (III): К 2 Cr 2 O 7 + 3Na 2 SO 3 + 4H 2 SO 4 = К 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3Na 2 SO 4 + 4H 2 O.

Опыт №5.4. Окисление этанола хромовой смесью.

Приборы и реактивы: 5%-ный раствор бихромата калия К 2 Cr 2 O 7 , 20%-ный раствор серной кислоты H 2 SO 4 , этиловый спирт (этанол).

Выполнение опыта: К 2 мл 5%-ного раствора бихромата калия приливаем 1 мл 20%-ного раствора серной кислоты и 0,5 мл этанола. Наблюдаем сильное потемнение раствора. Разбавляем раствор водой, чтобы лучше увидеть его оттенок. Получаем раствор жёлто-зелёного цвета.
К 2 Cr 2 O 7 + 3C 2 H 5 OH+ H 2 SO 4 → 3CH 3 -CОН + Cr 2 О 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O
Вывод: В кислотной среде этиловый спирт окисляется бихроматом калия. При этом образуется альдегид. Этот опыт показывает взаимодействие химических хамелеонов с органическими веществами.

Опыт 5.4. наглядно иллюстрирует принцип, по которому действуют индикаторы для обнаружения алкоголя в организме. Принцип основан на специфическом ферментативном окислении этанола, сопровождающегося образованием пероксида водорода (Н 2 О 2 ), вызывающего образование окрашенного хромогена, т.е. органического вещества, содержащего хромофорную группу (хим. группа, состоящая из атомов углерода, кислорода, азота).

Таким образом, эти индикаторы визуально (по цветовой шкале) показывают содержание алкоголя в слюне человека. Они применяются в медицинских учреждениях, при установлении фактов употребления алкоголя и алкогольного опьянения. Область применения индикаторов – любая ситуация, когда необходимо установить факт употребления алкоголя: проведение предрейсовых осмотров водителей транспортных средств, выявление нетрезвых водителей на автодорогах автоинспекцией, использование при экстренной диагностике, как средство самоконтроля и др.

6. Фотохромизм.

Познакомимся с интересным явлением, где также происходит изменение цвета веществ, фотохромизмом.

Сегодня очками со стеклами-хамелеонами вряд ли кого-то удивишь. Но история открытия необычных веществ, меняющих свой цвет в зависимости от освещенности, очень интересна. В 1881 году английский химик Фипсон получил от своего друга Томаса Гриффита письмо, в котором тот описывал свои необычные наблюдения. Гриффит писал, что входная дверь почты, расположенной напротив его окон, в течение дня меняет свой цвет - темнеет, когда солнце в зените, и светлеет в сумерках. Заинтересовавшись сообщением, Фипсон исследовал литопон - краску, которой была окрашена дверь почты. Наблюдение его друга подтвердилось. Фипсон не смог объяснить причину явления. Однако обратимой цветной реакцией не на шутку заинтересовались многие исследователи. И в начале ХХ века им удалось синтезировать несколько органических веществ, названных "фотохромами", то есть "светочувствительными красками". Со времен Фипсона ученые многое узнали о фотохромах – веществах, меняющих окраску под действием света.

Фотохромизм, или тенебресценция - явление обратимого изменения окраски вещества под действием видимого света, ультрафиолета.

Воздействие света вызывает в фотохромном веществе , атомарные перестройки, изменение заселённости электронных уровней. Параллельно с изменением цвета вещество может менять показатель преломления, растворимость, реакционную способность, электропроводимость, другие химико-физические характеристики. Фотохромизм присущ ограниченному числу органических и неорганических, природных и синтетических соединений.

Различают химический и физический фотохромизм:

• химический фотохромизм: внутримолекулярные и межмолекулярные обратимые фотохимические реакциями (таутомеризация (обратимая изомерия), диссоциация (расщепление), цис-транс-изомеризация и др.);
• физический фотохромизм: результат перехода атомов или молекул в разные состояния. Изменение окраски в этом случае обусловлено изменением заселённости электронных уровней. Такой фотохромизм наблюдается при воздействии на вещество только мощных световых потоков.

Фотохромы в природе:

• Минерал тугтупит способен менять цвет от белого или бледно-розового до ярко-розового.

Фотохромные материалы

Существуют следующие типы фотохромных материалов: жидкие растворы и полимерные плёнки (высокомолекулярные соединения ), содержащие фотохромные органические соединения, стекла с равномерно распределёнными в их объёме микрокристаллами галогенидов серебра (соединения серебра с галогенами ), фотолиз (распад под действием света ) которых обусловливает фотохромизм; кристаллы галогенидов щелочных и щёлочно-земельных металлов, активированные различными добавками (например, CaF 2 /La,Ce; SrTiO 3 /Ni,Mo).

Эти материалы применяются в качестве светофильтров переменной оптической плотности (т. е. регулируют поток света) в средствах защиты глаз и приборов от светового излучения, в лазерной технике и т.д.

Фотохромные линзы

Фотохромная линза на свету, частично прикрытая бумагой. Между светлой и темной частями виден второй уровень цвета, так как фотохромные молекулы расположены на обеих поверхностях линзы поликарбоната и других пластмасс . Фотохромные линзы обычно темнеют в присутствии ультрафиолета и светлеют при его отсутствии меньше чем за минуту, но полный переход из одного состояния в другое происходит от 5 до 15 минут.

Выводы.

Итак, цвет различных соединений зависит:

*от взаимодействия света с молекулами вещества;

*у органических веществ цвет возникает в результате возбуждения электронов элемента и их перехода на другие уровни. Важно состояние системы электронов всей большой молекулы;

*у неорганических веществ цвет обусловлен электронными переходами и переносом заряда от атома одного элемента к атому другого. Большую роль играет внешняя электронная оболочка элемента;

*на окраску соединения влияет внешняя среда;

*важную роль играет число электронов в соединении.

Список использованных источников

1. Артеменко А. И. «Органическая химия и человек» (теоретические основы, углублённый курс). Москва, «Просвещение», 2000.

2. Фадеев Г. Н. «Химия и цвет» (книга для внеклассного чтения). Москва, «Просвещение», 1977.

Сварочные маски типа хамелеон названы так потому, что световой фильтр автоматически меняет степень затемнения в зависимости от интенсивности светового потока. Это намного удобнее, чем обычный щиток или маска старого типа со сменным фильтром. Надев хамелеон, вы хорошо все видите и до начала сварки: фильтр почти прозрачный и не мешает вам работать. При розжиге дуги за считанные доли секунды он затемняется, защищая глаза от ожога. После того как дуга погаснет, он снова становится прозрачным. Вы можете проводить все необходимые манипуляции не снимая маску, что намного удобнее, чем поднимать и опускать защитный экран и уж в разы лучше, чем держать в руке щиток. Но обширный выбор разных по цене экземпляров может поставить в тупик: в чем разница, и какая из них лучше? Как выбрать маску хамелеон расскажем ниже.

Маски для сварки хамелеон представлены в большом разнообразии. Выбор — совсем непростая задача. Причем важен не столько внешний вид, как качественные показатели

Светофильтр в хамелеоне: что такое и какой лучше

То небольшое стекло, которое установлено на сварочной маске является настоящим чудом науки и техники. В нем собраны последние достижения в оптике, микроэлектронике, в области жидких кристаллов и солнечной энергетике. Вот такое «стекло». На самом деле это целый многослойный пирог, который состоит из следующих элементов:

Основное и главное преимущество сварочной маски-хамелеона в том, что даже если она не успела сработать, ультрафиолет и инфракрасное излучение она не пропустит (если маска была опущена). И степень защита от этих вредных воздействий никак не зависит от настроек. В любом случае и при любых настройках от этих типов вредного влияния вы ограждены.

Но это только в том случае, если в «пироге» присутствуют соответствующие фильтры и имеют они надлежащее качество. Так как проверить это без специальных приспособлений невозможно, приходится ориентироваться на сертификаты. А они у масок должны быть обязательно. Причем на территории России их выдавать могут только два центра: ВНИИС и ФГБУ при ВНИИ охраны и экономики труда. Чтобы уж быть точно уверенными в том, что сертификат подлинный, его номер можно на официальном сайте федеральной службы Росаккреддитации вот по этой ссылке.

Это форма на сайте Россаккредитации для проверки сертификата. Заполнить можно только номер, все остальные поля оставив пустыми (Чтобы увеличить размер картинки щелкните по ней правой клавишей мышки)

В соответствующее поле вводится номер сертификата и получаете дату действия, информацию о заявителе, изготовителе. Небольшое примечание: аббревиатура СИЗОД расшифровывается как «средство индивидуальной защиты оптического действия». Так называется маска сварщика на бюрократическом языке.

Если такой сертификат есть, появится такое сообщение. Нажав на ссылку увидите текст сертификата (Чтобы увеличить размер картинки щелкните по ней правой клавишей мышки)

Самое главное, что вы убеждаетесь, что данный продукт (сравните, кстати, и название и модель) является безопасным для вашего здоровья.

Возможно, вас заинтересует,

Классификация автоматических сварочных светофильтров

Так как светофильтр и его качество — ключевой элемент в данном изделии, то и выбор маски хамелеона нужно начинать с него. Все его показатели классифицируются по стандарту EN379 и должны отображаться на его поверхности через дробь.

Теперь подробнее, что скрывается за этими цифрами и какими они должны быть. В каждой из позиций может стоять цифра от 1, 2, 3. Соответственно «1» — самый лучший вариант — первый класс, «3» — самый худший — третий класс. теперь о том, в какой позиции отображается какая характеристика и что она значит.

Расшифровка классификации EN37

Оптический класс

Он отражает, насколько четко и без искажений будет вам видна картинка через светофильтр. Зависит от качества используемого защитного стекла (пленки) и качества сборки. Если на первом месте стоит «1», искажения будут минимальными. Если значения больше, будете все видеть, как через кривое стекло.

Рассеивание света

Зависит от чистоты и качества используемых оптических кристаллов. Показывает, степень «мутности» передаваемой картинки. Сравнить можно с мокрым автомобильным стеклом: пока встречек нет, капли почти не мешают. Как только появляется источник света, все расплывается. Вот чтобы не было этого эффекта, необходимо чтобы на второй позиции была «1».

Однородность или гомогенность

Показывает, насколько равномерно затеняется фильтр в разных частях. Если на третьей позиции стоит единица, разница может быть не более 0,1DIN, 2 — 0,2 DIN, 3 — 0,3 DIN. Понятно, что комфортнее будет при равномерном затемнении.

Угловая зависимость

Отражает зависимость затемнения от угла просмотра. Тут тоже самое лучшее значение «1» — первый класс меняет затемнение не более чем на 1 DIN, второй — на 2 DIN и третий — на 3DIN.

Так выглядит «в живую» разница между качественной маской и с не очень хорошим светофильтром

Из всего этого понятно, что чем больше в характеристике светофильтра единиц, тем комфортнее вам будет работать в маске. Вот на это и нужно ориентироваться при выборе маски сварщика хамелеон. Профессионалы предпочитают как минимум такие параметры 1/1/1/2. Стоят такие маски дорого, но даже при длительной работе в них не устают глаза.

Сварщикам-любителям, для работы время от времени, можно обойтись светофильтрами попроще, но 3-й класс считается «прошлым веком». Потому наверное, покупать маски с такими фильтрами не стоит.

И еще один момент. Продавцы всю эту классификацию называют обычно одним термином «Оптический класс». Просто эта формулировка достаточно точно отражает суть всех характеристик.

Есть еще несколько настроек хамелеона, которые позволяют подстроить режим затемнения для данной ситуации. Они могут располагаться внутри, на светофильтре, а могут быть вынесены наружу в виде ручек слева на боковой поверхности маски. Это следующие параметры:

Маска хамелеон как выбрать

Кроме параметров светофильтра есть еще масса других настроек и особенностей, которые могут повлиять на выбор.

• Количество датчиков обнаружения дуги. Их может быть 2, 3 или 4. Они реагируют на появление дуги. Визуально их можно увидеть на лицевой панели маски. Это небольшие круглые или квадратные «окошки» на поверхности фильтра. Для любительского использования достаточно 2-х штук, для профессионалов — чем больше, тем лучше: если какие-то окажутся заблокированными (перекроются каким-нибудь предметом при сварке в сложной позиции), то среагируют остальные.

  

• Скорость срабатывания светофильтра. Разброс параметров тут большой — от десятков до сотен микросекунд. Выбирая маску для домашней сварки, бурите ту, хамелеон которой затемнится не позднее чем через 100 микросекунд. Для профессионалов время меньше: 50 микросекунд. Световые удары мы порой не замечаем, но их результат — уставшие глаза, а профессионалам они нужны весь рабочий день. Так что требования жестче.
• Размеры фильтра. Чем больше стекло, тем больший обзор вы получаете. Но размеры светофильтра сильно отражаются на стоимости маски.
• Плавная или ступенчатая регулировка степени затемнения. Лучше — плавная. Если затемнятся/просветляться фильтр будет скачками, вы быстро устанете. К тому же он моет начать «моргать» от бликов, что не обрадует.
• Исходная степень затемнения и диапазон регулировки. Чем светлее фильтр в исходном состоянии, тем лучше вам будет видно до начала сварки. Также желательно чтобы было два диапазона затемнения: до небольших степеней до 8DIN при работе с аргоном или при ручной дуговой сварке при плохой освещенности. Также меньшее затемнение может понадобиться человеку в возрасте. и при хорошем освещении необходимо затемнение до 13 DIN. Так что лучше, если есть два режима: 5-8DIN/8-13DIN.
• Электропитание. На большинстве масок для сварки с автоматическим затемнением есть два типа питающих элементов: солнечная батарея и литиевые батарейки. Такой комбинированный источник питания является наиболее надежным. Но при этом отсек литиевых батарей должен открываться, чтобы была возможность замены вышедших из строя батарей. В некоторых дешевых масках батарейки интегрированные: вынуть их можно только разрезав пластик (что иногда наши умельцы делают).

  

• Вес. Маски могут весить от 0,8 кг до 3 кг. Если придется носить на голове трехкилограммовую гирю часов семь-восемь, к концу смены шея, да и голова будут как деревянные. Для любительской сварки этот параметр не очень критичен, хотя тоже совсем не комфортно работать в тяжелой маске.
• Удобство крепления на голове. Есть две системы крепления оголовья и самого щитка, но для данных масок они почти неважны: вам же не нужно каждый раз поднимать/опускать маску. Она может быть опущена на протяжении всей работы. Важно то, сколько есть регулировок и насколько плотно они позволяют подогнать оголовье. Также важно, чтобы все эти ремешки не давили, не терли, чтобы сварщику было комфортно.
• Наличие регулировки, позволяющей отодвинуть щиток от лица. Это важно, если вам необходимы для нормального зрения очки. Тогда щиток нужно отнести подальше от лица, чтобы поместились ваши линзы.

Из полезных, но необязательных режимов есть еще возможность переключения маки из режима сварки в режим шлифовки. Этим переключателем вы фактически отключаете питание светофильтра, ваша маска становится обычным щитком.

Марки и производители

Как выбрать маску хамелеон для сварки вы знаете, но как ориентироваться среди массы производителей? В действительности все не очень сложно. Есть проверенные брэнды, которые поставляют всегда качественную продукцию и подтверждают свои гарантийные обязательства. Вот их не очень много:

• SPEEDGLAS из Швеции;
• OPTREL из Швейцарии;
• BALDER из Словени;
• OTOS из Южной Кореи;
• TECMEN из Китая (не удивляйтесь, маски действительно хорошие).

Для домашнего применения выбрать маску хамелеон непросто. С одной стороны, нужно чтобы она была качественная, но платить 15-20 тысяч за нее явно не всем по карману, да и не рентабельно это. Потому о европейских производителях придется забыть. Они хоть выпускают хорошие маски, но цены на них никак не меньше 70$.

На рынке есть множество китайских масок очень небольшой стоимости. Но их покупать рискованно. Если вам нужен проверенный китайский бренд, это TECMEN (Текмен). Вот у них действительно сертифицированные маски хамелеоны заводского качества. Модельный ряд достаточно широкий, цены — от 3 тыс. рублей до 13 тыс. рублей. Есть со светофильтрами первого класса (1/1/1/2) и чуть хуже, со всеми настройками и регулировками. После обновления даже самая дешевая маска за 3000 рублей (TECMEN DF-715S 9-13 TM8) имеет сменную батарею, задержку просветления от 0,1 до 1 сек, плавную регулировку и режим работы «шлифовка». На фото ниже представлены ее технические характеристики. Трудно поверить, но она стоит всего 2990 рублей.

Неплохо отзываются владельцы о сварочных масках Ресанта. Моделей не очень много, но МС-1, МС-2 и МС-3 — неплохой выбор за небольшие деньги (от 2 тыс. рублей до 3 тыс. рублей).

Маски Ресанта МС-1 и МС-3 имеют плавную регулировку, что несомненно, удобнее. Но в хамелеона МС-1 нет регулировок чувствительности. Профессионалов они вряд ли устроят, а для домашнего использования вполне подходят.

Технические характеристики масок хамелеон Ресанта

Очень неплохие маски выпускает Южно-Корейская фирма OTOS (Отос). У нее цены чуть выше, чем у приведенных выше, но есть две относительно недорогие модели: OTOS MACH II (W-21VW) за 8700 рублей и ACE-W i45gw (Infotrack™) за 13690 рублей.

Технические характеристики OTOS MACH II W-21VW эта маска-хамелеон — достойный выбор даже для профессионального использования

Эксплуатация сварочного хамелеона

Основное требование к уходу за маской: светофильтр нужно беречь: он легко царапается. Потому класть маску «лицом» вниз нельзя. Протирать ее нужно только абсолютно чистой и мягкой тканью. Если нужно — можно смочить ткань чистой водой. НЕ протирать ни спиртом, ни какими-либо растворителями: светофильтр покрыт защитной пленкой, которая растворяется в этих жидкостях.

Есть еще одна особенность любых сварочных хамелеонов: они при низких температурах начинают «тормозить». То есть срабатывают с задержкой, причем в обе стороны — и на затемнение, и на просветление. Особенность очень неприятная, так что нормально работать в них зимой не получится даже если указана температура эксплуатации от -10°C, как на TECMEN DF-715S 9-13 TM8. Уже при -5° все не могут вовремя затемниться. Так что в этом плане честнее оказался OTOS, указав стартовую температуру эксплуатации от -5°C.

Напоследок посмотрите видео о том, как выбрать маску хамелеон для сварки.

АМПовичок
ВЗРОСЛЫЙ

ДРУГИЕ УСИЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

ХАМЕЛЕОН

Однако схемотехнику Ланзара можно несколько изменить, существенно улучшив характеристики, повысить КПД без использования дополнительного источника питания, если обратить внимание на слабые места уже имеющегося усилителя. Прежде всего причиной увеличения искажений служит меняющийся ток, протекающий через транзисторы, причем меняющийся в довольно больших диапазонах. Уже было выяснено, что основное усиление сигнала происходит в последнем каскаде УНа, который управляется транзистором дифкаскада. Диапазон изменения протекающего тока через дифкаскад довольно велик, поскольку ему необходимо открывать транзистор последнего каскада УНа, да и наличие не линейного элемента в качестве нагрузки (переход база-эмиттер) не способствует сохранению тока при меняющемся напряжении. Кроме этого в последнем каскаде УНа ток тоже меняется в довольно широких пределах.
Одним из вариантов решения этой проблемы является введение после дифкаскада усилителя тока - банального эмиттерного повторителя, который разгружает дифкаскад и позволяет более четко контролировать протекающий через базу последнего каскада УНа ток. Для стабилизации тока через последний каскад УНа обычно вводят генераторы тока, однако этот вариант пока будет отложен, поскольку есть смысл попробовать более легкий варинт, причем существенно влияющий и на повышение КПД.
Идея заключается в использовании вольтодобавки, только не для отдельного каскада, а для УНа целиком. Одним из первых вариантов реализации этой концепции был довольно популярный в середине 80-х усилитель мощности А. Агеева, опубликованный в РАДИО №8, за 1982 г. (рисунок 45, модель AGEEV.CIR ).

Рисунок 45

В данной схеме напряжение с выхода усилителя подается, через делитель R6/R3, для положительного плеча и R6/R4 для отрицательного, на выводы питания используемого в качестве УНа операционного усилителя. Причем уровень постоянного напряжения стабилизируется D1 и D2, а вот величина переменной составляющей как раз и зависит от амплитуды выходного сигнала. Таким образом удалось получить гораздо большую амплитуду на выходе ОУ, не превысив значения его максимального напряжения питания, а весь усилитель стало возможным питать от +-30 В (данная версия адаптирована под импортную элементную базу, первоисточник питался от +-25 В, а ОУ был с максимальным напряжением питния +-15 В). Если перейти в режим ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ , то на "экране осциллографа" появятся следующие осциллограммы:

Рисунок 46

Здесь синяя линий - плюс напряжения питания, красная - минус напряжения питания, зеленая - выходное напряжение, розовая - вывод положительного питания ОУ, черная - вывод отрицательного напряжения питания ОУ . Как видно из "осциллограмм" величина напряжения питания ОУ сохраняется на уровне 18 В, но только относительно друг дружки, а не относительно общего провода. Это дало возможность поднять напряжение на выходе ОУ до такой величины, что даже после двух эмиттерных повторителей она достигает 23 В.
Исходя из идеи плавающего питания, которое и было применено Агеевым, а так же введением усилителя тока после дифкаскада и был спроектирован усилитель мощности, схема которого приведена на рисунке 47, модель Chameleon_BIP.CIR , названный Хамелеоном, поскольку позволяет подстраивать основные режимы под используемое напряжение питания - регулировка тока покоя последнего каскада УНа.

Рисунок 47 (УВЕЛИЧИТЬ)

Кроме описанных выше схемотехнических решений было введено еще одно - регулировка тока покоя последнего каскада УНа, причем с элементами термостабилизации. Регулировка тока покоя последнего каскада УНа осуществляется подстроечным резистором R12. На транзисторах Q3 и Q6 выполнены эмиттерные повторители, разгружающие дифкаскад, на на цепочках R20, C12, R24, R26 для положительного плеча и на R21, C13, R25, R27 для отрицательного плеча выполнена вольтодобавка для УНа. Кроме увеличения КПД вольтодобавка осуществляет еще одну второстепенную функцию - в связи с тем, что фактическая амплитуда сигнала уменьшилась, то уменьшился и диапазон изменения тока через последний каскад УНа, что позволило отказаться от введения генератора тока.
В результате уровень THD при входном напряжении 0,75 В составил:

Рисунок 49

Как видно из получившегося графика уровень THD снизился практически в 10 раз по отношению к Ланзару с ПБВК.
И вот тут уже начинают чесаться руки - имея такой низкий уровень THD хочется увеличить собственный коф усиления, подкинуть побольше оконечных транзисторов и "разогнать" этот усилитель до уровня эстрадного с выходной мощностью порядка 1 кВт.
Для опытов следует открыть файл Chameleon_BIP_1kW.CIR провести ряд первичных "замеров" - токи покоя, величину постоянного напряжения на выходе, АЧХ, уровень THD.
Полученные характеристики впечатляют, но...
Как раз на этом моменте в теорию вмешивается практика, причем не лучшим образом.
Для выяснения в каком месте затаилась проблема следует запустить РАСЧЕТ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ и включить режим отображения рассеиваемых мощностей. Обратить внимание следует на транзисторы дифкаскада - на каждом рассеивается порядка 90 мВт. Для корпуса ТО-92 это означает, что транзистор начинает нагревать свой корпус, а учитывая то, что оба транзистора должны находится как можно ближе друг к другу, чтобы равномерно прогреваться и удерживать равные токи покоя. Получается, что "соседи" мало того, что греются сами, так еще и подогревают друг друга. На всякий случай следует напомнить, что при нагреве ток через транзистор увеличивается, следовательно ток покоя дифкаскада начнет увеличиваться и менять режимы работы остальных каскадов.
Для наглядности установите ток покоя оконечного каскада равным 200 мА, а затем транзисторам Q3 и Q6 присвойте другое имя, прямо в окошке обозначения добавьте нижний дефис и единицу, чтобы получилось следующее: 2N5410_1 и 2N5551_1 . Это необходимо для исключения влияниях изменяемых параметров транзисторов дифкаскада. Далее необходимо задать температуру транзисторам дифкаскада равную, ну например 80 градусов.
Как видно из получившихся расчетов ток покоя снизился, причем на столько, что уже будет наблюдаться "ступенька". Не трудно просчитать, что при изначальном токе покоя в 50 мА ток покоя оконечного каскада с прогревом диф каскада станет практически нулевым, т.е. усилитель перейдет в класс В.
Вывод напрашивается сам собой - нужно снижать рассеиваемую мощность дифкаскада, однако это возможно сделать лишь уменьшив ток покоя этих транзисторов, либо снизив напряжение питания. Первое вызовет увеличение искажений, а второе - снижение мощности.
Есть еще два варианта решения проблемы - можно использовать теплоотводы для этих транзисторов, но этот способ не смотря на работоспособность не сильно добавляет надежности - требуется постоянная продувка корпуса, чтобы исключить прогрев радиаторов до критических температур в плохо вентилируемом корпусе. Или же в очередной раз изменить схемотехнику.
Однако перед очередным изменением все таки следует доработать данный усилитель, а именно увеличить номиналы R24 и R25 до 240 Ом, что повлечет небольшое снижение напряжения питания УНа, ну и конечно же снизить напряжение питания до +-90 В, ну и немного уменьшить собственный коф усиления.

Охлаждение дифкаскада усилителя Хамелеон предыдущей версии

В итоге этих манипуляций получается что данный усилитель при входном напряжении 1В способен на нагрузке 4 Ома развить порядка 900 Вт, при уровне THD 0,012 %, а при входном напряжении 0,75 В - 0,004%.
Для страховки на транзисторы диф каскада можно одеть кусочки трубки от телескопической антенны радиоприемника. Для этого необходимо 6 отрезков длиной 15 мм и диаметром 5 мм. Внутрь трубки поместить термопасты, спаять трубки между собой, предварительно одев их на транзисторы дифкаскада и идущих за ними эмиттерными повторителями и затем соединить с общим.
После этих операция усилитель получается достаточно стабильным, но все равно использовать его лучше при напряжении питания +-80 В, поскольку повышение сетевого напряжения (если источник питания не стабилизирован) повлечет повышение питания усилителя и будет иметься запас по температурному режиму.
Радиаторы на дифкаскад можно не использовать, если напряжение питания не превышает +-75 В.
Чертеж печатной платы находится в архиве, монтаж так же в 2 этажа, проверка работоспособности и регулировка такая же, как и в предыдущем усилителе.

УСИЛИТЕЛЬ ВП или ШТОРМ или?

Далее будет рассмотрен усилитель больше известный под названием "УСИЛИТЕЛЬ В.ПЕРЕПЕЛКИНА" или "УСИЛИТЕЛЬ ВП", однако ставя ИЛИ в названии главы ни коим образом не было намерения покуситься на работу В.Перепелкина по проектированию серии его усилителей - работа была проделана большая и в финале получились довольно хорошие и универсальные усилители. Однако используемая схемотехника была известна достаточно давно и нападки на ШТОРМ по поводу передера, клонирования не совсем справедливы и дальнейшее рассмотрения схемотехнических решений даст исчерпывающую информацию по поводу конструктива обоих усилителей.
В предыдущем усилителе возникла проблема с само разогревом диф каскада при высоких напряжениях питания и была обозначена максимальная мощность, которую можно получить используя предложенную схемотехнику.
Само разогрев дифкаскада можно исключить, и одним из вариантов решения этой проблемы является деление рассеиваемой мощности на несколько элементов, ну а самым популярным - включение двух, последовательно соединенных транзисторов, причем один из них работает в составе дифкаскада, второй - является делителем напряжения.
На рисунке 60 приведены схемы использующие этот принцип:

Рисунок 60

Для того, чтобы понять что происходит при таком решении следует открыть файл WP2006.CIR , который является моделью усилителя от В.Перепелкина, известного в интернете как WP.
В усилителе используется УН, построенный по принципам приведенных выше примеров, однако немного измененнй - выходной каскад УНа работает не на транзистор термостабилизации, как обычно это бывает, а является фактически отдельным устройством имеющим один выход - точку соединения коллекторов транзисторов Q11 и Q12 (рисунок 61).

Рисунок 61(УВЕЛИЧИТЬ)

Схема содержит фактические номиналы одного из усилителей, однако на модели пришлось подбирать резистор R28, иначе на выходе усилителя было не приемлемое постоянное напряжение. При проверке РАСЧЕТА ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ тепловые режимы дифкаскада вполне приемлемы - на диф каскаде выделяется 20...26 мВт. Установленный выше транзистор Q3 рассеивает чуть больше 80 мВт, что тоже в переделах нормы. Как видно из расчетов введение транзисторов Q3 и Q4 вполне логично и проблема само разогрева диф каскада решается вполне успешно.
Тут следует заметить, что Q3, впрочем как и Q4 может рассеивать немного больше чем 100 мВт, поскольку нагрев этого транзистора влияет на изменение тока покоя только последнего каскада УНа. Кроме того у этого транзистора довольно жесткая привязка к току базы - для постоянного напряжения он работает в режиме эмиттерного повторителя, а для переменной составляющей это каскад с общей базой. Но усиление по переменному напряжения происходит не большое. Основная нагрузка по увеличению амплитуды по прежнему на последний каскад УНа и к параметрам используемых транзисторов по прежнему предъявляются более высокие требования. Оконечный каскад использует вольтодобавку, организованную на конденсаторах С16 и С17, что позволило существенно повисить КПД.
Учитывая нюансы этого усилителя и желанием использовать традиционный выходной каскад и была создана следующая модель - Stormm AB.CIR . Принципиальная схема приведена на рисунке 62.

Рисунок 62 (УВЕЛИЧИТЬ)

Для повышения КПД в этом усилителе использовано плавающее питания для УНа, для автоматического подержания нуля на выходе добавлен интегратор на X2, а так же введена регулировка тока покоя (R59) последнего каскада УНа. Все это позволило снизить выделяемую на транзисторах диф каскада тепловую мощность до уровня 18 мВт,. В этом варианте использовалась защита от перегрузки усилителя Lynx-16 (подразумевается, что Q23 управляет тиристором, который в свою очередь управляет оптроном, соединяющим пины Т4 и Т5). Кроме этого в последнем усилителе применен еще оди не совсем традиционный ход - параллельно резисторам R26 и R27 установлены конденсаторы большой емкости, что позволило значительно увеличить коф усиления этого каскада - ни для кого не секрет, что резисторы в эмиттерных цепях используются для термостабилизации и чем больше будет номинал этого резистора, тем каскад будет термостабильней, но коф усиление каскада пропорционально снижается. Ну а поскольку этот участок довольно ответственен, то в качестве конденсаторов С15 и С16 нужно использовать конденсаторы, способные достаточно быстро перезаряжаться. Обычные электролиты (TK или SK) только вносят дополнительные искажения за счет своей инерционности, а вот конденсаторы используемые в компьютерной технике, зачастую именуемые как импульсные (WL) прекрасно справляются с возложенными на них задачами (рисунок 63).

Рисунок 63

Все эти изменения позволили повысить термостабильность, а так же довольно серьезно снизить уровень THD (убедиться в этом, а так же проверить степень термостабильности можно самостоятельно).
Принципиальная схема для двухблочного варианта приведена на рисунке 64, модель Stormm_BIP.CIR

Рисунок 64 (УВЕЛИЧИТЬ)

Название ШТОРМ было дано за возможность безболезненного повышения напряжения питания до +-135, что в свою очередь дает возможность, используя отдельные коммутаторы, перевести усилитель в класс G или H, а это мощности до 2000 Вт. Собственно и усилитель ВП-2006 тоже хорошо переводится в эти классы, точнее сказать прародитель был проектирован под класс H, но поскольку такие большие мощности в быту практически не нужны, а потенциал в данной схемотехнике довольно хороший, то коммутаторы были удалены и появился чистый класс АВ.

УСИЛИТЕЛЬ ХОЛТОНА

Принцип разделения рассеиваемой мощности дифкаскада используется и в довольно популярном усилителе Холтона, принципиальная схема которого приведена на рисунке 65.

Рисунок 65 (УВЕЛИЧИТЬ)

Модель усилителя находится в файле HOLTON_bip.CIR . От классического варианта отличается использованием биполярных транзисторов в качестве оконечного каскада, поэтому в качестве предпоследнего каскада настоятельно рекомендуется использовать полевые транзисторы.
Так же немного подкорректированы номиналы резисторов R3, R5, R6, R7, R8, заменен стабилитрон D3 на более высоковольтный . Все эти замены вызваны необходимостью вернуть ток покоя диф каскада на уровень обеспечивающий минимальные искажения, а так же более равномерно распределить рассеиваемую мощность. При использовании усилителя с питанием меньше используемого в этой модели необходимо указанные элементы подобрать таким образом, чтобы снова вернулся необходимый ток покоя диф каскада.
Из схемотехнических особенностей - генератор тока в дифкаскаде, симметрия прохождения входного сигнала по отношению к сигналу обратной связи. При питании УНа от отдельного источника питания можно добится реально максимальной выходной мощности.
Внешний вид готового усилителя (вариант на 300 Вт с биполярным выходом) показан на рисунках 66 и 67.

Рисунок 66

Рисунок 67

ПОЧТИ NATALY

Это довольно сильно упрощенный вариант высококачественного усилителя NATALY, тем не менее параметры и у упрощенного варианта получилсись весьма не плохоми. Модель в файле Nataly_BIP.CIR , принципиальная схема на рисунке 68.

Рисунок 68 (УВЕЛИЧИТЬ)

Ремикс Сухова потому что это тот саымй усилитель ВВ Н.Сухова, только выполне по симметричной схеме и использует полностью импортную комплектацию. Принципиальная схема на рисунке 69, модель в файле Suhov_sim_BIP.CIR .

Рисунок 69 (УВЕЛИЧИТЬ)

На этой модели хотелось бы остановиться несколько подробней, поскольку она была вполощена в металле (рисунок 69-1).

Рисунок 69-1

Даже не вооруженным глазом видно, что УН выглядит несколько своеобразно - сверху напаяны детали, назначение которых стоит пояснить. Они призваны успокоить данный усилитель, который оказался весьма склонен к возбуждению.
Кстати сказать - успокоить его окончательно так и не удалось. Устойчивость появляется лишь при токе покоя оконечного каскада порядка 150 мА. Звук весьма не дурен, стрелочный измеритель THD, имеющий предел 0,1% практически не подает признаков жизни, а расчетные величины тоже весьма показательны (рисунок 69-2), но реальность говорит совсем о другом - либо требуется серьезнейшая переработка платы, платы в которой выдерживалось большинство рекомендаций по разводке плат, либо отказ от данной схемотехники.

Рисунок 69-2

Сказать, что данный усилитель потерпел фиаско? Можно, конечно можно, но именно ЭТОТ усилитель является примером того, что моделирование далеко не реальность и реальный усилитель может существенно отличаться от модели.
Поэтому данный усилитель списывается в разряд головоломок, а к нему добавляются еще несколько, которые использовались вместе с тем же УН.
Предлагаемые варианты имеют оконечный каскад работающий со своей собственно ООС, т.е. имеющие собственный коф. усиления, что позволяет уменьшить коф усиления самого УНа и как следствие - уменьшить уровень THD.

Рисунок 69-3 Принципиальная схема усилителя с биполярным оконечным каскадом (УВЕЛИЧИТЬ)

Рисунок 69-4 THD схемы рисунка 69-3

Рисунок 69-4 Принципиальная схема с полевым выходным каскадом (УВЕЛИЧИТЬ)

Рисунок 69-6 THD схемы рисунка 69-5

Небольшие доработки, введение буферного усилителя на хорошем ОУ с повторителями, для увеличения нагрузочной способности весьма не дурно отразились на параметрах данного усилителя, в добавок оснащенного балансным входом. Модель VL_POL.CIR , принципиальная схема на рисунке70. Модели VL_bip.CIR - биполярный вариант и VL_komb.CIR - с полевиками в предпоследнем каскаде.

Рисунок 70 (УВЕЛИЧИТЬ)

Довольно популярный усилитель, однако модель оригинального варианта не произвела впечатления (файл OM.CIR ), поэтому перетачивая УН под предлагаемый конструктив были сделаны некоторые изменения. С результатами изменения можно ознакомиться, используя файл с моделью OM_bip.CIR , принципиальная схема приведена на рисунке 71.

Рисунок 71 (УВЕЛИЧИТЬ)

ТРАНЗИСТОРЫ

В моделях использованы транзисторы возможно не везде доступные, поэтому не дополнить статью списком транзисторов, которые могут использоваться в реальных усилителях было бы не справедливо.

НАИМЕНОВАНИЕ, СТРУКТУРА		U ke, V	I k, A	h 21	F 1, MHz	P k, W
							TO-220 (пласт)
							TO-220 (пласт)
							TO-220 (пласт)

Со справочными данными все вроде бы понятно, однако...
Повальная гонка за прибылью вызывает проблемы не только на уровне розничной торговли в палатке на рынке, но и в серьезных предприятиях. Лицензия на выпуск IRFP240-IRFP920 была куплена корпорацией Vishay Siliconix и эти транзисторы уже отличаются от тех, которые выпускались ранее I nternational R ectifier. Основное отличие - даже в одной партии коф усиления у транзисторов различается и довольно сильно. Выяснить по какой причине снизилось качество (ухудшение технологического процесса или заброс на Российский рынок отбраковки) конечно же не удастся, поэтому приходиться пользоваться тем, что есть и из ЭТОГО нужно выбрать то, что подойдет.
В идеале конечно же следует проверить и максимальное напряжение и максимальный ток, однако основной параметра для усилителестроителя является коф усиления и он особенно важен, если используется несколько транзисторов, включенных параллельно.
Использовать имеющийся практически в каждом цифровом мультиметре измеритель коф усиления конечно можно, но вот только одна проблема - у транзисторов средней и большой мощности коф усиления сильно зависит от протекающего через коллектор тока. В мультиметрах ток коллектора в тестере транзисторов составляет единицы миллиампера и его использование для транзисторов средней и большой мощности равносильно гаданию на кофейной гуще.
Именно по этой причине и был собран стенд для отбраковки силовых транзисторов, даже не для отбраковки, а для подбора. Принципиальная схема стенда приведена на рисунке 72, внешний вид - рисунок 73. Стенд служит для отбора транзисторов с одинаковым коф усиления , но ни как не для выяснения значения h 21 .

Рисунок 73

Рисунок 74

Стенд был собран в течении трех часов и в нем использовалось буквально то, что валялось в ящике "АНТИКВАРИАТ", т.е. то, что не составит труда найти даже начинающему паяльщику.
Индикатор - индикатор уровня бобинного магнитофона, типа М68502. Индикатор был вскрыт по месту склеивания верхней и нижней крышек, штатная шкала была удалена, а вместо нее была наклена шкала, которую можно распечатать используя ДОКовский документ и содержит напоминалки переключения режимо работы. Сектора закрашены цветными фламастерами. Затем крышки индикатора были склеены вместе при помощи СУПЕРКЛЕЯ (рисунок 75).

Рисунок 75

Тумблера - по сути любые тумблеры на два фиксированных положения, причем один должен ОБЯЗАТЕЛЬНО иметь ДВЕ переключающие группы.
Диодный мост VD10 - любой диодный мост с максимальным током не менее 2 А.
Сетевой трансформатор - любой трансформатор мощностью не менее 15 Вт и переменным напряжением 16...18 В (напряжение на входе КРЕНки должно быть 22...26 В, КРЕНку обязательно на радиатор и желательно с хорошей площадью).
С1 и С2 имеют достаточно большую емкость, что гарантирует отсутствие дрожание стрелки во время проведения замеров. С1 на напряжение 25 В, С2 - на 35 или 50 В.
Резисторы R6 и R7 через слюдяную прокладку прижимаются к радиатору, на котором установлена КРЕНка, обильно обмазываются термопастой и прижимаются полоской стеклотекстолита при помощи саморезов.
Наиболее интересным представляется конструкция зажимов для подключения выводов исследуемых транзисторов. Для изготовления данного разъема потребовалась полоска фольгированного стеклотекстолита, в которой были просверлены отверстия на расстоянии выводо транзистора корпуса ТО-247, а фольга была разрезана канцелярским резаком. В отверстия, со стороны фольги было запаяно по три ножа из телевизионного разъема СКАРТ-МАМА. Ножи были сложены вместе, практически вплотную (рисунок 76).

Рисунок 76

Расстояние "L" выбирается таким образом, чтобы на фиксирующую шпильку одевались корпуса транзисторов ТО-247 (IRFP240-IRFP9240) и ТО-3 (2SA1943-2SC5200).

Рисунок 77

Пользоваться стендом довольно просто:
При отборе полевых транзисторов устанавливается режим MOSFET и выбирается тип транзистора - с N каналом или P каналом. Затем транзистор одевается на шпильку, а его выводы прикладываются к контактным ножам разъема. Затем переменным резистором, назовем его КАЛИБРОВКА , стрелка устанавливается в среднее положение (что будет соответствовать протекающему через транзистор току 350-500 мА). Далее транзистор снимается и на его место устанавливается следующий кандидат для использования в усилителе и запоминаетеся положение стрелки. Далее устанавливается третий кандидат. Если стрелка отклонилсь так же как на первом транзисторе, то первый и третий можно считать базовыми и подбирать ттранзисторы по их коф усиления. Если же стрелка на третьем транзисторе отклонилась так же как на втором и их показания отличаются от первого, то производится перекалиьровка, т.е. повторная установка стрелки в среднее положение и теперь уже второй и третий транзисторы считаются базовыми, а первый не пригодным для данной партии сортировки. Следует отметить, что одинаковых транзисторов в партии попадается довольно много, однако есть шанс, что перекалибровка может потребоваться и после отбора уже солидного количества транзисторов.

Рисунок 78

Точно так же отбираются и транзисторы другой структуры, только перключив правый тумблер в положение P-CHANNEL .
Для проверки биполярных транзисторов переключается левый тумблер в положение BIPOLAR (рисунок 79).

Рисунок 79

На последок остаеться добавить, что имея на руках стенд удержаться от проверки коф усиления изделий Toshiba (2SA1943 и 2SC5200) было не возможно.
Результат проверки довольно печален. Транзисторы для хранения были сгруппированы по четыре штуки одной партии, как наиболее удобное хранение для личного использования - в основном заказываются усилители либо на 300 Вт (две пары), либо на 600 Вт (четыре пары). Проверено было СЕМЬ (!) четверок и только в одной четверке прямых и в двух четверках обратных транзисторах коф усиления был почти одинаков, т.е. стрелка после калибровки от середины отклонялась не более чем на 0,5 мм. В остальных четверках обязательно попадался экземпляр либо с большим, либо с меньшим коф усиления и для параллельного включения уже не пригодным (отклонение более чем на 1,5 мм). Транзисторы были куплены в феврале-марте этого года, поскольку закуп прошлогоднего ноября закончился.
Указание отклонений в мм - чисто условное, для простоты понимания. При использовании индикатора, указанного выше типа, сопротивлении R3 равным 0,5 Ома (два резистора по 1 Ому параллельно) и положении стрелки индикатора посередине ток коллектора составлял 374 мА, а при отклонении на 2 мм он составлял 338 мА и 407 мА. Не сложными арифметическими действиями можно подсчитать, что отклоения протекающего тока составляют 374 - 338 = 36 в первом случае и 407 - 374 = 33 - во втором, а это чуть меньше 10%, что уже не пригодно для параллельного включения транзисторов.

ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

Печатные платы есть далеко не на все упомянутые усилители, поскольку переработка печатных плат занимает довольно много времени + еще сборка для проверки работоспособности и выявления нюансов монтажа. Поэтому ниже приведен список имеющихся плат в формате LAY, который время от времени будет пополняться.
Добавленные печатные платы или новые модели можно будет качать либо по сслыкам, которыми будет дополняться эта страница:

ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ В ФОРМАТЕ LAY
МИКРО-КАП 8, содержит все модели, упомянутые в этой статье в папке SHEMS , кроме этого в папке cv несколько примеров фильртров для построения "цветомузыки", в папке EQ несколько моделей фильтров для построения эквалайзеров.
Плата выходного каскада

Принесли мне маску сварщика автоматическую etaltech et8f с жалобой – работает нестабильно. К сожалению я ее не сфотографировал, она вот такая, только наклеечка другая:

Смотрим инструкцию:

Черным по белому написано, что работает от солнечных батарей. Вскрываю и….

Две литиевые батарейки, наглухо запаянные в плату. Вот тебе и солнечные батареи…. В интернете к сожалению нет схем масок. На плате написано artotic s777f – Это китайский производитель этих масок, как обычно, крупный китайский завод клепает продукцию, а у нас только навешивают бренд – корвет, etalon, кратон, калибр…

Литиевые батарейки соединены последовательно, и через диод идут на шину VCC. На плате имеется операционный усилитель 27L2C , два счетверенных двухканальных аналоговых мультиплексора BU4551BF , один мультивибратор HCF4047 . Я немножко пореверсинжинирил схему, часто у меня было вот такое выражение лица: О.о но кое что понять удалось.

Питание на мультиплексоры от VCC поступает всегда. Так как они КМОП то потребляют ток только во время переключения. Солнечная батарея подключена на базу транзистора так, что при наличии освещенности открывает транзистор и через транзистор с VCC через фильтр подается питание на операционный усилитель. У маски два переменных резистора настройки – степень затемнения и чувствительность. Внутри два переключателя – режим сварка-заточка, и скорость растенения стекла после прекращения дуги. В качестве датчиков используются два параллельно соединенных фотодиода. Причем в режиме “заточка” они закорачиваются, садясь на землю. Выходит солнечная батарея используется только как датчик. Через 2-3-5 лет батарейки скиснут и маску выкинут, покупая новую. Так хитро китайцы обеспечивают постоянный поток заказов. Никаких ионисторов и цепей зарядки не предусмотрено.

Что еще удалось узнать. Стекло – двойной бутерброд из ЖК фильтров, то есть два стекла используется для гарантированного затенения. Правда качество стекол невысокое и я явно видел разницу в затенении между центром и краями. Стекло включено между выходами Q и!Q мультивибратора 4047. При этом на стекле меандр, амплитуда которого – и есть степень затенения. При изменении степени затенения от минимума до максимума меняется амплитуда меандра с 4,2В до 6В. Для реализации этого хитрого фокуса изменяется напряжение на входе питания мультивибратора. Зачем питать стекло напряжением прямоугольной формы – не знаю, то ли для уменьшения явления поляризации, то ли еще для чего. Я пробовал поиграться со стеклом просто так, если на него подать напряжение – оно как емкость заряжается и при снятии напряжения растеняется довольно долго – должно пройти секунд 5-7 прежде чем оно станет прозрачным.

UPD. Переменный ток для питания ЖК светофильтра используется для устранения явления электролиза, если запитать стекло постоянным током, то со временем растворится один из прозрачных электродов. Напряжение питания разное – у fubag optima 11 напряжение питания стекла – 24В переменки с частотой 0,5 Гц.

Сами датчики – фотодиоды в тонированном пластиковом корпусе, заточены на ИК излучение, поэтому маска упорно не хотела срабатывать на энергосберегающую лампу. Но остро реагировала на ЖК монитор, и хорошо срабатывала на лампу накаливания.

Вот такие дела. Учитывая отсутствие схем управления маской в интернете вообще, кажется интересной задачей склепать опенсорсную схему управления маской на микроконтроллере. С нормальной зарядкой от солнечной батареи, умной обработкой сигнала с датчиков и какими-нибудь дополнительными функциями. Например автоматическим затенением наглухо если температура ниже пороговой, все равно на морозе быстро сработать не получится – так затенимся полностью и станем просто сварочной маской.

Было оговорено, что на мощности свыше 600 Вт лучше использовать двухуровневое питание, которое позволяет довольно серьезно разгрузить выходной каскад и на меньшем количестве оконечных транзисторов получить большую мощность. Для начала стоит пояснить что же есть такое - двухуровневое питание.
Надеемся не надо пояснять что такое двуполярный источник питания, этот же вариант можно назвать "четырехполярным", поскольку относительно общего провода имеется 4 различных напряжения. Принципиальная схема такого источника приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.

Однако напряжение питания необходимо подавать на оконечный каскад усилителя, а как быть, если этих напряжений 2? Правильно - необходима дополнительная схема управления этим самым питанием. По принципу управления различают 2 основных класса - G и H. Отличаютс они между собой прежде всего тем, что класс G изменяет напряжение питания на оконечном каскаде плавно, т.е. силовые транзисторы системы управления питания работают в усилительном режиме, а в классе H силовые ключи системы управления питанием подают ступечато, т.е. они либо полностью закрыты, либо полностью открыты...
Временные диаграммы приведены на рисунке 2 и 3, на рис.2 - класс G, на рис.3 - класс H. Синяя линия - выходной сигнал, красная и зеленая - напряжение питания оконечного каскада усилителя мощности.

Рисунок 2.


Рисунок 3.

Как должно подаваться питание на оконечный каскад вроде разобрались, осталось выяснить каким набором элементов это сделать...
Для начала рассмотрим класс H. На рисунке 5 приведена принципиальная схема усилителя мощности работающег в класе H.

Рисунок 4 УВЕЛИЧИТЬ .

Синим прописано напряжение и мощностьна нагрузку 4 Ома, красны для нагрузки 8 Ом, на рисунке так же показан рекомендуемый источник питания. Как видно из схемы ее костяк состоит из типовго класаа AB, однако питание на усилитель напряжение подается уже с более высоковольной "ветки" питания, причем влияние выходного сигнала на напряжение питания усилителя напряжение снижено (уменьшено сопротивление R36, R37, иногда номинал этих резисторов приходится снижать вплоть до 68 Ом, особенно на мощностях выше 1 кВт), поскольку при подключении "второго этажа" питания на выходном сигнале наблюдается небольшой всплеск, которй ухом уловит не каждый, а вот на устойчивость схемы он влияет довольно серьезно...
Управление питанием, подаваемым на оконечные каскады осуществляется компораторами LM311, порог срабатывания которых регулируется подстроечными резисторами R73 и R77. Для правильной настройки потребуется или ОЧЕНЬ хороший слух или, что предпочтительней - осцилограф.
После компораторов стоят транзисторные драйвера, которые работают уже непосредственно на затворы мосфитов разной структуры. Поскольку силовые мосфиты управления питанием работаю к лючевом режиме, то выделяемое на них тепло довльно низкое, для них гораздо важнее максимальный ток, протекающий по открытому переход сток-исток. Мы используем для этих целей транзисторы IRFP240-IRFP9240 для усилителей до 700 Вт, их же, но уже по 2 в параллель для мощностей до 1 кВт и IRF3710-IRF5210 для мощностей свыше 1 кВт.
На рисунке 5 приведена принципиальная схема усилителя мощности на 1400 Вт класса H. Отличается схема от предыдущего варианта тем, что в оконечном каскаде используется уже 6 пар транзисторов (для усилителя на 1000 Вт необходимо 4 пары), а силовые ключи управления питания IRF3710-IRF5210.

Рисунок 5. УВЕЛИЧИТЬ

На рисунке 6 приведена принципиальная схема усилителя "Хамелеон 600 G", работающий в классе G ну и с выходной мощность до 600 Вт, причем как на нагрузку как 4 Ома, так и 8 Ом. По сути управление "вторым этажом" питания осуществляется повторителями напряжения выходного сигнала, только на них предварительно подается дополнительное опорное напряжени в 18 вольт и как только напряжение на выходе приближается к величине напряжения "первого этажа" более чем на 18 вольт повторители начинаю подавать напряжение со "второго этажа". Плюсом данной схемотехники является то, что остутствуют коммутационные помехи, характерные для класса H, однако улучшение качества звука требует довольно серьезных жертв - количество транзисторов в упрвлении напряжением питания оконечного каскада должно быть равно количеству самих оконечных транзисторов и это будет практически на предел ОБР, т.е. требуется довольно хорошее охлаждение.

Рисунок 6 УВЕЛИЧИТЬ

На рисунке 7 приведена схему усилителя на мощность до 1400 Вт касса G, в которой используется 6 пар как оконечных, так и управляющих транзисторов (для мощностей до 1000 Вт используетс по 4 пары)

Рисунок 7 УВЕЛИЧИТЬ

Чертежи печатных плат - полная версия - лежат . Чертежи в формате lay, в jpg будут несколько позже...

Технические характеристики усилетелей сведены в таблицу:

Наименование параметра	Значение
Напряжение питания, В, двухуровневое не более
Максимальна выходная мощность на нагрузку 4 Ома: УМ ХАМЕЛЕОН 600 H УМ ХАМЕЛЕОН 1000 H УМ ХАМЕЛЕОН 1400 H УМ ХАМЕЛЕОН 600 G УМ ХАМЕЛЕОН 1000 G
Входное напряжение регулируется подбором резистора R22 и может быть уложено в стандартные 1 В. Однако следует заметить, что чем выше собственный коф усиления, тем выше уровень THD и вероятность возбуждения.
THD для класса H и выходной мощности 1400 Вт не более THD для класса G и выходной мощности 1400 Вт не более При выходной мощности до включения "второго этажа" питания уровень THD для обоих усилителей не превышает	0,1 % 0,05 %
Рекомендуемый ток покоя препоследнего каскада на резисторе R32 или R35 устанавливается напряжение в 0,2 В резистором R8
Рекомендуемый ток покоя оконечных транзисторов на любом из резисторов 0,33 Ома устанавливается напряжение в 0, 25 В резистором R29
Регулировку защиты рекомендуется производить на реальной АС подключив параллельно АС сопротивление 6 Ом и добиваясь устойчивого свечения светодиода VD7 при 75 % от максимальной мощности

К сожалению у данного усилителя выявился один недостаок - при высоких напряжениях питания дифкаскад начинает смопроизвольно греться из за слишком большого протекающего тока через него. Снизить ток - увеличить искажения, что весьма не желательно. Поэтому было применено использование теплоотводов на транзисторы диф каскада:

ПРОЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ ВЕСЬ МАТЕРИАЛ О СЕММЕТРИЧНОМ УСИЛИТЕЛЕСТРОЕНИИ